DE2819383A1

DE2819383A1 - Fuehleranordnung zur messung der absoluten feuchte oder der enthalpie

Info

Publication number: DE2819383A1
Application number: DE19782819383
Authority: DE
Inventors: Hans Van Binsbergen
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1979-10-18
Also published as: CH629594A5

Description

Fühleranordnung zur Messung der absoluten Feuchte oder der Ent-
halpie Fühleranordnung zur Messung der absoluten Feuchte oder der Enthalpie Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fühleranordnung zur Messung der absoluten Feuchte oder der Enthalpie.
Bekannte Fühler für die Messung der absoluten Feuchtigkeit in Klimaanlagen, sogenannte Taupunkt-Hygrometer, arbeiten mit Lithiumchlorid (LiCl). Der temperaturempfindliche Teil eines Thermometers befindet sich in einem mit LiCl-Lösung getränkten Strumpf aus Glasgewebe. Um den Strumpf sind zwei Edelmetalldröhte voneinander getrennt als Elektroden gewickelt, an denen eine elektrische Spannung liegt. Solange der getränkte Strumpf feucht ist, d.h. solange die LiCl-Schicht Wasser aus der Umgebung absorbieren kann, fliesst über die Lösung ein elektrischer Strom, wodurch die Schicht erwärmt wird. Ueberschreitet die Temperatur der LiCl-Schicht die Umwandlungstemperatur, dann verdunstet das Wasser der Lösung vollständig und es bleibt eine trockene, den elektrischen Strom nicht leitende LiCl-Schicht zurück. Der Stromfluss wird unterbrochen und das Thermometer sowie die LiCl-Schicht kühlen sich ab, bis unterhalb der Umwandlungstemperatur der Stromfluss durch die nun wieder feucht gewordene LiCl-Schicht abermals einsetzt. Es stellt sich somit eine Gleichgewichtstemperatur ein, welche praktisch der Umwandlungstemperatur entspricht und die ein Mass für die absolute Feuchte bildet. Es ist auch bekannt, solche Taupunkt-Hygrometer für die Regel-ung der optimalen Energiebilanz einer Klimaanlage durch die Steuerung von Luftklappen mit Hilfe der Enthalpiediffe renz zwischen Aussenluft und Abluft zu verwenden.
Die bekannten LiCl-Fühler haben den Nachteil, dass das stark hygroskopische Lithiumchlorid bei einem Spannungsausfall abtropft, so dass dieser Teil des Fühlers ersetzt werden muss. Sie sind ausserdem auf Verunreinigungen empfindlich und ihre Lebensdauer beträgt nur ca. 2 Jahre Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eiñe wartungsfreie Fühleranordnung zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
Die gestellte Aufgabe ist durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des ersten bzw. des ersten und zweiten Anspruches gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemdssen Fühleranordnung wird anhand der einzigen Zeichnungsfigur näher erläutert, die eine Blockschaltung der Fühleranordnung darstellt.
Die Fühleranordnung geht im Prinzip von der gemessenen Temperatur und der relativen Feuchte der Umgebung aus, die für die Ermittlung der absoluten Feuchte bzw. der Enthalpie (Wärmeinhalt) mit Hilfe der angegebenen schaltungstechnischen Massnahmen ausgewertet werden.
Die in Luftkanälen von Klimaanlagen einsetzbare Fühleranordnung besitzt einen eine Temperaturmessbrücke mit einem Nickel-Widerstand Ni und einen Verstärker aufweisenden Temperaturfühler 1, dessen Ausgang über einen logarithmischen, mit einer Diode D versehenen Funktionsgenerator 2 mit einem Multiplikator 3 verbunden ist. Die Strom-Spannungskennlinie der Diode D des logarithmischen Funktionsgenerators 2 wird mit Hilfe eines Thermostaten 4 thermisch stabilisiert. An den Multiplikator 3 ist ein Feuchtefühler 5 geschaltet, welcher ein nicht dargestelltes Nylonband sowie ein zwischen den Ausgang eines Operationsverstärkers 6 und dessen invertierenden Eingang im Multiplikator 3 geschaltetes Feuchte-Potentiometer RF aufweist. Der Ausgang des Multiplikators 3 ist an einen Ausgangsverstörker 7 geschaltet, Die Fühleranordnung wird von einer nicht gezeichneten stabilisierten Stromquelle gespeist.
Die Temperatur T der Umgebung wird durch den Temperaturfühler 1 ermittelt, dessen Nickel-Widerstand Ni einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, so dass sein Widerstand mit steigender Temperatur steigt. In der Diagonale der Temperaturmessbrücke entsteht eine der Temperatur proportionale, linear ansteigende Spannungsdifferenz, die nach Verstärkung im Verstärker des Temperaturfuhlers 1 dem logarithmischen Funktionsgenerator 2 zugeführt wird. Hier wird die Spannungsdifferenz mit der thermisch stabilisierten Diode so verarbeitet, dass der Verlauf des Ausgangsstromes I, welcher der Sättigungsmenge S(T) entspricht, die logarithmisch verlaufende Sättigungskurve der absoluten Feuchte m nachbildet. Der Multiplikator 3 hat nunmehr die Aufgabe, das Produkt aus der Sättigungsmenge S(T) und aus der relativen Feuchte rF gemäss der Gleichung m = rF . S(T) zu bilden.
Die relative Feuchte rF wird durch den Feuchtefühler 5 ermittelt, dessen Nylonband mit steigender Feuchte in der Länge nichtlinear zunimmt. Dieser nichtlineare Verlauf wird durch das Feuchte-Potentiometer RF linearisiert. Durch die Veränderung der Länge des Nylonbandes ändert auch der der relativen Feuchte rF proportionale Widerstand des Feuchte-Potentiometers RF. Durch die Schaltung des Feuchtefühlers 5 zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers 6 des Multiplikators 3 wird bewirkt, dass am Ausgang des Multiplikators 3 eine Spannung U erscheint, die dem Produkt aus dem Ausgangsstrom I und aus dem Widerstandswert des Feuchte-Potentiometers RF proportional ist und der absoluten Feuchte m entspricht.
Die Spannung U am Ausgang des Multiplikators 3 wird durch den Ausgangsverstärker 7 auf einen solche Wert umgesetzt, dass zwischen der Spannung Uv amAusgangsverstårker 7 und der absoluten Feuchte m eine leicht umrechenbare Beziehung besteht, so z.B.
kann die Spannung UV von 0 bis 10 V dem Wert von 0 bis 20 g/kg absoluter Feuchte m entsprechen.
Der Ausgangsverstärker 7 kann weggelassen werden, wenn diese Beziehung zwischen der Spannung U und der absoluten Feuchte m durch andere Mittel in vorherigen Schaltungsstufen erzielt wird.
Die Spannung UV des Ausgangsverstärkers 5 kann einem nicht gezeigten Regler zugeführt werden, der diesen Wert mit einem eingestellten Soll-Wert der absoluten Feuchte m vergleicht. Besteht eine Abweichung, dann steuert der Regler den Luftbefeuchter der Klimaanlage so lange an, bis die im Luftkanal strömende Luft die erwünschte absolute Feuchte erlangt hat.
Die Fühleranordnung kann durch eine mit einem Schalter 8 versehene Leitung 9 erweitert werden, die den Ausgang des Temperaturfühlers 1 mit einem zwischen dem Ausgang des Multiplikators 3 und dem Eingang des Ausgangsverstärkers 7 liegenden Summator 10, wie dies in der Figur gestrichelt gezeichnet ist, verbindet. Eine derart ausgebildete Fühleranordnung dient zur Ermittlung der Enthalpie nach der Gleichung i ~ k1 T + k2 m wobei k1 die spezifische Wärme trockener Luft und k2 die Verdampfungswärme bedeutet.
Bei geschlossenem Schalter 8 ist der Summator 10 mit dem Ausgang des Temperaturfühlers 1 verbunden, von welchem er ein dem temperaturabhängigen Anteil k1 T der Enthalpie i entsprechendes Signal erhält. Dieses Signal wird im Summator 10 zum der absoluten Feuchte m entsprechenden Signal des Multiplikators 3 addiert. Das resultIerende Signal, welches proportional zur Enthalpie ist, kann über den Ausgangsverstörker 7 einem nicht dargestellten Regler zugeführt werden, welcher durch Steuerung von Luftklappen mit Hilfe der Enthalpiedifferenz zwischen Aussen- und Abluft in Klimaanlagen die optimale Energiebilanz regelt.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung arbeitet mit analogen Grössen. Der Funktionsgenerator 2 sowie der Multiplikator 3 können durch einen Mikrocomputer ersetzt werden, wobei die analogen Signale des Temperatur- und des Feuchtefühlers 1, 5 in digitale Signale umgewandelt werden.
Die beschriebene Fühleranordnung ist wartungsfrei und für die Regelung der absoluten Feuchte m bzw. der optimalen Energiebilanz mit Hilfe der Enthalpiedifferenz in Klimaanlagen einsetzbar.

Claims

PATENTANSPRUECHE 5) Fühleranordnung zur Messung der absoluten Feuchte m oder der Enthalpie i, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (1) zur Ermittlung der Temperatur (T), ein Feuchtefühler (5) zur Ermittlung der relativen Feuchte (rF) sowie ein Funktionsgenerator (2) zur Nachbildung einer der Sättigungsmenge (S(T)) entsprechenden Kennlinie und ein Multiplikator (3) vorgesehen sind, die das Produkt aus der relativen Feuchte (rF) und aus der Sättigungsmenge (5(T)) bilden.
2. Fühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Enthalpie (i) der Ausgang des Temperaturfühlers (1) mit einem dem Multiplikator (3) nachgescha-lteten Summierglied (10) verbindbar ist.
3. Fühleranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Summiergliedes (io) mit dem Temperaturfühler (1) über einen Schalter (8) erfolgt.
4. Fühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der logarithmische Funktionsgenerator (2) eine durch einen Thermostaten (4) thermisch stabilisierte Diode (D) aufweist.
5. Fühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtefühler (5) ein Feuchte-Potentiometer (RF) aufweist und zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang eines Operationsverstärkers (6) des MultiplikatoFs (3) geschaltet ist.
6. Fühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass de-r Funktionsgenerator (2) und der Multiplikator (3) durch einen Mikrocomputer gebildet sind, wobei für die Umwandlung von analogen Ausgangssignalen analog/digitale Wandler vorgesehen sind.
7. Verwendung der Fühleranordnung nach Anspruch 1 bzw. 1 und 2 in Klimaanlagen für die Regelung der absoluten Feuchte (m) bzw, der optimalen Energiebilanz mit Hilfe der Enthalpie (i).