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Title:
DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING THE MOISTURE IN GASES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/004933
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a measuring device for measuring the moisture in gases, comprising the following features: a moisture sensor (10) and an evaluation unit (20) connected thereto to provide a measuring value representing a relative moisture in a gas, and a heating device (30) which is thermally coupled to the moisture sensor (10). Said heating device (30) is adapted to keep the moisture sensor (10) at an operating temperature that is higher than the ambient temperature of the moisture sensor by an at least approximately constant difference in temperature.

Inventors:
ROMBACH MARTIN (DE)
Application Number:
PCT/EP2001/007654
Publication Date:
January 17, 2002
Filing Date:
July 04, 2001
Export Citation:
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Assignee:
TESTO GMBH & CO (DE)
ROMBACH MARTIN (DE)
International Classes:
G01N25/56; G01N27/22; (IPC1-7): G01N27/22
Foreign References:
JPH07146273A1995-06-06
GB2047431A1980-11-26
US4347550A1982-08-31
US5644080A1997-07-01
EP0645620A21995-03-29
DE3513065C11986-01-02
Attorney, Agent or Firm:
Bickel, Michael (Mussgnug & Partner Am Riettor 5 Villingen-Schwenningen, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Messvorrichtung zur Feuchtemessung in Gasen, die folgende Merkmale aufweist : einen Feuchtesensor (10) und eine daran angeschlossene Aus werteeinheit (20) zur Bereitstellung eines von einer relati ven Feuchte in einem Gas abhängigen Messwerts ; eine thermisch mit dem Feuchtesensor (10) gekoppelte Heiz vorrichtung (30) ; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Heiz vorrichtung (20) dazu ausgebildet ist, den Feuchtesensor (10) auf einer Betriebstemperatur zu halten, die um eine wenigs tens annnäherungsweise konstante Differenztemperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur des Feuchtesensors liegt.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Heizvorrich tung (30) ein elektrisches Heizelement (32) aufweist, dem ei ne über der Zeit konstante elektrische Leistung zugeführt ist.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 bei der die Heiz vorrichtung (30) einen Heizwiderstand aufweist, der an eine konstante Spannungsquelle (34) angeschlossen ist.
4. Messvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Feuchtesensor (10) ein kapazitiver Feuchtesensor ist.
5. Messvorrichtung nach Anspruch 4, bei dem die Auswerteein heit (20) eine erste Auswerteeinheit (22) zur Bereitstellung eines von einer Kapazität des Feuchtesensors (10) abhängigen ersten Messsignals (Ml) aufweist.
6. Messvorrichtung nach Ansprch 5, bei der die Auswerteein heit (20) eine der ersten Auswerteeinheit nachgeschaltete Korrektureinheit (24) zur Ermittlung eines korrigierten Mess werts (N) zu einem ersten Messwert (M1) aufweist.
7. Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte in einem Gas, mittels einer Messvorrichtung, die einen Feuchtesensor (10) und eine daran angeschlossene Auswerteeinheit (20) sowie eine thermisch an den Feuchtesensor gekoppelte Heizvorrich tung (30) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Feuchtesensor (10) mittels der Heizvorrichtung (30) auf einer Betriebstemperatur gehalten wird, die wenigstens annä herungsweise um eine Differenztemperatur oberhalb einer Umge bungstemperatur des Feuchtesensors (10) liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Heizvorrichtung (30) eine elektrische Heizvorrichtung ist, der eine konstante e lektrische Leistung zugeführt ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein kapazitiver Feuchtesensor verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Auswerteeinheit (20) eine Korrektureinheit (24) zur Ermittlung eines korri gierten Messwerts (N) zu einem anhand der Kapazität des Feuchtesensors ermittelten ersten Messwerts (M1) aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem zu einem ersten Mess wert (M1) der korrigierte Messwert (N) ausgegeben wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zum Justieren der Messvorrichtung folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind : Einbringen des Feuchtesensors (10) mit Heizvorrichtung (32) in ein Gas bei einer bekannten ersten relativen Feuchte und einer bekannten ersten Temperatur, und Ermitteln eines ersten Abgleichwerts für die relative Feuchte mittels der Feuchtig keitsmessvorrichtung ; Einbringen des Feuchtesensors (10) mit Heizvorrichtung (32) in ein Gas bei einer bekannten zweiten relativen Feuchte und der ersten Temperatur und Ermitteln eines zweiten Abgleich werts für die relative Feuchte mittels der Messvorrichtung ; Rechnerische Ermittlung von Parametern (c, d) zur Umrech nung der ersten Messwerte (M1) in korrigierte Messwerte (N) anhand der Abgleichwerte ; Speichern der Parameter (c, d) in der Korrektureinheit.
Description:
Beschreibung Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung der Feuchte in Gasen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zur Ermittlung der Feuchte in Gasen.

Bei der Feuchtemessung in Gasen unterscheidet man die Messung der absoluten Feuchte und der relativen Feuchte. Die absolute Feuchte gibt das Volumen an verdunsteter Flüssigkeit pro Gas- volumeneinheit (üblicherweise in g/m3) an. Die relative Feuchte ergibt sich aus dem Quotienten aus der absoluten Feuchte und der Sättigungsfeuchte, wobei letztere das maximal mögliche Volumen an verdunsteter Flüssigkeit pro Gasvolumen- einheit angibt. Die Sättigungsfeuchte ist dabei von der Tem- peratur abhängig.

Zur Feuchtemessung in Gasen ist es bekannt, kapazitive Feuch- tesensoren zu verwenden, die einen Kondensator enthalten, dessen Kapazitätswert sich abhängig von der Feuchte des den Sensor umgebenden Gases ändert. Probleme können bei derarti- gen Sensoren insbesondere bei hohen Feuchten auftreten.

Zum einen besteht die Gefahr dass sich bei hohen Feuchten Feuchtigkeit an dem Sensor niederschlägt, wenn die Temperatur des Feuchtesensors geringer als die Taupunkttemperatur des umgebenden Gases ist. Dies führt zum einen zu einer Verfäl- schung des Messwertes, und kann zum anderen zu einer Beschä- digung des Feuchtsensors führen, wenn in der Umgebung des Sensors chemische Bestandteile vorhanden sind, die unter An- wesenheit von Wasser zu einer Säure-bzw. Laugenbildung an dem Sensor führen.

Zum anderen kommt es bei den herkömmlichen kapazitiven Feuch- tesensoren bei längerem Einsatz in Umgebungen mit hohen Feuchten zu einer Drift der Messwerte, was zu einer Verfäl- schung der Messergebnisse führt.

Zur Vermeidung dieser Probleme ist es aus der deutschen Pa- tentschrift 28 51 686 C2 bekannt, den Feuchtesensor zu behei- zen, um ihn auf einer Temperatur oberhalb der Temperatur des Gases zu halten. Zur Ermittlung der relativen Feuchte wird dabei neben einem von dem Sensor gelieferten Messwert, die Umgebungstemperatur und die Temperatur des Sensors benötigt, wofür zusätzliche Messungen und Messvorrichtungen erforder- lich sind. Zudem ist bei dieser bekannten Vorrichtung eine aufwändige Regelschaltung erforderlich.

Weiterhin ist es aus der WO 97/02468 bekannt, einen Feuchte- sensor durch Beheizen auf einer konstanten Temperatur zu hal- ten, die oberhalb der Temperatur des Gases liegt. Die bekann- te Vorrichtung dient zur Ermittlung der absoluten Feuchte in einem Gas, wofür neben einem von einem Feuchtesensor gelie- ferten Messwert die absolute Temperatur des Gases benötigt wird. Hierfür ist eine zusätzliche Messung und Messvorrich- tung erforderlich. Zudem ist der Arbeitsbereich durch die konstante Arbeitstemperatur des Sensors eingeschränkt. Eine Feuchtemessung ist nur dann ohne Gefahr einer Feuchtebildung an dem Sensor möglich, wenn die Temperatur des Gases unter- halb der Arbeitstemperatur des Sensors liegt. Um mit dieser aus der WO 97/02468 bekannten Messvorrichtung die relative Feuchte des Gases ermitteln zu können, ist eine rechnerische Korrektur des erhaltenen Messwertes für die absolute Feuchte erforderlich.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Feuchtesensor zur Ermittlung der relativen Feuchte in Gasen zur Verfügung zu stellen, der unabhängig von der Gastemperatur einsetzbar ist, und bei dem keine zusätzlichen Messgröen zur Ermittlung des Feuchtegehalts erforderlich sind.

Diese Ziel wir durch eine Messvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Danach weist die Messvorrichtung neben einem Feuchtesensor und einer an den Feuchtesensor angeschlossenen Auswerteein- heit eine thermisch an den Feuchtesensor gekoppelte Heizvor- richtung auf, die dazu ausgebildet ist, den Feuchtesensor auf einer Betriebstemperatur zu halten, die um eine wenigstens annnäherungsweise konstante Differenztemperatur oberhalb ei- ner Umgebungstemperatur des Feuchtesensors liegt.

Bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung wird die Kondensa- tion von Flüssigkeit an dem Feuchtesensor zuverlässig dadurch verhindert, dass die Temperatur des Sensors unabhängig von der Umgebungstemperatur über der Umgebungstemperatur gehalten wird. Als Feuchtesensor ist bei der erfindungsgemäßen Mess- vorrichtung ein herkömmlicher kapazitiver Feuchtesensor zur Ermittlung der relativen Feuchte in einem Gas einsetzbar.

Diese Sensoren weisen eine erste und zweite Elektrode mit ei- nem dazwischenliegenden feuchtesensitiven Dieleketrikum, des- sen Dielektrizitätszahl sich abhängig von der Feuchte ändert, auf. Mittels geeigneter Auswerteschaltungen lässt sich bei derartigen Feuchtesensoren über die Kapazität des Kondensa- tors die Feuchte in der Umgebung des Sensors ermitteln. Auf- grund der durch die Beheizung bewirkten erhöhten Temperatur an dem Feuchtesensor weist der durch den Feuchtesensor ermit- telte Messwert eine Abweichung gegenüber der tatsächlichen

Feuchte in dem Gas auf, wobei diese Abweichung um so größer ist, je größer die Differenztemperatur ist. Diese Abweichung des ermittelten Wertes von dem tatsächlichen Wert kann aller- dings bereits bei der Justierung, bzw. dem werkseitigen Ab- gleich, des Feuchtesensors berücksichtigt werden, so dass während des Einsatzes der Messvorrichtung neben dem Ausgangs- wert des Feuchtesensors keine weiteren Messgrößen zur Ermitt- lung der relativen Feuchte in dem Gas erforderlich sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgese- hen, dass die Heizvorrichtung zum Heizen des Feuchtesensors ein elektrisches Heizelement aufweist, dem eine konstante e- lektrische Leistung zugeführt ist. Das Heizelement ist insbe- sondere ein Heizwiderstand, der an eine konstante Spannungs- quelle bzw. an eine konstante Stromquelle angeschlossen ist.

Die in dem Widerstand in Wärme umgesetzte Leistung ergibt sich dann als Quotient aus dem Quadrat der angelegten Span- nung und dem Widerstandswert, bzw. dem Produkt aus dem Quad- rat des in den Heizwiderstand fließenden Stromes und dem Wi- derstandswert. Eine derartige Heizvorrichtung, bei der eine über der Zeit konstante elektrische Leistung in Wärme umge- setzt wird, ermöglicht es, den thermisch an das Heizelement gekoppelten Feuchtesensor auf einer Temperatur zu halten, die um eine annäherungsweise konstante Differenztemperatur über der Umgebungstemperatur liegt.

Der aufgeheizte Feuchtesensor, der vorzugsweise ein herkömm- licher kapazitiver Feuchtesensor ist, stellt einen Messwert zur Verfügung, der abhängig von der relativen Feuchte an dem Feuchtesensor, bzw. in dessen unmittelbarer Umgebung, ist.

Die relative Feuchte in einem Gas ist temperaturabhängig, so dass es durch die Erwärmung des Feuchtesensors auf eine Tem- peratur oberhalb der Gastemperatur zu einer Abweichung zwi- schen der an dem Feuchtesensor ermittelten relativen Feuchte und der in den übrigen Bereichen des Gases bei einer niedri- geren Temperatur herrschenden relativen Feuchte kommt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Auswerteein- heit eine Korrektureinheit vorgesehen, die aus einem anhand der Kapazität des Feuchtesensors ermittelten ersten Messwert einen korrigierten Messwert der relativen Feuchte bereit- stellt, wobei dieser korrigierte Messwert proportional zu der relativen Feuchte in dem Gas ist oder der relativen Feuchte in dem Gas entspricht.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte in einem Gas mittels ei- ner Messvorrichtung, die einen Feuchtesensor und eine daran angeschlossene Auswerteeinheit sowie eine thermisch an den Feuchtesensor gekoppelte Heizvorrichtung aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Feuchtesensor mittels der Heizvorrichtung auf einer Betriebstemperatur gehalten, die wenigstens annäherungsweise um eine Differenztemperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur des Feuchtesensors liegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung Verwendung, bei der eine zeitlich konstante elektrische Leistung in Wärme umgesetzt und an den Feuchtesensor abgegeben wird.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende Verfahrensschritte zum Abgleichen der Messvor- richtung vorgesehen.

In einem ersten Verfahrensschritt wird der Feuchtesensor mit der thermisch daran gekoppelten Heizvorrichtung in ein Gas bei einer bekannten ersten relativen Feuchte und einer be- kannten Temperatur eingebracht, wobei ein erster Abgleichwert für die relative Feuchte mittels der Feuchtigkeitsmessvor- richtung ermittelt wird. Die bekannte erste relative Feuchte, die der tatsächlichen Feuchte des zu messenden Gases ent- spricht, stellt einen ersten korrigierten Messwert zu dem von dem Feuchtesensor gelieferten ersten Abgleichwert dar. In ei- nem nächsten Verfahrensschritt wird der Feuchtesensor mit der Heizvorrichtung in ein Gas bei einer bekannten zweiten rela- tiven Feuchte und der bekannten ersten Temperatur einge- bracht, wobei mittels des Feuchtesensors ein zweiter Ab- gleichwert für die relative Feuchte ermittelt wird. Die be- kannte zweite relative Feuchte bildet dabei einen zweiten korrigierten Messwert zu dem von dem Feuchtesensor geliefer- ten zweiten Abgleichwert. Anhand der bekannten ersten und zweiten relativen Feuchte und anhand des ersten und zweiten von dem Feuchtesensor gelieferten Abgleichwerts, werden nach- folgend Parameter ermittelt, die eine Umrechnung der von dem Feuchtesensor gelieferten Messwerte in die tatsächlichen Wer- te der relativen Feuchte ermöglichen.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh- rungsbeispielen in Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigen : Fig. 1 Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Messvor- richtung gemäß einer ersten Ausführungsform ; Fig. 2 Draufsicht auf ein Heizelement und einen Feuchte- sensor, die miteinander verklebt sind ;

Fig. 3 Draufsicht auf ein Heizelement und einen Feuchte- sensor, die unmittelbar in Kontakt stehen ; Fig. 4 Vorderansicht einer Anordnung aus Heizelement und Feuchtesensor, die nebeneinander angeordnet sind ; Fig. 5 Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfin- dungsgemäßen Messvorrichtung mit detaillierter Dar- stellung des Feuchtesensors und der Heizvorrichtung sowie der an den Feuchtesensor angeschlossenen Aus- werteeinheit ; Fig. 6 Grafischer Verlauf des Ausgangssignals eines Feuch- tesensors und der tatsächlichen Feuchte in dem zu messenden Gas.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeiche gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Ermittlung der relativen Feuchte in Ga- sen. Die Messvorrichtung weist einen Feuchtesensor 10 und ei- ne an den Feuchtesensor 10 angeschlossene Auswerteeinheit 20 zur Bereitstellung eines von einer relativen Feuchte in einem Gas abhängigen Messwerts auf. Die Auswerteeinheit 20 weist insbesondere ein in Fig. 1 nicht näher dargestelltes Display auf, um einen ermittelten Messwert an einen Benutzer aus- zugeben. Zur Beheizung des Feuchtesensors 10 ist bei der er- findungsgemäßen Messvorrichtung eine Heizvorrichtung 30 vor- gesehen, wobei ein Heizelement 32 der Heizvorrichtung ther- misch mit dem Feuchtsensor 10 gekoppelt ist. Die Heizvorrich- tung 30 ist derart ausgebildet, dass der Feuchtesensor 10 auf einer Betriebstemperatur gehalten wird, die um eine konstan-

ten Differenztemperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur des zu messenden Gases gehalten wird.

Diese Beheizung bewirkt, dass auch bei hohen relativen Feuch- ten keine Flüssigkeit an dem Feuchtigkeitssensor kondensiert, welche zu Verfälschungen des Messergebnisses und/oder zu Be- schädigunen des Feuchtesensors führen könnte. Ausserdem wird durch die Beheizung verhindert, dass die relative Feuchte im Bereich des Sensors hohe Werte erreicht, bei denen eine Drift des Messignals auftreten könnte.

Um den Feuchtesensor 10 wenigstens annäherungsweise unabhän- gig von der Umgebungstemperatur des Gases um den Wert der Differenztemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur zu hal- ten, ist die Heizvorrichtung 30 gemäß Fig. 1 als elektrische Heizvorrichtung ausgebildet, in welcher eine über der Zeit konstante elektrische Leistung in Wärme umgesetzt wird. Die Heizvorrichtung 30 weist dazu eine konstante Spannungsquelle 34 auf, welche an das Heizelement 32 angeschlossen ist. Das Heizelement 32 weist zur Umsetzung der durch die Spannungs- quelle 34 bereitgestellten elektrischen Energie in Wärme vor- zugsweise einen Ohmschen Widerstand auf oder besteht aus ei- nem solchen Ohmschen Widerstand. Die Fig. 2 bis 4 zeigen ver- schiedene Ausführungsbeispiele zur thermischen Kopplung des Heizelemntes 32A ; 32B ; 32C ; und des Feuchtesensors 10A ; 10B ; lOC.

Figur 2a zeigt in Seitenansicht ein plattenförmiges Heizele- ment 32A und einen plattenförmigen Feuchtesensor 10A, die mittels eines wärmeleitenden Klebers 40, der zwischen dem Heizelement 32A und dem Feuchtesensor 10A eingebracht ist, verbunden sind. Als Kontaktfläche für den Kleber 40 ist dabei sowohl bei dem Heizelement 32A als auch bei dem Feuchtesensor

10A eine der Flächen gewählt, die im Verhältnis zu den ande- ren Flächen des jeweiligen Elements einen großen Flächenìn- halt aufweist, um so eine gute thermische Kopplung zwischen dem Heizelement 32A und dem Feuchtesensor 10A zu erzielen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, das ebenfalls ein Heizelement 32B und einen thermisch gekoppelten Feuchtesensor 10B in Seitenansicht zeigt, sind das Heizelement 32B und der Feuchtesensor 10B ebenfalls an Seitenflächen aneinanderge- fügt, die im Verhältnis zu anderen Seitenflächen des jeweili- gen Elements 32B, 10B einen großen Flächeninhalt aufweisen, um eine gute thermische Kopplung des Heizelements 32B und des Feuchtesensors 10B zu ermöglichen. Auf einen wärmeleitenden Kleber ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 verzich- tet. Statt dessen sind das Heizelement 32B und der Feuchte- sensor 10B direkt aneinandergefügt, was beispielsweise durch direktes Aufbringen eines Heizwiderstandes als Heizelement 32B auf dem Sensor 10 in einem Verfahren in Dünnschicht-oder Dickschichttechnologie erfolgen kann.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung aus Heizelement 32C und Feuchtesensor 10C in Draufsicht, wo- bei das Heizelement 32C und der Feuchtesensor 10C an schmale- ren Seiten aneinandergefügt sind, so dass Vorder-bzw. Hin- terseiten des plattenartig ausgebildeten Heizelements 32C und des plattenartig ausgebildeten Feuchtesensors 10C in etwa in einer Ebene liegen.

Der Feuchtesensor 10 ist vorzugsweise ein herkömmlicher kapa- zitiver Feuchtesensor zur Ermittlung der relativen Feuchte in Gasen. Ein derartiger Feuchtesensor 10 ist in Fig. 5 in Sei- tenansicht schematisch dargestellt. Er weist eine erste plat- tenförmige Elektrode 12 und eine zweite plattenförmige Elekt-

rode 14 mit einem dazwischenliegenden feuchtesensitiven Die- lektrikum 16 auf, die einen Kondensator 11 bilden. Die Die- lektrizitätskonstante dieses Dielektrikums 16 variiert mit der Feuchte, die im Bereich des Dielektrikums 16 vorliegt, wobei die erste Elektrode 12 feuchtigkeitsdurchlässig ist, damit Feuchtigkeit zu dem Dielektrikum 16 vordringen kann.

Die erste Elektrode 12 besteht hierzu vorzugsweise aus einem porösen Material oder ist gitterartig ausgebildet. Der von der Feuchtigkeit der Umgebung abhängige Wert der Dielektrizi- tätskonstante des Dielektrikums 16 bestimmt die Kapazität dieses aus der ersten Elektrode 12, der zweiten Elektrode 14 und dem Dielektrikum 16 aufgebauten Kondensators. Zur Auswer- tung der Dielektrizitätskonstanten bzw. der Kondensatorkapa- zität, und damit zur Ermittlung der relativen Feuchte in der Umgebung des Feuchtigkeitssensors 10, ist der Feuchtigkeits- sensor 10 an die Auswerteeinheit 20 angeschlossen.

Die Auswerteeinheit weist vorzugsweise einen nicht näher dar- gestellten Schwingkreis auf, wobei der Kondensator 11 Teil dieses Schwingkreises ist und wobei die Kapazität des Konden- sators 11 anhand der Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises ermittelt wird. Zur Ermittlung der relativen Feuchte aus dem Wert der Kapazität des Kondensators, bzw. der Resonanzfre- quenz des Schwingkreises, ist eine Umrechnung oder Normierung dieser Werte in die Werte der relativen Feuchte erforderlich.

Da bei der Herstellung der Kondensatoren Fertigungstoleranzen auftreten, sind die Umrechnungsgrößen oder Normierungsgrößen von Feuchtesensor zu Feuchtesensor unterschiedlich.

Um diese Fertigungstoleranzen bei der Feuchtemessung zu eli- minieren ist bei jedem Feuchtesensor eine individuelle Jus- tierung, bzw. ein individueller Abgleich der ermittelten Messwerte mit dem tatsächlichen Messwert erforderlich. Dieser

Abgleich erfolgt werkseitig und ist von den späteren Einsatz- bedingungen unabhängig, so dass eine spätere einsatzbedingte Nachjustierung der Messvorrichtung nicht erforderlich ist.

Der Abgleich einer Messvorrichtung vor dem ersten Einsatz ist bekannt und erfolgt beispielsweise mittels eines Potentiome- ters in der Auswerteschaltung, das werkseitig eingestellt wird, um fertigunsgbedingte Toleranzen des Kondensators aus- zugleichen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit eine erste Auswerteeinheit 22 auf- weist, die ein erstes Messsignal Ml ausgibt, das von der Ka- pazität des Kondensators und damit von der Feuchte im Bereich des Feuchtsensors 10 abhängig ist. Bei diesem ersten Messsig- nal sind Abweichungen gegenüber dem tatsächlichen Feuchte- wert, die sich aus Fertigungstoleranzen des Kondensators und aus der Aufheizung des Feuchtesensors gegenüber der Umge- bungstemperatur ergeben, vorhanden.

Die relative Feuchte in einem Gas ist temperaturabhängig. Sie ergibt sich als Quotient aus der absoluten Feuchte, welche das Volumen an verdampfter Flüssigkeit pro Gasvolumeneinheit angibt, und der Sättigungsfeuchte, welche das maximal mögli- che Volumen verdunsteter Flüssigkeit pro Gasvolumeneinheit angibt. Dabei gilt, dass bei einer gegebenen absoluten Feuch- te des Gases die relative Feuchte mit zunehmender Temperatur abnimmt. Der an dem Feuchtesensor 10 ermittelte Wert für die relative Feuchte ist bei der erfindungsgemäßen Messvorrich- tung damit stets geringer als der tatsächliche Wert der rela- tiven Feuchte in dem Gas.

In Figur 6 sind erste Messwerte Ml der ersten Auswerteeinheit 22 für verschiedene Werte der relativen Feuchte zwischen 0% und 100% dargestellt. Die mit N gekennzeichnete Kurve stellt dabei die tatsächlichen Feuchtewerte, bzw. die gewünschte Ausgabe der Messvorrichtung für diese Feuchtewerte dar. Wie ersichtlich ist, weichen die ersten Messwerten M1, von den tatsächlichen Messwerten N ab. Diese Abweichungen resultieren zum einen aus Fertigungstoleranzen des Kondensators des Feuchtesensors und aus der Aufheizung des Feuchtesensors. Der Vollständigkeit halber zeigt Figur 6 eine Kurve von Messwer- ten M0, die mit demselben Feuchtesensor ohne Beheizung ermit- telt werden.

Der ersten Auswerteeinheit 22 ist bei der Messvorrichtung ge- mäß Figur 5 eine Korrektureinheit 24 nachgeschaltet, welche die ersten Messwerte Mi in die zugehörigen korrigierten Mess- werte N umrechnet. Sowohl die Kurve der ersten Messwerte als auch die Kurve der korrigierten Messwerte bilden eine Gerade, wobei die Kurve der ersten Messwerte der Form M1=ax+b genügt während die Kurve der tatsächlichen Messwerte der Form N=x genügt, wobei x den Parameter für die tatsächliche relative Feuchte darstellt. Alle ersten Messwerte M1 lassen sich an- hand der genannten Beziehungen für M1 und N anhand folgender Gleichung in tatsächliche Messwerte (normierte Messwerte) um- rechnen : N = 1/a-Ml-b/a = c M1-d (1) Bei dem in den Figur 6 dargestellte Ausführungsbeispiel gilt für den Faktor c=1, 43 und für den additiven Wert d= 35,71.

Die Berechnung, bzw. Zuordnung der ersten Messwerte M1 zu den tatsächlichen Messwerten N für die relative Feuchte kann in der Korrektureinheit auf verschiedene Art und Weise erfolgen.

So ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass in der Korrektureinheit eine Recheneinheit vorgesehen ist, die anhand der Gleichung (1) die tatsächlichen Messwerte N aus den ersten Messwerten Ml berechnet, wobei die tatsäch- lichen Messwerte N an eine Anzeigeeinheit 26 ausgegeben wer- den. Die beiden Parameter der Gleichung (1) werden in der Korrektureinheit bei der werkseitigen Justierung gespeichert.

Der Ermittlung der beiden Parameter c, d liegt die Gleichung der Geraden der ersten Messwerte M1 zugrunde. Zur Aufstellung dieser Geradengleichung genügen zwei Messwerte für unter- schiedliche Feuchten bei einer konstanten Temperatur.

Die ermittelten Parameter zur Umrechnung der ersten Messwerte M1 in die ausgegebenen normierten Messwerte N sind weitgehend unabhängig von der Temperatur. So wurde bei einem Test einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung eine Gleichung für die Ge- rade der ersten Messwerte M1 aus nur zwei Messwerten er- stellt, die bei einer Temperatur von 25°C und bekannten rela- tiven Feuchten von 11 % und 75 % gemesssen wurden. Anhand dieser beiden Messwerte wurden die Parameter c und d ermit- telt und abgespeichert, wobei nachfolgend mittels der ersten Messwerte M1 und der Gleichung (1) in der Auswerteeinheit des Feuchtesensors die relative Feuchte von Gasen bestimmt wurde, deren Temperatur zwischen-30°C und 120°C betrug, ohne dass eine nennenswerte temperaturbedingte Abweichung der ausgege- benen Messergebnisse von den tatsächlichen Werten der relati- ven Feuchte beobachtet werden konnte.

Zur Zuordnung der ersten Messwerte zu den korrigierten Mess- werten besteht auch die Möglichkeit, eine Tabelle in der Kor- rektureinheit abzuspeichern, die erste Messwerte und zugehö- roige korrigierte Messwerte enthält, wobei zu jedem ersten Messwert M1, der der Korrektureinheit zugeführt wird, der zu- gehörige korrigierte Messwert aus der Tabelle ausgelesen wird.

Für die Umrechnung der ersten Messwerte M1 in die normierten Messwerte N ist es unerheblich, ob die Abweichung der Kurve für die ersten Messwerte M1 von der Kurve für die normierten Messwerte N durch Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Kondensatoren, durch die Beheizung des Feuchtesensors o- der durch diese beide Effekte bedingt ist. Als Auswerteein- heiten können für die Erfindung daher übliche Auswerteeinhei- ten von bekannten Feuchtesensoren vorgesehen werden, bei de- nen die Möglichkeit besteht, den Feuchtesensor nach dessen Herstellung individuell zu justieren.

Bezugszeichenliste 10 Feuchtesensor 10A, 10B, 10C Feuchtesensor 11 Kondensator 12 erste Elektrode 14 zweite Elektrode 16 Dielektrikum 20 Auswerteeinheit 22 erste Auswerteeinheit 24 Korrektureinheit 25 Speichereinheit 26 Anzeigeeinheit 30 Heizvorrichtung 32 Heizelement 32A, 32B, 32C Heizelement 34 Gleichspannungsquelle 40 wärmeleitender Kleber