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4.1.12 Entfeuchtung für Baucontainer

Erste Idee dazu: 01.05.2016 --- Artikel erstellt ab 30.10.2016


Jeder Bauunternehmer wird ein Lied davon singen können, dass die blechernen Bau-Container von innen schwitzen und dieses Schwitzwasser dann z.B. den eingelagerten Zement zu wohlgeformten, massiven Klötzen von je 25 Kilogramm werden lässt.

Viele Zeitgenossen versuchen dann, eine einfache Lüftung in Form eines Badezimmerlüfters anzubauen. Manche Leute machen sich richtig Gedanken und kaufen einen solchen Lüfter mit einem Hygrostat, was den Lüfter bei erhöhter Luftfeuchte einschaltet.

Beide Versionen werden aber leider den Bauunternehmer enttäuschen.
Aus diesem einfachen Grund:

Sie funktionieren nicht gut.

Also habe ich mir in diesem Artikel vorgenommen, ein etwas älteres System auf die Luftentfeuchtung "umzumünzen" und auch ein paar Versuche dazu zu machen, ob denn meine Idee funktioniert.
Eines sei einmal vorangestellt:

Ich weiß zum jetztigen Zeitpunkt auch noch nicht, ob alles klappt.

Also seid (wie ich) gespannt auf eine (so hoffe ich) interessante Lösung, die zwar im Grunde nicht neu ist, aber für diesen Anwendungsfall vielleicht besser funktioniert, als die oben beschriebenen Möglichkeiten.

12.10.2016 ==>

Heute beschäftigte ich mich mit einem Übersichtsplan, der erst einmal visualisieren soll, wie die Entfeuchtungseinrichtung arbeiten soll. Diese Grafik besteht aus einem Koordinatensystem mit

  • X= Zeit (z.B.Tage)
  • Y = Luftfeuchte (z.B. %)

und zwei Graphen darin.

Der orangene Graph stellt die Wetterlage (Luftfeuchte) außerhalb des Baucontainers dar und der blaue Graph demonstriert, wie sich die Luftfeuchte innerhalb des Containers ändern könnte, wenn alles klappt:




Ich habe auch einmal die Bemaßungsfunktion des guten SPlan 7.0 "missbraucht", um damit anzuzeigen, wann der Lüfter laufen soll, und wann er im Stillstand ist. Dies sieht man an der Beschriftung "ON" und "OFF".

Wie du aus der Grafik entnehmen kannst, soll der Lüfter also immer nur dann laufen, wenn es außerhalb des Baucontainers trockener als im Inneren ist. In diesen Phasen soll dann also schlicht trockenere Luft in den Container befördert werden, bzw. halt die feuchtere Luft des Containers nach außen geblasen werden.

Ich finde, das ist eine recht "gewitzte" Technologie und der Begriff "Feuchtedifferenzschalter" entsteht also aus dem Umstand heraus, dass der Lüfter nur dann läuft, wenn die Differenz

  • Außenfeuchte - Innenfeuchte < Null --- (Außenf. minus Innenf. kleiner Null)

oder anders herum

  • Innenfeuchte - Außenfeuchte > Null --- (Innenf. minus Außenf. größer Null)

ist.

Diese Differenz ließe sich ganz einfach mittels eines kleinen Mikrocontrollers wie die PICAXE bestimmen.
Bliebe nur noch die Frage:

"Wie bekomme ich die Feuchtemessungen in den Griff
und wie bekomme ich die gemessenen Werte in den µC ?"



17.11.2016:

In einer stillen Stunde habe ich mich hin gesetzt und ein
Blatt DIN A 3 Papier genommen, faltete es quer und meine Idee skizziert. Danach machte ich mir auf dem selben Blatt Gedanken zum Blockdiagramm der Verschaltung.

Hierauf folgte dan die grobe Skizze der Elektronik.

Abschließend machte ich noch einen Überblick über das µ-Controller-Programm.


Dann startete ich meinen PC, scannte alles ein und erstellte dieses PDF zum Thema:


Aber das genügt noch nicht, um ein Entlüftungsgerät erstellen zu können. Dazu sind noch weitere Versuche nötig. So z.B. eine Messreihe.

Ausgehend von dieser Schaltung:



Wir sehen einen Schmitt-Trigger CD4093, der als atabiler Multivibrator geschaltet ist. Diese Schaltung schwingt also, was sich durch blinken (C=100µF) oder durch flimmern (C=100nF) äußert.

Nun bin ich daran gegangen und habe den Potiwert P1 Messwert für Messwert erhöht und dann habe ich jeweils die Frequenz am zweiten Gatter des CD4093 gemessen.

Dabei kam folgende Kennlinie für ein 10k Poti und einen 100nF Kondensator heraus:


 

Wir sehen einen starken Knick in der Kennlinie, der an die Entadekurve eine Kondensators erinnert. Die beiden "beinahe-linearen" Teilstücke der Kennlinie können wir später zur Messwertweiterverarbeitung nutzen.

Nun können wir entweder das Poti oder den Kondensator gegen den Feuchtesensor austauschen und einen weiteren Versuch starten.

18.11.2016:

Dazu blätterte ich schon vor längerer Zeit den Conrad-Katalog durch und entschied mich für diesen Feuchtesensor:




Feuchtesensor HCZ-H8A(N) (Conrad-Katalog)

(Huuuh, gruselig, der Sensorname hört sich wie das Vogelgrippe-Virus an, was gerade mal wieder bei  uns in Niedersachsen grassiert "H8A(N)". Ich frage mich, warum die Hühner nicht geimpft werden können. "Lohnt nicht" wäre ja wohl kein Argument. Hmmm ... )

Aber zurück zum Sensor:

Obwohl dieser Sensor als ohm'scher Sensor arbeitet, musser mit Wechselspannung betrieben werden. Das geht aus dem Datenblatt hervor, wie auch diese Parameter:


  • Betriebsspannung möglichst nicht über 1 Volt
  • Betriebsfrequenz 100 Hz bis 1kHz

"Nun", so dachte ich bei mir, "das sieht ja ganz mach einer schmucken Schaltung mit einem CD4093 aus ! "

Was ich euch vorenthalten habe, ist die Tatsache, dass ich diese Vorgehensweise mit einem CD4093 natürlich akribisch geplant hatte und lange die verschiedenen Möglichkeiten abgewägt hatte. Schließlich kam ich zu dem Schuss, die gute alte "Schmitt-Trigger-Multivibrator-Schaltung" zu benutzen. Diese Überlegungen sind auch schon ein halbes Jahr alt.

Die eigentliche "Erfindung" der Entlüftung geschah also "amtlich" am 01.05.2016.
(Damit das mit dem Urheberrecht auch seine Richtigkeit hat.)


Wieder zurück zur Schaltung:

Damit kommen wir dann auch auf erfreulich wenige Bauteile, die da verbaut werden müssen:




"Wie Sie sehen, meine Herrn, habe ich das Potentiometer entfernt und den Sensor unter Berücksichtigung dessen Parameter als Reihenschaltung eines Vorwiderstandes und des Sensors selber in den mit Wechselstrom beaufschlagten Strompfad eingefügt, so dass die Rahmenbedingungen der Frequenzparametrierung eingehalten wurden.


19.11.2016:

Es ließ mir keine Ruhe, und da sich (wie zu erwarten war) keine Lady zum Kaffeetrinken gefunden hatte, habe ich weiter entwickelt und die Schaltung komplett an eine PICAXE 14M2 angeschlossen. Das Ergebnis war schon einmal sehr verblüffend funktionell.

Dieses Zeitdokument zeigt meinen Versuchsaufbau:




Nun frage ich mich aber gerade, ob die umständliche Beschaltung eines CD 4093 unbedingt sein muss  und ob man sich dieses IC auch noch sparen könnte.

Die verschiedenen Feuchtigkeitsstufen habe ich übrigens mit einer Tasse Kaffee (Wasserdampf) eingestellt und die Ergebnisse beobachtet.


Nun kann ich also daran gehen und versuchen, alles mit nur einer einzigen Platine zu erstellen.

Dazu habe ich diesen Schaltplan zugrunde gelegt:




Das dazu passende Picaxe-Programm ist (wie stets) sehr einfach gehalten:





01.01.2017

Heute möchte ich darüber referieren, dass es mit der Messung der reinen Feuchtigkeit nicht getan ist.

Es ist nämlich so, dass warme Luft viel mehr Wasser aufnehmen kann, als kalte Luft. Wenn es also draußen am Sensor trockener ist als im Sensor innen im Container, heißt das  noch gar nichts, denn die dann fälschlicherweise eingesaugte Luft ist dann vielleicht trotzdem noch mit zu viel Wasser gefüllt.

Dieses Wasser könnte dann im Inneren des kalten Containers kondensieren.

Und genau das wollen wir ja nicht ! 


Was wir also irgendwie bestimmen müssen, ist die relaive Luftfeuchtigkeit. Und das ist keine einfache Aufgabe. Wenn man nämlich zu diesem Thema in der Wikipedia und in Formelsammlungen blättert, kommen schon rechtumfangreiche Formeln ans Tageslicht.

Nun ist eine PICAXE aber leider nicht in der Lage, von Haus aus Gleitkommaberechnungen durchzuführen.

Wir müssen uns also mit einem (oder mehreren) Trick(s) behelfen.


Puuh, wie die Jahre vergehen.

Da hatten wir gerade noch den Januar 2017 und schon wieder ein Jahr herum.

Aber neulich war ich wieder bei dem ehemaligen Bauunternehmer (der ist inzwischen in Rente) und da kam das Gespräch auf die fast vergessene Baucontainer-Entfeuchtung.

Zwei Umstände waren es, die mich wohl eine Lösung haben finden lassen (ich weiß aber immer noch nicht, ob es funktionieren wird):

==> Ich habe die oben genannten Sensoren inzwischen in irgend einer Schachtel oder Beutel verbummelt.
==> Ich habe daraufhin neu recherchiert und andere Sensoren gefunden, die ich wohl zuvor übersehen hatte.

Diese Sensoren bereiten das Messergebnis bereits als relative Luftfeuchtigkeit auf und geben ein der Luftfeuchtigkeit proportionales Signal heraus:


(Aus dem Voelkner-Katalog)

Das Sensorkabel muss nun zwar dreiadrig ausgelegt werden, aber das ist ja nicht so tragisch.
Klar ist auch, dass ich nun neue Versuchsaufbauten und neue Messreihen machen muss.

Es wäre nun sehr einfach, einen Mikrocontroller für die Steuerung der Entfeuchtungseinheit einzusetzen. Aber ich denke, es wird sehr schwierig werden eine fertige Einheit später auf irgend einem Bauhof zu pflegen und zu warten, wenn man dort umständlich ein Laptop mit hin schleppen muss.

Daher mache ich gleich die ersten Versuche in Richtung Operationsverstärker.

Gestern sind die Sensoren also eingetroffen und warten darauf, erkundet zu werden.

Mein erster Versuchsaufbau zu dieser Thematik ist dieser hier:



Zunächst stecke ich das und fahre ein paar Versuche damit. (Also quasi beginnen wir mit einer "stumpfen Poti-Spielerei". )

Den ersten Versuch machte ich mit einer roten, direkt angeschlossenen low current LED und alles klappte auf Anhieb:

- Wenn Udiff > 0 dann "springt" die LED an (also, wenn der Plus-Eingang positiver als der Minus-Eingang ist.)
- Wenn Udiff < 0 dann "ploppt" die LED aus (also, wenn der Plus-Eingang negativer als der Minus-Eingang ist.)

Was man aber auch sieht, ist ein gewisses "Glimmen" der LED im Übergangsbereich. Das liegt aber am benutzten Operationsverstärker 741. (Sorry, ich hatte nichts anderes liegen). Wenn man hier einen Rail-To-Rail-OP einstzen würde, wäre das Ergebnis noch um ein Vielfaches besser.

Ich wollte dieses Konzept schon beinahe umsetzen, als ich mit erinnerte, dass die angelieferten Feuchtesensoren mit einer Betriebsspannung von 5 Volt arbeiten.

Nun haben wir ein kleines Problem, denn der Lüfter soll ja mit 12 Volt betrieben werden, um die Beschaffung (Ersatzteil) möglichst einfach zu gestalten.

Also müssten wir die 5 Volt für die Sensoren noch einmal extra "erschaffen". Das geht sehr einfach, indem wir einen 7805 oder einen ähnlichen Baustein einsetzen. Gleichzeitig bedeutet es aber auch einen erhöhten Aufwand bei der Platine (Routing, oder Lochrasterlayout Erstellung).

Hmmm.

Wenn wir aber wiederum sowieso mit 5 Volt hantieren müssen, dann können wir ja doch einen Mikrocontroller einsetzen.

Dabei stören mich aber noch die zwei Stück Sensoren. Das kostet Geld und das kann ja jeder.

Also fiel mir eben gerade ein völlig innovatives Konzept ein, mit nur einem Innensensor auszukommen und dem Controller dann dafür eine kleine Portion "Intelligenz" einzuhauchen.

Man könnte es dann anstatt "Feuchtedifferenz-Schaltung" auch gern "Feuchte-Differenzial-Schaltung" nennen, also richtig eine kleine Bastelei für die Ingenieure unter euch.

Dabei spielt die Luftfeuchte über die Zeit betrachtet eine Rolle:

Würde man einen Graphen zeichnend, der auf der X-Achse die Zeit hat und auf der Y-Achse die relative Luftfeuchte, so brauch man nur noch bis zum relativen Minimum (erste Ableitung = 0, wir erinnern uns) zu lüften und hat "die Bude etwas trockerner, als vorher).

Ich bin selber total gespannt, ob diese Konzept aufgehen wird und beginne also nun doch, meine "geliebte Picaxe" zu einem Differenzen-Quotienten zu bewegen. Wie gesagt, nur ganz grob, ohne Gleitkomma-Arithmetik.

Mein Versuchsaufbau bislang:



Zum Einsatz soll der Sensor HMZ 333A1 von Conrad kommen. Er ist preislich noch erschwinglich und soll laut Katalog eine bereits der relativen Luftfeuchte proportionales Gleichspannungssignal ausgeben können:



Nun folgen ein paar Exzerpte aus dem Datenblatt, um den Sensor weiter erkunden zu können:





Fortsetzung folgt.



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Stets trockenen Zement wünscht: 





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