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Vorrichtung zur Messung insbesondere geringer Gasfeuchtigkeiten nach der Taupunktmethode
In der Verfahrenstechnik ist häufig die Messung sehr geringer Gasfeuchtigkeiten erforderlich, die in der Grössenordnung von 1 bis 0, 001 g/kg liegen. Die Einrichtungen, die für diesen Messbereich die günstigsten Voraussetzungen mitbringen, sind die Taupunkthygrometer, bei denen ein Spiegel abgekühlt wird, bis er beschlägt und die Spiegeltemperatur im Betauungsmoment an einem Thermometer abgelesen wird. Infolge der Tatsache, dass die Spiegeltemperatur im Betauungsmoment und die Feuchte des den Spiegel umgebenden Gases von gemeinsamen physikalischen Gesetzmässigkeiten abhängen, lassen sich aus der Höhe der Temperatur des Spiegels die Gasfeuchtigkeiten herleiten.
Im Laboratorium werden für den geschilderten Zweck Geräte benutzt, bei denen gut reflektierende Flächen unter Zuhilfenahme von verdampfendem Äther gekühlt werden. Die Temperaturmessung wird meist in Äther vorgenommen (Daniellsches und Regnaultsches Hygrometer).
Bei der Verwendung dieses Prinzips in der betrieblichen Messtechnik wurde das Auge des die Betauung Beobachtenden durch eine photoelektrische Einrichtung ersetzt, d. h. es wurde ein Lichtstrahl über den Tauspiegel in eine Photozelle gelenkt. Sobald der Spiegel betaut, wird das Licht diffus gestreut und gelangt nicht mehr, oder nur stark geschwächt, in die Photozelle. Dieser Effekt kann als Impuls zur Auslösung der Temperaturregistrierung verwendet werden. Der Nachteil dieser Einrichtungen ist, dass sie von der Alterung der Lichtquelle und der Photozelle abhängig sind, und dass es keinen scharf definierten Punkt des Betauungsgrades gibt, auf den das Gerät festgelegt werden kann.
Die weiterhin in der betrieblichen MesstechnikzurFeuchtemessunggebräuchlichen Geräte sind Taupunktmesser nach der hygroskopischen Methode sowie wärmeleitfahigkeitsmesser. Bei den ersteren ist ein Widerstandsthermometer in ein Glasröhrchen eingebracht, auf dem sich aussen eine Lithiumchloridschicht befindet, über die ein Heizdraht gewickelt ist. Diese Lithiumchloridschicht wird in das Gas eingebracht, dessen Feuchte zu bestimmen ist. Da Lithiumchlorid stark hygroskopisch ist und die Wärmeleitfähigkeit von der Feuchte der Schicht abhängt, lässt sich bei Beeinflussung der Schicht durch den Wassergehalt des umgebenden Gases eine Feuchtebestimmung durch Messung der Temperaturänderung am Widerstandsthermometer vornehmen.
Der Nachteil dieser Geräte ist, dass mit ihnen Feuchtigkeiten unter 0,6 g/kg (Taupunkt-300) infolge der vorliegenden physikalischen Verhältnisse grundsätzlich nicht mehr messbar sind. Ferner arbeitet ein derartiges Gerät mit Verzögerungen in der Grössenordnung von 30 bis 120 Sekunden. Die Wärmeleitfähigkeitsmesser bestehen aus zwei Kammern, in denen jeweils ein Edelmetalldraht gespannt ist, der beheizt wird. Durch die eine Kammer strömt das zu analysierende Gas, durch die andere getrocknetes Gas. Bei unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalten ist die Wärmeleitfähigkeit des zu analysierenden Gases eine andere als die des trockenen Gases. Aus diesem Grunde nehmen die Drähte eine unterschiedliche Temperatur bzw. unterschiedliche Widerstände an, die, über eine Brückenschaltung gemessen, zu einem Wert führen, der ein Mass für die Feuchte ist.
Der Nachteil dieser Geräte besteht darin, dass der Trocknung des Vergleichsgases eine gewisse untere Grenze gesetzt ist, unterhalb der der Dampfdruck über dem zur Trocknung verwendeten Absorbens wirksam wird. Für die Verzögerungen gilt Ähnliches wie bei dem oben beschriebenen Absorptionstaupunktmesser.
Es ist ferner bekannt, unter Verwendung elektronischer Hilfsmittel die Feuchtigkeitsmessung mittels zweier Photozellen bei Licht gleichbleibender Intensität durchzuführen. Der Nachteil einer solchen Einrichtung besteht darin, dass die unterschiedliche Alterung der Zellen eine fortgesetzte Nachjustierung des
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elektronischen Teils erforderlich macht. Die Verwendung von Licht gleichbleibender Intensität bedingt ferner die Verwendung eines Gleichstromverstärkers, was aber bei entsprechender Sicherung der Stabilitäts- eigenschaften einen hohen Aufwand erfordert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung insbesondere geringer Gas- feuchtigkeiten nach der Taupunktmethode, welche eine Lichtquelle, die zwei Lichtstrahlen wechselnder
Intensität aussendet, einen kühl- und heizbaren Spiegel, an dem das zu analysierende Gas vorbeigeleitet wird, mindestens einen Hilfsspiegel, eine verstellbare Blende und eine Photozelle enthält, bei der alle geschilderten Mängel nicht ill Erscheinung treten. Das Gerät arbeitet bezüglich der Anzeige trägheitslos.
Es lassen sich Feuchtigkeiten messen, die weit unter denen liegen, die mit den andern Messgeräten erfass- bar sind. Die bei der photoelektrischen Einrichtung auftretenden Alterungserscheinungen an Lichtquelle und Photozelle werden durch Kompensation unwirksam gemacht.
Das Messverfahren wird auf eine Null- methode zurückgeführt, die gegenüber der Ausschlagmethode bekanntlich den Vorzug der grösseren Mess- sicherheit und damit der höheren Genauigkeit hat.
Das wesentliche Erfindungsmerkmal ist, dass die Bauelemente so zueinander angeordnet sind, dass die beiden Strahlen abwechselnd abgedeckt werden, wobei einer der beiden aus der Lichtquelle austretenden
Lichtstrahlen über einen oder mehrere Hilfsspiegel und die Blende und der andere der beiden aus der
Lichtquelle austretenden Lichtstrahlen über den Tauspiegel allein oder über den Tauspiegel und einen oder mehrere Hilfsspiegel in die Photozelle gelangen, so dass bei entsprechender Einstellung der Blende ein
Gleichgewichtszustand zwischen den beiden Lichtintensitäten hergestellt wird, der bei Betauung des rauspiegels infolge der Intensitätsänderung der über den Tauspiegel gehenden Lichtstrahlen gestört wird, wo- durch die Auslösung der Messung oder Registrierung der unabhängig davon gemessenen Temperatur des Tauspiegels erfolgt.
Der Photostromverstärker ist transformativ mit dem Anzeigegerät für den Betauungszustand und bzw. oder mit einem Relais verbunden, das die Registrierung der vom vorstehend beschriebenen System unabhängig gemessenen Spiegeltemperatur auslöst.
Setzt man voraus, dass die Lichtwirkung auf die Photozelle in Form einer Rechteckkurve erfolgt, so muss sich infolge der Phasenverschiebung bei abgeglichenem System ein Gleichstrom ergeben, der zur Folge hat, dass die transformativ angekoppelten Einrichtungen stromlos sind. Wird die Breite des Blendenspaltes der verstellbaren Blende gegenüber dem abgeglichenen Zustand verringert, so wird die Intensität bzw. die Amplitude des durch die verstellbare Blende gehenden Lichtes geringer, und es resultiert auf Grund des durch den Tauspiegel abgelenkten ungeschwächten Lichts ein Wechselstrom mit Wechsellichtfrequenz. Setzt die Betauung des Tauspiegels ein, so geht die Intensität des über ihn abgelenkten Lichts ebenfalls zurück.
Sind beide Intensitäten gleich, ergibt sich wiederum ein abgeglichenes System ; der Strom hinter dem Ausgangstransformator des Photostromverstärkers wird Null, und dies kann als Impuls für die Registrierung der in diesem Moment herrschenden Spiegeltemperatur verwendet werden. Hieraus folgt, dass sich mittels der verstellbaren Blende eine überaus empfindliche Einstellung des Betauungsgrades vornehmen lässt, was die wichtigste Voraussetzung für ein einwandfrei arbeitendes automatisches Gerät dieser Art ist.
Eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Messeinrichtung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben.
1 ist die Lampe, 2 ein um die Lampe rotierender Lochzylinder und 3 eine feststehende Blende. Blende und Lochzylinder sind so aufeinander abgestimmt, dass der Lichtstrahl abwechselnd durch Öffnungen 4 und 5 austritt. Das austretende Licht wird durch die Linsen 6 bzw. 7 gebündelt. Der aus Öffnung 4 austretende Strahl gelangt auf den Tauspiegel 8, von dem er über den Hilfsspiegel 9 in die Photozelle 10 gelenkt wird.
Der andere Strahl, der durch Öffnung 5 austritt, wird durch den Spiegel 11 und den Hilfsspiegel 12 so gebrochen, dass er die lichtempfindliche Schicht der Photozelle 10 an der gleichen Stelle trifft wie der aus der Öffnung 4 austretende Strahl. 13 ist die verstellbare Blende, die, wie oben beschrieben, zur Einstellung der Intensität des über den Spiegel 11 abgelenkten Lichts dient ; ihre Spaltbreite kann zu diesem Zweck mit Hilfe der Stellschraube 14 verändert werden.