CN108369199A - 用于确定样本的湿量的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定样本的湿量的设备(10)，所述样本包含固体混合物，所述设备(10)包括：至少一个样本室(14)，用于接收样本；至少一个传感器(26,28)，用于测量样本周围的气体混合物的特性；及确定装置(36)，用于从所述至少一个特性确定所述样本的湿量。根据本发明，规定设备(10)包括测量室(12)，该测量室可以被抽空并且就流动而言选择性地与至少一个样品室(14)分隔或可连接到样品室(14)，其中至少一个传感器(26,28)配置用于测量测量室(12)中的气体混合物的特性。本发明还涉及确定包含固体混合物的样品的湿量的相应方法。

Description

用于确定样本的湿量的设备及方法
技术领域
本发明涉及用于确定样本的湿量的设备，所述样本包含固定混合物，所述设备包括(1)至少一个样本室，用于接收样本，(2)至少一个传感器，用于测量样本周围的气体混合物的特性，及(3)确定装置，用于从至少一个特性确定样本的湿量。本发明还涉及一种相应的用于确定包含固体混合物的样本的湿量的方法。
背景技术
这种设备被称为用于确定来自DD 155 115 A1的散装材料的湿量的设备。在该设备中，例如在用于输送散装材料的螺旋输送机中产生空间，在该空间中存在散装材料本身和在散装材料上方的气体。设备包括温度传感器及露点传感器，以测量在气体空间中存在的气体混合物的特征温度和露点。这些传感器的输出信号被馈送到确定装置，所述确定装置用于通过在考虑露点温度曲线的情况下转换和链接输出信号来确定湿量，并输出用于显示或控制的输出信号。本文中所描述的散装材料的湿量的确定的准确性相对较低，这不仅仅是因为该确定需等到气体和固体混合物之间的湿量达到平衡状态才进行。
为了更精确地确定包含固体混合物的样本的湿量，目前使用基于其他测量原理的方法和设备。在已知的测量原理中，使用试剂或其他化学品形式的消耗材料。这些是部分有毒的，对健康有害和/或容易燃烧。另外，试剂或其他化学品形式的可用材料在经过几次测量后必须更换。然后必须正确收集使用过的材料并进行成本高昂的处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于确定样本的湿量的设备和相应的方法，其在不使用消耗材料的情况下允许快速且准确地确定样本的湿量。
该目的根据本发明通过独立权利要求的特征来实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中限定。
在具有权利要求1的前序部分所提到的特征的根据本发明的用于确定包含固体混合物的样本的湿量的设备中，该设备设置有测量室，该测量室可以被抽空并且选择性地流体地与至少一个样本室断开或连接，其中至少一个传感器配置用于测量测量室中的气体混合物的特性。该设备优选为用于测定散装材料样本或由固体混合物组成的另一样本的湿量的设备。
借助该设备确定样本的湿量如下：首先，将样本引入样本室并可选地以这样的方式制备，使得样本周围的气体混合物以期望的方式在样本室。
然后，样本室流体地连接到先前抽空的测量室，使得样本周围的一部分气体混合物从样本室流入测量室，在测量室中进行气体混合物的至少一个特性的测量。随后，借助于确定装置从至少一个测量的特性中确定位于测量室中的样本的湿量。借助于抽空的测量室到样本室或其中一个样本室的顺序流体连接，发生气体混合物从样本室到测量室的扩展，其中对样本室与测量室的尺寸比进行选择，以使进入测量室的气体混合物处于露点曲线上精确测量所需的操作点处。抽空导致例如-20℃的露点温度TTaupunkt。测量室内部的体积优选大约为3升。一个或多个样本室通常具有明显较低的内部体积。
有利地，该设备具有至少一个关闭配件，例如阀门或快门，至少一个样本室可以通过该关闭配件可选地流体地连接到测量室或从测量室断开。
根据本发明的优选实施例，该设备包括至少一个用于加热至少一个样本室中的样本的加热器。通过加热，使样本达到所需的温度，由此围绕样本的气体混合物以明确的方式形成。加热温度优选高于100℃，更优选200℃的范围内，例如150℃≤TH≤250℃。测量室优选具有(至少在测量时)明显更低的温度TM，即TM<<TH，优选室温。然而，通常情况下，测量温度TM可能高达60℃。测量室和样本室的使用具有这样的优点，即，由于传感器安装在未加热的测量室中或未被加热的测量室上，一个或多个传感器不需要是可烘烤的。
原则上，测量室当然可以通过外部真空泵抽空。然而，根据本发明的优选实施例，该设备具有自己的泵，用于选择性地抽空测量室。如果泵能够将测量室抽空/清空至粗真空范围，即几百帕或毫巴残留气体压力(例如10hPa)的范围内，则通常是完全足够的。泵优选地流体地连接到测量室或通过诸如阀门或快门的关闭配件与测量室断开。
根据本发明的另一个优选实施例，提供了多个样本室。在该实施例中，可以并行加热多个样本，并且可以以相对较高的测量速率即测量的高重复速率来测量相应的特征。
根据本发明的又一个优选实施例，提供了多个传感器。这些传感器最好测量不同的特性。有利地，其中一个传感器是温度传感器。
通常，各种可能的传感器可用于所述设备中。例如，这里提到库仑P205传感器或头发湿度计。根据这些传感器的特性，确定装置便可以确定样本的湿量。
然而，根据本发明的优选实施例，传感器或至少一个传感器是露点传感器。因此，获得了一种基本测量原理与上述DD 155 115 A1的测量原理相似的设备。然而，通过所提到的附加措施，可以实现确定样本的湿量的高得多的准确度。
在本发明的这个实施例中，尤其提供露点传感器通过电容式传感器元件来确定露点温度。这种传感器元件可以是基于金属陶瓷的传感器元件或聚合物传感器元件。在校准过程中测量水分依赖能力和气体温度。
可选地，露点传感器包括作为传感器元件的露点镜。这也可以用作绝对湿度的参考元素。
根据本发明的又一个优选实施例，该设备还包括与至少一个传感器信号技术地连接的并还形成确定装置的测量，控制和/或调节装置。优选地，测量，控制和/或调节装置也与至少一个加热器和/或一个或多个关闭配件或关闭配件信号技术地连接。通过测量，控制和/或调节装置，确定湿量的整个过程得以控制或调节，并且最终根据一个或多个测得的特性确定样本的湿量。
根据本发明的另一优选实施例，该设备还包括至少一个流体循环系统，测量室在至少一个流体循环系统中流体互连。例如，通过该流体循环系统，测量系统的残余湿度可以均匀分布。
有利地，在该实施例中提供至少一个样本室在至少一个流体循环系统中选择性地或永久地互连。借助于这种措施，样本周围的气体混合物可以以受控的方式快速地引入测量室。
在根据本发明的用于确定包含固体混合物的样本的含水量的方法中，包括以下步骤：
在样本室中提供样本，
测量样本周围的气体混合物的特性，
从至少一种特征确定样本的湿量，
气体混合物的至少一个特性的测量在测量室中执行，测量室流体连接到至少一个样本室，样本周围的气体混合物预先形成在样本室中，样本室与测量室流体分离。为了在样本室中实现样本周围的气体混合物的明确形成，优选将样本室中的样本加热至预定温度。
现在将参照基于优选示例性实施例的附图通过示例来描述本发明，其中以下所示的特征单独地或组合地可以表示本发明的一个方面。
附图说明
在图中：
图1示出了根据本发明优选实施例的用于确定包含固体混合物的样本的湿量的设备的示意图；
图2示出了根据本发明的另一优选实施例的在泵送过程期间用于确定包含固体混合物的样本的湿量的设备；
图3示出了在设置阶段期间的图2所示的设备；
图4示出了在测量过程中的图2和3所示的设备；及
图5示出了漂洗过程中的图2至4所示的设备。
具体实施方式
图1示出了用于确定包含固体混合物的样本的湿量的设备10(样本未示出)。设备包括作为主要组件的测量室12和用于接收样本的样本室14。通常，设备10当然也可以包括多个这样的样本室14，然而，由于这仅仅是示意图，仅示出了这些样本室14中的一个。测量室12的内部容积优选约为3升。一个或多个样本室14通常具有明显较低的内部容积。样本室14经由配置为连接管的流体连接元件16流体地连接至测量室12或与测量室12流体连通。在流体连接元件16中连接有配置为阀门的关闭配件18。设备还包括用于选择性地抽空测量室12的泵20。泵20也经由配置为连接管的流体连接元件22流体地连接至测量室12或者与测量室12流体连通。在流体连接元件22中也连接有配置为阀门的关闭配件24。在测量室12中或在测量室12处安装两个用于测量位于测量室内部的气体混合物的特性的传感器26,28。其中一个传感器是露点传感器26，另一个是温度传感器28。在样本室14中或样本室14处，安装用于加热样本室14的室内部，即，尤其是有样本位于其中的样本室。在该加热器上(或者选择性地在样本室上)也安装有温度传感器32。设备10还包括信号技术地连接到传感器26,28，至少一个加热器30和温度传感器32，泵20和关闭配件18,24的测量，控制和/或调节装置34。所述部件18,20,24,30可以由测量，控制和/或调节装置34驱动，并且所述传感器和测量传感器26,28,32可以由测量，控制和/或调节装置34读出。获得以下功能：
称量待测量的已知密度样本并将其放置在样本室14中。样本室14与测量室12之间的配件18关闭。加热器30加热样本室14和放置在其中的样本至所需温度(例如约200℃)。打开泵20和测量室12之间的阀门24，并通过泵20将测量室12泵出。几分钟后(取决于测量室12的大小和泵20的功率)在测量室12中已经建立了稳定的负压并且因此形成了相应的露点(即，相应的露点温度)，并且具有样本放置其中的样本室14已经达到用于测量的恒定温度。随即关闭泵20和测量室12之间的关闭配件24，然后通过打开关闭配件18将样本室14流体地连接到空的测量室12，使得样本周围的一部分气体混合物从样本室14流入测量室12，在测量室中进行该气体混合物特性的测量。借由增加的测量温度和现在降低的蒸汽压力从样本中获得的水从样本变为气相并且随之改变测量室12中的露点。经过一段时间后，露点恒定。随后，借助于由测量，控制和/或调节装置34形成的确定装置36根据测量的特性确定放置在测量室14中的样本的湿量。基于测量的温度和露点，可以计算每单位体积的水量。由于测量范围内的体积以及样本的体积(通过重量和密度)是已知的，因此可以计算系统中存在的绝对水量并与样本的原始重量进行比较。
因此，使用单独的测量室和样本室12,14具有以下优点：由于传感器10或传感器26,28实际上安装在未加热的测量室12中或未加热的测量室12处，传感器10或传感器26,28不需要是可烘烤的。
然后可以将设备10的流体系统放空并且可以测量下一个样本。由于样本室14仍然是热的，所以更多的样本室14可以通过连接元件16和配件18连接到测量室12。这使得可以以更短的间隔安排测量。
为了提高湿量的确定精度，在实际测量之前确定露点并计算每单位体积的水量。将存在于样本室14和连接的连接元件16的空气中的绝对水量从测量结束时计算的系统中的绝对水量中扣除。
借助于这样的用于湿量确定的设备10，固体混合物样本中的湿量可以可靠地确定至低至几个ppm的范围而无需消耗材料。例如，在处理诸如塑料颗粒的固体混合物样本中，具有这种精确度的湿度测定是理想的。
所示的设备10配置为移动式湿度计，实际上是便携式湿度计。
图2至图5示出了用于确定包含固体混合物的样本的湿量的设备10的另一个实施例。由于图2至图5所示的设备10基本上对应于图1所示的设备10，这里仅讨论不同之处。
图2至图5所示的设备包括流体循环系统38，在流体循环系统38中，测量室12和泵20流体地永久地互连，而样本室14可选择性地连接在该流体循环系统38中。为此目的，样本室14连接在线路段40中，流体循环系统38包括并联连接至该线路段的旁路42。样本室14在线路段40中由两个关闭配件44,46包围，并且旁路也具有关闭配件48。通过这些配件44,46,48，可选地，线路段40或旁路42可以集成到循环系统38中。这里，这些关闭配件44,46,48尤其接管图1所示设备的已知关闭配件24的功能。
此外，设备10包括排气阀或其他配件50,52，循环系统38可以通过该排气阀或其他配件50,52排气。所有配件18,44,46,48,50,52可以例如形成为阀门，并且优选地由测量，控制和/或调节装置34驱动。
在通过设备10的该实施例确定湿量时，获得用于测量特性的四个连续阶段：
图2示出了这些阶段的第一阶段，即泵送过程。在泵送过程中，测量室12通过泵20抽空。样本室14通过两个关闭配件44,46与循环系统38的其余部分分隔，两个关闭配件44,46直接位于样本室的上游和下游。作为结果，样本5的烘烤过程已经可以在该阶段开始。通过旁路42，来自测量室12的气体可被泵送通过样本室14并经由配件50排出到环境中(箭头54)。一旦达到预设的露点温度(通常≤-20℃)，或者如果选择了另一个传感器，一旦达到预定的负压(通常约为10mbar绝对压力)，就终止泵送过程。
图3示出了第二阶段，即设置阶段。在所谓的设置阶段中，循环系统38相对于外部密封。样本室14进一步与测量室12分隔，并且仍然被加热。在该阶段中，泵20使系统38中的残余气体循环。残余气体15的这种循环首先导致仍存在于系统38中的残留湿量的均匀分布。其次，相对缓慢的露点温度传感器26和相对缓慢的温度传感器28达到平衡状态并因此达到稳定值。这一点很重要，因为系统中剩余的残留湿量，将从在实际测量过程结束时所计算的样本湿量中扣除。设置阶段在预定时间(通常约2分钟)后终止。
图4示出了第三阶段，即实际测量阶段。在测量阶段开始时，旁路42通过关闭配件48关闭。打开样本室14上游和下游的两个关闭配件44,46。泵20使来自样本室14的样本周围的气体混合物在系统38中循环，从而迅速且均匀地将样本中的湿量分布在系统38中。样本仍然被烘烤。一旦从露点温度和气体温度计算得出的数值对于气体中含有的水量(湿量)是恒定的，就可以终止测量阶段或测量过程。
最后，图5示出了第四阶段，即准备下一次测量的漂洗过程。在漂洗过程中，确保系统38中包含的湿量可以离开系统38。随即打开将循环系统38与周围大气分隔的配件50,52。泵20提供环境空气流经整个系统38，大气压随即再次存在(箭头54,56)在系统中。提供通过具有样本室14的线路段40及通过旁路42的流动。样本室14不再被加热。气流也确保更快的冷却过程。
参考符号
10 设备
12 测量室
14 样本室
16 流体连接元件
18 关闭配件
20 泵
22 流体连接元件
24 关闭配件
26 露点传感器
28 温度传感器
30 加热器
32 温度传感器
34 测量，控制和/或调节装置
36 确定装置
38 流体循环系统
40 线路段
42 旁路
44 关闭配件
46 关闭配件
48 关闭配件
50 配件
52 配件
54 箭头
56 箭头

Claims (11)

1.用于确定样本的湿量的设备(10)，所述样本包括固体混合物，所述设备(10)包括：
至少一个样本室(14)，用于接收样本；
至少一个传感器(26,28)，用于测量样本周围的气体混合物的特性；及
确定装置(36)，用于从所述至少一个特性确定所述样本的湿量；其特征在于，可抽空的测量室(12)选择性地流体地与所述至少一个样本室(14)断开或连接，其中所述至少一个传感器(26,28)配置成测量进入所述测量室(12)的所述气体混合物的特性。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个加热器(30)用于加热所述至少一个样本室(14)中的样本。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，用于可选地抽空所述测量室(12)的泵(20)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，提供多个传感器(26,28)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述传感器或所述传感器(26,28)中的至少一个是露点传感器。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述露点传感器(26)通过电容式传感器元件来确定水蒸气分压。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，测量，控制和/或调节设备(34)形成所述确定装置(36)且信号技术地连接至所述至少一个传感器(26,28)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个流体循环系统(38)，所述测量室(12)在所述至少一个流体循环系统(38)中流体互连。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述至少一个样本室(14)也在所述至少一个流体循环系统(38)中选择性地可互连或永久地互连。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，该设备(10)配置为移动式湿度计，尤其是便携式湿度计。
11.确定样本的湿量的方法，所述样本包括固体混合物，所述方法包括以下步骤：
在样本室(14)中提供样本；
测量所述样本周围的气体混合物的特性；及
从所述至少一个特性确定所述样本的湿量；
其特征在于：
所述气体混合物的至少一个特性的测量在测量室(12)中执行，所述测量室(12)流体连接到所述至少一个样本室(14)，其中所述样本周围的气体混合物预先形成在所述样本室(14)中，所述样本室(14)与所述测量室(12)流体分离。
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