JPS5985949A - 容量形露点センサの汚れを測定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の関連する技術分野 本発明は、容量形露点センサの汚れを測定する方法なら
びに方法を実施した装置に関する。

技術水準 容量形露点センサは、露点温度に達Ｌ７゛た場合に凝縮
面上に露の層がついたことを検出するために、露点測定
装置で使われている。露点センサの作用は、露の層が形
成された場合、水の大きな誘電率のために露点センサの
キヤ・ξシタンスが著しく変化することに基いている。

露点センサの温度を調整することによって、露点センサ
のキャパシタンスおよび露の層の厚さを所定の一定値に
保持することができる。その際、温度センサによって測
定された凝縮面の温度は露点温度である。

その種の容量形露点センサの測定精度は、センサの表面
の汚れが増大すると低下する。測定精度の低下の原因は
、汚れによる蒸気圧低下と露の不均一な形成にある。そ
のため、露点センサの凝縮面を時々清浄する必要がある
。しかし、汚れの程度を検出することは難しいので、か
なり長い時間経つと気づかないうちに測定誤差が大きく
なっていたり、頻繁に清浄しすぎると露点測定が不必要
に頻繁に遮断される。

発明の目的 本発明の課題は、露点の測定を妨げたり遮断したすせず
に容量形露点センサの汚れを連続的に測定することがで
きる方法および装置を提供することにある。

発明の構成 この課題は、本発明によると、露点センサに露が結露し
た場合に生じるセンサインピーダンスの位相角を測定し
て露点センサの汚れを表わす量として使うことによって
解決される。さらに本発明によれば容量形露点センサを
交流電圧源と演算増幅器の入力側との間に接続し、演算
増幅器の帰還路に基準インピーダンスを接続し、演算増
幅器の出力側を位相測定回路の一方の入力側と接続し、
位相測定回路の他方の入力側には交流電圧源から導出さ
れた位相基準信号を入力し、位相測定回路の出力側から
センサインピーダンスの位相角度に依存した出力信号を
送出するようにした装置が提案される。また本発明によ
れば第１の交流電圧源に対しモ逆相の第２の交流電圧源
と演算増幅器の入力側との藺に補償コンデンサを接続す
ることが提案される。

本発明は、センサのインピーダンスの位相角が露点セン
サの汚れの程度に依存して変化するという認識に基いて
いる。センサが乾燥状態では、露点センサのインピーダ
ンスは汚れの程度と無関係に実質上挙なる容量リアクタ
ンスにすぎないので、センサのインピーダンスは位相角
φ＝−９００である。露点センサ上に水の層が形成され
ている場合、位相角φは水の導電率に依存する。純粋な
水の場合、実質的に位相角φはφ＝−９０°　のままで
ある。この状態は、完全に清潔な凝縮面で露の層が形成
されている場合に生じる。それに対して、凝縮面が汚れ
ている場合、露の層の水の中に汚れが溶けているので、
水は導電状態になる。導電率が大きくなればなる程、セ
ンサのインピーダンスの位相角φは小さくなる。

センサのインピーダンスの位相角を８点センサの汚れを
表わす量として測定すると、汚れの程度に対してアナロ
グに変化する信号が得られる。露点測定と同時に汚れの
測定を連続的に行うことができる。そうすることによっ
て、露点測定が何ら損われることはない。汚れの測定は
、例えば露点温度、気体の温度、露点になる時間間隔お
よび空気の速度・のような他の作用量とは全く無関係で
ある。

更に、あまシ高くない測定周波数の場合、発信器インピ
ーダンスの位相角φは、水の量、即ち露の、層の厚さと
無関係である。また、比較的高い周波数の場合でも露の
層の厚さの影響は障害にならない。と言うのは、通常、
温度調整によって露の層の厚さが一定に調整されている
からである。その結果、位相角と汚れの程度との関係に
対しても一義的な結果を維持することができる。

それに対して、七ンサインピーダンスの値ハ水の量の尺
度、即ち露の層の厚さを表わす量である。本発明の方法
の有利な構成は、発信器インピーダンスの値を露の層の
厚さを表わす量として測定することにある。

第１図の平面図および第２図の断面図に示した容量性露
点センサ１は基板２を有している。

基板２の表面には、相互に対向して櫛形部が交互に交錯
配置された２つの櫛形電極が薄膜技術によって形成され
ている。基板２は湿気の影響を受は難い絶縁材、有利に
はセラミックから形成されている。櫛形電極３には接触
接続面５が形成され、櫛形電極４には接触接続面６が形
成されている。接触接続面５，６によって露点センサ１
を外部の測定回路と接続することができるようになる。

櫛形電極３．４を支持する基板２の表面は、例えばガラ
スから成る保護被膜７で覆われている。露点センサ１の
表面には、更に露点センサ１の温度測定用の温度センサ
８が取付けられている。温度センサ８は、例えば抵抗温
度計の測定抵抗である。

その種の容量形の露点センサを露点測定装置に使う場合
、露点センサを適切な冷却装置によって、保護被膜７の
表面に露が付着するまで冷却することは公知である。露
の層を形成することによって、接触接続面５．６で測定
される櫛形電極３，４間のキヤ・ξシタンスが水の大き
な誘電率のために変化する。キャパシタンスの変化によ
って、露点センサ１が露点温度に達したことが指示され
る。その露点温度は温度センサ８を用いて測定され指示
される。通常、露の層の厚さを一定に維持するように冷
却装置を制御する温度調整装置が使われている。露点セ
ンサは、温度センサ８を用いて持続的に指示できるよう
にして、常時露点温度に維持される。

凝縮面を形成するガラスの保護被膜７の表面が汚れてい
ると、汚れのだめに蒸気圧の低下および不均一な露の形
成が生ずるので、露点センサの測定精度が損われる。

第３図は、容量形露点センサと露点センサの汚れを測定
する装置とを備えた露点測定装置のブロック図を示す。

第３図の露点測定装置は露点温度の測定の他に、露点セ
ンサの汚れの測定も可能である。

露点センサの等価回路が破線で示したブロック１に示さ
れている。コンデンサＣは乾燥状態で接触接続面５と６
との間に生じる露点センサのキャパシタンスを表わし、
そのキャパシタンスは実質上損失のないものである。露
点センサの表面に露の層が形成された場合、このキヤ・
ぞシタンスＣに並列に露の層のインピーダンス２が接続
される。このインピーダンス２は損失となるキャノぐシ
タンスを形成する。そのキャパシタンスの損失率は水の
導電率に依存している。

また、その損失となるキャパシタンスは凝縮面上で水の
中に溶けたごみによって生じる。

接触接続面５は、交流電圧源１０の一方の端子と接続さ
れ、交流電圧源１０の他方の端子はアースに接続されて
いる。接触接続面６は、演算増幅器１１の反転入力側と
接続され、演算増幅器１１の非反転入力側はアースに接
続され、演算増幅器１１の帰還路には基準インピーダン
スＺＲが接続されていゞる。

演算増幅器１１の反転入力側は、更に調整可能な補償コ
ンデンサ１２の一方の端子と接続されており、補償コン
デンサ１２の他方の端子は交流電圧源−１３に接続され
ている。交流電圧源１３は、交流電圧源１０の交流電圧
Ｕｉ　　に対して逆相で等振幅の交流電圧−Ｕｉミラ給
する。

演算増幅器１１の出力側は位相測定回路１４の一方の入
力側と接続されている。位相測定回路１４の他方の入力
側には交流電圧源１０の電圧Ｕ１　　が位相基準量とし
て印加されている。位相測定回路１４の出力側には位相
測定回路１４の各入力電圧間の位相差に依存した信号が
送出される。

更に、演算増幅器１１の出力側には信号処理回路１５が
接続されており、信号処理回路１５の出力信号は温度調
整器１６に供給Ｂれている。

温度調整器１６は露点センサ１を冷却する冷却装置１７
ｆ：制御する。第３図には更に温度センサ８が示されて
いる。温度センサ８は温度測定回路１８と接続されてい
る。温度測定回路１８は、露点センサ１の温度に依存し
た信号を送出し、その信号は指示装置１９を用いて指示
される。

露点センサ上に露の層が形成されたとすると、乾燥状態
でのキャノξシタンスＣの他に露の層のインピーダンス
Ｚも生じる。電圧源１０は露点センサ１の全インピーダ
ンスを介して演算増幅器１１の反転入力側に電流を供給
する。その電流はキャノξシタンスＣを流れる電流工。

と露の層のインピーダンスＺを流れる電流１２　　とか
らの合成電流である。即ち、 ■　＝■ｃ　十工２ である。

補償コンデンサ１２は、そのキヤ・ξシタンスが露点セ
ンサ１の乾燥キャパシタンスＣと等シくなるように調整
される。従って、電圧源１３は補償コンデンサ１２を介
して電流−１゜を供給し、その電流−工゛Ｃは露点セン
サ１からの電流工Ｃを補償する。従って、基準インピー
ダンスｚＲを介して、インピーダンス２に反比例する電
流１ｚ　　だけしか流れない。

従って）演算増幅器１１の出力電圧Ｕ。は次である。

従って、電圧Ｕ。はインピーダンス２の値に反比例しだ
値をとる。電圧Ｕｏ　　は、電圧Ｕ１　　に対して、イ
ンピーダンス２の位相角に依存する位相角を有している
。基準インピーダンスＺＲ定 の位相角を適切に選択することによって、この差 位相？をインピーダンス２の位相角と等しくすることが
できる。

露の層のインピーダンスを複素形式で ｚ　＝　　Ｒ＋ｊＸ （但し、Ｒはインピーダンスの実数部、Ｘはインピーダ
ンスの虚数部、ｊを虚数単位とする）で表わすと、イン
ピーダンスＺの位相角φは次の式によって求められる。

即ち、 φ　＝−ｔａｎ　　　− によって求められる。

露点センサの凝縮面が完全に清潔である場合、付着した
露の層の水は電気的に非導通のままであり、インピーダ
ンス２は実質上乾燥状態でのキャパシタンスＣと並列に
ある純キャノξシタンスにすぎない。インピーダンス２
の実数部Ｒは０、即ちＲ＝Ｏであり、インピーダンス２
の位相角φは値φ＝−９０°である。露点センサが汚れ
ると露の層の水の導電率が大きくなる。

そうすると、露の層のインピーダンスの実数部Ｒが大き
くなるので、角度φの絶対値は小さくなる。従って、演
算増幅器１１の出力電圧ＵＯと入力電圧Ｕ□　との位相
差も変化する。この位相差の変化は、位相測定回路１４
の出力信号によって指示される。従って、位相測定回路
１４の出力信号によって、露点センサーの汚れを表わす
量が指示される。

交流電圧源１ｏの周波数がたいして大きくない場合、位
相角φは露点センサ上の水の量とはあまり関係ない。

演算増幅器１１の出力電圧ＵＱ　　の振幅がインピーダ
ンス２の値に依存するということが、図示の回路では露
点を測定するために利用されているので、特別なキャパ
シタンス測定回路を必要としない。電圧Ｕｏ　　の振幅
がインピーダンス２の値に反比例する。そのことは、イ
ンピーダンス２の値が露の層の厚さに対して反対方向に
変化する、即ち、露の層の厚さが大きくなるとインピー
ダンス２の値が小さくなるので有利である。それ故、電
圧Ｕ。の振幅は、露点測定装置に通常使われているキャ
パシタンス測定回路の出力信号と同じ方向に露の層の厚
さに依存して変化する、即ち露の層の厚さと同方向であ
る。それ故、信号処理回路を、電圧Ｕ。の振幅に比例す
る出力信号を送出するように構成した場合、この出力信
号は通常のキヤ・ξシタンス測定回路の出力信号と同様
に露点センサの温度を調整するだめに使うことができる
。

それ故、信号処理回路１５は簡単な整流回路でよい。そ
の整流回路は電圧ｔｒ□　　の振幅に比例する直流電圧
を温度調整器１６に供給する。

露点センサ１が露点温度に冷却さ五ていない場合、乾燥
状態でのキヤＡシタンスＣしか存在しないが、補償コン
デンサ１２によって補償されているので、演算増幅器１
１の出力電圧Ｕ。

は値Ｏである。その結果、温度調整器１６は、露点セン
サ１が益々冷却されるように冷却装置１７を制御する。

露点温度に達して露の層が露点センサ上に形成されると
、演算増幅器１１の出力電圧が上昇し、温度調整器１６
が冷却装置１７を制御して、露点センサ１が、演算増幅
器１１の出力電圧Ｕｏ　　の所定振幅、即ちインピーダ
ンス２の値の所定値に相応する温度に維持される。この
温度は、温度センサ８によって検出されて指示装置１９
によって指示される露点温度である。

位相測定回路１４の出力信号は、露点センサ１の汚れが
固定の限界値を越えた場合に警報または自動清浄処理を
トリガするために使うことができる。ある程度、位相測
定回路の出力信号によって露点測定値を補正することも
できる。

補償コンデンサ１２と電圧源１３とによって、乾燥状態
でのキャノξシタンスＣを必ずしも補償する必要はない
。と言うのは、インピーダンス２の位相と値だけでなく
乾燥状態でのキャノξシタンスＣを含めて露点センサの
全インピーダンスの位相と値も露点センサの汚れに依存
しているからである。しかし、第３図の回路によると、
汚れの測定を正確かつ感度良く行うことができる。第３
図に示した回路の特別な利点は、露点センサ１と測定回
路との接続ケーブルのインピーダンスに無関係に測定で
きることにある。と言うのは、演算増幅器１１の面入力
側間にケーブルのインピーダンスがあるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、薄膜技術によって構成された容量形露点セン
サの平面図、第２図は、第１図の露点センサの断面図、
第３図は、容量形の露点センサ牛露点センサの汚れを測
定する装置とを備えた露点測定装置のブロック図である
。 １・・・露点センサ、２・・・基板、３，４・・・櫛形
電極、５．６・・・接触接続面、７・・・保護被膜、８
・・・温度セ〉す、１０．１３・・・交流電圧源、１１
・・・演算増幅器、１２・・・補償コンデンサ、１４・
・・位相測定回路、１５・・・信号処理回路、１６・・
・温度調整器、１７・・・冷却装置、１８・・・温度測
定回路、１９・・・指示装置 −：

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、露点センサに露が結露した場合に生じるセンサイン
   ピーダンスの位相角を測定して露点センサの汚れを表わ
   す量として使うことを特徴とする容量形露点センサの汚
   れを測定する方法。 ２、　センサインピーダンスの値を露の層の厚さを表わ
   す量として測定する特許請求の範囲第１項記載の容量形
   露点センサの汚れを測定する方法。 ３、乾燥状態で生じる露点センサのキヤ・ξクタンスを
   補償した特許請求の範囲第１項記載の容量形露点七ンサ
   の汚れを測定する方法。 ４、容量形露点ヤンサを交流電圧源と演算増幅器の入力
   側との間に接続し、演算増幅器の帰還路に基準インピー
   ダンスを接続し、演算増幅器の出力側を位相測定回路の
   一方の入力側と接続し、位相測定回路の他方の入力側に
   は交流電圧源から導出された位相基準信号を入力し、位
   相測定回路の出力側からセンサインピーダ〉スの位相角
   に依存した出力信号を送出するようにしたことを特徴と
   する容量形露点センサの汚れを測定する装置。 形 ５、容量姓露点センサを第１の交流電圧源と演算増幅器
   の入力側との間に接続し、演算増幅器の帰還路に基準イ
   ンピーダンスを接続し、演算増幅器の出力側を位相測定
   回路の一方の入力側と接続し、位相測定回路の他方の入
   力側には第１の交流電圧源から導出された位相基準信号
   を入力し、位相測定回路の出力側からセンサインピーダ
   ンスの位相角に依存した出力信号を送出するようにし、
   第１の交流電圧源に対して逆相の第２の交流電圧源と演
   算増幅器の入力側との間に補償コンデンサを接続したこ
   とを特徴とする容量形露点センサの汚れを測定する装置
   。