JPH0715444B2

JPH0715444B2 - 水蒸気の露点測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH0715444B2
Application number: JP63302368A
Authority: JP
Inventors: ライナー・ヘルマン; デイーター・フンケン
Original assignee: エンドレス・ウント・ハウザー・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー
Priority date: 1987-12-01
Filing date: 1988-12-01
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2010-02-22
Also published as: SE469494B; GB2213271A; DE3740719A1; US4898476A; GB2213271B; JPH01295147A; SE8804316L; GB8827910D0; DE3740719C2; CH676884A5; FR2623909A1; SE8804316D0; FR2623909B1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、センサ面における露滴の形成の指示のために
使用される、湿度に依存した電気値を、センサ面の温度
を制御することによって安定した露量に対応する目標値
に保持しかつセンサ面の温度を測定する、気体中の水蒸
気の露点を測定する方法、並びにこの方法を実施するた
めの装置に関する。

従来の技術直接的な露点測定は上記の方法では、センサ面が露点温
度に冷却されるときセンサ面において水蒸気が露滴に凝
結され、かつこの凝結を湿度に依存する電気値の対応す
る値から検出可能であることに基づいている。その場合
凝結の始まりにおいて測定された、センサ面の温度が露
点温度である。露滴は、センサ面の温度が露点温度以下
に低下するとき勿論その状態を維持し、その際凝結の量
は時間に依存して増加する。従って露点温度の連続指示
に対して、センサ面の温度を丁度、露点凝結の始まりに
相応する値に保持することが必要である。温度制御はこ
の目的のためである。

露滴の検出に対して使用される湿度に依存する電気値は
大概の場合は容量であるが、例えばオーミック抵抗また
はインピーダンスとすることもできる。

この方法を用いた露点の正確な測定には次のことが前提
となっている。すなわち湿度に依存する電気値を、それ
が露点温度において有する値に一義的に対応させること
ができること、および湿度に依存する電気値の制御に対
する目標値がこの値に相応することである。これら条件
は、センサが清潔である限り、所定のセンサに対して難
なく満たされる。

発明が解決しようとする問題点これに対してセンサが汚れているとき、所定のセンサに
対して求められかつ設定された目標値は通例もはや有効
でなくなる。センサの汚れが原因になって、水蒸気の毛
管凝縮または油性の汚れの膜での水分の溶解が生じると
湿度に依存する電気値が、露点温度を大幅に上回る温度
で既に変化を来し、その結果センサ面の汚れがあると露
点温度より高い温度で既に、清潔なセンサに相応する目
標値に達する可能性がある。その場合温度調整はセンサ
面の温度を、誤って露点温度として指示されかつ評価さ
れるこの比較的高い温度に制御することになる。それ故
に汚れは著しい測定誤差を惹き起こすことになる。汚れ
のあるセンサによって露点温度を正確に求めるために、
汚れのあるセンサの湿度に依存する電気値が露点におい
てとる値が分かっていなければならない。しかしこの値
は汚れの種類および程度に依存して極めて著しく変化す
る。

西独国特許第3231995号明細書から、容量性の露点セン
サの汚れを、露形成の際に存在するセンサインピーダン
スの位相角を測定しかつ汚れに対する尺度として使用す
ることによって検出することが公知である。しかしこの
手段では汚れによって惹き起こされる測定誤差は排除さ
れない。つまりセンサの清掃が必要であることが指示さ
れるか、または測定された汚れが所定の限界値を上回っ
たとき自動清掃過程が開始されるにすぎない。

本発明の課題は、センサ面の汚れの作用が自動的に補償
され、その結果汚れたセンサ面でも、汚れの種類および
程度に無関係に、露点が正確に測定される、冒頭に述べ
た形式の方法を提供することである。

問題点を解決するための手段本発明によれば、この課題は次のようにして解決され
る。すなわち、目標値を設定調整するために、センサ面
の温度を露点温度より上方にある値から低下させかつ該
低下に周期的な温度変化を重畳し、かつ湿度に依存する
電気値の周期的な変化の同時発生の際に、周期的な変化
の、単調な変化への転換の際に測定された、湿度に依存
する電気値の値を目標値として使用するのである。

本発明は、次の認識に基いている。すなわち、湿度に依
存する電気値の汚れにより生じる変化は露点温度より上
方の温度領域においてセンサ面の温度変化に追従し、一
方露点温度より下方の領域ではそれぞれの温度は、上昇
中であるかまたは下降中であるかに係わりなく、凝結さ
れた滴の量の連続的な増加、ひいては湿度に依存する電
気値の単調な変化を惹き起こすということである。それ
故に温度低下に重畳される周期的な温度変化を用いて湿
度に依存する電気値の汚れのため生じた変化を凝結が原
因で生じた変化とは明確に区別することができる。湿度
に依存する電気値の時間的な経過の、周期的な時間的な
変化から単調な変化への転移は、露点において生じ、か
つこの転移の際に測定された、湿度に依存する電気値の
値をセンサ面の汚れに対する量として認識かつ評価可能
である。この値が湿度に依存する電気値に対する目標値
として使用されるとき、センサ面の温度は正確に露点に
保持される。

センサ面の汚れは通例緩慢にしか変化しないので、目標
値の決定および設定は比較的大きな時間間隔において行
われれば十分である。

気体中の水蒸気の露点を測定する方法の別の有利な実施
例によれば、湿度に依存する電気値の制御に対する制御
パラメータは湿度に依存する電気値の振動の解析に基い
て連続的に補正される。

この実施例により、湿度に依存する電気値の制御が連続
的に最適な仕方で経過するようにすることができる。湿
度に依存する電気量を、固定設定されたパラメータを用
いて制御する場合、外部から操作を加えなければ検出す
べき露点温度の領域全体において不安定性（例えば制御
回路の振動）または不都合な制御特性（例えば過振動ま
たは過度に長い立上り時間）を回避することはできな
い。本発明による振動解析によって制御パラメータを連
続的に、検出された不安定性が取り除かれかつ最適な制
御特性が得られるように補正することができる。

さらに本発明によれば湿度に依存する電気値に依存する
電気信号を送出する、センサ面を有する電気センサ素子
と、上記センサ面の温度を制御する電気的な加熱および
冷却装置と、センサ面の温度に依存する電気信号を送出
する電気的な温度センサを有する露点センサと、該露点
センサに接続されている、湿度に依存する電気信号を制
御量として受取りかつ上記電気的な加熱および冷却装置
に、湿度に依存する電気信号を目標値に保持するように
する操作量を送出する制御装置とを備えた本発明の方法
を実施するための装置は本発明によれば、上記制御装置
はカスケードに配置されている主制御器および追従制御
器を含んでおり、かつ上記主制御器が湿度に依存する電
気信号を制御量として受取りかつ湿度に依存する電気信
号の目標値を基準量として受取りかつ所望温度値信号を
送出しかつ上記追従制御器が上記主制御器から送出され
た所望の温度値信号を基準量として受取りかつ前記温度
センサから送出された温度に依存する信号を制御量とし
て受取りかつ前記操作量を電気的な加熱および冷却装置
に送出する装置が提供される。

本発明の方法およびこの方法を実施するための装置の有
利な構成および実施例はそれぞれ、請求項２ないし13お
よび請求項15および16に記載されている。

実施例次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図に図示の、気体中の水蒸気の露点を直接測定する
ための装置は、加熱および冷却装置として用いられるペ
ルチェ効果素子14上に取り付けられている電気的なセン
サ素子12と、このセンサ素子12の表面温度に応動する温
度センサ16とを備えた測定値検出器10を含んでいる。ペ
ルチェ効果素子14は支持体18上に取り付けられている。

直接的な露点測定では気体の水分含有量を測定するため
に水蒸気の非理想的な気体特性、すなわちセンサ素子12
の表面における気体が露点温度である所定の温度にまで
冷却されたときの分子間力に基いた凝結能力が利用され
る。気体の水蒸気の分圧と凝結温度（露点温度）との間
の関係は、飽和蒸気圧曲線によって与えられている。そ
れは、直接測定量“露点温度”をすべての別の湿度量に
換算するための基礎である。

露点測定のためにセンサ素子12の表面が測定すべき気体
中にさらされる。すなわち測定値検出器10を直接プロセ
ス中に配設するか、または気体をプロセスから取り出し
かつ測定値検出器10が配設されている測定チャンバ内に
導入することによって行うのである。ペルチェ効果素子
14を用いてセンサ素子12は、その表面に水蒸気の凝結に
よって露滴が形成されるまで冷却される。凝結の発生は
センサ素子12を用いて検出される。つまり温度センサ16
を用いて同時に測定される温度が露点温度である。セン
サ素子12を引き続き一層低い温度に冷却すると露滴の大
きさ、従って凝結された水の量は増加するが、その時測
定される温度はもはや気体の湿度の大きさに対するデー
タとして有用ではない。従って出来るだけ正確に、凝結
が始まったときのセンサ温度を検出することが肝要であ
る。連続的な露点測定に対してセンサ温度は温度調整に
よって、凝結された水の前以て決められた量が維持され
るようにして常時露点温度の値に保持される。第１図に
図示の、測定値検出器10に接続されている電子回路は、
湿度に依存した電気値の制御並びに温度制御のために用
いられる。

電気センサ素子12は、露点温度に達した際の露滴の形成
と凝結された水の前以て決められた量の維持とが出来る
だけ高い精度および感度でもって検出されかつ監視され
るように構成されていなければならない。この目的のた
めにセンサ素子の少なくとも１つの電気特性が、凝結さ
れた水の量の形成に依存して有意な形で変化しなければ
ならない。この目的のために多かれ少かれ申し分なく適
している種々の形式の電気センサ素子が公知である。凝
結の形成の証明のために使用される電気特性は２つのセ
ンサ電極間の電気容量であることが多い。つまり電気容
量は、センサ電極が凝結水に覆われると水の比較的高い
誘電率のため乾いた状態における値に比して跳躍的に上
昇する。別のセンサ素子では、凝結水を介して結合され
た２つの電極間の導電率の上昇が検出される。最後に、
センサ素子のインピーダンスの測定によって抵抗成分お
よび電気容量成分を凝結の検出のために用いることも公
知である。

第１図に図示の露点測定装置に対しては先願の西独国特
許出願第3720189.1−52号明細書に記載のセンサ素子が
特別申し分なく適している。第２図はこのように構成さ
れたセンサ素子12の非常に簡単化された平面図を示し、
かつ第３図はこのセンサ素子の部分を断面図にて拡大し
て示している。このセンサ素子は、湿度に不感の絶縁材
料から成る基板112を有している。第３図からわかるよ
うに、基板112はアルミニウムから成る分離層114を介挿
してペルチェ効果素子14上に取り付けられている。分離
層とは反対側の、基板112の自由な上表面は、その水蒸
気の露点を測定しようとする気体にされされているセン
サ面118を形成しており、その結果この面の上には露点
温度への冷却の際に凝結によって露滴が形成される。

センサ面118に、第２図ではわかりやすくするために非
常に簡単に図示されている２つの電極構造体120および1
30が形成されている。電極構造体120は多数の平行な歯1
22を有するゴム形状をしており、これら歯の一端はそれ
に直角に延在しているウェブ124に連結されている。ウ
ェブ124の端部には、接続導体の接触接続のために用い
られる幅広になっている接触接続面126が形成されてい
る。その際接続導体を介して電極構造体120は露点測定
装置の電子回路に接続されている。電極構造体130は全
く同じように、しかし鏡面対称的な配置関係において、
歯132,ウェブ134および接触接続面136から成っている。
２つの電極構造体の歯122および132は、測定過程に対し
て作用する本来のセンサ領域を形成する、基板112の小
さな中央領域に存在する。歯122および132は交互に互い
にかみあうように配設されており、その際電極構造体12
0の歯122は電極構造体130の歯132間の中間空間内にあり
かつ逆に電極構造体130の歯132は電極構造体120の歯122
間の中間空間内にある。従って２つの平行に隣接する歯
がそれぞれ、異なった電極構造体に属する電極部分を成
している。それぞれの電極構造体の歯間の中間空間は、
それぞれの中間空間に他方の電極構造体の歯が２つの隣
接する歯から十分な間隔を置いて位置するような幅にな
っている。このことは殊に、２つ電極構造体120ないし1
30の複数の隣接する歯122,132の断面を、第２図に比べ
て拡大して示している第３図から明らかである。

２つの電極構造体120,130のそれぞれの歯122および132
は、歯のすべての自由な面積を完全に覆っている湿気に
不感の絶縁層140によって被覆されている。従って歯122
および132は一方において基板112の分離材料によってか
つ他方において絶縁層140によって完全に、露点を測定
しようとする気体から絶縁されている。第３図に図示の
実施例では、２つの隣接する歯を覆っている絶縁層の間
にそれぞれ、基板112表面まで達しているギャップ142が
存在している。

電極構造体120および130並びに歯を被覆する絶縁層140
は基板112上に、薄膜技術およびプリント配線板技術か
ら公知である従来の方法に従って製造することができ
る。電極構造体120,130は例えばホトリソグラフィー法
により適当な金属被覆、例えばタンタルまたは白金から
形成される。絶縁層140は、化学的に安定し、電気的に
絶縁性でしかも完全に湿度に不感の材料から形成しなけ
ればならない。このためにガラス、ラッカまたは適当な
金属酸化物も使用することができる。絶縁層の材料は、
公知の方法のいずれかに従って電極構造体上に被着させ
ることができる。電極構造体120,130に対して使用され
る金属の酸化物が必要な特性を有しているとき、絶縁層
140は場合に応じて導体金属の表面酸化によっても形成
することができる。

第２図ではわかりやすくするためにそれぞれの電極構造
体における歯の数は誇張して少なくかつ隣接する歯間の
間隔は誇張して大きく図示されている。実際にはそれぞ
れの電極構造体120,130は非常に多くの数の歯を有して
いる。このセンサ素子の特別重要な特徴は隣接する歯間
の間隔の選定である。すなわち間隔は50μｍより小さく
かつ有利には約20μｍである。第２図および第３図の原
理に従って製造されたセンサ素子の実際に使用された実
施例では電極構造体120,130は、酸化アルミニウムから
成る基板112に被着されているタンタルから形成され
た。それぞれの電極構造体は、幅が21μｍでありかつ長
さが2mmである50の歯から成るコム体を有している。２
つの電極構造体の互いにかみ合う歯の間の間隔は19μｍ
である。それ故に２つの互いにかみ合うコム構造体によ
って形成される本来のセンサ領域は僅か２×4mmの面積
しか成していない。絶縁層140は、高濃密でかつこれに
より湿度に不感の酸化タンタルから成っており、その際
酸化タンタルは160nmの厚みにおいて電極構造体のタン
タルの表面酸化物によって形成されている。

このセンサ素子は、２つの電極構造体の隣接する歯間の
間隔が露点温度に達した際に形成される、最大の凝結滴
粒のオーダにあるかまたはそれよりやや小さな滴粒によ
って作動される。つまりこれにより、露点温度に達した
際に最初に形成される凝結滴粒が、隣接する歯122およ
び132間のギャップ142の幅全体を直ちに充たすことが実
現される。先願の上記特許出願明細書に詳しく記載され
ているように、この結果として２つの電極構造体間で測
定できるインピーダンスが飛躍的に変化する。その理由
は比較的大きな導電率の凝結滴粒がギャップ142の比較
的小さな容量をいわば短絡しかつ歯を被覆する絶縁層14
0の著しく大きな容量間の導電結合を形成するからであ
る。それ故に２つの電極構造体間のインピーダンスの測
定によって、つながっている露層が形成される以前に、
最初の凝結滴粒の形成の際に既に露点温度に達したこと
を検出することができる。

インピーダンスに代わってセンサ素子の電気容量Ｃ_Ｆを
測定することもできる。この電気容量は乾燥時の電気容
量C₀（以下簡単に容量C₀と表す）から露点温度に達した
際に著しく大きな露点時電気容量C₁（以下簡単に容量C₁
と表す）に移行する。第１図に図示の、露点測定装置の
実施例ではセンサの電気容量Ｃ_Ｆをこのように測定する
ことによって動作する。

測定値検出器10は、電気信号Ｓ_Ｚが取り出される第１の
接続線10aを有している。この信号はセンサ素子12の湿
度に依存する電気値、従って第２図および第３図に図示
のセンサ素子を使用した場合にはそのインピーダンスＺ
に依存している。接続線10aにインピーダンス評価回路2
0が接続されており、この評価回路は信号Ｓ_Ｚから引き
続く処理に適した、露点検出に対して使用される湿度に
依存した電気値、従ってこの場合はセンサの電気容量Ｃ
_Ｆ（以下簡単にセンサ容量と表す）である電気信号を形
成する。簡単にするためにこの信号は同様Ｃ_Ｆによって
示されている。

測定値検出器10は、温度センサ16の温度に依存する電気
値に依存している電気信号Ｓ_Ｔが取り出される第２の接
続線10bを有している。温度センサ16は例えば、温度に
依存する電圧を発生するサーモエレメント、またはその
オーミック抵抗が検出すべき温度領域において温度とと
もに変化する抵抗温度計とすることができる。図示の実
施例では、温度センサ16は型名PT100の、薄膜技術にて
製造された白金抵抗温度計である。従って接続線10bで
取り出される電気信号Ｓ_Ｔは温度センサ16の抵抗値に依
存している。接続線10bに、温度評価回路22が接続され
ている。この温度評価回路は信号Ｓ_Ｔから、引き続く処
理に適している、温度センサ16によって測定された、セ
ンサ素子12の表面の温度Ｔ_Ｆを表わす電気信号を形成す
る。簡単にするためにこの信号もＴ_Ｆによって示されて
いる。

インピーダンス評価回路20および温度評価回路22はマイ
クロコンピュータ30の入力側30aないし30bに接続されて
おり、その際必要の場合にはそれぞれにAD変換器を介挿
することができる。マイクロコンピュータ30においてセ
ンサ温度Ｔ_Ｆは、比較回路31によって示されているよう
に、マイクロコンピュータにおいて計算された目標温度
値Ｔ_Ｓと比較される。この比較により得られた差Ｔ_Ｓ−
Ｔ_Ｆは温度制御器の機能を有する機能ブロック32におい
て、マイクロコンピュータ30の出力側30cから送出され
る温度制御信号Ｓ_Ｔの発生のために使用される。

機能ブロック32はむちろん、その他の図示の機能ブロッ
ク同様に、マイクロコンピュータにおいて具体的な形で
存在するものではない。つまり機能ブロックはむしろマ
イクロコンピュータの種々のプログラムルーチンを表し
ているのである。

マイクロコンピュータ30の出力側30cに接続されているD
A変換器24は温度制御信号Ｓ_Ｔを電圧Ｕ_Ｔに変換する。
この電圧は、電力出力段25の入力側に供給されて、そこ
でペルチェ効果素子14に対する電流Ｉ_Ｐが測定値検出器
10の第３の接続線10cに供給される。この電流Ｉ_Ｐは周
知のようにその極性にしたがって加熱電流かまたは冷却
電流のどちらかである。出力段25に供給される電圧Ｕ_Ｔ
によってペルチェ電流Ｉ_Ｐは、差Ｔ_Ｓ−Ｔ_Ｆが零になる
ように調整される。公知の方法によればペルチェ電流Ｉ
_Ｐはこの目的のために周期的に極性を反転することがで
き、その結果この電流は交互に加熱電流および冷却電流
として作用し、その際電圧Ｕ_Ｔがオンオフ比を、目標温
度Ｔ_Ｓに等しい平均センサ温度Ｔ_Ｆが生じるように決め
るのである。すなわち構成部分12,16,22,31,32,24,25,1
4は、センサ温度Ｔ_Ｆを常時目標温度Ｔ_Ｓに追従制御す
る温度制御回路を形成する。この温度制御回路におい
て、センサ温度Ｔ_Ｆは制御量であり、目標温度Ｔ_Ｓは基
準量およびペルチェ電流Ｉ_Ｐは操作量である。

目標温度Ｔ_Ｓが露点温度Ｔ_Ｐに等しいように考慮される
とき、この温度調整によってセンサ温度Ｔ_Ｆは常時、露
点温度Ｔ_Ｐの値に保持される。そこで温度評価回路22の
出力側に接続されている温度指示器26は調整された状
態、即ち制御されている状態において露点温度を指示す
る。

上述したように露点温度Ｔ_Ｐは制御されている状態にお
いて信号Ｔ_Ｆによって表わされるが、それはマイクロコ
ンピュータ30によって従来のように所望の湿度量、例え
ば測定媒体の絶対湿度または相対湿度を計算するために
使用することができる（露点評価部33）。この目的のた
めに飽和蒸気圧曲線が表としてマイクロコンピュータ30
に記憶されている。露点温度のこの評価は一般に周知で
あるので、これ以上の詳しい説明は省略する。

第１図の露点測定装置では、マイクロコンピュータ30は
その従来の課題に対して付加的に、センサ素子12の表面
の凝結された水の安定した質量を得るためにセンサ温度
Ｔ_Ｆを制御する、湿度に依存した電気値を制御するよう
にしている。この目的のためにマイクロコンピュータ30
において、入力側30aに供給されるセンサ容量Ｃ_Ｆが、
別の比較回路34によって示されているように、マイクロ
コンピュータにおいて計算された、露点に対応する容量
目標値C₁と比較される。この比較によって得られた差値
Ｃ_Ｆ−C₁は、PID制御器として構成されている、湿度に
依存する電気値の制御器の機能を果たす機能ブロック35
において、比較回路31においての比較のために使用され
る目標値Ｔ_Ｓの発生のために使用される。目標温度Ｔ_Ｓ
は機能ブロック35における制御によって、差Ｃ_Ｆ−C₁が
零になるように、従ってセンサ容量Ｃ_Ｆが露点の容量目
標値C₁をとるように、制御される。容量目標値C₁が真の
露点温度におけるセンサ容量に相応することを前提とし
て、このようにしてセンサ温度Ｔ_Ｆは制御によって露点
温度Ｔ_Ｐに保持される。その場合制御されている状態に
おいては温度信号Ｔ_Ｆによって表される温度を温度指示
器26において指示することによって露点温度Ｔ_Ｐが指示
される。

従ってセンサ素子12からインピーダンス評価回路20およ
びマイクロコンピュータ30の機能ブロック34,35を介し
て温度制御回路に至っている第２の制御回路が設けられ
ている。この第２の制御回路においてセンサ容量Ｃ_Ｆは
制御量でありかつ露点容量目標値C₁は基準量である。第
２の制御回路の操作量Ｔ_Ｓは同時に温度制御回路の基準
量を形成する。すなわちカスケード制御が行われてお
り、その際外側の第２の制御回路は内側の温度制御回路
を内包している。機能ブロック35によって表される、外
側の制御回路の湿度に依存した電気値の制御器は主制御
器として作用し、かつ内側の制御回路の温度制御器32は
追従制御器として作用する。

内側の制御は、センサ素子12の表面温度Ｔ_Ｆが出来るだ
け短い時間において、制御器35が規定する目標温度値Ｔ
_Ｓに追従制御するように作用する。温度制御器32の制御
パラメータは全体の温度領域において使用条件が著しく
異っている場合でも一定に維持される。この内側の温度
制御に対する重要な条件は、それが外側の制御より迅速
に経過することである。

測定値検出器10の容量Ｃ_Ｆ（または一般には使用の湿度
に依存する電気値）をセンサ温度Ｔ_Ｆの変化によって制
御する外側の制御は本来の露点検出のために用いられ
る。

測定値検出器10が直接プロセス中に配設されず、プロセ
スから取り出された気体が導入される測定チャンバに配
設されるとき、その都参のセンサ温度Ｔ_Ｆは回路ブロッ
ク28によって図示されている測定チャンバ温度の並列な
制御に対する目標値としても用いられる。この制御は、
測定チャンバ温度が前以て決められた値だけセンサ温度
より上方に保持されるように行われ、その際この値はセ
ンサ温度の種々異なった温度領域に対して種々異なって
いてよい。測定チャンバ温度制御器28によって測定チャ
ンバの温度に対して平行して管に付随した加熱装置の温
度も制御される。

既述のカスケード制御を用いて、湿度に依存する電気値
の制御を簡単化するために著しく簡単になっている温度
制御の特性が利用される：ａ）気体の温度変化に基いた障害は湿度に依存する電気
量の制御に影響しないですむ。というのは温度変化が生
じても別個の内側の温度制御によって捕捉されて補償制
御されるからである。

ｂ）水蒸気凝結（または蒸発）に基いたセンサ面におけ
るエネルギー収支の変化による湿度に依存する電気量の
制御内への帰還は別個の内側の温度制御によって帳消し
にされる。何故ならばエネルギー収支の変化はこの別個
の温度制御回路によって補償制御されるからである。

マイクロコンピュータ30を、制御回路に組み入れること
によって、障害の影響を排除しかつ最適な制御特性を実
現するために調整の自動制御が可能になる。この目的の
ためにマイクロコンピュータ30は殊に次の機能を果た
す： 1.PID制御器35の制御パラメータは制御区間のダイナミ
ック特性に応じて系によって自動的に適応するように決
められる。

2.センサ10の湿度に依存する電気値の、露点に相応する
値に対する目標値、従って既述の実施例ではセンサ容量
Ｃ_Ｆの値C₁は系によって自動的に、誤った測定を来すお
それがある、センサの汚れが補償されるように、決めら
れる。

3.汚れの補償サイクルにおいて同時にペルチェ効果素子
14の温度の制御に対する追従制御器32の時定数Ｔ_Z1が決
められる。すなわちこの目的のためにマイクロコンピュ
ータ30は内側の温度制御回路と共働する。

この機能を以下に説明する。

露点調整の自動最適化制御の通常の状態においては、機能ブロック35によって
図示されているPID制御によって約0.5ないし1sのサイク
ル時間Δｔ_ｘを有する時間的に一定のサイクルにおいて
その都度、先行の目標値Ｔ′_Ｓとは目標値変化ΔＴ_Ｓだ
け異なっている新しい温度目標値Ｔ_Ｓが決められる：Ｔ_Ｓ＝Ｔ′_Ｓ＋ΔＴ_Ｓ（１）サイクル当たりの目標値変化ΔＴ_Ｓに対して次の式 ΔＴ_Ｓ＝Ｋ_ｉ・（Ｃ_Ｆ−C₁）・Δｔ_ｘ＋ｋ_ｐ・Δ（Ｃ_Ｆ
−C₁）＋Ｋ_ｄ・Δ^２（Ｃ_Ｆ−C₁）／Δｔ_ｘ（２）が成り立つ。その際Ｋ_ｉ,K_ｐ,K_ｄはそれぞれ、機能ブロ
ック35のPID制御の積分，比例ないし微分制御に対する
制御パラメータである。図示の測定装置の特殊性は、制
御パラメータＫ_ｉ,K_ｐ,K_ｄが固定調整されずに、系によ
って制御区間の時間特性に依存して変化することにあ
る。

制御パラメータの補正は常に、サイクルΔｔ_ｘにおいて
決められた目標値補正ΔＴ_Ｓが著しく大きく、かつそれ
故に系が振動し始めるとき、または気体中の湿度の変化
によってもはや凝結または蒸発が生じなくなる程上記目
標値補正ΔＴ_Ｓが小さいときに行われる。

制御パラメータの補正は、第１図において機能ブロック
36によって図示されているプログラムルーチンによっ
て、機能ブロック37によって図示されている、制御回路
の振動解析の結果に基いて行われる。第４図は実施例と
して、センサ容量Ｃ_Ｆの、目標値C₁だけ減衰する振動を
示している。この振動は振動持続時間ｔ_Ｍおよび間に１
つの負の振幅Ｃ_Ｃを有している２つの連続する正の振幅
Ｃ_Ａ,C_Ｂを有している。これらの値ｔ_Ｍ,C_ＡおよびＣ_Ｂ
から、露点制御の伝達関数の極の実部Ｐ_2Rおよび虚部Ｐ
_2Jを次の式に従って計算することができる：これらの関係は、Ｃ_Ｆの振動が減衰しているのか、振動
が丁度その時増大していくのかまたは一定の振幅を有す
る振幅が生じているのかに係わりなく成り立つ。

機能ブロック37によって図示されている振動解析は、装
置の始動の都合の立ち上がり過程において、また通常の
制御過程においてもそれぞれのΔｔ_ｘサイクル毎に呼び
出される。振動解析の結果として機能ブロック37は２つ
の振動パラメータＰ_2RおよびＰ_2Jの値を機能ブロック36
に送出する。

外側の制御回路におけるセンサ容量Ｃ_Ｆの振動に代わっ
て、内側の制御回路におけるセンサ温度Ｔ_Ｆの振動を同
じく申し分なく振動解析のために用いることができる。
以下の説明はこの例に対しても同じように当てはまる。

センサ容量Ｃ_Ｆまたはセンサ温度Ｔ_Ｆのデジタル標本値
から振動曲線の最大値および最小値を正確に検出すると
いう問題がある。つまりランダムな変動と真の振動とを
区別することができかつ長時間振動も検出されなければ
ならない。この問題の解決のために機能ブロック37にお
ける振動解析は、第５図の波形図に基いて説明する“３
微分方式”によって行われる。

第５図の波形図Ａは、均一な時間間隔においてセンサ容
量Ｃ_Ｆから時間を表すアナログ曲線の関数として取り出
されている連続するデジタル標本値を示している。標本
値は直線の区間によって結ばれており、これによりアナ
ログ曲線は近似的にシミュレートされている。振動は平
均値Ｃ_ｍを中心としてほぼ正弦波状に経過する。

波形図Ｂにおいて、アナログ曲線の相応する部分の微分
の極性でもある、連続する標本値間の曲線部分の勾配の
極性が図示されている。値＋１は正の極性に、従って上
昇する曲線部分に相応し、かつ値−１は負の極性、従っ
て下降する曲線部分に相応する。極性はそれぞれの曲線
部分に対して、第２の標本値が存在するとき初めて検出
することができる。それ故に波形図Ｂに示すように先行
する曲線部分に対しての極性変化時点は時間的に波形図
Ａにおけるこの曲線部分の第２の標本値と一致する、す
なわち１標本化時間遅れて極性変化が生ずる。

波形図Ａの第１の標本値は座標系の原点にある。波形図
Ｂにおいて、その前に存在する曲線部分（波形図Ａには
図示されていない）の勾配が正の極性を有していたもの
と仮定してある。この正の極性は波形図Ｂにおいて、第
２の標本値が存在するまで固定される値＋１に相応す
る。第２の標本値の時点において、第１の標本値と第２
の標本値との間の勾配が同様正の極性を有していたこと
が検出される。それ故に波形図Ｂにおいて第２の標本値
と第３の標本値との間において、これら２つの標本値間
の曲線部分が降下すること、すなわち負の勾配を有して
いるにも拘わらず、引き続き値＋１が検出される。

第３の標本値が存在して初めて、先行する曲線部分が負
の勾配を有していたことを検出することができる。それ
故に、第３の標本値および第４の標本値の間の勾配が再
び正であるにも拘わらず、波形図Ｂの極性曲線は第３の
標本値の時点においてそれ以後第４の標本値の存在まで
固定される値−１に移行する。新たな極性変化は第４の
標本値の時点で漸く検出され、その結果この時点におい
て波形図Ｂの曲線は再び値−１から値＋１に移行する。
波形図Ｂの極性曲線の、波形図Ａの標本値からの後続の
過程はこれまでの説明から難無く理解できる。

振動曲線の勾配の維持される極性変化は極大値（最小値
または最大値）を示している。このように維持される極
性変化は、曲線経過における短時間の障害によって発生
する突発的に発生する極性変化から区別されなければな
らない。このように波形図Ａにおいて第１の曲線部分と
第２の曲線部分との間で極性変化が認められるが、この
極性変化は第２の曲線部分と第３の曲線部分との間の新
たな極性変化によって再び帳消しになる。このような散
発する極性変化が誤って極大値と解釈されることを防止
するために、マイクロコンピュータ30において計数値変
数Ｅ_ｅが波形図Ｂの極性変化に依存して、波形図Ｃに図
示されているように調整される。

極大値に相応するようにしてもよい、波形図Ｂの極性変
化の都度、計数値変数Ｅ_ｅは“1"だけ大きくなる。しか
しこの変数は直接それに続く極性変化において再び“1"
だけ小さくなる。これに対して極大値を知らせる極性変
化に次の曲線部分において新たな極性変化が続かないと
き、計数値変数Ｅ_ｅが新たに“1"だけ大きくなることに
よって極大値が確認される。

波形図Ｃから、計数値変数Ｅ_ｅ＝２に達したとき、第１
の最大値に達していることが明らかである。そこで先行
する極性変化に相応する標本値Ｃ_A1が固定され、かつこ
の極性変化の時点から振動持続時間の測定のための時間
が計数される。

振動の最小値はＥ_ｅ＝４のとき達しており、かつ第２の
最大値はＥ_ｅ＝６のとき達している。この第２の最大値
に相応する極性変化において所属の標本値Ｃ_B1が決定さ
れかつ時間測定が終了する。測定された時間が振動持続
時間ｔ_Ｍである。２つの最大値の振動振幅は標本値から
得られる：Ｃ_Ａ＝Ｃ_A1−Ｃ_ｍ（５）Ｃ_Ｂ＝Ｃ_B1−Ｃ_ｍ（６）Ｃ_C1が振動の最小値における標本値であれば、振動の平
均値はに従って得られる。

このようにして振動パラメータＰ_2RおよびＰ_2Jの計算に
対して必要なすべての値が取り出される。

通例第２の最大値は再び新たな振動測定に対する出発点
として使用される。それ故に計数値変数は“0"にリセッ
トされずに、Ｅ_ｅ＝２にセットされる。

次にステップでさらに、このようにして解析された振動
が制御の自動最適化に対して適しているかどうかが判定
されなければならない。例えば検出された“振動”は、
求められた振動振幅が振動平均値Ｃ_ｍに比べて著しく小
さいとき、自動最適化に対して有用でないものと認めら
れる。さらに測定された量Ｃ_Ａ,C_Ｆ,t_Ｍから計算された
振動パラメータＰ_2RおよびＰ_2Jが振動の判断基準を満足
しなければならない。振動曲線の指数関数に従った時間
的な下降を規定する減衰時定数ｔ_Ｄが、測定された振動
持続時間ｔ_Ｍより著しく短いことは許されない。この条
件は第６図の波形図に図示されている。波形図Ａでは減
衰時定数ｔ_Ｄは測定された振動持続時間ｔ_Ｍより大き
く、かつ波形図Ｂではそれはほんの僅か小さいだけであ
る。これら２つの振動は制御パラメータの補正のために
許容することができる。これに対して波形図Ｃにおいて
減衰時定数ｔ_Ｄは測定された振動持続時間ｔ_Ｍに対して
非常に小さい。すなわちこれら振動は許容されない。

実施された振動解析に基いて、制御パラメータＫ_ｉ,
K_ｐ,K_ｄの補正に対するすべての前提条件が満たされて
いるとき、機能ブロック36によって図示されているプロ
グラムルーチンが次のようにして新たな制御パラメータ
を計算する：Ｔ_Z1 を汚れ補償サイクルにおいて測定された、温度制
御器32の時定数とし、Ｔ_Z2 を振動解析から計算された、センサ素子12の熱的
な遅延度の時定数とし、Ｔ_ｒを指数関数に従った非周期的な限界例における湿
度に依存した電気値の制御の時定数とするとき、３つの時定数に所属する非周期的な限界例の新た
な制御パラメーに対して次の式が成り立つ：その際パラメータX,YおよびＴ_ｒはその前の制御パラメ
ータＫ_ｐ′,K_ｉ′,K_ｄ′並びに振動解析により得られた
振動パラメータＰ_2R,P_2Jから次の式に従って計算される
べきである：その際露点調整の自動最適化理論はここで、Ｔ_z2およびＹに対
して計算された値に対してＴ_z2＞０Ｙ＞０が成り立たなければならない。というのはＹに対する値
は理論によればＫ_ｄを式（８）に従って計算するために
非常に小さな正の補正値であるからである。

式（８），（９），（10）が示すように、非周期的な限
界例における理想的な立ち上がり振動過程の時定数Ｔ_ｒ
に対するそれぞれの前以て決められた値に制御パラメー
タＫ_ｐ,K_ｉ,K_ｄの典型的な組が相応する。

ペルチェ効果素子の出力が制限されているため、露点制
御の微分成分の制限が必要である。微分成分は、露点制
御器が障害に迅速に応答するために重要である。事実、
既述の自動最適化は常に、別の量を大幅に上回っている
微分成分を送出する。ペルチェ効果素子の制限された冷
却出力を考慮するために、Ｋ_ｄに対して次の限界値が維
持されるように考慮される：Ｋ_ｄ＜10・Ｋ_ｐ汚れの補償第７図は、測定値検出器10の汚れの、センサ容量Ｃ_Ｆと
センサ温度Ｔ_Ｆとの間の関係に対する影響を示してい
る。

曲線Ｉは、清潔なセンサに相応する。それは、センサ温
度Ｔ_Ｆの低下の際、露点温度Ｔ_ｐにほぼ達するまでは、
センサ容量Ｃ_Ｆは乾燥時容量Ｃ_Ｏに相応することを示し
ている。露点温度Ｔ_ｐに達する直前に漸くセンサ容量は
僅かに上昇して、それから露点温度Ｔ_ｐにおいて正確
に、乾燥容量Ｃ_Ｏより著しく大きい値に上昇する。すな
わち露点センサは、センサ温度Ｔ_Ｆが、センサ容量が図
示の値C₁をとるように調整されるとき、実質的に正確な
露点温度Ｔ_ｐに保持される。

曲線IIは汚れのあるセンサに相応する。センサ温度Ｔ_Ｆ
が低下するとセンサ容量Ｃ_Ｆは、水蒸気の毛管凝縮また
は油性の汚れの膜での水分の溶解のために、センサ温度
がまだ露点温度より相当上にあるとき既に上昇する。汚
れの種類に応じてセンサ容量Ｃ_Ｆのこの上昇は、露点の
上方100℃まである温度において既に始まる可能性であ
る。

そこでセンサ容量Ｃ_Ｆが温度調整により清潔なセンサの
場合と同じ値C₁に保持されるとき、センサ温度Ｔ_Ｆは露
点Ｔ_ｐではなくて、一層高い値Ｔ_Ｆ′に相応する。これ
により露点温度の測定の際に測定誤差Ｔが生じる。露点
センサが正確な露点温度Ｔ_ｐに保持されるように、この
制御は、センサ容量Ｃ_Ｆが温度制御によって値C₁′に保
持されるように行われなければならない。

値C₁′は勿論、曲線IIを形成する。汚れの種類および程
度に対してのみ当てはまる。汚れの別の種類および／ま
たは程度はそれぞれ、露点Ｔ_ｐにおけるセンサ容量Ｃ_Ｆ
の別の値を形成する。

第１図の測定装置においてマイクロコンピュータ30にお
いて機能ブロック38によって図示されているプログラム
ルーチンによって、温度調整に対するガイド量として使
用される容量値C₁が自動的に、それが露点Ｔ_ｐにおける
センサ容量Ｃ_Ｆ＝C₁′に正確に相応するように調整され
る。このようにしてセンサの汚れの既述の作用が自動的
に補償される。

この目的のために、露点温度の上方にある測定信号Ｃ_Ｆ
の汚れにより生じる変化と、露点温度におけるおよび露
点温度以下の水蒸気の表面凝結によって惹き起こされる
変化とを区別することを可能にする方法が採用される。

この方法が基礎としている原理を第８図の波形図を用い
て説明する。第８図の波形図Ａはセンサ温度Ｔ_Ｆを時間
の関数として示している。波形図Ａの左側の部分では、
センサ温度Ｔ_Ｆが露点温度Ｔ_ｐの上方の領域において周
期的に変化するものとしてある。比較的簡単に示すため
に、正弦波状の変化をすると仮定したい。この変化は露
点センサの熱慣性のために勿論比較的緩慢に生じる。さ
らに変化の振幅はわかりやすくするために誇張して大き
く図示されている。

波形図Ａの右側の部分において露点温度の下方の領域に
おけるセンサ温度Ｔ_Ｆの相応の変化が図示されている。

波形図Ｂは、波形図Ａの温度変化の際に汚れたセンサで
はセンサ容量Ｃ_Ｆがどのように変化するかを時間ｔの関
数として示している。

露点温度の上方の領域において温度変化と容量変化との
間の関係が第７図の曲線IIによって示されている。この
領域において汚れたセンサの容量は、曲線IIによって規
定される、容量−温度特性曲線の経過に相応してセンサ
温度とは反対方向に変化する。この容量変化は汚れたセ
ンサの乾燥時容量C₀と露点容量C₁′との間の領域にあ
る。

これに対して清潔なセンサの容量はこの領域では、第７
図から直接明らかであるように、変化しない。というの
は曲線Ｉによって示された、清潔なセンサの容量−温度
特性曲線はこの領域では水平方向に経過するからであ
る。清潔なセンサはこの領域における温度変化では変わ
らず乾燥時容量C₀を保つ。

これに対して露点より下方の領域において汚れたセンサ
の容量は、波形図の右側部分にて図示されているよう
に、センサ温度の変化にもはや追従しない。この領域で
は汚れたセンサの容量は、センサ素子の表面に形成され
た露凝結によって決まってくる。汚れが原因の凝結はそ
れ以上は生じない。凝結された水の量は露点より十分下
方にある温度では徐々に増加する。それ故にこの領域で
は、センサ温度が変化するときでも、センサ容量Ｃ_Ｆの
漸次の増加が生ずる。

第１図に図示の露点測定装置では、露点温度の下方およ
び上方にある温度での汚れたセンサのこのように異なっ
た特性が、露点に相応するセンサ容量C₁を測定するため
に利用される。

第９図は、汚れ補償サイクルを、それが殊に露点時の容
量値C₁を測定するための装置の始動の都度どのように実
施されるかについて示している。このサイクルはさらに
センサの乾燥時容量C₀、並びに追従制御器の時定数Ｔ_Z1
も明らかにしている。

第９図の波形図は、汚れ補償サイクル期間中の、系によ
って強制される、センサ温度Ｔ_Ｆの時間的な経過および
これによって惹き起こされる、油性の膜で完全に汚れて
いるセンサのセンサ容量Ｃ_Ｆの時間的な経過を示してい
る。このように汚れたセンサではセンサ容量Ｃ_Ｆは、露
点温度Ｔ_ｐの約60℃上方にある温度で既に上昇する。

汚れ補償サイクルの開始時において例えばセンサの、12
0℃の最大温度までの加熱が行われる。この加熱は、セ
ンサがすべての湿度を放出した場合に生じるのだが、セ
ンサ容量Ｃ_Ｆが安定した状態に留どまるまでの間行われ
る。これにより乾燥時容量C₀を測定することができる。
図示の実施例では汚れは、120℃のセンサ温度において
漸く水の蒸発が完全に実現される程に強い。その時セン
サ容量Ｃ_Ｆは乾燥時容量C₀＝8.9pFに低下している。

この加熱フェーズにおいてセンサは、達した最高温度か
ら出発して、最大の冷却電力で、センサ容量Ｃ_Ｆの最初
の上昇が観察されるようになるまでの間、冷却される。
図示の実施例においてこの最初の上昇はセンサ温度が約
115℃に降下した時点で既に生じる。

この時点から、センサ温度の比較的緩慢に段階的に下降
が生じる。これにより、相応に上昇するセンサ容量Ｃ_Ｆ
に段階的な上昇が強制的に加わることになる。第８図に
基いて説明したように、この汚れにより生じる、センサ
容量の周期的な時間的な変化は、センサ温度が露点の上
方にある限りにおいてのみ発生する。露点温度Ｔ_ｐを下
回るや否や、周期的な時間的な変化に代わって、センサ
容量の突然のそれから漸次の増大が始まる。この変化の
時のセンサ温度が露点温度Ｔ_ｐであり、かつこの温度に
おいて測定されたセンサ容量Ｃ_Ｆが、新たな容量目標値
として記憶される露点容量Ｃ_Ｆである。図示の実施例で
は、容量目標値C₁＝21,8pFが検出される。

第９図の波形図から、例として選択された汚れたセンサ
の特性曲線、すなわちセンサ容量の、第10図に図示され
ているセンサ温度に関した依存関係が導き出される。こ
の特性曲線から、汚れ補償のための既述の方法によって
センサ容量Ｃ_Ｆの汚れにより生じる増加がC₁の選択によ
って無視されることが明らかである。さらにこの方法
は、目標値C₁が正確に急峻な特性曲線部分の基点にあっ
て、かつ著しく高いところには来ないように作用する。
このことは、凝結が厚くなるに従ってますます緩慢にな
る系のダイナミック特性に対しても、制御の既述の自動
最適化に対しても有利である。

センサ温度Ｔ_Ａの指示は汚れ補償サイクルの期間中一定
に保持されかつサイクルの終了時点後漸く再び投入接続
され、そこでこの指示は新たな露点温度まで指数関数的
に経過していく。

自動的な汚れ補償のための既述の方法の実施に対して、
センサ温度の段階的な降下の速度を正しく選択すること
が重要である。

有利な手段によって、降下速度が自動的に最適に設定さ
れるように実現できる。

既述のように、加熱フェーズの終了後ペルチェ効果素子
は最初、センサ容量Ｃ_Ｆの上昇が初めて検出されるまで
の間、最大の冷却電流で作動される。

これからセンサ温度の段階的な低減が行われる。最初セ
ンサ温度は（温度制御の目標値Ｔ_Ｓの低下によって）１
℃だけ低減されかつそれから、センサ容量Ｃ_Ｆが飽和状
態に移行するまでの間、新たな温度値に保持される。こ
のことはセンサ容量の汚れにより生じる増大を表わして
いる。これに基いて再びセンサ温度の、１℃の低減が行
われる。以下同じように低減される。

このようにして、段階頻度、従って平均下降速度は自動
的にその都度の条件に、Ｃ_Ｆ値の周期的な時間的な変化
を申し分なく検出しかつ評価できるように、整合され
る。

センサ容量が飽和状態にもはや達せず、恒常的に上昇す
るとき、このことは、センサ温度が露点を上回ったこと
を指示している。それからセンサ容量Ｃ_Ｆが最後に達し
た値から新たな目標値C₁が決められる。

第11図の波形図は、センサ温度の段階的な下降を一層明
らかにする、第９図の温度曲線の拡大部分図であり、か
つ第11図の波形図Ｂはセンサ容量Ｃ_Ｆの相応の周期的な
時間的な変化を示している。第11図には、時定数Ｔ_Z1を
汚れ補償サイクルにおける温度曲線の経過からどのよう
に求めることができるかについても図示されている。

センサ容量Ｃ_Ｆの周期的な時間的変化は、センサ温度Ｔ
_Ｆの段階的な低減とは別の方法においても発生すること
ができる。例えばセンサ温度Ｔ_Ｆを交互に、２℃だけ低
減しかつそれから再び１℃だけ高めることができ、その
結果下降する温度曲線に温度振動が重畳される。その場
合センサ容量の上昇に、露点温度の上方にある領域にお
いて、周期的な時間変化を生ぜしめる相応の振動が重畳
されることになる。

センサが汚れていないとき、Ｃ_Ｆの周期的な時間変化は
発生せず、センサ容量の最初の上昇は露点で漸く行われ
かつそれは飽和減少の生じない恒常的な上昇に相応す
る。この場合目標値C₁は、乾燥時容量値C₀より前以て決
められた値だけ大きい値に、例えば C₁＝C₀＋0.2pF にセットされる。

最後に汚れ補償サイクルの終了時に、サイクルの期間中
に観察された容量および温度変化に基いた制御パラメー
タＫ_ｉ,K_ｐおよびＫ_ｄに対する仮の粗に設定された値が
決定される。それからこの粗い調整パラメータによって
湿度に依存する電気値の通常の制御が始まるが、通例こ
の制御にはまだ振動が生じている。というのは見い出さ
れた調整パラメータは非常におおざっぱにしか系に整合
されていないからである。しかしそれから既述の振動解
析および自動最適化を用いてＫ_ｐ,K_ｉ,K_ｄに対する粗に
設定された値および容量振動のパラメータＰ_2R,P_2Jから
正確な制御パラメータが決定される。

既述の汚れ補償サイクルは、述べたように、装置の始動
の都度実施されかつ場合によっては比較的長い時間間隔
において繰り返される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の気体中の水蒸気露点の測定装置のブ
ロック回路図であり、第２図は、第１図の装置に使用す
ることができるセンサ素子の平面図であり、第３図は、
第２図のセンサ素子の一部を拡大して見た断面図であ
り、第４図は、第１図の装置における湿度に依存する電
気信号の時間的経過の一例を示す波形図であり、第５図
は、第１図の装置において実施される振動解析を説明す
るための線図であり、第６図は、第１図の装置において
発生することができる湿度に依存する電気信号の種々異
なった振動形を示す線図であり、第７図は、清潔な露点
検出センサおよび汚れた露点検出センサにおけるセンサ
容量とセンサ温度との間の関係を示す線図であり、第８
図は、第１図の装置における汚れに無関係な温度調整を
実現するための目標値の設定の際に適用される原理を説
明するための線図であり、第９図は、第１図の装置にお
いて汚れの補償のために実施されるサイクルの時間経過
を示す線図であり、第10図は、第９図の線図からわか
る、汚れのある露点検出センサにおけるセンサ容量とセ
ンサ温度との間の関係を示す線図であり、第11図は、第
９図に図示された、汚れ補償のサイクルの時間経過を一
部拡大して示す部分線図である。 10……測定値検出器、12……センサ素子、14……ペルチ
ェ効果素子、16……温度センサ、20……インピーダンス
評価回路、22……温度評価回路、24……AD変換器、25…
…出力段、26……温度指示器、28,32……温度制御器、3
0……マイクロコンピュータ、33……露点評価部、35…
…湿度に依存する電気値の制御部、36……制御パラメー
タの補正部、37……振動解析部、38……汚れ補償部、Ｃ
_Ｆ……センサ素子の容量、C₀,C₁……乾燥時の容量、Ｓ
_Ｚ……センサ素子の湿度に依存する量に依存する電気信
号、Ｓ_Ｔ……湿度センサの温度に依存する電気値に依存
する電気信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサ面における露滴の形成の指示のため
に使用される、湿度に依存した電気値を、センサ面の温
度を制御することによって安定した露量に対応する目標
値に保持しかつセンサ面の温度を測定する、気体中の水
蒸気の露点を測定する方法において、目標値を設定するために、センサ面の温度を露点温度よ
り上方にある値から低下させかつ該温度低下に周期的な
温度変化を重畳し、かつ湿度に依存する電気値の周期的
な変化の同時に発生の際に、周期的な変化の、単調な変
化への転換の際に測定された、湿度を依存する電気値の
値を目標値として使用することを特徴とする気体中の水
蒸気の露点測定方法。
【請求項２】センサ面の温度を前以て決められた値だけ
低下させ、かつ湿度に依存した電気値の周期的な変化を
該電気値の単調増加まで監視する請求項１記載の気体中
の水蒸気の露点測定方法。
【請求項３】湿度に依存した電気値の変化に依存してセ
ンサ面の湿度の段階的な変化を始めるようにする請求項
２記載の気体中の水蒸気の露点測定方法。
【請求項４】センサ面を最初、気体の露点の上方にある
温度に、湿度に依存した電気値が一定の値をとるまでの
間加熱し、かつ上記一定の値を乾燥時の値として測定
し、かつそれからセンサ面の温度を段階的に低下させ、
かつ湿度に依存した電気値の最初の変化が検出されたと
きに、周期的な温度変化の重畳を開始する請求項１から
３までのいずれか１項記載の気体中の水蒸気の露点測定
方法。
【請求項５】湿度に依存した電気値は電気容量である請
求項１から４までのいずれか１項記載の気体中の水蒸気
の露点測定方法。
【請求項６】湿度に依存した量の制御に対する制御パラ
メータを湿度に依存した電気値またはセンサ温度の振動
の解析に基いて連続的に補正する請求項１から５までの
いずれか１項記載の気体中の水蒸気の露点測定方法。
【請求項７】振動の解析によって、２つの連続する振動
最大値における振動振幅および該振動最大値間の時間間
隔を求める請求項６記載の気体中の水蒸気の露点測定方
法。
【請求項８】振動最大値を検出するために、湿度に依存
する電気値またはセンサ温度の経過の複数の連続する曲
線部分の勾配の極性を評価する請求項７記載の気体中の
水蒸気の露点測定方法。
【請求項９】振動最大値の発生を指示する、２つの曲線
部分間の極性変化を記憶しかつ直接続いて新たに極性変
化があれば上記記憶を消去し、これに対して新たな極性
変化がなければ上記振動最大値を確認する請求項８記載
の気体中の水蒸気の露点測定方法。
【請求項１０】極性変化の記憶のために計数値変数を所
定の値だけ変化し、かつ振動最大値を確認するために上
記計数値変数を新たに同じ値だけ同じ方向に変化する請
求項９記載の気体中の水蒸気の露点測定方法。
【請求項１１】湿度に依存した電気値の制御はPID制御
である請求項６から10までのいずれか１項記載の気体中
の水蒸気の露点測定方法。
【請求項１２】湿度に依存した電気値の制御によって制
御量として温度目標値を発生し、かつ温度目標値をカス
ケードにおいて後置接続された、その制御量がセンサ面
の温度である温度制御器に対する基準量として使用する
請求項11記載の気体中の水蒸気の露点測定方法。
【請求項１３】カスケードにおいて後置接続された温度
制御器は固定に設定された制御パラメータを用いる制御
器である請求項12記載の気体中の水蒸気の露点測定方
法。
【請求項１４】湿度に依存する電気値に依存する電気信
号を送出する、センサ面を有する電気センサ素子と、上
記センサ面の温度に影響を及ぼす電気的な加熱および冷
却装置と、上記センサ表面の温度に依存する電気信号を
送出する電気温度センサとを有する露点センサと、該露
点センサに接続されている、湿度に依存する電気信号を
制御量として受取りかつ上記電気的な加熱および冷却装
置に、湿度に依存する電気信号を目標値に保持する操作
量を送出する制御装置とを具備した、請求項１から13ま
でのいずれか１項に記載の方法を実施するための装置に
おいて、上記制御装置はカスケードに配置されている主制御器お
よび追従制御器を含んでおり、かつ上記主制御器が湿度
に依存する電気信号を制御量として受取りかつ湿度に依
存する電気信号の目標値を基準量として受取りかつ温度
目標値信号を送出しかつ上記追従制御器が上記主制御器
から送出された温度目標値信号を基準量として受取りか
つ上記温度センサから送出された温度に依存する信号を
制御量として受取りかつ前記操作量を上記電気的な加熱
および冷却装置に送出することを特徴とする気体中の水
蒸気の露点測定装置。
【請求項１５】湿度に依存する電気信号が供給されかつ
該電気信号を制御回路の不都合な制御特性についての振
動解析を行う機能ブロック（37）が設けられており、か
つ前記振動解析によって求められた信号値は別の機能ブ
ロック（36）に供給され、該機能ブロックにおいて前記
振動解析によって求められた信号値から制御パラメータ
が計算され、該制御パラメータはPID制御器として構成
されている主制御器（35）に供給され、かつ該主制御器
（35）に続いて、固定に設定された制御パラメータを有
する追従制御器（32）が設けられている請求項14記載の
気体中の水蒸気の露点測定装置。
【請求項１６】主制御器および追従制御器は、１つのマ
イクロコンピュータによって形成されている請求項14ま
たは15に記載の気体中の水蒸気の露点測定装置。