Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Klimagerätes
mit einem Nutzraum, einer Steuer- und Auswerteeinheit, einer Temperiervorrichtung
für den Nutzraum, einer Einrichtung zur Regulierung der Feuchtigkeit im Nutzraum
mit einer Feuchtigkeitsquelle, einer Temperaturmessvorrichtung und einem Feuchtesensor
im Nutzraum sowie ein derartiges Klimagerät.
Ein Klimagerät ist ein Laborgerät zur Aufbewahrung von vorwiegend
biologischen oder chemischen Proben unter bestimmten klimatischen Bedingungen. Beispiele
hierfür sind Inkubatoren oder Begasungsbrutschränke, Kühl- und Gefrierschränke.
Solche Klimageräte haben ein Gehäuse, welches einen Nutzraum gasdicht
umschließt und thermisch isoliert. Für die Lagerung von Proben ist dieser
Nutzraum meist regalartig mit horizontalen Einlagen versehen. Der Nutzraum ist über
eine Öffnung, welche häufig die gesamte Vorderseite des Klimagerätes
einnimmt und durch eine Verschlussvorrichtung gasdicht abgeschlossen werden kann,
zugänglich.
Klimageräte bieten in ihrem Nutzraum ein Klima mit vorgegebener
Temperatur und Luftfeuchtigkeit und im Falle von Inkubatoren auch eine vorgegebene
Gas-Zusammensetzung. Wichtig ist die konstante Beibehaltung einer definierten Atmosphäre
in den Klimageräten. Dies bedeutet auch, dass Störungen in der Nutzraumatmosphäre,
beispielsweise durch Öffnen des Klimagerätes, schnell überwunden
werden können. Für biologische Proben spielt die Feuchtigkeit im Nutzraum
eine entscheidende Rolle. Ist die Feuchte zu gering, können die Proben austrocknen.
Bei zu hoher Feuchtigkeit dagegen kann Kondensation an den Proben oder an den Wänden
des Klimagerätes auftreten, wodurch sich die Kontaminationsgefahr erhöht.
Ein typischer Arbeitsbereich für Inkubatoren liegt bei hohen Feuchten zwischen
90% und 100% relativer Feuchte. Um die Feuchte im Nutzraum des Klimagerätes
optimal zu steuern, ist eine genaue Kenntnis der momentanen Feuchte im Nutzraum
des Klimagerätes notwendig. Meist sind dafür kapazitive Feuchtesensoren
im Nutzraum des Klimagerätes angebracht. Solche kapazitiven Feuchtesensoren
arbeiten sehr zuverlässig in einem Bereich zwischen 10% und 90% relativer Feuchte.
Bei höheren Feuchten, wie sie in Inkubatoren herrschen, lässt die Genauigkeit
der Messung nach. Daher ist in diesem Bereich der hohen Feuchten mit über 90%
relativer Feuchte ein zusätzlicher Aufwand zur Kalibrierung der Sensoren notwendig.
Dazu kommt, dass die kapazitiven Feuchtesensoren mit der Dauer ihres Betriebes eine
Drift aufweisen und daher von Zeit zu Zeit erneute Kalibrierungen notwendig werden.
Bisher wird diese Kalibrierung der Feuchtesensoren ausschließlich durch Kundendienstmitarbeiter
und Servicepersonal durchgeführt. Dadurch ist die Kalibrierung für den
Kunden kostenintensiv und zeitaufwändig. Dies hat zur Folge, dass die Zeitabstände
zwischen zwei Kalibrierungen oft zu lang werden und so eine verlässliche Messung
der Feuchtigkeit nicht mehr gewährleistet ist.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfachere
Kalibrierung der Feuchtesensoren in Klimageräten zu ermöglichen. Die Kalibrierung
soll vom Benutzer ohne Hilfe von Servicepersonal ausgeführt oder gestartet
werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren
gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein Klimagerät
nach Anspruch 16. Vorteilhafte Ausführungsvarianten des Verfahrens und Ausführungsformen
des Klimagerätes sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betrieb eines Klimagerätes
mit einem Nutzraum, einer Steuer- und Auswerteeinheit, einer Temperiervorrichtung
für den Nutzraum, einer Einrichtung zur Regulierung der Feuchtigkeit im Nutzraum
mit einer Feuchtigkeitsquelle, einer Temperaturmessvorrichtung und einem Feuchtesensor
im Nutzraum, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit im Verlauf
des Betriebs des Klimagerätes eine Kalibrierung des Feuchtesensors ausführt
und dass dabei Temperatur und Feuchtigkeit im Nutzraum so geregelt werden, dass
die relative Feuchte im Nutzraum einen vorgegebenen Sollwert erreicht, dass die
Abweichung des dann mit dem Feuchtesensor gemessenen Sensorwertes von dem nominellen
Sollwert bestimmt wird und dass die Steuer- und Auswerteeinheit nachfolgend während
des Normalbetriebes des Klimagerätes mit dem Feuchtesensor gemessene Werte
anhand dieser Abweichung korrigiert.
Ein Klimagerät, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben wird, kann beispielsweise ein Heiz- oder Kühlgerät, ein Inkubator
oder Begasungsbrutschrank sein. Es weist einen Nutzraum auf, der begrenzt ist durch
ein Gehäuse und eine verschließbare Tür. Das Klimagerät hat
außerdem eine Temperiervorrichtung, mit der die Temperatur im Inneren des Nutzraums
gesteuert werden kann. Je nach Anwendung und gewünschtem Temperaturbereich
kann es sich dabei sowohl um eine Heizvorrichtung als auch um eine Kühlvorrichtung
oder beides handeln. Eine Steuer- und Auswerteeinheit regelt die Temperiervorrichtung
in Abhängigkeit von Messwerten eines oder mehrerer Temperatursensoren im Nutzraum.
Außerdem weist das Klimagerät eine Einrichtung zur Regelung der Feuchtigkeit
im Nutzraum und eine Feuchtigkeitsquelle auf. Dies kann einerseits eine aktive Befeuchtungseinrichtung
sein, bei der dem Nutzraum über eine Zuleitung bei Bedarf aktiv Wasserdampf
zugeführt wird. Feuchtigkeitsquelle ist dann beispielsweise ein externes oder integriertes
Verdampfungsgerät mit einem Wasserreservoir.
Eine andere mögliche Variante einer Einrichtung zur Regelung
der Feuchtigkeit im Nutzraum funktioniert mit passiver Befeuchtung. Als Feuchtigkeitsquelle
für die passive Befeuchtung dient dann ein zum Nutzraum offenes Wasserbad im
Innenraum des Klimagerätes. Dieses Wasserbad ist zweckmäßig mit einer
eigenen Temperiervorrichtung versehen. Die Regelung der Feuchtigkeit erfolgt dann
über die separate Ansteuerung von Nutzraumtemperatur und Wassertemperatur.
Wird die Temperatur des Wassers erhöht, so steigt der Dampfdruck
des Wassers, und entsprechend mehr Wasser geht in die Gasphase über. Durch
die erhöhte Verdampfung bei höherer Wassertemperatur steigt der Partialdruck
des Wasserdampfes im Gasgemisch des Nutzraumes. Das Vermögen der Luft, Feuchtigkeit
aufzunehmen, steigt jedoch ebenfalls mit der Temperatur. Wenn die Atmosphäre
so viel Feuchtigkeit trägt, wie sie gerade aufnehmen kann, spricht man von
einer gesättigten Atmosphäre. Die Feuchtigkeit der Atmosphäre ist
dann maximal. Bei einer weiteren Zufuhr von Wasserdampf kondensiert Wasser aus.
Wenn Nutzraumatmosphäre und Wasserbad die gleiche Temperatur haben, stellt
sich das Gleichgewicht zwischen Verdampfung und Kondensation genau bei dieser maximalen
Feuchte ein. Ist das Wasser wärmer als die Nutzraumatmosphäre, so wird
die Atmosphäre übersättigt und Wasser kondensiert aus. Ist umgekehrt
das Wasser kälter als die Nutzraumatmosphäre, so kondensiert mehr Wasserdampf
an der Oberfläche des Wasserbades. Das Gleichgewicht verschiebt sich zu einer
geringeren Feuchtigkeit im Nutzraum. Die Feuchte wird gemessen als relative Feuchte
und bezieht sich auf die bei der jeweiligen Temperatur maximal mögliche Feuchte.
Die maximale Feuchte beträgt also bei jeder Temperatur definitionsgemäß
100%. Die Feuchte im Klimagerät wird also bei der passiven Befeuchtung durch
Steuerung der Wasserbadtemperatur und der Nutzraumtemperatur reguliert.
Eine Kontrolle der Feuchtigkeit im Nutzraum erfolgt über einen
Feuchtesensor in diesem. Dieser Feuchtesensor kann ein kapazitiver Feuchtesensor
sein. Es sind aber auch andere Sensoren, die in hohen Feuchtebereichen sensitiv
sind, denkbar.
Erfindungsgemäß führt die Steuer- und Auswerteeinheit
im Verlauf des Betriebes eine Kalibrierung des Feuchtesensors unter Ansteuerung
der Komponenten des Klimagerätes durch. Im Verlauf des Betriebes bedeutet,
dass das Klimagerät eingeschaltet ist. Eine Kalibrierung wird zum Beispiel
sinnvoller Weise bei jedem Einschalten und Hochfahren des Klimagerätes durchführt.
Bei laufendem Betrieb kann dies bei einem Probenwechsel zweckmäßig sein.
Bei Dauerbetrieb des Klimagerätes ist generell auch eine Kalibrierung des Feuchtesensors
in regelmäßigen Zeitabständen denkbar. Das Starten der Kalibrierung
kann automatisch oder durch einen Benutzer, zum Beispiel durch Knopfdruck, erfolgen.
Im zweiten Fall ist eine Erinnerungsfunktion sinnvoll, welche durch ein optisches
oder akustisches Signal den Benutzer an die nächste Kalibrierung erinnert.
Erfindungsgemäß führt die Steuer- und Auswerteeinheit
die Kalibrierung durch. Das heißt, die Steuer- und Auswerteeinheit regelt dann
alle Komponenten des Klimagerätes so, dass alle notwendigen Schritte für
eine erfolgreiche Kalibrierung vorgenommen werden. Im Einzelnen bedeutet das, dass
zunächst die Temperatur im Nutzraum auf einen bestimmten Wert geregelt wird.
Weiter wird die Feuchte im Nutzraum mit der Einrichtung zur Regelung der Feuchtigkeit
so geregelt, dass die sich einstellende relative Feuchte im Nutzraum einem vorbestimmten
Sollwert entspricht. Dies kann bedeuten, dass dem Nutzraum so viel Feuchtigkeit
zugeführt wird, bis die maximale Feuchte erreicht ist, der nominelle Sollwert
wäre dann 100% relative Feuchte. Eine andere Möglichkeit bietet sich vor
allem durch passive Befeuchtung, indem Nutzraumtemperatur und Wasserbadtemperatur
so gewählt werden, dass die sich einstellende Feuchte unterhalb der maximalen
Feuchte liegt. Die sich unter den gewählten Bedingungen ergebende Feuchte muss
in jedem Fall bekannt sein und kann vorab zum Beispiel durch Berechnung oder eine
Referenzmessung bestimmt worden sein. Entscheidend ist, dass die Bedingungen, unter
denen sich dieser Sollwert der relativen Feuchte tatsächlich einstellt, bekannt
sind und in dem Klimagerät bei der Kalibrierung zuverlässig erreicht werden.
Wenn diese bekannten und vorbestimmten Bedingungen vorliegen, wird der Feuchtesensor
ausgelesen. Der gemessene Wert wird dann mit dem nominellen Sollwert verglichen
und die Abweichung bestimmt. Daraus wird ein Korrekturfaktor ermittelt und damit
der gemessene Wert durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung auf den Sollwert festgesetzt.
Die Steuer- und Auswerteeinheit speichert den Korrekturfaktor und korrigiert dann
alle nachfolgenden Messungen während des normalen Betriebs des Klimagerätes
mit diesem. Damit ist die Kalibrierung des Feuchtesensors abgeschlossen. Die Kalibrierung
des Feuchtesensors erfolgt somit erfindungsgemäß als Einpunktkalibrierung.
Dies ist ausreichend, da der Arbeitsbereich der relativen Feuchte bei solchen Klimageräten
im Allgemeinen relativ eng begrenzt ist. Das Prinzip der Kalibrierung beruht auch
auf der Tatsache, dass sich Temperaturen wesentlich genauer messen lassen als die
relative Feuchte an sich. Die Bedingungen, unter denen sich eine bestimmte relative
Feuchte einstellt, lassen sich daher gut einstellen und kontrollieren.
Unter dem Normalbetrieb des Klimagerätes wird
hier ein Zustand des Klimagerätes verstanden, in dem das Gerät seinem
bestimmungsgemäßen Gebrauch, also zum Beispiel der Lagerung von Proben
bei festgelegter Temperatur und Luftfeuchtigkeit, dient. Normale Betriebsbedingungen
können beispielsweise eine Temperatur von 37° C und 97% relative Luftfeuchte
im Nutzraum sein. Vorzugsweise wird die Kalibrierung des Feuchtesensors bei Bedingungen
durchgeführt, welche sich hinsichtlich der Temperatur und/oder der Feuchte
vom Normalbetrieb des Klimagerätes unterscheiden. So wird beispielsweise zur
Kalibrierung des Feuchtesensors die Feuchte im Klimagerät auf die maximale
Feuchte angehoben, während diese maximale Feuchte für den Normalbetrieb
ungünstig ist, da die Gefahr von Kondensation an den Proben zu hoch ist. Nach
erfolgter Kalibrierung wird die Feuchte in diesem Fall wieder für den Normalbetrieb
abgesenkt. Die maximale Feuchte im Nutzraum kann auch durch eine Absenkung der Nutzraumtemperatur
unter Beibehaltung der Wasserbadtemperatur beziehungsweise ohne weitere Zufuhr von
Wasserdampf erreicht werden. Die Kalibrierung wird dann unterhalb der normalen Betriebstemperatur
des Klimagerätes durchgeführt. Da die nun kältere Atmosphäre
nicht so viel Feuchtigkeit aufnehmen kann, erhöht sich durch die Temperaturabsenkung
die relative Feuchte der Luft. Nach Beendigung der Kalibrierung kann dann die Feuchte
im Nutzraum dadurch wieder reduziert werden, dass die Temperatur auf die normale
Betriebstemperatur angehoben wird. Dies bewirkt dann eine Trocknung der Atmosphäre
im Nutzraum.
Vorzugsweise erfolgt die Kalibrierung des Feuchtesensors als automatische
Routine im Klimagerät. Die Steuer- und Auswerteeinheit sorgt für die Durchführung
aller notwendigen Schritte für die erfolgreiche Kalibrierung. Diese kann durch
Knopfdruck durch einen Bediener gestartet werden, wenn sich gerade keine Proben
in dem Klimagerät befinden, oder selbsttätig durch die Steuer- und Auswerteeinheit
gestartet werden. In einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens ist die
Kalibrierung des Feuchtesensors Bestandteil einer Autostartroutine, die bei jedem
Einschalten des Klimagerätes abläuft.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird die Kalibrierung
des Feuchtesensors bei der maximal erreichbaren Feuchte des Klimagerätes vorgenommen.
Dafür wird durch aktive oder passive Befeuchtung in einer der oben beschrieben
Methoden die Feuchtigkeit im Nutzraum angehoben, bis die Atmosphäre mit Wasserdampf
gesättigt ist und Kondensation auftritt. Der Messwert des Feuchtesensors steigt
dabei mit der Feuchtigkeit an. Sobald Kondensation auftritt, bleibt er bei einem
maximalen Wert stehen. Auch bei einer weiteren Zufuhr von Feuchtigkeit wird dieser
maximale Wert nicht überschritten. Das Verharren des Sensorwertes auf einem
maximalen Wert weist also darauf hin, dass Kondensation im Nutzraum auftritt und
dass die maximale Feuchte im Nutzraum erreicht ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit
erkennt das Verharren des Messwertes und vergleicht diesen maximalen Messwert mit
dem nominellen Sollwert, der in diesem Fall 100% relative Feuchte beträgt.
Nun wird die Korrektur wie oben beschrieben durchgeführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante verfügt
das Klimagerät über eine aktive Befeuchtungsvorrichtung. Eine solche besteht
aus einer Vorrichtung zur aktiven Dampferzeugung, zum Beispiel einem Verdampfer
und einer Zuleitung, durch die aktiv Wasserdampf in den Nutzraum eingeleitet werden
kann. Die maximale Feuchte im Nutzraum wird in diesem Fall erreicht, indem so viel
Wasserdampf in den Nutzraum eingeleitet wird, bis Kondensation auftritt und der
Feuchtesensor auf seinem Wert stehen bleibt.
Eine andere bevorzugte Variante des Klimagerätes weist eine passive
Befeuchtungsvorrichtung auf. Feuchtigkeitsquelle ist dann ein getrennt temperierbares
Wasserbad im Innenraum des Klimagerätes, welches zum Nutzraum offen ist. Beispielsweise
befindet sich das Wasserbad im Boden des Nutzraumes. Die Regelung der Feuchtigkeit
im Nutzraum erfolgt dann über die Steuerung der Temperatur des Wasserbades.
Eine Erwärmung des Wasserbades bewirkt eine Erhöhung der Feuchtigkeit
im Nutzraum. Für die Kalibrierung des Feuchtesensors bei maximaler Feuchte
wird das Wasserbad auf eine Temperatur gleich oder größer der Temperatur,
welche in der Mitte des Nutzraumes herrscht, erhitzt. Dadurch stellt sich die maximale
Feuchte im Nutzraum ein, und überschüssiger Wasserdampf kondensiert. Auch
in dieser Variante wird das tatsächliche Erreichen der maximalen Feuchte am
Auftreten von Kondensation und am Verharren des Sensorwertes auf einem maximalen
Wert erkannt. Nun wird die Korrektur wieder wie oben beschrieben durchgeführt.
Bei den beschriebenen Verfahren zur Kalibrierung des Feuchtesensors
bei maximaler Feuchte tritt zwangsläufig Kondensation im Nutzraum des Klimagerätes
auf, da erst daran das Erreichen der maximalen Feuchte erkannt wird. Durch Kondensation
entstandene Wassertropfen an den Proben oder an den Wänden des Klimagerätes
erhöhen jedoch die Kontaminationsgefahr für die Proben. Daher sollte das
Klimagerät nach der Kalibrierung wieder für den Normalbetrieb auf eine
geringere Feuchte getrocknet werden, bevor es wieder mit Proben bestückt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante geschieht dieses Trocknen durch eine
an das Klimagerät angeschlossene Luftpumpe, die nach Abschluss der Kalibrierung
die feuchte Luft aus dem Nutzraum abpumpt.
In einer anderen vorteilhaften Variante des Verfahrens wird die Kalibrierung
des Feuchtesensors bei maximaler Feuchte, aber bei einer Temperatur, welche unterhalb
der normalen Betriebstemperatur des Klimagerätes liegt, durchgeführt.
Durch das Absenken der Temperatur zur Kalibrierung kann die Atmosphäre im Nutzraum
weniger Feuchtigkeit speichern. Die relative Feuchte der Atmosphäre wird dadurch
ohne weitere Zufuhr von Feuchtigkeit erhöht, und die Kalibrierung des Feuchtesensors
kann wieder wie oben beschrieben bei maximaler Feuchte durchgeführt werden.
Nach erfolgter Kalibrierung wird die Temperatur im Nutzraum wieder erhöht,
wodurch das Vermögen der Luft, Wasser zu speichern, wieder steigt und sich
demnach die relative Feuchte wieder verringert. Der Vorteil dieser Variante besteht
darin, dass zur Durchführung keine Pumpe notwendig ist. Dagegen kann sich die
Kalibrierung des Feuchtesensors bei einer von der Betriebstemperatur abweichenden
Temperatur auf die Genauigkeit der Kalibrierung auswirken. Hinzu kommt, dass die
Variation der Nutzraumtemperatur zeitaufwändig ist, da für die ordnungsgemäße
Durchführung des Kalibrierung stabile Temperaturverhältnisse notwendig
sind und somit bei jeder Temperaturänderung abgewartet werden muss, bis sich
ein erneuter Gleichgewichtszustand ausgebildet hat.
In einem Gerät mit passiver Befeuchtungsvorrichtung kann in einer
weiteren bevorzugten Durchführungsvariante des Verfahrens das Auftreten von
Kondensation während der Kalibrierung gänzlich vermieden werden. Für
diese Variante wird als Sollwert der relativen Feuchte ein Wert unterhalb der maximalen
Feuchte von 100% relativen Feuchte gewählt. Eine solche kann erreicht werden,
indem die Temperatur des Wasserbades unterhalb die Temperatur des Nutzraums gesenkt
wird. Der Dampfdruck des Wassers ist dann entsprechend niedriger, und ein Gleichgewicht
zwischen Verdampfung und Kondensation des Wassers stellt sich bei einer geringeren
relative Feuchte im Nutzraum ein. Der nominelle Sollwert der sich dann einstellenden
tatsächlichen Feuchte im Nutzraum muss für diese Variante vorab bestimmt
worden sein. Dies kann durch Berechnung oder durch eine Referenzmessung geschehen
sein.
Vorzugsweise wird der nominelle Sollwert an einem Referenzklimagerät
bestimmt und gilt für alle Geräte des gleichen Typs. An dem Referenzklimagerät
können Sollwerte für verschiedene Bedingungen hinsichtlich Nutzraumtemperatur
und Feuchtigkeit bestimmt werden. Diese bestimmten Sollwerte können dem Nutzer
in Form einer Tabelle vorliegen oder in der Steuer- und Auswerteeinheit gespeichert
sein und automatisch verwertet werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird der nominelle Sollwert
mit einem kalibrierten Sensor in dem Klimagerät einmal bestimmt und für
alle späteren Kalibriervorgänge an diesem Gerät verwendet. Diese
Methode setzt die Verwendung eines einmal kalibrierten Sensors voraus. Auch auf
diese Weise kann eine Tabelle oder ein funktionaler Zusammenhang zwischen den Temperaturen
und der Feuchte bestimmt werden.
Zweckmäßigerweise führt das Klimagerät die Kalibrierung
des Feuchtesensors in regelmäßigen Abständen automatisch aus. Wenn
aber die Proben im Klimagerät durch die Veränderung der klimatischen Bedingungen
wie etwa dem Erreichen der maximalen Feuchte oder einer niedrigeren Temperatur beschädigt
werden können, so ist es sinnvoller, wenn lediglich eine Erinnerungsfunktion
ausgeführt wird. Das Klimagerät kann dann beispielsweise in regelmäßigen
Zeitabständen ein optisches oder akustisches Signal auslösen, welches
den Benutzer auffordert, die Kalibrierung zu starten. Sinnvoll ist beispielsweise
eine optische Anzeige in Form einer Leuchtdiode in Verbindung mit einer Anzeige
auf einem LC-Display. Zweckmäßig kann dann die Kalibrierung durchgeführt
werden, wenn ohnehin ein Probenwechsel oder eine Unterbrechung im Betriebsablauf
geplant war.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Klimagerät um einen Inkubator
oder einen Begasungsbrutschrank.
Der Feuchtesensor ist vorzugsweise ein kapazitiver Feuchtesensor.
Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem gelöst durch ein
Klimagerät mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, einer Temperiervorrichtung,
einer Feuchtigkeitsquelle und einer Einrichtung zur Regulierung der Feuchtigkeit
in einem Nutzraum, in dem sich eine Temperaturmessvorrichtung und ein Feuchtesensor
befinden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuer- und Auswerteeinheit
ausgebildet ist, um ein Verfahren zur Kalibrierung des Feuchtesensors nach einer
oben beschriebenen Variante auszuführen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einem Ausführungsbeispiel
und der 1 näher erläutert werden.
1 zeigt schematisch eine Vorderansicht eines vorne
offenen Inkubators.
Der Inkubator 10 besteht aus einem Gehäuse, welches
einen Nutzraum 11 umschließt. Im Inneren des Nutzraumes sind regalartige
Einlagen angebracht. Am Boden des Nutzraums befindet sich eine passive Befeuchtungsvorrichtung
in Form eines Wasserbades 18 mit einer Temperiervorrichtung für das
Wasserbad 20. Der gesamte Nutzraum des Inkubators ist temperierbar mit
einer Temperiervorrichtung 13. Der Inkubator weist außerdem
eine Steuer- und Auswerteeinheit 12 auf, die einen Feuchtesensor
16 und einen Temperatursensor 15 ausliest und die Temperiervorrichtungen
13, 20 von Nutzraum und Wasserbad ansteuert. Zusätzlich befindet
sich im unteren Teil des Inkubators eine aktive Befeuchtungsvorrichtung
17, bestehend aus einer Zuleitung für Wasserdampf in den Nutzraum
und einer Feuchtigkeitsquelle. Die Feuchtigkeitsquelle in Form eines Verdampfers
befindet sich außerhalb des Inkubators und ist nicht dargestellt. Weiter befindet
sich im Inkubator eine Luftpumpe 19 zum Abpumpen von feuchter Luft nach
erfolgter Kalibrierung.
Für die Kalibrierung des Feuchtesensors 16 bei maximaler
Feuchte wird zunächst die Temperatur im Nutzraum 11 des Klimagerätes
10 festgehalten. Das Wasserbad 18 wird dann mit der Temperiervorrichtung
20 auf eine Temperatur leicht oberhalb der Temperatur in der Mitte des
Nutzraumes erhitzt. Dadurch steigt die relative Feuchte im Nutzraum 11
an, bis die Atmosphäre mit Wasserdampf gesättigt ist. An diesem Punkt
ist die maximale Feuchte erreicht und Kondensation des Wasserdampfes setzt ein.
Während sich die Feuchte im Nutzraum 11 erhöht, liefert der Feuchtesensor
16 ein ansteigendes Signal an die Steuer- und Auswerteeinheit
12. Sobald jedoch der Wasserdampf im Nutzraum 11 beginnt auszukondensieren,
steigt das Signal des Feuchtesensors 16 nicht weiter an. Die Steuer- und
Auswerteeinheit 12 erkennt, dass der maximale Wert erreicht ist. Der Betrag
dieses gemessenen maximalen Wertes wird nun durch die Steuer- und Auswerteeinheit
mit dem Sollwert von 100% relative Feuchte verglichen und die Abweichung davon bestimmt.
Aus dieser Abweichung wird ein Korrekturfaktor gebildet, mit dem der gemessene Wert
korrigiert wird, so dass er auf 100% relative Feuchte festgesetzt wird. Alle folgenden
Messwerte des Feuchtesensors 16 werden dann durch die Steuer- und Auswerteeinheit
12 mit dem selben Korrekturfaktor korrigiert. Anschließend wird die
Temperatur des Wasserbades 18 wieder auf die normale Betriebstemperatur
unterhalb der Nutzraumtemperatur abgesenkt. Um die Trocknung des Nutzraumes
11 zu beschleunigen, kann feuchte Luft mit Hilfe einer Luftpumpe
19 aus dem Nutzraum 11 abgesaugt werden. Sobald sich wieder ein
Gleichgewicht im Nutzraum ausgebildet hat, geht der Inkubator dann in den Normalbetrieb
über.