SE460740B - Foerfarande och anordning foer maetning av nedsmutsningen av en kapacitiv daggpunktsgivare - Google Patents

Description

460 740 Uppfinningen baserar sig på den insikten, att givarimpedansens fasvínkel ändrar sig i beroende av nedsmutsningsgraden av daggpunktgivaren. I torrt tillstånd är daggpunktsgivarens impedans. obeorende av nedsmutsningsgraden, praktiskt taget en rent kapacitiv reaktans varför givarimpedansen har fasvinkeln Ö = -90°. Om ett vattenskikt bildas på daggpunktsgivaren är fasvinkeln beroende av vattnets elektriska ledningsförmâga.

För rent vatten ligger fasvinkeln kvar på i huvudsak Ö = -90°.

Detta tillstånd inträffar när daggbildningen uppstår på en fullständigt ren kondensationsyta. Är däremot kondensations- ytan smutsig löser sig smutsen i daggen varigenom vattnet erhåller elektrisk ledningsförmåga. Ju större ledningsmågan är ju mindre blir givarimpedansens fasvinkel Q.

Vid mätning av givarimpedansens fasvinkel ooh vid användning av denna fasvinkel såsom ett mått på daggpunktgivarens nedsmutsning uppstår en signal, som ändrar sig på motsvarande sätt som nedsmutsningsgraden. Mätningen kan genomföras kontinuerligt och samtidigt med mätningen av daggpunkten utan att daggpunktsmätningen därigenom på något som helst sätt påverkas. Mätningen av nedsmutsningen är i stor utsträckning oberoende av andra inverkande storheter såsom daggpunkts- temperaturen, gastemperaturen, daggpunktsavståndet och lufthastigheten.

Man har vidare fastställt att för ej alltför höga mätfrek- venser är givarimpedansens fasvinkel Ö oberoende av vattenmängden, dvs. oberoende av tjockleken av daggskiktet.

För övrigt är daggskiktstjocklekens inverkan inte störande även vid högre frekvenser eftersom man vanligen genom en temperaturreglering ställer in en konstant daggskiktstjocklek. varigenom ett entydigt resultat erhålls för sambandet mellan fasvinkeln ooh nedsmutsningsgraden.

Man har däremot kunnat fastställa, att beloppet av h? 460 740 givarimpedansen är ett mått på vattenmängden. dvs. på tjockleken av daggskiktet. Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen mäts därför beloppet av givarens impedans och används som ett mått på daggskiktets tjocklek.

En anordning för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen definieras i de bifogade patentkraven.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan i anslutning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. 1 är en plan vy ovanifrån av en kapacitiv daggpunktsgivare utförd i tunnfilmteknik, fig. 2 är en tvärsektionsvy av den i fig. l visade daggpunktsgivaren, och fig. 3 visar schematiskt ett kopplingsschema av en anordning för mätning av daggpunkten, vilken anordning innefattar en kapacitiv daggpunktsgivare samt en anordning för mätning av nedsmutsningen av daggpunktsgivaren.

Den i vy ovanifrån i fig. l och i sektion i fig. 2 visade, kapacitiva daggpunktsgivaren 1 har ett substrat 2 på vars yta två i varandra ingripande kamliknande elektroder 3 och 4 är utbildade i tunnfilmteknik. Substratet 2 består av ett fuktighetsokänsligt isolermaterial, företrädesvis keramik. På de kamliknande elektroderna 3, 4 är kontaktytor 5 resp. 6 utbildade, vilka medger anslutning av en yttre mätkoppling.

Den yta på substratet 2 som bär de kamliknande elektroderna 3, 4 är täckt med ett skyddsskikt 7, som exempelvis består av glas. På översidan av daggpunktsgivaren är vidare anordnat en temperaturgivare 8 för mätning av daggpunktsgivarens temperatur. Temperaturgivaren kan exempelvis vara ett mâtmotstånd i en motståndstermometer. 460 740 _; När en sådan kapacitiv daggpunktsgivare används i en anordning för mätning av daggpunkten avkyls på känt sätt daggpunktsgivaren med hjälp av en lämplig kylanordning tills dagg avsätter sig på översidan av skyddsskiktet 7. När daggskiktet bildas ändrar sig den vid kontaktytorna 5 och 6 uppmätta kapacitansen mellan elektroderna 3 och 4 till följd av vattnets stora dielektricitetskonstant. Kapacitansändringen anger att daggtemperaturen uppnåtts och denna temperatur mäts och visas med hjälp av temperaturgivaren 8. Vanligen använder man en temperaturregleringsanordning, som styr kylanordningen på sådant sätt att en konstant tjocklek av daggskiktet upprätthâlles. Daggpunktsgivaren hålls därigenom ständigt på daggpunktstemperaturen, vilken kontinuerligt kan visas med hjälp av temperaturgivaren 8.

Daggpunktsgivarens mätnoggrannhet påverkas om den yta på glasskiktet 7 som bildar kondensationsyta är nedsmutsad eftersom nedsmutsningen kan leda till en sänkning av ângtrycket och en ej homogen daggbildning.

Fig.3 visar ett kopplingsschema över en apparat för mätning av dagg. Förutom mätning av daggpunktstemepraturen medger apparaten mätning av nedsmutsningen av daggpunktsgivaren.

Den ekvivalenta elektriska kretsen för dagpunktsgivaren anges inom den med streckade linjer 1 visade rektangeln 1.

Kondenatorn C representerar den i torrt tillstånd mellan kontaktytorna 5 och 6 uppmätta kapacitansen av daggpunktsgivaren. Denna kapacitans är praktiskt taget förlustfri. Om ett daggskikt har utbildats på daggpunksgivaren ligger daggskiktets impedans Z parallellt med kapacitansen C och denna impedans representerar en förlustkapacitans vars förlustfaktor är beroende av vattnets elektriska ledningsförmåga. vilken i sin tur beror på den på kondensationsytan förekommande smutsen, som löser sig i rf 460 740 vattnet.

Kontaktytan 5 är ansluten till ena klämma av en växelspänningskälla 10 vars andra klämma är kopplad till jord.

Kontaktytan 6 är ansluten till den inverterande ingången av en operationsförstärkare 11, vars icke inverterande ingång är kopplad till jord. I operationsförstärkarens ll återkopplings- slinga ingår en referensimpedans ZR.

Den inverterande ingången av operationsförstärkaren ll är vidare kopplad till ena belägget av en inställbar kompensationskondensator 12 vars andra belägg är kopplat till en växelspänningskälla 13 som avger en växelspänning -Ui som har samma amplitud som men motsatt fas till växelspännings- källan 10.

Operationsförstärkarens ll utgång är kopplad till den ena ingången av en fasmätningskoppling 14, vars andra ingång såsom fasreferensstorhet mottar spänningen Ui från växelspännings- källan 10. Fasmätningskopplingen 14 avger på sin utgång en 'signal, som beror av fasförskjutningen mellan fasmätnings- kopplingens 14 ingångsspänningar.

En signalbehandlingskoppling 15 är också kopplad till operationsförstärkarens ll utgång. Utsignalen från signal- behandlingskretsen 15 går till en temperaturregulator 15, som styr en kylanordning 17, vilken kyler daggpunktsgivaren 1.

Fig. 3 visar också temperaturgivaren 8, som är kopplad till en temperaturmätningskoppling 18, vilken avger en signal, som är beroende av temperaturen av daggpunktsgivaren l och som visas medelst en visningsanordning 19.

Om man antar, att ett daggskikt har uppstått på daggpunktsgivaren förekommer förutom torrkapacitansen C även impedansen Z för daggskiktet. Spänningskällan 10 skickar över 4en í4o daggpunktsgívarens l totala impedans en ström till operatíonsförstärkarens ll inverterande ingång. Denna ström är sammansatt av strömmen IC över kapacitansen C och strömmen Iz genom impedansen Z för daggskiktet, dvs.

I = IC + Iz Kompensationskondenstorn 12 är så inställd, att dess kapacitans är lika med daggpunktsgivarens l torrkapacitans C.

Spänníngskällan 13 skickar således en ström -IC över kompensationskondensatorn 12 och denna sistnämnda ström kompenserar den från daggpunktsgivaren 1 kommande strömmen IC. över referensimpedansen ZR går således endast strömmen Iz, som är omvänt proportionell mot impedansen Z.

Operationsförstärkarens 11 utgångsspänning Uo antar således det följande värdet: Spänningen UO har således ett belopp, som är omvänt proportionellt mot impedansen Z och denna spänning U0 har således relativt spänningen Ui en fasförskjutning, som är beroende av ímpedansens Z fasvinkel. Genom lämplig dimensionering av referensimpedansens ZR fasvinkel kan man ordna så, att denna fasförskjutning är lika med impedansens Z fasvinkel.

Om daggskiktets impedans skrivs på den komplexa formeln Z = R + jx där R är realdelen och X är imaginärdelen av impedansen definieras impedansens Z fasvinkel på i och för sig känt sätt genom den följande relationen O = arctg š a; g- 469 740 Om daggpunktsgivarens kondensationsyta är fullkomligt ren förblir vattnet i det utfällda daggskiktet elektriskt icke- ledande och impedansen Z är praktiskt taget en ren kapacitans. som ligger parallellt med torrkapacitansen C. Realdelen av impedansen Z är R = 0 och impedansens Z fasvinkel har värdet o = -90°. Med ökande nedsmutsning av daggpunktsgivaren ökar den elektriska ledningsförmågan i daggskiktets vatten och till följd härav blir realdelen R av daggskiktets impedans större, varigenom vinkeln d har ett absolutvärde som minskar. Till följd härav ändrar sig även fastförskjutningen mellan utgångsspänningen Uo från operationsförstärkaren 11 och ingängspänningen Ui. Denna ändring i fasförskjutningen visas av fasmätningskopplingens 14 utgângssignal, som således utgör ett mått på daggpunktsgivarens ll nedsmutsning.

Om växelspänningskällans 10 frekvens inte är alltför hög är fasvinkeln o i stor utsträckning oberoende av den på daggpunktsgivaren befintliga vattenmängden.

Det förhållandet att amplituden av utgångsspänningen U0 från operationsförstärkaren ll är beroende av beloppet av impedansen Z utnyttjas i den visade kopplingen till att genomföra daggpunktsmätningen, varför någon separat kapacitansmätningskoppling inte erfordras. Amplituden av spänningen Uo är omvänt proportionell mot beloppet av impedansen Z, vilket är gynnsamt eftersom beloppet av impedansen Z ändrar sig i motsatt riktning till tjockleken av daggskiktet, nämligen så, att det minskar när daggskiktets tjocklek ökar. Amplituden av spänningen U0 ändrar sig alltså i beroende av tjockleken av daggskiktet i samma riktning som utgângssignalen gör vid de kapacítansmätningskopplingar som konventionellt används vid apparater för daggpunktsmätningar, nämligen i samma riktning som tjockleken av daggskiktet. Om signalbehandlingskopplingen därför utförs så, att den avger en utgângssignal som är proportionell mot spänningens Uo amplitud kan denna utgångssignal användas på samma sätt som 460 740 utgângssignalen från en konventionell kapacitansmätnings- koppling, nämligen till att reglera daggpunktsgivarens temperatur.

Signalbehandlingskopplingen 15 kan därför utgöras av en enkel likriktarkoppling, sonx avger en likspänning, vilken är proportionell mot amplituden av spänningen.U0 och som matas till temperaturregulatorn 16.

Om daggpunktsgivaren 1 ännu inte har kylts ner till dagg- punktstemperaturen förekommer enbart torrkapacitansen C, som medelst kompensationskondensatorn 12 emellertid är bort- kompenserad, varför utgångsspänningen U0 har värdet noll.

Detta föranleder temperaturregulatorn 16 att styra kylanord- ningen 17 så, att daggpunktsgivaren 1 avkyls i ökande grad.

När daggpunktstemperaturen uppnås och ett daggskikt utfaller på daggpunktsgivaren stiger utgångsspänníngen UC och temperaturregulatorn 16 styr kylanordningen 17 så, att daggpunktsgivaren 1 hålls på en temperatur, som motsvarar en förutbestämd amplitud av utgângsspänningen U0 dvs. ett på förhand bestämt värde för beloppet av impedansen Z. Denna temperatur är den daggpunktstemperatur som fastställs av temperaturgivaren 8 ooh som visas av visningsanordningen 9.

Fasmätningskopplingens 14 utgångssignal kan användas till att utlösa ett alarm eller ett automatiskt genomfört rengörings- förlopp då nedsmutsningen överstiger ett fastställt gräns- värde. I viss mån är det även möjligt att med ledningen av utgångssignalen från fasmätningskopplingen företa en korrige- ring av daggpunktsmätvärdet.

Den medelst kompensationskondensatorn 12 och spänningskällan 13 företagna kompenseringen av torrkapacitansen C är inte absolut nödvändig, ty inte bara fasen och beloppet av impedansen Z beror av nedsmutsningen av daggpunktsgivaren utan även fasen och beloppet av den totala impedansen av (ü i! Ä4eo 740 daggpunktsgivaren, inklusive torrkapacitansen C är beroende av denna nedsmutsning av daggpunktsgivaren. Den i fig. 3 visade kompenseringen gör emellertid nedsmutsníngsmätningen både noggrannare och känsligare. En särskild fördel med den i fig. 3 visade kopplingen består i att mätningen är oberoende av impedansen av förbindningskabeln mellan dagpunktsgivaren 1 och mätkopplingen eftersom kabelimpedansen ligger mellan operationsförstärkarens ll båda ingångar.

Claims (5)

1 460 740 - 10 PATENTKRAV

1. Förfarande för mätning av nedsmutsning av en kapacitiv daggpunktsgivare (1) k ä nrïe t e c k n a t av att fasvinkeln av den vid daggbildningen förekommande givarimpedansen (7) mäts och används som ett mått på nedsmutsningen.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att beloppet av givarens impedans (7) mäts och används som ett mått pâ daggskiktets tjocklek.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att den i torrt tillstånd förekommande kapacitansen (C) av daggpunktgivaren (l) kompenseras.

4. Anordning för mätning av nedsmutsning av en kapacitiv daggpunktsgivare, för genomförande av förfarandet enligt något eller några av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d av att den kapacitiva daggpunktgivaren (1) är inkopplad mellan en växelspänningskälla (10) och den ingång på en operations- förstärkare (ll) vars återkopplingsslinga innehåller en referensimpedans (ZR), och att operationsförstärkarens (ll) utgång dels är förbunden med den ena ingången av en fasmät- ningskoppling (14), vars andra ingång mottager en från vâxelspänningskällan (10) härledd fasreferenssignal och dels avger en utgångssignal, som är beroende av givarimpedansens (1) fasvinkel.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att en kompensationskondensator (12) är inkopplad mellan en relativt den första växelspänningskällan (10) motfasig andra växelspänningskälla (113) och operationsförstärkarens (ll) ingång. 'I I