DE1959048C3 - Verfahren zur Messung der Enthalpie feuchter Luft und Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Enthalpie feuchter Luft durch Messung ihrer Temperatur und ihrer Feuchte sowie Schaltungs-■nordnungen zur Ausführung des Verfahrens.

Die Erfindung beruht auf dem Umstand, daß die Enthalpie feuchter Luft sich aus einem Anteil temperaturabhängiger sensibler Wärme, d. h. trockener Wärme, und einem Anteil vom Feuchtegehalt abhängiger latenter Wärme, d. h. Verdampfungswärme, zusammensetzt, und die Enthalpiemessung damit auf eine Temperaturmessung und eine Feuchtemessung zurückgeführt werden kann.

Es ist bekannt, die Enthalpie feuchter Luft aus einer Temperaturmessung und einer Feuchtemessung zu ermitteln. Hierbei wird die Temperaturmessung 048

und die Feuchtemessung als Einzelmessung durchgeführt und die Enthalpie entweder mittels mathematischer Beziehungen berechnet oder aus Tabellen bzw. aus Nomogrammen bestimmt. Diesem Verfahren haften verschiedene Nachteile an. Diese bestehen vor allem darin, daß die Enthalpie nicht als Meßwert vorliegt, sondern über Zwischenschritte ermittelt werden muß. Ein Näherungsverfahren zur direkten Bestimmung der Enthalpie feuchter Luft ist durch die Messung der Feuchtkugeltemperatur gegeben. Diese Messung erfordert einen relativ hohen Wartungsaufwand, als dessen Folge nicht in allen Jahreszeiten und nicht während aller Wartungszeiträume die Zuverlässigkeit der Messungen gewährleistet ist. Infolge dieser Mängel eignen sich die bekannten Ermittlungsverfahren nicht für kontinuierliche Messungen über längere Zeiträume, wie sie für die automatische Steuerung und Regelung Voraussetzung sind und außerdem bei Feuchtkugeltemperatuien unter 0 C unbefriedigende Meßwerte ergeben.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Mängel und Nachteile der bekannten Ermittlungsverfahren zu beseitigen und die Betriebsweise von Anlagen wirtschaftlicher zu gestalten, für welche eine zuverlässige und kontinuierliche Messung der Enthalpie feuchter Luft erforderlich ist. Dies gilt insbesondere für den Betrieb von Lüftungs- und Klimaanlagen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Bestimmung der Enthalpie feuchter Luft die individuellen Zwischen schritte, die nach dem bekannten Verfahren zur Ermittlung der Enthapie aus einer Temperatur- und einer Feuchtemessung erforderlich sind, zu vermeiden und die Enthalpie als Meßsignal kontinuierlich zu erfassen.

Dies geschieht erfindungsgemäß durch Vereinigung einer Temperaturmessung und einer Feuchtemessung in der Weise, daß die Meßsignale des Temperaturmeßfühlers und des Feuchtemeßfühlers in additionsfähige äquivalente Signale transformiert, mit einem Faktor vorgegebener Größe bewertet und addiert werden. Zur Messung der beiden Komponenten können an sich bekannte Meßfüliler verwendet werden. In vorteilhafter Weise werden zur Realisierung der Messungen die den Temperatur und Feuchteänderungen proportionalen Änderungen von Widerständen ausgenutzt. Die Bewertungsfaktoren sind unterschiedlich groß und werden infolge der Nichtlinearität des Temperatur-Dampfdruck-Gesetzes von dem vorgesehenen Meßbereich der Enthalpie bestimmt. Die Bewertung wird dadurch erreicht, indem die Meßwerte einer oder beider Komponenten mit einem Muhiplikationsfaktor versehen werden und so in das Gesamtergebnis eingehen. Die Bewertung erfolgt vor der Addition. Zum Zwecke der Bewertung und der Kennlinienanpassung wird die Kennlinie eines Meßfühlers oder beider Meßfühler hierbei durch Parallelwiderstände oder Reihenwiderstände geschert.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die beiden Meßsignalc bewertet und/oder unbewertet einem Summiergerät zugeführt werden. Es ist zweckmäßig, ein Summiergerät mit nichtlinearem Übertragungsverhalten für die unbewerteten Meßsignale zu verwenden, wobei die nichtlincare Kennlinie des Eingangs-Mcßsignals invers zur Nichtlinearität der Kennlinie des Summiergeriites verlaufen muß. Dadurch erfolgt eine Linearisierung der Kennlinie über einen größeren Meßbereich und somit ein erweiterter Anwendungsbereich.

Für die Schaltungsanordnung zur Ausführung des Meßverfahrens sind verschiedene Varianten möglich. Eine Möglichkeit besteht darin, die Melisignale des Temperaturmeßfühlers und des Fi uchtemeßfühlers in Form von Widerstandsänderungen zu erfassen und in einer Brückenschaltung zum Enthalpiesignal zu vereinen. Die Meßwerte der Meßgrößen Tempeiatur und Feuchte liegen hierbei als äquivalente Änderungen von Widerständen vor. Die Summe der Widerstandsänderungen ist ein Maß für die Enthalpie feuchter Luft. Infolge des nichtlinearen Verlaufes des Temperatur-Damrfdruck-Gesetzes ist eine linearisierte Darstellung des Feuchtesignals und damit auch des Enthalpiesignals nur innerhalb eines begrenzten Bereiches im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz möglich. Die Faktoren, mit denen die Einzelmessung der Temperatur und der Feuchte zu multiplizieren sind, sind vom Meßbereich abhängig. Die Reihenschaltung der Widerstände zweier gleicher Meßfühler der zu bewertenden Meßgröße bei gleichem Bezugswert wie der Widerstand der anderen Meßgröße ergibt den Bewertungsfaktor zwei. Die Parallelschaltung der Widerstände zweier gleicher Meßfühler der zu bewertenden Meßgröße bei gleichem Bezugswert wie der Widerstand der anderen Meßgröße ergibt den Bewertungsfaktor einhalb.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Im einzelnen zeig'.

F i g. 1 die Schaltung eines Enthalpiemeßfühlers mit in Reihe geschalteten elektrischen Widerständen des Temperatur- und Feuchtemeßfühlers,

F i g. 2 die Schaltung eines Enthalpiemeßfühlers mit parallelgeschalteten elektrischen Widerständen des Temperatur- und Feuchtemeßfühlers und Widerständen zur Bewertung,

F i g. 3 die Widerstands-Enthalpie-Kennlinie eines Enthalpiemeßfühlers mit in Reihe geschalteten elektrischen Widerständen des Temperatur- und Feuchtemeßfühlers,

F i g. 4 den in eine Wheatstonesche Meßbrücke geschalteten Enthalpiemeßfühler nach Fig. 1.

in elektrischer Widerstand R& eines Temperaturmeßfühlers M_n und ein elektrischer Widerstand R_x eines Feuchtemeßfühlers M_x sind nach F i g. 1 in Reihe und nach F i g. 2 parallel geschaltet und zu einem Enthalpiemeßfühler vereint. Als Temperaturmeßfühler M/> dient ein Widerstandsthermometer.

Als Feuchtemeßfühler M_x findet ein Lithiumchlorid-Taupunkttemperaturmeßfühler mit einem Widerstandsthermometereinsatz Verwendung. Die Feuchtemessung wird hierbei auf eine Temperaturmessung zurückgeführt, da als Zwischengröße die Lithiumchlorid-Umwandlungstemperatur als ein äquivalentes Maß für die Taupunkttemperatur und somit für die Feuchte der Luft, gemessen wird.

Eine Veränderung der Anteile der sensiblen bzw. der latenten Wärme beeinflußt die Enthalpie feuchter Luft. Diese Veränderung wirkt auf die von der zu messenden feuchten Luft umgebenen Temperaturmeßfühler M₉ und FeuchtemeSfühler M_x und verändert deren die Enthalpieanteile darstellende elektrische Widerstände R» und R_x. Die Summe der Widerstandsänderungen ist dabei das Maß für die Enthalpie feuchter Luft. Da die Widerstands-Taupunkttemperatur-Kennlinie eines Lithiumchlorid-Taupunkttemperatur-Meßfühlers nicht linear verläuft, ist sie innerhalb des gewählten Meßbereiches zu linearisieren.

In dem Diagramm nach F i g. 3 ist der Gesamtwiderstand R₁ in Ω der Schaltung nach F i g. 1 über der Enthalpie der feuchten Luft in kcal/kg aufgetragen. Werden für beide Meßgrößen gleiche elektrische Widerstände von beispielsweise 100 Ω bei 0° C eingesetzt, so zeigt die Summe der Widerstandsänderungen etwa im Bereich von 5 bis 15 kcal/kg der Enthalpie feuchter Luft einen proportionalen Anstieg. Dieser Bereich wird für die Klimasteuerung und Klimaregelung am häufigsten benötigt.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Parallelschaltung der Widerstände des Temperaturfühlers M» und des Feuchtemeßfühlers M_x dienen die Widerstände R und R₀ zur Bewertung und Nullpunktfestlegung. Die Bewertung erfolgt bei Meßfühlern mit äquivalenten Widerstandsänderungen durch den Einsatz von Meßfühlern mit unterschiedlichen Grundwerten, z. B. Verwendung von Widerstandsthermometern mit unterschiedlichen Widerstandswerten bei 0° C, durch Scheren mittels Parallel- und/oder Reihenwiderständen oder bei Einsatz von Meßfühlern mit gleichen Grundwerten durch Parallelschaltung oder Reihenschaltung mehrerer gleicher Meßfühler für eine Meßgröße. Die Reihenschaltung zweier gleicher Meßfühler für eine Meßgröße ergibt dabei den Bewertungsfaktor zwei und die Parallelschaltung den Bewertungsfaktor einhalb.

In der F i g. 4 ist ein Enthalpiemeßfühler nach F i g. 1 im Arm einer Wheatstoneschen Meßbrücke dargestellt. Hierbei bedeuten R₉ den Widerstand des Temperaturmeßfühlers Mn, R_x den Widerstand des Feuchtemeßfühlers M_x, R,; R₂; R₃ die Brückenwiderwiderstände, A das Anzeigegerät oder den Meßverstärker und U die Speisespannung für die Meßbrücke. Die Addition der Meßsignale des Temperaturmeßfühlers M₉ und des Feuchtemeßfühlers M₉ in Form äquivalenter Widerstandsänderungen kann in der Meßbrücke durch Reihen- oder Parallelschaltung in einem Brückenzweig oder durch einschalten in zwei Brückenzweige erfolgen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung von Widerstandsthermometern. In gleicher Weise können auch Thermistoren zur Anwendung kommen. Für andere Meßelemente, z. B. Thermoelemente, pneumatische Meßfühler und andere müssen dafür geeignete Summiergeräte benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: 19

1. Verfahren zur Messung der Enthalpie feuchter Luft durch Messung ihrer Temperatur und ihrer Feuchte mittels Meßfühler, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale des Temperaturmeßfühlers und des Feuchtemeßfühlers in additionsfähige äquivalente Signale transformiert, mit einem Faktor vorgegebener Größe bewertet und addiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Bewertungsfaktors von dem Meßbereich der Enthalpie bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Bewertung und der Kennlinienanpassung die Kennlinie eines Meßfühlers oder beider Meßfühler durch Parallelwiderstände oder Reihenwiderstände geschert sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale einem Summiergerät bewertet oder unbewertet zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Summiergerät mit nichtlinearem Übertragungsverhailen für ein Meßsignal oder für beide Meßsignale zum Zwecke der Linearisierung eine Korrektur der Kennlinie stattfindet.

6. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand R_n des Temperaturmeßfühlers Μ» und der Widerstand R, des Feuchtemeßfühlers M, in einer Brückenschaltung angeordnet sind, wobei zur Bewer-iung eines der beiden Meßsignale mit dem Faktor zwei die Widerstände R» oder R_T zweier gleicher Meßfühler der zu bewertenden Meßgröße bei gleichem Bezugswert wie der Widerstand der anderen Meßgröße in Reihe geschaltet und zur Bewertung eines der beiden Meßsignale mit dein Faktor einhalb die Widerstände R₉ oder R, zweier gleicher Meßfühler der zu bewertenden Meßgröße bei gleichem Bezugswert wie der Widerstand der anderen Meßgröße parallel geschaltet sind.