DE3500839C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren bzw. ein Meßgerät zur Messung der relativen Feuchte, nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.

Ein Meßgerät dieser Gattung ist durch die EP-1 06 345 A2 bekannt.

Für die Messung der relativen Feuchte werden unter anderem kapazitive Sensoren verwendet. Diese Sensoren verändern ihre Kapazität in Abhängigkeit von der relativen Feuchte. Jeder Feuchtesensor besitzt eine nicht lineare Kennlinie, wobei vor allem die Bauteiletoleranzen C und Δ C Werte erhebliche Werte erreichen.

Bei der Herstellung solcher Sensoren ist die Toleranzbreite der Sensordaten außerhalb der von Präzisionsmeßgeräten geforderten Werte. Bei herkömmlichen Meßgeräten werden den Sensoren selektive Bauteile zugeordnet, die dann im Zusammenhang manuell eingestellt werden. Um eine Präzisionsgenauigkeit zu erreichen, müssen die Kalibriervorgänge an verschiedenen Punkten durchgeführt und wiederholt werden. Diese Vorgänge sind zeitaufwendig und mit persönlichen Einstellfehlern behaftet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Feuchtemessung zu schaffen, bei dem es nicht erforderlich ist, daß den einzelnen kapazitiven Sensoren selektive Bauteile zugeordnet werden. Ein solches Verfahren soll in einem entsprechenden Meßgerät verwirklicht werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, mit einem einmaligen Kalibrierablauf die Charakteristik des Sensors aufzunehmen. Zusätzlich können alle vereinbarten Stützpunkte noch kalibriert werden. Durch den automatisierten Kalibrierablauf der gesamten Sensorcharakteristik werden persönliche Einstellfehler unterbunden. Insbesondere ist eine Umklimatisierungszeitdauer gewährleistet. Die Meßgenauigkeit des Gerätes ist damit wesentlich erhöht und zwar nicht nur in dem im wesentlichen interessierenden Bereich, sondern praktisch über den gesamten Meßbereich hinweg. Es ist somit nicht mehr, wie bisher notwendig, die Sensorcharakteristik mittels selektiver Bauelemente durch Verändern der Steilheit des linearen Bereiches zu verändern. Weiterhin ist es möglich einen Sensortausch und Kalibriervorgang vor Ort vorzunehmen. Es werden hierfür keine selektiven Bauteile benötigt und der Kalibriervorgang ist ohne Meßgeräte vorzunehmen. Dies bedeutet eine beträchtliche Kostenreduzierung bei der Herstellung und im Servicefall.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung ist die Charakteristik des Sensors in Form von mehreren in Abstand voneinander angeordneten Stützpunkten abrufbar gespeichert und es wird der betreffende Meßwert den beiden nächstliegenden Stützpunkten der aufgenommenen Sensorkennlinie zugeordnet und interpoliert. Dies ist eine sehr genaue Annäherung an die Sensorcharakteristik, die darüberhinaus selbstverständlich von der Anzahl der verwendeten Stützpunkte abhängig ist.

Die Aufnahme der Sensorcharakteristik erfolgt in einem interaktiven Modus, der vom Mikrocomputer gesteuert wird. Zur Auswahl der Stützpunkte wird vorzugsweise ein Drehschalter verwendet, in dem die einzelnen Stellungen den Stützpunkten zugeordnet und vom Mikrocomputer abgefragt werden. Für den Auslösevorgang der verschiedenen Kalibriermöglichkeiten werden vorzugsweise Codierbrücken verwendet, die vom Mikrocomputer abgefragt werden. Zur Signalisierung des jeweiligen interaktiven Kalibrierzustandes wird vorzugsweise eine Leuchtdiode vom Mikrocomputer angesteuert, dies geschieht in verschiedenen Betriebsarten entsprechend den Zuständen Ein/Aus und blinken der Leuchtdiode.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 Ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung eines elektrischen Feuchtemeßgerätes gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispieles vorliegender Erfindung.

Fig. 2 Beispielsweise eine Sensorcharakteristik, nämlich die relative Feuchte in Abhängigkeit der Kapazität des Sensors.

Fig. 3 Beispielsweise eine Kalibrierkammer in der Referenzklima erzeugt wird.

Das elektrische Feuchtemeßgerät, dessen Schaltungsanordnung 11 in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellt ist, dient dem Messen der relativen Feuchte. Die relative Feuchtemessung erfolgt dabei über einen Sensor 23, dessen Kapazitätswert abhängt von der relativen Luftfeuchte. Das elektrische Feuchtemeßgerät ist dabei in der Lage, die jeweils gemessenen Werte unter Berücksichtigung der aufgenommenen Sensorcharakteristik 31-38 in ein lineares Ausgangssignal zu formen und auszugeben.

Gemäß Fig. 1 besitzt das elektrische Feuchtemeßgerät einen Mikroprozessor 12, der mit mehreren Bausteinen verbunden ist, nämlich einem Programmspeicher 15, einem Sensorcharakteristik-Speicher 14 mit Batterie 13, einen Sensorstützpunktwahlschalter 17, einem Kalibrierwahlschalter 16 und einer Leuchtdiode 18. Über einen Multiplexer 20 ist der Mikroprozessor 12 mit mehreren Meßfühlern verbunden, nämlich einem Sensor 23 zur Messung der relativen Luftfeuchte und einem Temperaturfühler 24 zur Messung der Lufttemperatur und einem Temperaturfühler 25 zur Messung der Umgebungstemperatur der Auswerteelektronik. Die Temperatursensoren 24, 25 werden über den Multiplexer 20 der Auswerteelektronik 22 zugeführt, die wiederum ihr Ausgangssignal dem Multiplexer 20 zuführt. Der Feuchtesensor 23 ist an der Auswerteschaltung 21 angeschlossen, die ihr Ausgangssignal an den Multiplexer 20 weiterleitet. Der Mikroprozessor 12 mißt und bereitet die Sensorsignale auf. Es werden Umgebungstemperatur Korrekturen vorgenommen und zwischen zwei Stützpunkten interpoliert. Als Ergebnis werden lineare Ausgangssignale über die Schnittstellenkonfiguration 19 ausgegeben, für die relative Feuchte 27 und der Temperatur 26. Die Kalibriermöglichkeiten des relativen Feuchtemeßgerätes ist vorzugsweise in eine Kennlinienkalibrierung 31-37 und diversen einzelnen Punktkalibrierungen 31 oder 32-38 eingeteilt. Der Kennlinien-Kalibriervorgang erzeugt alle festgelegten Stützpunkte 31-38 der Sensorcharakteristik. Die Punktkalibrierung ermöglicht es, daß bestimmte interessierende Stützpunkte 31-38 separat kalibriert werden können. Somit ist eine Möglichkeit vorhanden, die gesamte Charakteristik des Sensors oder Teilstücke davon in höchster Präzision aufzunehmen.

Die Kennlinien-Kalibrierung des relativen Feuchtemeßgerätes geht in folgender Weise vor sich:
Die am Meßkopf 28 angeordneten Sensoren 23, 24 werden mit einer Kalibrierkammer 29 versehen. In die Kalibrierkammer 29 wird handelsübliche Kalibrierlösung 30 zur Erzeugung von 0%iger relative Feuchte eingebracht. Der Stützpunktwahlschalter 17 wird in Stellung 1 gebracht und mit dem Kalibrierwahlschalter 16 wird die Kennlinien-Kalibrierung (16 in Stellung K) gestartet. Die Leuchtdiode 18 wird angesteuert und blinkt nun, in der von dem Mikroprozessor 12 vorgegebenen Zeit für die Vorgangsdauer der Umklimatisierung in der Kalibrierkammer 29. Nach Ablauf der Umklimatisierungszeit übernimmt der Mikroprozessor 12 den vom Sensor 23 über die Auswertung 21 gegebenen Meßwert und speichert ihn im Sensorcharakteristik-Speicher 14 als Stützpunkt 0% ab und signalisiert über die Leuchtdiode 18 mit Dauerlicht Licht, daß die 0%-Kalibrierung abgeschlossen ist. Der Stützpunktwahlschalter 17 wird nun in Stellung 0 gebracht, worauf der Mikroprozessor 12 die Leuchtdiode 18 in den Dunkelzustand bringt und ein der 0% relativen Feuchte repräsentativen Signalausgangswert über die Schnittstelle 19 als relatives Feuchtesignal 27 erzeugt. In die Kalibrierkammer 29 wird nun handelsübliche Kalibrierlösung 30 zur Erzeugung von 80% relativer Feuchte eingebracht. Der Stützpunktwahlschalter 17 wird in Stellung 9 gebracht. Die Leuchtdiode 18 blinkt nun in der von dem Mikroprozessor 12 vorgegebenen Zeit für die Vorgangsdauer der Umklimatisierung in der Kalibrierkammer 29. Nach Ablauf der Umklimatisierungszeit übernimmt der Mikroprozessor 12 den vom Sensor 23 über die Auswertung 21 gegebenen Meßwert und speichert ihn in Sensorcharakteristikspeicher 14 als Stützpunkt 80% ab und signalisiert über die Leuchtdiode 18 mit Dauerlicht, daß die 80%-Kalibrierung abgeschlossen ist. Mit dem Erfassen der 2 Stützpunkte errechnet der Mikroprozessor 12 die restlichen Stützpunkte und legt diese Sensorcharakteristikspeicher 14 ab. Der Stützpunktwahlschalter 17 wird nun in Stellung 0 gebracht, worauf der Mikroprozessor 12 die Leuchtdiode 18 in den Dunkelzustand bringt und ein der 80% relativen Feuchte repräsentativen Signalausgangswert über die Schnittstelle 19 als relatives Feuchtesignal 27 erzeugt. Der Kalibrierwahlschalter 16 wird in seine Ursprungsstellung (16 in Stellung 0) gebracht und somit ist die Kennlinien-Kalibrierung abgeschlossen.

Die Punktkalibrierung des relativen Feuchtemeßgerätes geht in folgender Weise vor sich:
Die am Meßkopf 28 angeordneten Sensoren 23, 24 werden mit einer Kalibrierkammer 29 versehen. In die Kalibrierkammer 29 wird handelsübliche Kalibrierlösung 30 zur Erzeugung einer bestimmten relative Feuchte eingebracht. Der Stützpunktwahlschalter 17 wird in die Stellung der verwendeten Kalibrierlösung 30 gebracht und mit dem Kalibrierwahlschalter 16 (16 in Stellung P) wird die Punktkalibrierung gestartet. Die Leuchtdiode 18 blinkt nun in der von dem Mikroprozessor 12 vorgegebenen Zeit für die Vorgangsdauer der Umklimatisierung in der Kalibrierkammer. Nach Ablauf der Umklimatisierungszeit übernimmt der Prozessor 12 den vom Sensor 23 über die Auswertung 21 gegebenen Meßwert und speichert ihn im Sensorcharakteristik-Speicher 14 als Stützpunkt der entsprechenden relativen Feuchte ab, und signalisiert über die Leuchtdiode 18 mit Dauerlicht, daß die Punktkalibrierung abgeschlossen ist. Der Kalibrierwahlschalter 17 wird in seine Ausgangsstellung gebracht, worauf der Mikroprozessor 12 die Leuchtdiode 18 in den Dunkelzustand bringt. Der Vorgang der Punktkalibrierung ist somit abgeschlossen.

Also ergeben sich schematisch folgende Kalibrierabläufe:

Kalibrierablauf - Kennlinienkalibrierung

• - 0%-Lösung 30 in Kalibrierkammer 29 einbringen
• - Stützpunktwahlschalter 17 in Stellung "1" bringen
• - Kalibrierschalter 16 in Stellung "K" bringen
• - Leuchtdiode 18 blinkt ca. eine Stunde und geht dann in Dauerlicht über
• - 0%-Wert 31 ist gespeichert
• - Stützpunktwahlschalter 17 in Stellung "0" bringen
• - Meßwertausgang 27 "relative Feuchte" gibt 0mA aus
• - 80%-Lösung 30 in Kalibrierkammer 29 einbringen
• - Stützpunktwahlschalter 17 in Stellung "9" bringen
• - Leuchtdiode 18 blinkt ca. eine Stunde und geht dann in Dauerlicht über
• - 80%-Wert 37 ist gespeichert
• - Stützpunktwahlschalter 17 in Stellung "0" bringen
• - Meßwertausgang 27 "relative Feuchte" gibt 16mA aus
• - Kalibrierschalter 16 in Stellung "M" bringen
• - die Kennlinienkalibrierung ist abgeschlossen

Kalibrierablauf - Punktkalibrierung

1. Kalibrier-Tabelle

Stützpunktschalter 17
StellungKalibrierlösung (%rF)

0 0 110 220 335 450 565 680 795

2. Kalibriervorgang

• - gewünschte Kalibrierlösung 30 in Kalibrierkammer 29 einbringen
• - Stellung des Stützpunktwahlschalters 17 entsprechend der Kalibrierlösung 30 nach Kalibrier-Tabelle einstellen
• - Kalibrierwahlschalter 16 in Stellung "P" bringen
• - Leuchtdiode 18 blinkt ca. eine Stunde und geht dann in Dauerlicht über
• - der Kalibrierwert 31 oder bis 38 ist gespeichert
• - Kalibrierwahlschalter 16 in Stellung "M" bringen
• - die Punktkalibrierung ist abgeschlossen.

3. Abbruch des Kalibriervorganges bei blinkender Leuchtdiode 18

• - Kalibrierwahlschalter 16 in Stellung "M" bringen
• - Leuchtdiode 18 erlischt
• - der Kalibriervorgang kann neu gestartet werden

Claims (11)

1. Verfahren zur Messung der relativen Feuchte mittels eines kapazitiven Sensors und einer die Kapazität des Sensors erfassenden Auswerteschaltung, wobei der Sensor zum Zwecke der Kalibrierung mit Kalibriernormalen versehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Sensorcharakteristik aufgenommen und gespeichert wird,
• - die aufgenommene Sensorcharakteristik durch ausgewählte Kaliteristik durch ausgewählte Kalibriernormale in näherungsweise lineare Bereiche, die von Stützpunkten begrenzt sind, unterteilt wird,
• - die Stützpunkte abgespeichert werden und
• - bei Aufnahme eines Meßsignals der nächste obere und untere Stützpunkt gesucht und durch Interpolation der zugehörige Meßwert gebildet wird.

2. Meßgerät zur Messung der relativen Feuchte, enthaltend

• - einen kapazitiven Sensor (23),
• - eine Auswerteschaltung (21), mit der die feuchteabhängige Kapazität des Sensors erfaßt wird,
• - einen Meßkopf (28), in dem der Sensor untergebracht ist und der mit einer Kalibrierkammer (29) verbindbar ist, gekennzeichnet durch
• - einen Speicher (14) zur Aufnahme der Sensorcharakteristik,
• - einen Speicher (14) zur Aufnahme von Stützpunkten (31-38) der Sensorcharakteristik und
• - eine Recheneinheit (12), die bei Vorliegen eines Meßsignals den nächsten oberen und unteren Stützpunkt ermittelt und durch Interpolation den zugehörigen Meßwert bildet.

3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erstellung einer Sensorcharakteristik durch einen ersten Wahlschalter (16) wahlweise eine Kennlinien- oder eine Punktkalibrierung einleitbar und durch einen zweiten Wahlschalter (17) die dem Mikroprozessor zugeführten Meßwerte im Speicher (14) den Stützpunktwerten der in der Kalibrierkammer (29) jeweils vorhandenen Kalibrierlösung (30) zuordbar ist.

4. Meßgerät nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Sensoren (23, 24, 25) und Mikroprozessor (12) ein Multiplexer (20) zwischengeschaltet ist.

5. Meßgerät nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik des Sensors (Fig. 2) in einem interaktiven Ablauf in Form von mehreren im Abstand voneinander angeordneten Stützpunkten eingespeichert wird und das der betreffende Meßwert den beiden nächstliegenden Stützpunkten der Sensorcharakteristik zugeordnet und interpoliert wird.

6. Meßgerät nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristik des Sensors (Fig. 2) in Form von zwei im Abstand voneinander angeordneten Stützpunkten eingespeichert wird und die Charakteristik daraus linear errechnet wird.

7. Meßgerät nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (16) zur punktuellen Unterteilung der Sensorcharakteristik den Mikroprozessor (12) ansteuert.

8. Meßgerät nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (17) zur Identifikation der Aufnahmemöglichkeit der Sensorcharakteristik den Mikroprozessor ansteuert.

9. Meßgerät nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zustand des interaktiven Ablaufes zur Aufnahme der Sensorcharakteristik eine signalisierende Anzeigeeinrichtung (18) ist.

10. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (12) vorzugsweise über einen Multiplexer (20) mit Temperatursensoren (24, 25) zur Auswertung der Meßwerte und entsprechender Korrektur der relativen Feuchtemeßwerte verbindbar ist.

11. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Feuchtesensor (23) und/oder von dem Objekttemperatursensor (24) und/oder von dem Elektronikumgebungstemperatursensor (25) gelieferten Meßwerte über einen Multiplexer (20) als digitales Signal zugeführt werden.