JPH08504270A - 湿度測定器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガスまたは大気の湿度の連続監視用装置は、組み合わせて、迅速応答湿度センサ（１０）およびデータプロセツサ（４４）へのそれぞれの読み取りを供給する循環冷却ミラー型センサ（１２）からなる。該循環冷却ミラーセンサ（１２）による各露点決定において、迅速応答センサ（１０）の較正がチエツクされかつ必要ならば補正される。冷却ミラーセンサ（１２）による露点サンプリングの間で、プロセツサ（４４）は湿度を示す出力を供給し、該出力は冷却ミラーセンサに関連して迅速応答センサの最新の確立された較正を考慮している迅速応答センサから信号を基礎にしている。

Description

【発明の詳細な説明】 湿度測定器具 技術分野 本発明は改良された湿度または露点測定器具に関する。 背景技術 湿度および／または露点の正確なかつ信頼し得る測定が公知の「冷却ミラー」 結露技術を使用してなされることが良く知られている。周期的な方法において作 動しかつしたがつて数分毎に数秒だけ露を形成するこの型の器具が多分最良の型 である。かかる器具は露点および湿度測定に適合させられ得る。かかる器具は本 書では循環冷却ミラー装置として言及される。 上述した技術の欠点の１つは連続サンプリング点間で取られる時間が一般に数 秒から数分であり、その時間の間中、露点または湿度が変化したならば、この変 化の開始が次のサンプリング点において単に検出される。迅速な監視および制御 のためにこれは欠点である。 他の形状の、例えば、アルミニウム酸化物、ポリマ、または伝導性フイルム型 の湿度センサが利用可能である。これらは頻繁な較正を必要としかつ一般に長期 間の使用に適さない。しかしながら、それらは非常に迅速に変化に対応しかつ制 御のための感知要素として理想的である。 発明の開示 本発明の目的は、アルミニウム酸化物またはポリマセンサのごとき、他の湿度 センサの高い応答速度とともに循環冷却ミラー露点測定技術の利点を組み合わせ る装置を提供することにある。 この発明によれば、それにより迅速応答センサの較正が冷却ミラーセンサに対 して周期的にチエツクされかつ必要ならば補正される手段とともに、組み合わせ て迅速な応答の湿度センサ温度および循環冷却ミラー型センサからなる湿度感知 装置が 設けられる。 較正のチエツクおよび補正は好ましくは、例えば、アナログ電子回路を使用す るか、またはデジタルソフトウエア技術を使用する、アナログ補正技術によつて 行われ得る。 図面の簡単な説明 第１（ａ），（ｂ）および（ｃ）図は、循環冷却ミラーセンサおよび迅速応答 センサを組み込んでいる、本発明を具体化する装置の作動を示す概略図であり、 第２（ａ）および（ｂ）図は循環冷却ミラーセンサのみを使用する湿度監視装 置における短期間のエラーの発生を波形のグラフで示す図であり、 第３（ａ）ないし（ｅ）図は冷却ミラーセンサ、迅速応答センサ、および合併 された出力の代表的な波形を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明の実施例を添付図面を参照して例として以下で説明する。 上記で示したごとく、冷却ミラー露点感知装置は露がミラー上に生ずるサンプ ル時点において、露点／湿度の正確な測定を提供する一方、前文において言及さ れた、公知の循環冷却ミラー型の装置は露点／湿度が連続監視用途における欠点 を有するサンプル時点間で時々未知である欠点をこうむる。第２（ａ）および（ ｂ）図は時間が水平にプロツトされかつ温度（露点）が垂直にプロツトされるグ ラフである。第２（ａ）図を参照して、破線は実際の露点が実線グラフで示され るように変化している状態においてかかる器具を使用している監視装置により「 認められる」ような露点を示す。 第２（ａ）図に示された「認められた」および実際の露点間の格差を減少する ために、循環冷却ミラー露点センサによる測定はマイクロコンピユータのごとき データ処理手段により処理され得る。ソフトウエアはかかる処理手段に関して書 き込まれることができ、かかる処理手段は循環冷却ミラー露点センサによりなさ れる周期的な測定を調べかつサンプリング点間の間隔に関して露点の変化の大き さおよび方向を「理性的」に予想しようとする。第２（ｂ）図はこの方法におい て達成され得 る結果を示し、サンプル時点間の領域の予想された変化は破線で示されかつ同一 周期についての真の露点変化は再び実線で示される。ここでの欠点は露点／湿度 が予想された変化から反対方向に変化しているように方向を変えるときに、不正 な情報が処理手段からの出力を受信する制御装置に送られるかも知れないという ことで５ある。 本発明の実施例において、迅速応答湿度センサの出力は冷却ミラー装置からの サンプルと同時に監視されかつ露点／湿度の傾向を示すのに使用され、最後に述 べた欠点を回避または最小にさせる。第５図のブロツク図において略示されるよ うに、迅速応答センサ１０およびＣＣＭセンサ１２は、それぞれのインターフエ イス４０，４２を介して、出力４６に、デジタルまたはアナログ形状において、 補正された露点信号を供給するマイクロプロセツサ４４に接続される。 この実施例において、適切なソフトウエアがマイクロプロセツサに使用されそ れにより迅速応答センサ１０の出力は露点サンプリング点間の湿度変化の方向を 決定するのに使用されるが、これらの変化がそれに関連して発生する実際の値は サンプリング点において冷却ミラーセンサ１２により決定される値として取られ る。 第１（ａ）図ないし第１（ｃ）図を参照すると、これらは迅速応答センサ（Ｆ ＲＳ）１０が露点または湿度の通常の連続監視のためにパイプまたは導管２０に 取り付けられる装置を示す。ソレノイド弁２２がセンサ１０の上流でパイプ２０ に設けられかつさらに他のソレノイド弁２４がセンサ１０の下流でパイプ２０に 設けられる。センサ１０の較正は、処置されてないままならば、時間周期にわた つて間違っているかも知れない。しかしながら、第１（ａ）図に示されるように 、装置は、ここではＣＣＭセンサとして言及されかつ実際に、ミラーの周期的冷 却、露形成の感知、温度等を制御する電子回路を包含する完成した通常の冷却ミ ラー露点／湿度感知器具である循環冷却ミラー湿度／露点測定装置（ＣＣＭ）１ ２からなる。ＣＣＭ装置１２は分路導管２６に接続され、該導管２６はソレノイ ド弁２２とセンサ１０との間の位置においてパイプ２０と接続されたその上流端 を有しかつセンサ１０とソレノイド弁２４との間の位置においてパイプ２０と接 続されたその下流端を有する。ソレノイド弁２８がＣＣＭ装置１２の上流で分路 導管２６に設けられそしてソレノイド弁３０がＣＣＭ装置１２の下流で分路導管 ２６に設けられる。ポンプ３８ が分路導管２６に設けられる。図示装置において、ポンプ３８がＣＣＭ装置１２ と弁３０との間に接続される。ソレノイド弁３６により常閉される分路導管３４ は全体として装置をバイパスさせる。迅速応答湿度センサ１０は、例えば、アル ミニウム酸化物、ポリマまたは伝導性フイルム型からなることが可能である。弁 ２８および３０は常閉される一方、弁２２および２４は常開される。 通常の動作において、その水分含有量が監視されるはずであるガスがパイプま たは導管２０に沿って通されかつ弁２２を経て、迅速応答センサ１０へかつそれ ゆえ、弁２４を経て、第１（ｂ）図にフロー矢印により示されるように通る。 周期的に、弁３６が開かれ、弁２２および２４が閉じられそして弁２８および ３０が開かれかつポンプ３８が作動される。かくして、導管２０を通る正規のガ ス流がバイパス３４を通って迂回させられる一方迅速応答センサ１０およびＣＣ Ｍセンサ１２が、閉ループにおいて、ポンプ３８と、弁２８および３０を介して 接続されるがフローライン２０から隔離される。ポンプ３８の作動により、この 閉ループ内の流体は連続して循環させられ、それにより迅速応答センサ１０およ びＣＣＭセンサ１２が同一の湿度に従わさせられることを保証する。これは、迅 速応答センサの較正をチエツクするために、当面は、正確に決定されるような以 前に決定された湿度（ＣＣＭセンサ１２により決定された）において迅速応答セ ンサ１０の出力を許容する。この、較正段階の終わりに、ポンプ３８が停止され 、弁２８，３０および３６が閉じられそして弁２２および２４は再び装置をその 通常の作動モードに戻すために開かれる。各サイクルの較正段階の持続時間は装 置がその通常の状態にある時間に対して短い。迅速応答センサ１０の較正が、較 正段階の間中、ずれたと認められるならば、ソフトウエアの補正は装置がその通 常の作動モードに戻る以前に自動的に行われる。理解されることは、ソレノイド 弁２２，２４，２８，３０および３６は適切な間隔での適切なシーケンスおよび 位相において作動するために好ましくはプロセツサ４４によつて制御されるとい うことである。 この装置の変形例は、例えば、通常の測定モードが本質的に安全なセンサ／器 具を要求した場合に、本質的に安全な特性を有する迅速応答センサが有害なガス 中での作動に適合させられ得るならばとくに有益であるかも知れない。しかしな がら、周期的な自動較正に関して、異なるガス、例えば、空気が正しい較正を設 定するの に閉ループにおいて使用され得る。ほとんどの装置が広範囲の露点／湿度にわた つて非常に予想可能な特性を有するので測定されている露点でそれを正確に較正 する必要は全くない。 第３（ａ）図ないし第３（ｅ）図は時間（水平にプロツトされた）に対して温 度（露点）（垂直にプロツトされた）のグラフである。第３（ａ）図ないし第３ （ｅ）図は、以下の注釈の助けにより、十分に自明である。第３（ａ）図のグラ フは、導管２０に通されるガス中の水分含有量の変化に対応する、時間に対する 実際の露点の変化を示し；第３（ｂ）図は通常の循環冷却ミラー露点測定装置に おける対応するミラー温度波形を示し、溝中の最小温度変化はそれぞれの時間で の露点を示し；第３（ｃ）図はかかるＣＣＭ装置の未処理出力を示し；第３（ｄ ）図は未補正の迅速応答センサの対応する可能な出力（破線において）を示し、 実際の露点は比較のために実線で再現され；そして第３（ｅ）図は、同一のしつ どの変化に関して、マイクロプロセツサ４４からの補正された露点信号を示しか つ本発明を具体化する装置により考え得る実際の露点（実線）と補正した迅速応 答センサ（破線）との間の密接なトラツキングを示す。第３（ｃ）図に示したよ うに、ＣＣＭセンサからの出力は、感知時点で正確であるけれども、特性におい て必ず階段状である。迅速応答センサの出力は実質上連続であるが、第３（ｄ） 図に示したように、ずれをこうむるかも知れない。本発明の装置は、第３（ｅ） 図に示したように、最小のずれにより、ほぼ連続の監視を許容する。 理解されることは、本発明はパイプラインに沿って通過するガスの水分の計量 に決して制限されないということである。実際に、本発明の最も幅広い用途は種 々の位置における周囲湿度の正確な連続監視であることが考えられる。第４図は 本発明を具体化する器具のセンサヘツドを示し、該センサヘツドは周囲湿度を監 視するのに使用され得る。この器具において、循環冷却ミラー露点センサの冷却 器ミラー５２が、当該技術においてそれ自体知られた方法において、ＣＣＭセン サの１部分を形成する関連の光学ブリツジ（発光体５４およびフオトセンサ５６ からなる）であるような、プローブまたは支持体５０の端部に取り付けられる。 迅速応答湿度センサ（ＦＲＳ）６０はまた、冷却ミラー５２に近接して、プロー ブまたは支持体５０の端部に取り付けられる。迅速応答センサ、冷却ミラーおよ び光学ブリツジは、埃 フイルタとして作用しかつセンサを機械的損傷に対して保護する、透過性のハウ ジング５８内に封入される。ＣＣＭセンサおよび迅速応答センサは、もちろん、 迅速応答センサおよび冷却ミラーが監視されている大気に連続して曝されること を除いて、第１（ａ）図ないし第１（ｃ）図および第５図を参照して説明される ような同一の一般的な方法において作動される。前記のごとく、ＣＣＭセンサの 各露点決定はチエツクするのに使用されかつ必要ならば、迅速応答センサの較正 を調整する。 本発明は非常に迅速な応答速度を有する高品質基準器具の確度および性能を有 する種々の形状の湿度測定器具の提供を許容する。 理解されることは、上記において、迅速応答センサの周期的な再較正がデータ 処理手段により行われているように記載されたが、この機能はそれに代えて、所 望ならば、対応する機能に役立つように、例えば特定の目的に応ずるように作ら れたアナログ計算回路を使用する、アナログ補正技術によつて実施され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．迅速応答センサの較正がそれにより冷却ミラーセンサに対して周期的にチ エツクされかつ必要ならば補正される手段と組み合わせて、迅速な応答の湿度セ ンサおよび循環冷却ミラー型センサからなることを特徴とする湿度感知装置。 ２．較正がそれにより周期的にチエツクされる前記手段が前記迅速応答センサ および前記冷却ミラーセンサからの感知情報を受信しかつ出力で前記迅速応答セ ンサにより感知されかつ前記迅速応答センサからの出力および前記迅速応答セン サに関して確立された最新の再較正に基づいて湿度を示す信号を供給すべく配置 されたデータ処理手段からなり、該データ処理手段が、間隔を置いて、前記冷却 ミラー型センサによりなされた露点決定を基礎にして前記迅速応答センサの較正 を再確立すべく配置されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の湿度感知 装置。 ３．水分含有量が決定され得るガス流用のかつ前記迅速応答センサが接続され るパイプライン、前記迅速応答接続の上流で前記パイプラインに設けられる第１ 弁手段、前記迅速応答湿度センサの下流で前記パイプラインに設けられる第２弁 手段、前記迅速応答センサを横切って接続されかつ前記第１弁手段と前記迅速応 答センサとの間の位置における前記パイプラインとの接合部から前記迅速応答セ ンサと前記第２弁手段との間の位置における前記パイプラインとの接合部に延在 する分路導管、該分路導管に設けられた冷却ミラーセンサおよびポンプ、前記冷 却ミラーセンサの上流側で、前記冷却ミラーセンサと前記パイプラインとの間の 前記分路導管に設けられた第３弁手段、前記冷却ミラーセンサの下流側で、前記 冷却ミラーセンサと前記パイプラインとの間で前記分路導管に設けられた第４弁 手段を包含し、それにより、前記第１および第２弁手段が開かれそして前記第３ および第４弁手段が閉じられる、通常の作動において、監視されるべきガスが連 続して前記迅速応答センサを通過することができそしてそれにより、前記迅速応 答センサの較正のために、前記第１および第２弁手段が閉じられ、前記第３およ び第４弁手段が開かれそして前記ポンプが、前記冷却ミラーセンサに関連して前 記迅速応答センサの較正のために、前記迅速応答センサおよび前記冷却ミラーセ ンサを包含する閉回路のまわりにガスを循環させるべく作動され得ることを特徴 とする請求の範囲第１項または第２項に 記載の湿度感知装置。 ４．前記迅速応答センサおよび前記冷却ミラーセンサがその湿度が監視される べき周囲雰囲気を分割するために共通空間内で支持手段に互いに密接して取り付 けられることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の湿度感知装置 。