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PATENTANSPRÜCHE
1. Anordnung zum Messen der relativen Feuchtigkeit gasförmiger Medien mit Elektroden, die durch einen von einem Elektrolytträger gehaltenen Elektrolyten elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei der Elektrolyt hygroskopisch ist und die Impedanz zwischen den Elektroden ein Mass für die relative Feuchtigkeit bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger den Elektrolyten durchdringt und/oder in mindestens einer Querschnittsebene des Elektrolyten diesen allseits umfasst.
2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger ein Körper mit einer Bohrung zur Aufnahme des Elektrolyten ist, und dass elektrische -Leiter zur Bohrung geführt sind, deren an die Bohrung angrenzenden Oberflächenteile die Elektroden bilden.
3. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger ein Körper mit einer Durchbrechung zur Aufnahme des Elektrolyten ist, dass der Körper an gegenüberliegenden Seiten einen elektrisch leitenden Belag aufweist und dass der Elektrolyt die Belänge miteinander elektrisch leitend verbindet (Fig. 8).
4. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger ein zylindrischer Körper mit einer peripheren Ringnut zur Aufnahme des Elektrolyten ist, wobei der Körper im Bereich der Ringnut durch eine Isolierschicht in zwei elektrisch leitende Teile unterteilt ist und der Elektrolyt diese Teile leitend verbindet (Fig. 9).
5. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger ein Rohrstück aus einem Isolatormaterial aufweist, das innenseitig mit einem elektrisch leitenden Oberzug versehen ist, dass das Rohrstück innenseitig eine den Überzug in zwei Teile unterteilende Ringnut zur Aufnahme des Elektrolyten aufweist, wobei der Elektrolyt die beiden Teile des Überzuges elektrisch leitend miteinander verbindet (Fig. 10).
6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück auch aussenseitig einen elektrisch leitenden Überzug aufweist, der durch eine aussenseitige Ringnut zur Aufnahme des Elektrolyten in zwei Teile unterteilt ist, wobei der Elektrolyt die beiden Teile des Überzuges elektrisch leitend miteinander verbindet (Fig. 11).
7. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger einen zylindrischen Mantel aus einem elektrisch nicht leitenden Netzwerk aufweist, an den endseitig elektrische Leiter anschliessen, und dass der Elektrolyt im Innern des zylindrischen Mantels angeordnet ist und die elektrischen Leiter miteinander verbindet (Fig. 12 und 13).
8. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger einen Kreisring aus nicht leitendem Material aufweist, an den auf den gegenüberliegenden Kreisflächen zwei elektrische Leiter anliegen und dass zwischen diesen innerhalb des Ringes der Elektrolyt angeordnet ist (Fig.
14 und 15).
9. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger einen Stab (54) aus elektrisch nicht leitendem Material aufweist, auf dem zwei elektrische Leiter (1, 4) angeordnet sind, deren einander zugewandte Enden sich mit Abstand gegenüberliegen, und dass die Enden der Leiter durch einen Elektrolyttropfen leitend verbunden sind (Fig. 16 und 17).
10. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger einen elektrisch nicht leitenden, eine offene Schlaufe bildenden Faden aufweist, auf dem zwei elektrische Leiter angeordnet sind, dass die einander zugewandten Enden der elektrischen Leiter sich innerhalb der Schlaufe mit Abstand gegenüberliegen, und dass der Elektrolyt in der Schlaufe angeordnet ist (Fig. 18).
II. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytträger einen elektrisch nicht leitenden Faden aufweist, der unter Bildung eines Knotens eine Schlaufe aufweist, dass zwei elektrische Leiter längs dem Faden verlaufen, deren einander zugewandte Enden sich innerhalb der Schlaufe mit Abstand gegenüberliegen und dass der Elektrolyt in der Schlaufe angeordnet ist (Fig. 19).
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der relativen Feuchtigkeit gasförmiger Medien mit Elektroden, die durch einen von einem Elektrolytträger gehaltenen Elektrolyten elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei der Elektrolyt hygroskopisch ist und die Impedanz zwischen den Elektroden ein Mass für die relative Feuchtigkeit bildet.
Als Elektrode wird die Stelle des Übertritts des elektrischen Stromes von einem Leiter erster Art in einen Leiter zweiter Art bezeichnet.
Es ist bekannt, zum Messen der relativen Feuchte von Luft oder Gasen und der relativen Gleichgewichtsfeuchte von Stoffen die elektrische Impedanz von hygroskopischen Elektrolyten auf verschiedenen isolierenden Elektrolytträgern, wie keramischen Materialien, Glas, Geweben, Papieren usw.
heranzuziehen. Dabei werden die Elektrolyten durch die Saugfähigkeit des oder der Elektrolytträger bzw. durch die herrschenden Kapillarkräfte daran gehalten. Sie können auch auf den Elektrolytträger aufgedampft werden, wenn sie in fester Form brauchbar sind.
Die Hygroskopizität der Elektrolyte bewirkt, dass sie sich in ein Wasserdampfgleichgewicht mit der umgebenden Luft, dem umgebenden Gas bzw. mit den umgebenden Schichten der Stoffe setzen. Sie nehmen dabei solange Wasserdampf auf oder geben ihn ab, bis das Wasserdampfdruck-Gleichgewicht mit der Umgebung hergestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass sich der Elektrolyt und insbesondere der Elektrolytträger mit der Umgebung in ein Temperaturgleichgewicht setzen muss, damit die Messung der relativen Feuchte korrekt ist.
Die eingangs erwähnte elektrische Impedanz der Elektrolyte wird von den Elektroden abgenommen, welche ebenfalls auf dem Elektrolytträger aufgebracht sind.
Eine bekannte Anordnung dieser Art ist in der schweizerischen Patentschrift Nr. 382 465 beschrieben. Ein Nachteil dieser Anordnung ist die träge Reaktion auf Klimaänderungen die meistens in Form gleichzeitiger Änderungen von Feuchtigkeit und Temperatur geschehen. Die thermische Trägheit des Elektrolyten, des Elektrolytträgers und der weiteren, zur Gesamtanordnung gehörenden Metall- und Kunststoffteile bewirken insbesondere, dass eine lange Zeit vergeht, bis sich die Temperatur der Anordnung einer plötzlichen Temperatur änderung der Umgebung angepasst hat. Dies kann dazu führen, dass eine plötzliche Temperaturänderung eine Feuchteänderung und damit während dieser Zeit, ein falsches Messresultat anzeigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine problemlose Anordnung herzustellen, welche die Zeit zur Herstellung des Feuchte- und Temperaturgleichgewichts stark verkürzt und die damit verbundenen, die Feuchtemessung verfälschenden Effekte stark verringert.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Elektrolytträger den Elektrolyten durchdringt und/oder in mindestens einer Querschnittsebene des Elektrolyten diesen allseits umfasst.
Anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 a eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles eines in einer nicht dargestellten Hygrometerzelle angeordneten Elektrolytträgers mit Elektroden und Elektrolyt,
Fig. 1 b eine Draufsicht auf Fig. 1,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Hygrometerzelle längs der Linie 11-11 nach Fig. 3,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 111-111 nach Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV nach Fig. 3,
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Hygrometerelement, welches aus einer Kompensationshygrometerzelle und einer der eigentlichen Messung dienenden Hygrometerzelle aufgebaut ist,
Fig. 6 ein erstes Beispiel einer Schaltung zur Impedanz messung,
Fig. 7 ein zweites Beispiel einer Schaltung zur Impedanz messung,
Fig. 8 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines in einer nicht dargestellten Hygrometerzelle angeordneten Elektrolytträgers mit Elektroden und Elektrolyt,
Fig. 9 eine gleiche Darstellung wie Fig. 8 eines dritten
Ausführungsbeispiels,
Fig. 10 und 11 eine gleiche Darstellung wie Fig.
8 eines vierten und fünften Ausführungsbeispiels,
Fig. 12 eine Seitenansicht eines sechsten Ausführungs beispiels eines in einer nicht dargestellten Hygrometerzelle angeordneten Elektrolytträgers mit Elektroden und Elektrolyt,
Fig. 13 eine Ansicht zu Fig. 12 in Richtung des Pfeiles XIII,
Fig. 14 eine Draufsicht auf ein siebtes Ausführungsbeispiel eines in einer nicht dargestellten Hygrometerzelle angeordneten Elektrolytträgers mit Elektroden und Elektrolyt,
Fig. 15 einen Schnitt längs der Linie XV-XV in Fig. 14,
Fig. 16 eine Ansicht eines achten Ausführungsbeispiels eines in einer nicht dargestellten Hygrometerzelle angeordne ten Elektrolytträgers mit Elektroden und Elektrolyt,
Fig. 17 einen Schnitt längs der Linie XVII-XVII in Fig. 16,
Fig. 18 eine gleiche Darstellung wie Fig. 16 eines neunten
Ausführungsbeispiels und
Fig. 19 eine gleiche Darstellung wie Fig.
16 eines zehnten
Ausführungsbeispiels.
In der nachfolgenden Beschreibung bezeichnen gleiche
Hinweisziffern gleiche oder aequivalente Teile.
In Fig 1 bezeichnen die Hinweisziffern 1 und 4 elektrische
Leiter, z. B. Platindrähte. Ihre Endbereiche sind in einer dün nen Scheibe 2 aus Isoliermaterial, z. B. Glas oder Kunststoff eingegossen. Ihr Stirnflächen liegen in der Mantelfläche einer
Bohrung 5 und bilden Elektroden. In der Bohrung ist ein
Elektrolyt 5 angeordnet. Die Elektroden sind durch den Elek trolyten 5 leitend verbunden. Der Elektrolyt 5, eine Salzlösung, ist durch Adhäsionskräfte an der Mantelfläche der Bohrung gehalten. Der Elektrolyt 5 bildet einen Körper zwischen den
Elektroden dessen Form durch seine Oberflächenspannung einerseits und die Adhäsionskräfte der Scheibe 2 andererseits bestimmt ist. Die übrigen Bauteile der Hygrometerzelle sind zur besseren Verständlichkeit weggelassen.
Geeignete Elektrolyten sind bekannt und beispielsweise in der CH-PS 382 465 sowie in A. Wexler Electric Hygrome ters , National Bur. Standarts Circ. 586 Sept. 3, 1957, beschrie ben.
Die Querschnittfläche der Elektroden ist kleiner als die
Dicke des sie tangierenden Elektrolyten 5. Damit hat z. B. eine kleine Änderung der Elektrolytmenge, wie sie z. B. durch mehr oder weniger Zugabe von Elektrolyt bei der Herstellung entste hen kann, praktisch keinen Einfluss auf die elektrische Impe danz. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie äusserst einfach herstellbar ist. An einem durchgehenden elektrisch leitenden Draht wird die Scheibe 2 angegossen oder angepresst.
Danach wird mit einem geeigneten Bohrverfahren die zentrale
Bohrung angebracht, womit gleichzeitig der Draht zur Bildung der Elektroden in zwei Teile getrennt wird. Danach wird der
Elektrolyt in die Bohrung gebracht. In nur drei Arbeitsgängen können somit die Zuleitungen 4, die Elektroden und der Elektrolytträger 2 mit dem Elektrolyten 5 hergestellt und zusammengebaut werden.
Weiter kann die gewünschte Elektrolytmenge in einfacher Weise durch die Dicke der Platte 2 oder den Durchmesser der Bohrung beeinflusst werden.
Das beschriebene Messelement wird, wie eingangs erwähnt.
mechanisch in Hygrometerzellen gehalten, wie es beispielsweise mit Bezug auf Fig. 2 bis 4 gezeigt wird. Die Hygrometerzelle ist wie folgt aufgebaut.
Der Leiter list mit einem der drei Leiter 6 im Röhrchen 7 verlötet. Das Röhrchen7 ist durch die Glasdurchführung 8 gegen den Gehäusering 9 elektrisch isoliert. Der Gehäusering 9 kann auch aus Kunststoff gefertigt sein, was die Isolation durch die Glasdurchführung 8 überflüssig macht. Die Hygrometerzelle muss eine elektrisch isolierte gasdichte Durchführung der elektrischen Leiter 1 und 4 aufweisen. Der Elektrolytträger 2 und der Elektrolyt 5 sind durch die Wände I 10, II, 13 und 14 geschützt, welche als Luft- bzw. Gasfilter ausgebildet sind.
Solche Filter sind von existierenden Hygrometern her bekannt.
Diese Wände bzw. Filter 10, 11, 13 und 14 können mit Ringen 12 und 15 fixiert werden. Diese (12, 15) können durch ein Klebemittel gebildet oder ein metallischer oder plastischer Körper sein, der durch Verschrauben oder Pressen mit dem Gehäusering 9 verbunden ist. Die Hinweisziffer 16 bezeichnet einen temperaturabhängigen Widerstand, der zur gleichzeitigen Temperaturmessung und/oder Temperaturkompensation dient.
Selbstverständlich können nach einer Seite die Wände lot), 1 I oder 13, 14 geschlossen sein, indem z. B. die Filter 13 und 14 durch eine hermetisch schliessende Scheibe ersetzt werden. was z. B. im Fall der Feuchtemessung an flächigen Gütern notwendig sein kann.
Da die Anzeige von Hygrometern temperaturabhängig ist, weisen sie entweder einen temperaturabhängigen Referenzwiderstand auf, wie dies in Fig. 2 und 4 dargestellt und mit der Hinweisziffer 16 bezeichnet ist, oder gemäss Fig. 5 eine in einem feuchtestabilen Raum hermetisch abgeschlossene gleiche Hygrometerzelle auf. Im hermetisch geschlossenen feuchtestabilen Raum befindet sich ein mit einer Salzlösung getränktes Gewebe. Damit das Gewebe nicht mit der zweiten Hygrometerzelle in Berührung kommt und sich auf und in dem Elektrolyten keine Fäserchen des Gewebes ablagern, müssen besondere Massnahmen getroffen werden.
Auf dieses Gewebe und die damit verbundenen Massnahmen kann verzichtet werden, wenn die Klimatisierung des hermetisch geschlossenen Raumes durch eine beliebige zweckmässige Salzlösung vorgenommen und die Salzlösung zwischen Trägern gehalten wird, welche gleich ausgebildet sind, wie der Elektrolytträger in den Hygrometerzellen. Je nach Grösse des Raumes können auch merere solcher Salzlösungsträger untergebracht werden. Die zweite Referenz-Hygrometerzelle ist dann gleich wie die erste der Messung dienende Hygrometerzelle ausgebildet aber in dem durch die Salzlösung klimatisierten, hermetisch geschlossenen Raum untergebracht und enthält als Salzlösung den gleichen Elektrolyt wie die erste Hygrometerzelle.
Wird in der beschriebenen Referenzanordnung als Salzlösung für die Klimatisierung der gleiche Elektrolyt wie für die Hygrometerzelle verwendet, bringt das den Vorteil, dass bei allen auf der Mess- und Referenzseite beteiligten physikalischen Parametern das Temperaturverhalten gleich und die Temperaturkompensation weitgehend ideal ist.
Fig. 5 zeigt das Beispiel eines solchen sowohl der eigentlichen Messung als auch der Temperaturkompensation und als Referenzanordnung dienenden Hygrometerelementes, in dem ein Elektrolytträger 2 gemäss Fig. 1 verwendet ist. Das zwei Hygrometerzellen umfassende Hygrometerelement weist im in Fig. 5 unteren Teil Zuleitungen 1 und 4 zu den Elektroden sowie eine durchbohrte Scheibe 2 mit dem Elektrolyt 5 auf. Die von den Leitern 1 und 4 gebildeten Elektroden, die Scheibe 2 und derElektrolyt 5 bilden die der eigentlichen Messung dienende Hygrometerzelle. Weiter ist die thermisch mit der ersten Hygrometerzelle eng gekoppelt zweite, alsTemperaturkompensations- und Referenzanordnung dienende Hygrometerzelle mit der Scheibe 2', den die Elektroden bildenden Zuleitungen 1' und 4' und mit dem als Referenzelektrolyt 5', der als Klimabzw. Feuchtegenerator dient.
Zwei Scheiben 20 und 21, welche mit den Elektrolytträgern 2, 2' fest verbunden sind, schliessen den den Referenzelektrolyt 5' umgebenden Hohlraum vollständig ab. Zur Bildung der Elektroden werden vorzugsweise Drähte, insbesondere Platindrähte mit einer Dicke von 0,1 mm verwendet.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer elektrisch/elektronischen Schaltungsanordnung zur Impedanzmessung der vorbeschriebenen Hygrometerzelle. Letzterer ist symbolisch als variable Impedanz 24 dargestellt. 25 zeigt eine Referenz-Impedanz, welche zweckmässigerweise, wie in Fig. 5 gezeigt, zur Temperaturkompensation des Messelektrolyten verwendet wird. Die drei Hinweisziffern 26, 27, 28 bezeichnen die elektrischen Anschlüsse der Hygrometerzelle zum elektrisch/elektronischen Auswerteteil, welcher von der Hygrometerzelle durch die strichpunktierte Linie 29 symbolisch getrennt dargestellt ist.
Mess- und Referenzimpedanz sind durch die Generatorspannung UG gespeist. 30 ist die geerdete Abschirmung und 31 symbolisiert die Feuchteanzeige, welche in Form eines variablen Widerstandes, eines Stroms oder einer variablen Spannung vom Messwertumformer 32 geliefert wird.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel einer Schaltungsanordnung, wobei 33 wiederum die variable Messimpedanz und 34 einen temperaturabhängigen Referenzwiderstand darstellt, wie er in den Fig. 3 und 4 mit der Hinweisziffer 16 bezeichnet ist. IG bezeichnet in dieser Schaltungsanordnung den Generatorstrom.
Der Messwertumformer 35 ist selbstverständlich anders geschaltet als der Messwertumformer 32 in Fig. 6. Die drei Hinweisziffern 36, 37 und 38 bezeichnen wiederum die elektrischen Anschlüsse der Hygrometerzelle.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 besteht der Elektrolytträger aus einer Platte 39 mit einer Bohrung 40, die sich beidseitig nach aussen konisch erweitert. Die Platte 39 besteht aus einem Isolierkörper 41 dessen gegenüberliegende Breitseiten je mit einem elektrisch leitenden Überzug 42 versehen sind. Von den Überzügen 42 sind ebenfalls die konischen Flächen der Bohrung 40 bedeckt, wogegen der zylinderische Teil der Bohrung nicht überdeckt ist. An den einander gegen überliegenden Überzügen 42 ist je ein elektrische Leiter 1 und 4 angeschlossen, die zur nicht dargestellten Messelektronik führen. In der Bohrung 40 ist der Elektrolyt 5 gehalten, der sich bis in die konischen Erweiterungen erstreckt und die beiden einander gegenüberliegenden Überzüge 42 elektrisch leitend verbindet.
Die konischen Flächen der Bohrung 40, soweit sie in Berührung mit dem Elektrolyt 5 stehen, bilden die Elektroden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 besteht der Elektrolytträger aus einem zylindrischen Körper 43, der in der Längsmitte durch eine Isolierschicht 44 unterteilt ist. Der über bzw.
unter der Isolierschicht 44 liegende Teil des zylindrischen Körpers 43 besteht aus einem elektrisch leitenden Material.
Auf der Höhe der Isolierschicht 44 weist der Körper 43 eine Ringnut 45 auf, die mit dem Elektrolyt 5 gefüllt ist. Der Elektrolyt 5 verbindet die beiden elektrisch leitenden Teile des zylindrischen Körpers 43, an welchen die zur Messelektronik führenden elektrischen Leiter 1 bzw. 4 angeschlossen sind. Die von den beiden elektrisch leitenden Teilen des zylindrischen Körpers 43 gebildeten Ringnutflächen bilden, soweit sie mit dem Elektrolyt 5 in Berührung sind, die Elektroden.
Fig. 10 zeigt einen Längsschnitt durch ein Rohrstück 46, das den Elektrolytträger bildet. Das Rohrstück 46 weist einen zylindrischen Aussenmantel 47 auf, der aus einem Isoliermaterial besteht. Die Innenfläche des Aussenmantels 47 ist mit einem elektrisch leitenden Überzug 48 versehen und weist weiter eine Ringnut 49 auf, die sich bis in den Aussenmantel 47 erstreckt und den Überzug 48 in zwei Teile unterteilt.
In der Ringnut 49 ist der Elektrolyt 5 angeordnet, der die beiden Teile des Überzuges 48 miteinander elektrisch leitend verbindet. An jedem der beiden Teile des Überzuges 48 ist ein elektrischer Leiter 1 bzw. 4 angeschlossen. Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders geeignet zum Messen der relativen Feuchte eines eine Leitung durchströmenden Gases.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist im Prinzip gleich aufgebaut wie jenes nach Fig. 10, weshalb gleiche Teile mi aequivalenten Hinweisziffern bezeichnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auch die Aussenseite des Aussenmantels 47' mit einem elektrisch leitenden Überzug 50 versehen, der durch eine Ringnut 49" in zwei Teile unterteilt ist. Die Ringnut 49" ist durch einen Elektrolyt 5" gefüllt, der die beiden Teile des Überzuges 50 miteinander elektrisch leitend verbindet. Dieses Ausführungsbeispiel eines Elektrolytträgers wird bevorzugt dort angewendet, wo sowohl innerhalb als auch ausserhalb einer gasführenden Leitung z. B. die Differenz der beiden relativen Feuchten festzustellen ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 12 und 13 besteht der Elektrolytträger aus einem netzwerk artig aufgebauten Zylindermantel 51 der endseitig mit zwei elektrischen Leitern 1 und 4 versehen ist. Der Elektrolyt 5 ist einerseits im Zylindermantel 51 und andererseits zwischen den Leitern 1 und 4 gehalten, deren, mit dem Elektrolyt 5 in Berührung stehende Flächenteile die Elektroden bilden.
Der Elektrolytträger nach den Fig. 14 und 15 weist einen Ring 53 aus einem elektrisch nicht leitenden Material auf, an welchen seitlich zwei elektrische Leiter 1 und 4 anliegen. Auf der Ringinnenseite und zwischen den Leitern 1 und 4 ist der Elektrolyt 5 gehalten, wobei die den Elektrolyt 5 berührenden Flächenteile der Leiter 1 und 4 die Elektroden Bilden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 16 und 17 besteht der Elektrolytträger aus einem elektrisch nicht leitenden Stab 54, z.B. einem Glasstab auf den zwei Leiter 1 und 4 aufgedampft sind. Die einander zugewandten Enden der Leiter 1 und 4 liegen einander mit Abstand gegenüber und sind durch einen Elektrolyttropfen 5 leitend miteinander verbunden. Zur Zentrierung des Elektrolyttropfens kann, wie in Fig. 16 strichpunktiert dargestellt, im Stab 54 eine Ringnut angeordnet sein.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 18 besteht der Elektrolytträger aus einem elektrisch nicht leitenden Faden 55, der eine Schlaufe 56 bildet. Auf den Faden 54 sind zwei Leiter 1 und 4 aufgedampft, deren einander zugewandte Enden sich innerhalb der Schlaufe 56 mit Abstand gegenüberliegen. In der Schlaufe 56 ist der Elektrolyt 5 gehalten, der die beiden Leiter 1 und 4 miteinander elektrisch leitend verbindet.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 19 ist im Prinzip gleich aufgebaut, wie jenes nach Fig. 18, weshalb aequivalente Hinweisziffern gleiche oder aequivalente Teile bezeichnen. Im Unterschied zu jenem ist die Schlaufe 56' durch einen Knoten 57 gebildet. Die nicht dargestellten Leiter 1 und 4 liegen sich mit ihren Enden ebenfalls innerhalb der Schlaufe 56' mit Abstand gegenüber und sind durch den Elektrolyt 5 leitend miteinander verbunden. Im Bereich des Knotens 57 ist der Faden 55' so zu führen, dass sich die Leiter 1 und 4 nicht berühren.
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PATENT CLAIMS
1. Arrangement for measuring the relative humidity of gaseous media with electrodes which are electrically conductively connected to one another by an electrolyte held by an electrolyte carrier, the electrolyte being hygroscopic and the impedance between the electrodes forming a measure of the relative humidity, characterized in that the electrolyte carrier penetrates the electrolyte and / or surrounds it on all sides in at least one cross-sectional plane of the electrolyte.
2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrolyte carrier is a body with a bore for receiving the electrolyte, and that electrical conductors are led to the bore, the surface parts of which adjoining the bore form the electrodes.
3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrolyte carrier is a body with an opening for receiving the electrolyte, that the body has an electrically conductive coating on opposite sides and that the electrolyte connects the lengths to one another in an electrically conductive manner (Fig. 8) .
4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrolyte carrier is a cylindrical body with a peripheral annular groove for receiving the electrolyte, the body being divided into two electrically conductive parts in the area of the annular groove by an insulating layer and the electrolyte conductively connects these parts (Fig. 9).
5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrolyte carrier has a pipe section made of an insulator material, which is provided on the inside with an electrically conductive cover, that the pipe section has on the inside an annular groove dividing the coating into two parts for receiving the electrolyte, the Electrolyte connects the two parts of the coating to one another in an electrically conductive manner (Fig. 10).
6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the pipe section also has an electrically conductive coating on the outside, which is divided into two parts by an external annular groove for receiving the electrolyte, the electrolyte connecting the two parts of the coating to one another in an electrically conductive manner (Fig . 11).
7. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrolyte carrier has a cylindrical jacket made of an electrically non-conductive network, to which electrical conductors are connected at the end, and that the electrolyte is arranged inside the cylindrical jacket and connects the electrical conductors to one another (Fig . 12 and 13).
8. Arrangement according to patent claim 1, characterized in that the electrolyte carrier has a circular ring made of non-conductive material, on which two electrical conductors rest on the opposite circular surfaces and that the electrolyte is arranged between these within the ring (Fig.
14 and 15).
9. The arrangement according to claim 1, characterized in that the electrolyte carrier has a rod (54) made of electrically non-conductive material, on which two electrical conductors (1, 4) are arranged, the ends of which are opposite one another at a distance, and that the Ends of the conductors are conductively connected by an electrolyte drop (Fig. 16 and 17).
10. The arrangement according to claim 1, characterized in that the electrolyte carrier has an electrically non-conductive, an open loop-forming thread on which two electrical conductors are arranged that the mutually facing ends of the electrical conductors are spaced apart within the loop, and that the electrolyte is arranged in the loop (Fig. 18).
II. Arrangement according to patent claim 1, characterized in that the electrolyte carrier has an electrically non-conductive thread, which has a loop forming a knot, that two electrical conductors run along the thread, the ends of which are opposite each other within the loop and at a distance that the electrolyte is arranged in the loop (Fig. 19).
The invention relates to an arrangement for measuring the relative humidity of gaseous media with electrodes which are electrically conductively connected to one another by an electrolyte held by an electrolyte carrier, the electrolyte being hygroscopic and the impedance between the electrodes forming a measure for the relative humidity.
The point at which the electrical current passes from a conductor of the first type to a conductor of the second type is referred to as the electrode.
It is known to measure the relative humidity of air or gases and the relative equilibrium humidity of substances, the electrical impedance of hygroscopic electrolytes on various insulating electrolyte carriers, such as ceramic materials, glass, fabrics, papers, etc.
to use. The electrolytes are held there by the absorbency of the electrolyte carrier or carriers or by the prevailing capillary forces. They can also be vapor deposited onto the electrolyte carrier if they can be used in solid form.
The hygroscopicity of the electrolytes causes them to be in a water vapor equilibrium with the surrounding air, the surrounding gas or with the surrounding layers of the substances. They absorb or release water vapor until the water vapor pressure equilibrium with the environment is established. It should be noted that the electrolyte and especially the electrolyte carrier must be in a temperature equilibrium with the environment so that the measurement of the relative humidity is correct.
The above-mentioned electrical impedance of the electrolytes is taken from the electrodes, which are also applied to the electrolyte carrier.
A known arrangement of this type is described in Swiss Patent No. 382,465. A disadvantage of this arrangement is the sluggish response to climate changes, which mostly take the form of simultaneous changes in humidity and temperature. The thermal inertia of the electrolyte, the electrolyte carrier and the other metal and plastic parts belonging to the overall arrangement cause in particular that a long time passes before the temperature of the arrangement has adapted to a sudden temperature change in the environment. This can lead to a sudden change in temperature, a change in humidity and thus an incorrect measurement result during this time.
The object of the present invention is to produce a problem-free arrangement which greatly shortens the time for establishing the humidity and temperature equilibrium and which greatly reduces the associated effects which falsify the humidity measurement.
According to the invention, this object is achieved in that the electrolyte carrier penetrates the electrolyte and / or surrounds it on all sides in at least one cross-sectional plane of the electrolyte.
The invention is explained by way of example with the aid of the accompanying schematic drawing. Show it:
1 a shows a side view of an embodiment of an electrolyte carrier with electrodes and electrolyte arranged in a hygrometer cell (not shown),
Fig. 1b is a plan view of Fig. 1,
FIG. 2 shows a section through a hygrometer cell along the line 11-11 according to FIG. 3,
3 shows a section along the line 111-111 according to FIG. 2,
FIG. 4 shows a section along the line IV-IV according to FIG. 3,
5 shows a cross section through a hygrometer element which is made up of a compensation hygrometer cell and a hygrometer cell used for the actual measurement,
6 shows a first example of a circuit for measuring impedance,
7 shows a second example of a circuit for measuring impedance,
8 shows a section through a second exemplary embodiment of an electrolyte carrier with electrodes and electrolyte arranged in a hygrometer cell (not shown),
FIG. 9 shows the same representation as FIG. 8 of a third one
Embodiment,
FIGS. 10 and 11 show the same representation as FIG.
8 of a fourth and fifth embodiment,
12 shows a side view of a sixth embodiment example of an electrolyte carrier with electrodes and electrolyte arranged in a hygrometer cell, not shown,
13 shows a view of FIG. 12 in the direction of arrow XIII,
14 shows a plan view of a seventh exemplary embodiment of an electrolyte carrier with electrodes and electrolyte arranged in a hygrometer cell (not shown),
15 shows a section along the line XV-XV in FIG. 14,
16 shows a view of an eighth exemplary embodiment of an electrolyte carrier with electrodes and electrolyte arranged in a hygrometer cell, not shown,
FIG. 17 shows a section along the line XVII-XVII in FIG. 16,
FIG. 18 shows the same representation as FIG. 16 of a ninth
Embodiment and
19 shows the same representation as FIG.
16 of a tenth
Embodiment.
In the following description, the same designates
Reference numbers identical or equivalent parts.
In Fig. 1, reference numerals 1 and 4 indicate electrical
Head, e.g. B. platinum wires. Your end regions are in a thin disc 2 made of insulating material, for. B. cast glass or plastic. Your end faces are in the lateral surface of a
Hole 5 and form electrodes. In the hole is a
Electrolyte 5 arranged. The electrodes are conductively connected by the electrolyte 5. The electrolyte 5, a salt solution, is held on the surface of the bore by adhesive forces. The electrolyte 5 forms a body between the
Electrodes whose shape is determined by its surface tension on the one hand and the adhesive forces of the pane 2 on the other hand. The other components of the hygrometer cell have been omitted for better understanding.
Suitable electrolytes are known and, for example, in CH-PS 382 465 and in A. Wexler Electric Hygrome ters, National Bur. Standarts Circ. 586 Sept. 3, 1957.
The cross-sectional area of the electrodes is smaller than that
Thickness of the electrolyte touching them 5. So that z. B. a small change in the amount of electrolyte, as z. B. can hen entste by adding more or less electrolyte during manufacture, practically no effect on the electrical impedance. This embodiment has the advantage that it is extremely easy to manufacture. The disk 2 is cast or pressed onto a continuous electrically conductive wire.
Then the central
Drilled hole, which at the same time separates the wire for forming the electrodes into two parts. Then the
Electrolyte placed in the bore. The supply lines 4, the electrodes and the electrolyte carrier 2 with the electrolyte 5 can thus be produced and assembled in just three work steps.
Furthermore, the desired amount of electrolyte can be influenced in a simple manner by the thickness of the plate 2 or the diameter of the bore.
The described measuring element is, as mentioned at the beginning.
mechanically held in hygrometer cells, as shown for example with reference to Figs. The hygrometer cell is constructed as follows.
The conductor is soldered to one of the three conductors 6 in the tube 7. The tube 7 is electrically insulated from the housing ring 9 by the glass bushing 8. The housing ring 9 can also be made of plastic, which makes the insulation through the glass bushing 8 superfluous. The hygrometer cell must have an electrically insulated gas-tight bushing for electrical conductors 1 and 4. The electrolyte carrier 2 and the electrolyte 5 are protected by the walls I 10, II, 13 and 14, which are designed as air or gas filters.
Such filters are known from existing hygrometers.
These walls or filters 10, 11, 13 and 14 can be fixed with rings 12 and 15. These (12, 15) can be formed by an adhesive or a metallic or plastic body that is connected to the housing ring 9 by screwing or pressing. Reference number 16 denotes a temperature-dependent resistor which is used for simultaneous temperature measurement and / or temperature compensation.
Of course, the walls can lot), 1 I or 13, 14 be closed on one side by z. B. the filters 13 and 14 can be replaced by a hermetically sealing disc. what z. B. may be necessary in the case of moisture measurement on flat goods.
Since the display of hygrometers is temperature-dependent, they either have a temperature-dependent reference resistance, as shown in FIGS. 2 and 4 and denoted by reference number 16, or, according to FIG. 5, an identical hygrometer cell hermetically sealed in a moisture-stable room. In the hermetically sealed, moisture-stable room there is a tissue soaked in a saline solution. Special measures must be taken to ensure that the tissue does not come into contact with the second hygrometer cell and that no fibers of the tissue are deposited on or in the electrolyte.
This tissue and the associated measures can be dispensed with if the air conditioning of the hermetically sealed space is carried out by any suitable salt solution and the salt solution is held between carriers which are designed in the same way as the electrolyte carrier in the hygrometer cells. Depending on the size of the room, several such saline solution carriers can also be accommodated. The second reference hygrometer cell is then designed in the same way as the first hygrometer cell used for measurement, but is accommodated in the hermetically sealed space that is conditioned by the salt solution and contains the same electrolyte as the first hygrometer cell as the salt solution.
If the same electrolyte as for the hygrometer cell is used as the salt solution for air conditioning in the described reference arrangement, this has the advantage that the temperature behavior is the same for all physical parameters involved on the measurement and reference side and the temperature compensation is largely ideal.
FIG. 5 shows the example of such a hygrometer element serving both for the actual measurement and for temperature compensation and as a reference arrangement, in which an electrolyte carrier 2 according to FIG. 1 is used. The hygrometer element comprising two hygrometer cells has, in the lower part in FIG. 5, feed lines 1 and 4 to the electrodes and a perforated disk 2 with the electrolyte 5. The electrodes formed by the conductors 1 and 4, the disk 2 and the electrolyte 5 form the hygrometer cell used for the actual measurement. Furthermore, the second hygrometer cell, which is used as a temperature compensation and reference arrangement, is thermally closely coupled to the first hygrometer cell, with the disk 2 ', the leads 1' and 4 'forming the electrodes and with the reference electrolyte 5', which is used as a climatic or Humidity generator is used.
Two disks 20 and 21, which are firmly connected to the electrolyte carriers 2, 2 ', completely close off the cavity surrounding the reference electrolyte 5'. To form the electrodes, wires, in particular platinum wires with a thickness of 0.1 mm, are preferably used.
6 shows an example of an electrical / electronic circuit arrangement for measuring the impedance of the above-described hygrometer cell. The latter is shown symbolically as variable impedance 24. 25 shows a reference impedance which, as shown in FIG. 5, is expediently used for temperature compensation of the measuring electrolyte. The three reference numbers 26, 27, 28 designate the electrical connections of the hygrometer cell to the electrical / electronic evaluation part, which is symbolically shown separated from the hygrometer cell by the dash-dotted line 29.
The measurement and reference impedance are fed by the generator voltage UG. 30 is the earthed shield and 31 symbolizes the humidity display, which is supplied by the measuring transducer 32 in the form of a variable resistor, a current or a variable voltage.
FIG. 7 shows a further example of a circuit arrangement, 33 again representing the variable measurement impedance and 34 a temperature-dependent reference resistor, as is denoted by reference number 16 in FIGS. 3 and 4. In this circuit arrangement IG denotes the generator current.
The measuring transducer 35 is of course connected differently than the measuring transducer 32 in FIG. 6. The three reference numbers 36, 37 and 38 in turn denote the electrical connections of the hygrometer cell.
In the exemplary embodiment according to FIG. 8, the electrolyte carrier consists of a plate 39 with a bore 40 which widens conically outward on both sides. The plate 39 consists of an insulating body 41 whose opposite broad sides are each provided with an electrically conductive coating 42. The conical surfaces of the bore 40 are also covered by the coatings 42, whereas the cylindrical part of the bore is not covered. An electrical conductor 1 and 4 is connected to each of the opposing coatings 42, which lead to the measuring electronics (not shown). The electrolyte 5 is held in the bore 40 and extends into the conical enlargements and connects the two opposing coatings 42 in an electrically conductive manner.
The conical surfaces of the bore 40, as far as they are in contact with the electrolyte 5, form the electrodes.
In the exemplary embodiment according to FIG. 9, the electrolyte carrier consists of a cylindrical body 43 which is divided in the longitudinal center by an insulating layer 44. The over or
The part of the cylindrical body 43 lying under the insulating layer 44 consists of an electrically conductive material.
At the level of the insulating layer 44, the body 43 has an annular groove 45 which is filled with the electrolyte 5. The electrolyte 5 connects the two electrically conductive parts of the cylindrical body 43 to which the electrical conductors 1 and 4 leading to the measuring electronics are connected. The annular groove surfaces formed by the two electrically conductive parts of the cylindrical body 43, as far as they are in contact with the electrolyte 5, form the electrodes.
10 shows a longitudinal section through a pipe section 46 which forms the electrolyte carrier. The pipe section 46 has a cylindrical outer jacket 47 which consists of an insulating material. The inner surface of the outer casing 47 is provided with an electrically conductive coating 48 and furthermore has an annular groove 49 which extends into the outer casing 47 and divides the coating 48 into two parts.
The electrolyte 5, which connects the two parts of the coating 48 to one another in an electrically conductive manner, is arranged in the annular groove 49. An electrical conductor 1 or 4 is connected to each of the two parts of the coating 48. This exemplary embodiment is particularly suitable for measuring the relative humidity of a gas flowing through a line.
The embodiment according to FIG. 11 is in principle constructed in the same way as that according to FIG. 10, which is why the same parts are denoted with equivalent reference numbers. In this embodiment, the outside of the outer jacket 47 'is also provided with an electrically conductive coating 50, which is divided into two parts by an annular groove 49 ". The annular groove 49" is filled with an electrolyte 5 ", which forms the two parts of the coating 50 This exemplary embodiment of an electrolyte carrier is preferably used where both inside and outside a gas-carrying line, for example, the difference between the two relative humidities can be determined.
In the embodiment according to FIGS. 12 and 13, the electrolyte carrier consists of a network-like cylinder jacket 51 which is provided with two electrical conductors 1 and 4 at the end. The electrolyte 5 is held on the one hand in the cylinder jacket 51 and on the other hand between the conductors 1 and 4, the surface parts of which in contact with the electrolyte 5 form the electrodes.
The electrolyte carrier according to FIGS. 14 and 15 has a ring 53 made of an electrically non-conductive material, on which two electrical conductors 1 and 4 rest laterally. The electrolyte 5 is held on the inside of the ring and between the conductors 1 and 4, the surface parts of the conductors 1 and 4 in contact with the electrolyte 5 forming the electrodes.
In the embodiment of Figures 16 and 17 the electrolyte carrier consists of an electrically non-conductive rod 54, e.g. a glass rod on which two conductors 1 and 4 are vapor-deposited. The ends of the conductors 1 and 4 facing one another are at a distance from one another and are conductively connected to one another by an electrolyte drop 5. To center the electrolyte droplet, as shown in phantom in FIG. 16, an annular groove can be arranged in the rod 54.
In the exemplary embodiment according to FIG. 18, the electrolyte carrier consists of an electrically non-conductive thread 55 which forms a loop 56. Two conductors 1 and 4 are vapor-deposited onto the thread 54, the ends of which are facing each other and are spaced apart within the loop 56. The electrolyte 5, which connects the two conductors 1 and 4 to one another in an electrically conductive manner, is held in the loop 56.
The exemplary embodiment according to FIG. 19 is in principle constructed in the same way as that according to FIG. 18, which is why equivalent reference numbers designate identical or equivalent parts. In contrast to that, the loop 56 ′ is formed by a knot 57. The ends of the conductors 1 and 4, not shown, are also at a distance from one another within the loop 56 ′ and are conductively connected to one another by the electrolyte 5. In the area of the node 57, the thread 55 'is to be guided in such a way that the conductors 1 and 4 do not touch.