DE1648304A1 - Einrichtung zum Messen der relativen Feuchte eines Gases - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

ZEPPELINS t'.JASSE 73

Sina AG Zürich ( Schweiz)

Einrichtung zum Messen der relativen Feuchte eines Gases

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der relativen Feuchte eines Gases unter erschwerenden Bedingungen, z.B. bei extrem tiefer oder extrem hoher Feuchte, Der erstgenannte Fall ergibt sich beispielsweise in einem Vakuumtrockner, wenn man feststellen möchte, ob " die restliche Feuchte eines zu trocknenden Gutes den gewünschten Wert erreicht hat, wobei von der in der Praxis weitgehend zutreffenden Annahme ausgegangen wird, dass zwischen der relativen Feuchte des Gutes und jener des umgebenden Gases, z.B. Luft, sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat. Dann wird bekanntlich die Feuchte des Gutes definitionegeniäss der relativen Feuchte des Gases gleichgesetzt.

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Das Messen extrem tiefer und extrem hoher relativer Feuchten in der industrielleη Verfahrenstechnik ist deshalb schwierig, weil die in industriellen Betrieben der Einfachheit wegen meistens verwendeten elektrischen Feuchtesonden an beiden Enden der Feuchteskala verhältnismässig unempfindlich sind und weil dann die üblicherweise benutzten elektrischen Brückenschaltungen, an welche die Sonden angeschlossen sind, in ungünstige Arbeitsbedingungen versetzt werden, bei denen sowohl die Messempfindliehkeit als auch die Messgenauigkeit stark reduziert sind»

Zweck und Aufgabe der Erfindung ist es, eine zum Messen der relativen Feuchte eines Gases dienende Einrichtung zu schaffen, welche die geschilderten Schwierigkeiten auf verhältnismässig einfache Weise zu überwinden gestattet, einen einfachen konstruktiven Aufbau hat und die gewünschten Messresultate sofort liefert.

Die Einrichtung gemäss der Erfindung ist zur Hauptsache dadurch gekennzeichnet, dass eine mindestens einen Teil des Gases aufnehmende Kammer mit Mitteln zum kontrollierten Verändern der darin je Raumeinheit enthaltenen Gaamoleküle versehen ist, und dass im Innern der Kammer als Feuchtemeesonde ein hygroskopischer elektrischer Widerstand angeordnet ist, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der in der Kammer herrschenden relativen Feuchte ändert und der an einen elektrischen Widerstandsmesskreis aus3erhalb der Kammer angeschlossen ist.

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Bei einer zweckmässigen Ausfübrungsforaj, die eine kontinuierliche Feuchtemessung erlaubt, hat die Kammer einen Einlass und einen Auslass, von denen der eine mit einem Gasförderer in Verbindung steht, wobei Regulierorgane vorgesehen sind, mit deren Hilfe das Verbal tniar zwischen der in einem Zeitabschnitt durch den Einlass eintretenden Gasmenge und der im gleichen Zeitabschnitt durch den Auslass austretenden Gasmenge veränderbar ist* Der Gaöförderer kann eine Vakuumpumpe sein, deren Saugseite mit einem zu evakuieren- Λ den Raum und deren Austrittsseite mit dem Einlass der Kammer in Verbindung steht, während der Auslass der Kammer mit einem einstellbaren Druc.kregulienrentil versehen· ist, das den Druck in der Kammer konstant hält·

Bei einer anderen zweckmässigen Ausführungsform der erfindungsgemäsaen Einrichtung hat die Kammer mindestens eine bewegbare Wand, die bezüglich der gegenüberllegenden Wand bewegbar ist zum Verändern des Volumens der Kammer. Letztere weist eine' Einlass- und Auslassöffnung auf, die mit einem Absperrorgan versehen ist, das wahlweise geöffnet ™ und geschlossen werden kann. Vorzugsweise ist die bewegliche Wand der Kammer auf ihrer von dem Innetiraum der Kammer abgekehrten Auseenseite durch ein gasförmigeö Druckmedium beaufschlagbar und durch den Druckunterschied in der Kamaer und auf der Aussenseite der beweglichen Wand bewegbar hie 4»r Druckunterschied KuIl wird.

BAD ORIGINAL

Für manche Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, auf der Aussenseite der Kammer einen zweiten hygroskopiecbett elektri-' sehen Widerstand anzuordnen, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der relativen Feuchte eines äusseren gasförmigen Mediums ändert und der an einen zweiten elektrischen Widerstandsmesskreis angeschlossen ist. Wenn gewünscht, können die beiden elektrischen Widerstandsmesskreise zusammen eine Brückenschaltung bilden, die als elektrische Ausgangs* grösse ein von der Differenz der relativen Feuchte des Gases in der Kammer und des äusseren gasförmigen Mediums abhängiges Signal liefert.

Die Einrichtung gemäss der Erfindung kann mit Torteil verwendet werden zur direkten Messung der relativen Feuchte, die ein in einem Vakuumtrockner enthaltenes Gut bei Atmosphärendruck aufweisen würde*

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergebeti eich aus den Patentansprüchen, aus der nun , folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der zugehörigen Zeichnung, in welcher verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemässen Messeinrichtung rein beispielsweise und schematisch veranschaulicht sind.

Fig. 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung das Schema einer Einrichtung mit einem Vakuumtrockner, einer Vakuumpumpe und einer Messkammer, in welcher die Feuchte gemessen wird;

Pig» 2 stellt in grossereu Masstab und im Schnitt eine Feuchtemessonde dar, die mit Vorteil in der Messkammer nach Fig* ί verwendet wird|

Hg* 3 ist ein Querschnitt nach der Idnie XII-IIX in Fig. 2 durch die Messonde; ~.' .....

Fig» 4 zeigt eine elektrische Brückenschaltung, in welche feile der Messonde eingeschaltet sind; ■

Fig. 5 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Einrichtung geroäss der Erfindung, mit einer Messkammer veränderbaren Volumens, teils im Aufriss und teils im Sehnitti

Fig»Bzeigt eine sehematische Schnittdarstellung eines dritten Attsfübruttgsbeispieles der erfindungsgetnässen Einrichtung_r wobei zwei gleiche Feuöbtemessonden vorhaiiden sind, eine innerhalb und eine ausserhalb einer absohliessbaren Kammer wit veränderbarem Volumen; '

Fig. 7 stellt eine elektrische BrüQkenschaltung dar, in welche $eile der beiden Messonden ^vQn Fig* β eiiigeschal*' tet sindj ;

Fig. 8 zeigt eine AjisführungeYariante der icawiner mit Volueen nach ^ftg» 6· ,

Sie in FIf, ί ereicbtiicbe einrichtung weist eine« nur teilweise dargestellten Vakuumtrockner %f auf, welcher zur Aufnaboe Mnee ztt trocknenden Öüt#e beetimmt iet* Der Trockner \» iA% «it einem Menötjeter \2 zur M#teung dee 1» Trockner

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herrschenden Druckes und mit einem Thermometer 13 zur Messung der Temperatur im Inner« des Trockners versehen» An den Trockner 11 ist eine Evakuierungsleitung 14 angeschlossen, die mit der Saugsex te- einer Vakuumpumpe 15 verbunden ist* Zu ihrem Antrieb steht die Pumpe 15 mit einem Motor M in Verbindung* Von der Austrittsseite der Pumpe 15 führt eine Rohrleitung 16 zum Einlass 17 einer Messkammer 18. Diese weist auch einen Auslass 19 auf,.an den ein einstellbares Druckregulierventil 20 angeschlossen ist, das die Aufgabe hat, den Druck in der Kammer 18 automatisch auf dem eingestellten Wert konstant zu halten. An der Kammer 18 sind ein Manometer 21 und ein Thermometer 22 angeordnet zur Messung des Druckes bzw. der Temperatur des in der Kammer enthaltenen Gases, Im Innern der Kammer 18 befindet sich eine Feuchtemeösonde 23% die nachstehend unter Bezugnahme auf die Pig, 2 und 3 näher beschrieben ist.

Die Sonde 23 weist gemäss Fig. 2 und 5 ein zentrales Trägeretäbcben 24 auf» das eine achsial durchgehende Oeffnung aufweist und somit die Gestalt eines Rohree hat. Das

24 beeteht mu* elektrisch ieolierenäeiB,

HÄteftal, yor^ygaweiae Quarzglas, Zwei ringförisige Metallbeli£e 25 sind j# in eine* Abstand von den Enden dies Stäbebene 24 auf der Aussenflache desselben angeordnet, Bin zweites »kitrsse res Stäbchen 26 aus dein gleichen

Material, also ebenfalls vorzugsweise aus Quarzglas.» läuft parallel unmittelbar neben dem Irägerstäbcheri 24 und ist mit letzterem fest verbunden, z.B. durch ein Klebemittel, das an den Enden des zweiten Stäbchens 26 angebracht ist. Der Abstand der beiden Metallbeläge 25 voneinander ist geringer als die Länge des zweiten Stäbchens 26. In der Fuge zwischen den beiden Stäbchen 24 und 26 befindet sich eine kleine Menge eines Elektrolyten 27* z.B. einer Mtbiumsalzlösung. Der Elektrolyt wird durch Kapillarkräfte in der Λ Fuge zwischen den Stäbchen 24 «tid 26 festgehalten und kann demzufolge nicht wegfHessen. Er bildet einen hygröskopisehen elektrischen Widerstand, dessen Widerstandswert von der relativen Feuchte des umgebenden Gases in bestimmter reproduzierbarer Weise abhängig ist.

Auf den beiden Endpartien des fragerstabchens 24 sitz&n Flanschscheiben 28 und 29, die auf ihrem Umfang einensyIi«- derförmigen Staubfilter 30tragen,welcher die Stäbchen 24 und 26 sowie den Elektrolyten 27 in einem Abstand umschliesst. Der Staubfilter 30 besteht aus nicbthygroskoplscbemMaterial, " z.B. einem feinmaschigen Metallgitter oder einem dünnen porösen Metallblech.

Ia Hohlraum dee rohrförmigen Trägerstäbchens 24 befindet sich ein elektrischer Referenzwideret and 3t* desisen Widerstandewert von der umgebenden Feuchte unabhängig ist. Davit der elektrolytische Widerstand 27 und der Referenz- ' wideretand 3Ϊ den gleichen Temperaturkoeffiiienten aufweisen,

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ist der Referenzwiderstand durch ein an beiden Enden hermetisch verschlossenes Röhrchen aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise Quarzglas, und durch einen in das Röhrchen eingeschlossenen Elektrolyten gebildet» der sweckmässig die gleiche Zusammensetzung wie der Elektrolyt 27 hat. In die Enden des Röhrchens sind Anschlussdrähte 32 und 33 eingeschmolzen, die zum Anschluss des im Röhrchen eingeschlossenen Elektrolyten dienen und aus den Enden des rohrförmigen Trägerstäbchens 24 herausgeführt sind« Zwei weitere Anschlussdrähte 34 und 35 sind mit den Metallbelägen 25 ver- * bunden und dienen zum Anschluss des elektrolyti.scben Widerstandes 27· Zweckmässig ist der eine Anschlussdraht 33 des Re ferenzwiäerstandes 31 mit dem einen Anscblussdraht 34 des Widerstandes 27 verbunden, so dass die Sonde 23 nur drei äussere Anschlussdrähte 32, 34 und 35 besitzt."i)iese sind in Pig. 1 der Einfachheit wegen nicht eingezeichnet.

Der hygroskopische elektrolytische Widerstand 27 und ^ der nichthygroskopische Referenzwiderstand 3! sind in eine elektrische Brückenschaltung gemäss Pig, 4 eingeschaltet. Die Brückenschaltung ist in bekannter Weise' durch zwei Abgleichwiderstände 36 und 37, eine elektrische Spannungsquelle 38 und ein Anzeigeinstrument 39 ergänzt, wobei letzteres z.B. ein Verstärkervoltmeter sein kann.

Die' Gebrauchs- und Wirkungsweise der mit Bezug auf die Pig. V bis 4 beschriebenen Einrichtung is*t beispielsweise wie folgt: : "

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Mit Hilfe der Pumpe 15 wird aus dein -"Vakuumtrockner -11 Luft abgesäugt,weiche Wasserdampf enthält _r der aus dem zu trocknenden Gut G stammt* Die relative Feuchte der im Vakuumtrockner tinoöb verbliebenen Luft stimmt wenigstens annähernd mit der relativen Feuchte des Gutes G überein, um den Trocknungsvorgang zu überwachen und festzustellen, wie gross die Feuchte des Gutes G noch ist» genügt es daher, die relative Feuchte der aus dem Trockner Π abgesaugten Luft zu a messen* "JSu diesem Zweck wird die Luft von der Ausgangsseite der Pumpe 15 in die Kammer 18 gefördert,, welche die Feucbte- messonde23 enthält. Man stellt das Druckregulierventil 20 so ein, dass sich in der Kammer 18 ein konstanter Druck aufbaut, der beträchtlich höher ist als der Druck in dem Vakuum-Anzahl der trockner 11» Dadurch wird in der Kammer 18 die/je Raumeinheit vorhandenen Gasmoleküle (Luft und Wasserdampf) entsprechend der Druckerhöhung vergröBsert· Somit ist auch die relative Feuchte der sich in der Kammer 18 befindenden Luft erhont, so dass die Feuchte ohne Schwierigkeiten und mit hinreichen- " der Genauigkeit mittels der Sonde 23 und der Brückensehaltung gemä^i» Fig. 4 gemessen werden kann. Die Messung kann kontinuleylicn iurchgeführt werden. Da zwischen der relativen Feuchte■-., dem Druck und der Temperatur eines Gases naturgeeetzlißlie feste Zusammenhänge Tjästehen, läset sich aus den Ergebnis 4er Feuclatemessung in der Kammer 18 die tatsächliebe

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relative Feuchte der Luft und somit des Gutes G in dem Trockner tt.rechnerisch oder mit Hilfe von Tabellen ermitteln, unter BerüclcsiGhtiguTjg der Anzeigen der Manometer 12 und 21 sowie der Thermometer t3 und 22.

Pur den Fall, dass die Temperatur der Luft im Trockner ti und in der Messkammer 18 die gleiche ist, 1st der Quotient aus den relativen Feuchten gleich dem Quotienten aus den Drücken im Trockner H und in der Kammer 18. Bezeichnet man

W^ . = relative Feuchte im Trockner Π

ρ. ι= Druck im Trockner 11 ■
^Y2 - relative Feuchte in der Kammer t-8 P>> ■- Druck in der Kammer ta

dann gilt unter der Voraussetzung gleicher Temperatur im Trockner ti und in der Karameri

Wenn man den Quotienten aus den Drücken p.und p^ konstant hält, kann das Anzeigeinstrument 39 unmittelbar in Werten der relativenFeuchte der Luft im. Vakuumtrockner geeicht werden,

Beeondera einfach lässt eich die beschriebene Einrichtung verwenden zum kontinuierlichen Messen der relativen Feuchte, die das im Vakuumtrockner M enthaltene Gut G bei Atmosphärendruck haben würde, oder anders ausgedrückt, zum

Messen der relativen Feuchte, die dasGut G nach dem Herausnehmen aus dem Vakuumtrockner in der Atmosphäre zeigt. Zur Durchführung dieser Messung stellt man das Druekreguiler-, ventil 20 derart ein, dass in der Messkammer 18 !.tmoöjphärendruck herrscht, z.B. 760 Torr. Dann liefert die Merosung der relativen Feuchte in der Kammer 18 unmittelbar das gebuchte Ergebnis, ohne dass eine Umrechnung erförderlieh wäre, sofern die Luft im Trockner 11 und in der Kammer 18 die gleiche Temperatur aufweisen, andernfalls ist derTemper&turunterschied zu berücksichtigen. Bei gleicher Temperatur ist somit r . ' . V ... . . ^;: ■:---ν;■..: : -.:>'■ ""·^;"^:"^;

worin vP»/· \ die relative Feuchte der im Trockner 11 ent-1 (P₂ *

haltenen Luft oder des Gutes G beim Druck p«, d*ii bei Atmosphärendruck ist.

Bei dieser Verwendungsart der Binriehtung bmucht man den tatsächlichen Drück p« im Vakuumtroekner überhaupt nicht zu kennen. Die Messung ist unabhängig vom Drück im Trockner und unabhängig von der Temperatur* solange im Trockner J1 und in der Kammer 18 die gleiche Temperatur vorliegt»Biese Temperaturunabhängigkeit der Kessung wird auch durch die Tatsache erreicht, dass der für die Feuchtemeseung benötigte hygroskopische Widerstand 27den gleichen. Temperaturkoeffizientenwie der Referenzwiderstand 31 aufweist. - - *--rc"·

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Das in Pig. 5 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung weist wie.der einen nur teilweise gezeigten Vakuumtrockner 11 auf. Dieser ist über eine Rohrleitung 40 mit einer Messkammer 118 verbunden, die durch eine Zylinderwand 41, einen Kolben 42 und einen Boden

43 begrenzt ist. Der Kolben 42 ist im Zylinder 41 achsial bewegbar und gegen die Innenfläche des Zylinders gasdicht

^ abgedichtet* Durch achsiales Bewegen des Kolben 42 kann das Volumen der Kammer 118 verändert werden. Eine mit dem Kolben 42 verbundene Kolbenstange 44 ist durch eine Bohrung in einem Deckel 45 gleitend hindurchgeführt. Die Kolbenstange

44 geht auch durch eine achsiale Bohrung einer Stopfbüchse 46 hindurch, die ein Aussengewinde 47 aufweist, welches mit einer entsprechenden Innengewindebohrung 48 des Deckels 45 in Eingriff ist. Die Gewindebohrung 48 enthält ferner ein ringförmiges elastisch nachgiebiges Dichtungsmaterial 49, das mittels der Stopfbüchse 46 zusammengedrückt werden kann,

™ wobei es sich satt an die Kolbenstange 44 anlegt und diese in der eingestellten Lage festhält. Die Stopfbüchse 46 ist jedoch lösbar,, um eine achsiale Bewegung der Kolbenstange und des Kolbens 42 zu ermöglichen. Der Deckel 45 weist mindestens eine Oeffnung 50 auf, die den Raum 51 auf der von der Kammer 118 abgekehrten Seite des Kolbens 42 mit der Atmosphäre verbindet. In einer Vertiefung des Bodens 43 ist eine Peuchtemessonde 23 angeordnet, welche gleich ausgebildet ist,

wie mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschrieben wurde. In die Leitung 40 ist ein Absperrhahn 52 eingeschaltet, der wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann. Ein Manometer 21 steht mit der der Kammer 118 zugekehrten Seite des Absperrhahns 52 in Verbindung. Schliesslich weist die Kammer 118 noch einen Entlüftungsstutzen 53 mit einem Absperrhahn 54 auf, der wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann. Die Rohrleitung 40 und der Bntlüftungastutzen 53 münden beide im Boden 43 in die Kammer I18. ^

Die Gebrauchs- und Wirkungsweise der Einrichtung nach Pig. 5 ist z.B. wie folgt:

Zu Beginn der Messung wird der Absperrhahn 52 geschlossen und der Hahn 54 des Stutzens 53 geöffnet. Dann löst man die Stopfbuchse 46 so weit, dass der Kolben 42 und die Kolbenstange 44 acbsial bewegt werden können, wonach man den Kolben 42 mittels der Kolbenstange 44 gegen den Deckel 45 bewegt und durch Einschrauben der Stopfbüchse 46 in dieser Lage fixiert. Die Kammer 118 hat nun ihr grösstmögliches ä Volumen und enthält Luft mit atmosphärischem Druck. Nachher schliesst man den Hahn 54 des Stutzens 53 und Öffnet den Hahn 52 in der zum Vakuumtrockner 11 führenden Leitung 40. Dadurch stellt sich in der Kammer 118 der gleiche niedrige Druck p. ein wie im Vakuumtrocknen 11· Da in der Praxis dan Volumen dee Vakuumtrocknera immer viel grosser ist als jenes der Kammer 1)8, ergibt sich praktisch keine merklich,»

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Druckerhöhung im Vakuumtrockner, wenn der Hahn 52 geöffnet wird. Die an den Vakuumtrockner ohnebin angeschlossene Vakuumpumpe (nicht dargestellt) sorgt zusätzlich für die Konstanthaltung des Druckes im trockner. Die Grosse des im Vakuum-^ * trockner H und nun auch in der Kammer 118 herrschenden*' . ■ Druckes p* lässt sich am. Manometer 21 ablesen* Auch die relative leuchte in der Kammer 118 stimmt nach kurzer Zeit mit der relativen Feuchte HP ^ im Trockner 11 überein. Diese Feuchte bat in der Hegel einen so niedrigen Wert, dass letztere mittels der Sonde 23 und der Brückenschaltung von Fig. 4 nicht gemessen werden kann.

TJm die Feuchtemessung zu ermöglichen, schliesst man jetzt den Hahn 52 in der zu© Vakuumtrockner 11 führenden Leitung 40 und löst die Fixierung der Kolbenstange 44,indem man die Stopfbüchse 46 so weit löst» bis die Kolbenstange 44 Und der Kolben 42 mühelos bewegbar sind. Der Unterschied der Drücke in der Kammer 118 und im Raum 51 hat nun . zur Folge, dass der Kolben 42 sich automatisch nach unten bewegt, bis der Druckunterschied Full wird. Dabei wird das Volumen der Kammer 118 verkleinert und der Druck in der Kamr mer auf Ateoipbärendrucfc p.* erhöht, dessen Wert man am Manometer 21 ablesen kann. Durch die Voluraenverkieinerung der. Kammer 118 wird die Anzahl der darin Je Raueeinbeit. enthalt· tenen GseaoiflEüle (Luft und Wasserdampf) entsprechend erhöht, wobei lie relative Feuchte ebenfalls erhöht wird und einen Wert -.vp'\ anniaet, der mit Hilfe der Sonde 23

^;ist und gemessen wird. Unter derVoraussetzung> dass die in derKammer 118 herrsehende Temperatur unverändert blieb, lässt sich ,nachher die relative Feuchte v^> , im Vakuumtrockner berechnen:

Diese Messung der im Vakuumtrockner ί1 herrschenden relativen Feuchte kann nicht kontinuierlich durchgeführt werden*

Wenn man nicht die tatsächliche Feuchte im Vakuumtrockner 11 ermitteln will, sondern die Feuchte, die das im Trockner 11 enthaltene Gut nach dem Herausnehmen unter Atmosphärendruck aufweisen wird, braucht man keine Umrechnung des Messresultateß vorzunehmen, da die gemessene Feuchte vx> unmittelbar die gesuchte Grosse ist.

Die Einrichtung nach Fig. 5 gestattet auch eine Messung jener relativen Feuchte,die das im Vafcuumtrockner 11 enthaltene Gut nach dem Herausnehmen unter einem vorbestimmten anderen Druck ρ als dem im Zeitpunkt der Messung vorliegenden Atmöspbärendruck haben wird. Dabei verfährt man wie folgt: Bei-geschlossenem Hahn 52 in derzum Trockner 11 führenden Leitung 40 und bei geöffnetem Hahn 54 im Stutzen-,53 bewegt man den Kolben 42 in seine oberste Stellung, in welcher er '· durch Einschrauben der Stopfbüchse 46 fixiert wird.Nachher^ scbliesst man den Hahn 54 des Stutzens 53 und öffnet den · ;* Hahn 52 in der Leitung zum Vakuumtröckner 11. Dabei stelltis

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sich in der Kammer 118 der gleiche Druck p. und die gleiche relative Feuchte y . wie im Trockner 11 ein. Nun schliesst man den Hahn 52 in der zum Vakuumtrockner 11 führenden leitung 40 erneut und löst die Fixierung der Kolbenstange 44 durch teilweises Herausschrauben der Stopfbüchse 46. Durch den im Raum 51 über dem Kolben 42 herrschenden Atmosphärendruck wird der Kolben zunächst so weit nach unten bewegt, bis der Druck in der Kammer 118 mit dem Atmosphärendruck übereinstimmt. Anschliessend bewegt man mittels der Kolbenstange 44 von Hand den Kolben 42 aufwärts oder abwärts, bis das Manometer 21 den vorbestimmten Druck ρ anzeigt, z.B. genau 760 Torr, während der tatsächlich herrschende Atmosphärendruck beispielsweise 720 Torr beträgt» In dieser neuen Lage wird der Kolben 42 mit Hilfe der Stopfbüchse 46 fixiert, wonach man die in der Kammer 118 herrschende relative Feuchte mittels der Sonde 23 misst. Das Resultat dieser Messung gibt direkt Jene relative Feuchte up ' an, die das im Vakuumtrockner enthaltene Gut unter dem Druck ρ von 760 Torr haben wird.

Das in Fig. 6 schematisch dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der erfindungegemässen Einrichtung weist einen äusseren Raum 55 auf, in welchem sich eine Kammer 218 mit veränderbarem Volumen befindet. Der Raum 55 ist durch eine ieitung 56 mit einem Vakuumtrockner 11 verbunden. Ein Absperrhahn 57 ist in die Leitung 56 eingebaut. Ferner ist an den Raum 55 ein Stutzen 58 angeschlossen, der mit einem Ab-

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sperrbahn 59 versehen ist. Die Kammer 218 weist einen fest angeordneten Boden 60 und einen dazu bewegliehen Deckel 61 aufj der mit dem Boden durch einen Faltenbalg 62 gasdicht verbunden ist* Am Boden 60 ist eine Rohrleitung 63 angeschlossen, die mit einen» Absperrhahn 64- versehen ist. Die Kammer 218 enthält eine Feuchtemessonde 23, die am Deckel 61 befestigt ist. Eine gleiche Sonde 223 ist an der gegenüberliegenden Äussenseite des Deckels 61 befestigt und befindet sich demzufolge im Vakuumtrocknungsraum Π»Die Sonde 23 hat den mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschriebenen Aufbau. Ihr hygroskopischer Widerstand 27 und ihr Referenzwiderstand 31 sind gemäss Fig* 7 in eine elektrische Brückenschaltung eingeschaltet. Die zweite. Sonde 223, die gleich wie die Sonde 23 ausgebildet ist* weist einen hygroskopischen elektrischen Widerstand 227 und einen niebthygroskopisehen Referenzwiderstand 231 auf, welche Widerstände die Brückenschaltung gemäss Fig. 7 ergänzen * Demnach liefert die Brückenschaltung als Ausgangsgrösse, die durch das Instrument 39 angezeigt wird» ein von der Differenz der relativen Feuchten in der Kammer 218 einerseits und im Trocknungsraum 11 andererseits abhängiges Signal.

Die Gebrauohs-i und Wirkungsweige der Einrichtung nach den Fig. 6 und 7 ist wie folgt!

Zuf Vorbereitung der Messung wird der Hahn 57 in der * zum Vakuumtrockner H führenden tisitung 56 geschlossen, wonach

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man bei geöffneten Hähnen 59 und 64 durch den Stutzen 58 bzw. durch die Leitung 63 Luft in den Raum 55 und in die Kammer 218 eintreten lässt. Ea wird.dafür gesorgt, dass sowohl im Raum 55 als auch in der Kammer 218 der gleiche vorbestimmte Druck ρ herrscht, auf den sich die Feuchtemessung des im Vakuumtrockner 11 enthaltenen Gutes beziehen soll. Der Druck ρ beträgt beispielsweise 760 Torr. Zusätzlich trifft man. Massnahmen, die in der Kammer 218 eine vorbestimmte relative

™ Feuchte -<γ gewährleisten. Der Wert ^ ist jene relative Feuchte, die das im Trockner 11 enthaltene Gut nach dem Herausnehmen unter dem Druck p_ im Idealfall haben sollte* Somit kann ^f auch als Sollwert der relativen Feuchte im Trockner 11, bezogen auf den Druck p₀, bezeichnet werden. Die gewünschte Feuchte in der Kammer 218 kann auf verschiedene Arten eingestellt werden, beispielsweise dadurch, dass man Luft oder ein anderes Gas mit dem Druck ρ und der Feuchte t-^ einströmen lässt oder dass in die Kammer eine passende Feuch-

A tequelle eingebracht wird, die für eine konstante relative Feuchte <^> sorgt. Nachher schliesst man die Hähne 59 und 64. Für die Durchführung der Feuchtemessung im Vakuumtrockner 11 öffnet man den Hahn 57, wonach sich im aussereη Raum 55 innert kurzer Zeit der gleiche Druck pj und die gleiche, relative Feuchte vpj wie im Vakuumtrockner einstellt. Der ; sieh ergebende Unterschied der Drücke im Raum 55 und In der Kammer 218 bewirkt , dass das Volumen der Kammer 218 sich

grössert, bis der Drückunterschied Hull wird, unter der Voraussetzungi dass bei der Ausdehnung des Faltenbalges 62 keine nennenswerten Rüokfederungskräfte auftreten. Die ermähnte VolumenvergrÖsserung der Kammer 218 bat zur Folge, dass im Innern der Kammer 218 der Druck auf einen Wert p_Q. vermindert wird, der mit dem Druck Pj im Vakuumtrockner 11 übereinstimmt. Diese Druckverminderung hat auch eine entsprechende Reduktion der relativen Feuchte in der Kammer 218 auf einen Wert

zur Folge, sofern die Temperatur konstant ist. Da die Feuchte φ .in der Kammer 218 den hygroskopischen Widerstand 27 und die Feuchte vp. im Raum 55 den zweiten hygroskopischen Widerstand 227 beeinflusst, wird mittels der Brückenscbaltung von Fig. 7 die Differenz ^p| * ^ot β^{βΠ)β88βΠβ} ^^^Θ gemessene Differenz ist proportional der Abweichung der relativen Feuchte, die das im Trockner Ί1 enthaltene Gut bezogen auf den Druck ρ von dem Sollwert ψ₀ aufweist. Die Messung kann kontinuierlich durchgeführt werden, und man kann das über dem Instrument 39 liegende Ausgangssignal der Brückensohaitung von Fig. 7 dazu benutzen, den Vakuumtrockner automatisch so zu regeln, dass,die erwähnte Abweichung und damit die gemessene Differenz vp j ~Φ₀\ gegen Hull gehen. Eine solche automatische Regelung ist insbesondere bei einem Durchlauf-Vakuum-

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trockner mit fortwährender Förderung des zu trocknenden Gutes durch den Trockner von grosser praktischer Bedeutung. Die erzielte Regelung ist unabhängig von der tatsächlichen Grosse des im Trockner herrsehenden Druckes und unabhängig von der Jeweiligen Temperatur, sofern der Trockner, der Raum 55 und die Kammer 218 gleich hohe Temperaturen aufweisen*

Falls bei der Volumenveränderung der Kammer 218 ihr Faltenbalg 62 Rückfederungskräfte hervorruft, die nicht vernachlässigbar klein sind, dann wird der reduzierte Druck p₀^ in der Kammer nicht genau gleich dem Druck P₁ im Raum 55, so dass ein Fehler in der Feuchtemessung oder in der automatischen Regelung des Vakuumtrocknen auftreten würde. Dieser Fehler hat eine materialbedingte konstante Charakteristik und kann daher verhältnismässig leicht korrigiert werden. Die notwendige Korrektur kann man bei der Einstellung des Bezugsdruckes ρ berücksichtigen oder mit Hilfe eines einstellbaren Korrekturwiderstandes in einem Zweig der Brückenschaltung nach Fig. 7 vornehmen.

Unter Berücksichtigung des erwähnten Korrekturfaktors und des Umrechnungsquotienten

Pot ■

kann man aus der Anzeige des Instrumentes 39 gewünschtenfalls auch die tatsächliche Abweichung der relativen Feuch teY^ im Trockner 11 von dem auf den Druck ρ . reduzierten Feuchtesollwert ^p₀ j erhalten.

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Bei einer nicht dargestellten AusführungsVariante der Einrichtung nach Fig» 6 kann der aussere Raum 55 weggelassen sein und die Kammer 218 mit veränderbarem Volumen direkt in den Vakuumtrockner 11 eingesetzt sein. Die Messung oder Regelung kann dann in gleicher Weise durchgeführt werden, wie vorstehend beschrieben wurde. Kur. muss die Kammer 218 zum vorbereitenden Einstellen des Druckes ρ und der relativen Feuchte ^p des in der Kammer enthaltenen Gases aus dem Trockner herausgenommen werden, oder man muss die Einstellung des Druckes und der relativen Feuchte in der Kammer 218 bei noch nicht evakuiertem Zustand des Trockners vornehmen, damit in beiden Fällen während der Einstellung noch keine Volumenvergrösserung der Kammer unter dem Einfluss des erniedrigten Druckes pj erfolgt.

Fig. 8 zeigt noch eine lusfübrungsvariante einer Kammer 318 mit veränderbarem Volumen. Die Kammer 318 ist durch einen dosenförmigen Unterteil 66 und' eine biegsame Membran 67 gebildet , deren Mittelpartie zur Veränderung .des Kammervolumens in bezug auf den Boden der Kammer bewegbar ist« Im Innern der Kammer 318 befindet sich auch bier eine Feuchtemessonde 23, während eine zweite gleiche Sonde 223 an der Aussenseite der Kammer angeordnet ist. Die Kammer gemäss Fig« 8 kann ohne weiteres anstelle der Kammer 218 in dei? Einrichtung nach Fig. 6 verwendet werden.

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Wenngleich in den vorstehend beschriebenen Ausfübrungsbelspielen der Erfindung fast ausschliesalich von der relativen Feuchte von Luft die Rede war, kann selbstverständlich die erfindungsgemässe Einrichtung auch zur Messung der Feuchte anderer Gase benutzt werden.

Die Ausführungsfonnen gemäss den Fig. 5 und 6 gestatten nicht nur die Bestimmung sehr tiefer relativer Feuchtigkeiten in Vakuumtrocktrern, sondern sind ebenso gut zur Messung sehr hoher relativer Feuchtigkeiten inkomprimierten Gasen, z.B. in einer.Gasleitung, geeignet. Mit der Einrichtung nach Fig. 5 wird dabei das komprimierte Gas in die Kammer 118 eingelassen, wänrend der Kolben 42 in nach unten bewegter Lage fixiert ist. Nach dem Sehliessen des Hahns 52 löst man die Fixierung, wobei sich das Volumen der Kammer 1 18 aelbsttätig vergrössert durch Aufwärtsbewegung des Kolbens, bis in der Kammer Atmosphärendruck herrscht. Dabei wird die relative Feuchte in der Kammer entsprechend reduziert und damit einwandfrei messbar. Anschliessend misst man mittels der Sonde die relative Feuchte in der Kammer 118. Durch Multiplikation des gemessenen Wertes mit dem Quotienten aus dem Druck des komprimierten Gases und dem Atmosphärendruck erhält man scbliesslich die gesuchte relative Feuchte des komprimierton Gases;.

Wird die Einrichtung nach Fig. 6 anstatt mit einem Vakuumtroek^er mit einer Gasquelle höheren Druckes und mit

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hoher relativer Feuchte verbunden, so bewirtet das Gas im Eaum 55 ein Zusammendrücken der Kammer 218» Das hat eine entsprechende Erhöhung des Druckes und der relativen Feuchte im Innern der Kammer Z18 zn Folge, Mit Hilfe der Sonde 25 und 223 in der Brückenschaltung nach Fig. 7 kann man ansebliessend die Different der relativen Feuchten im Raum 55 und in der Kammer 218 messen.

In allen Fällen ist es möglich, aus der gemessenen relativen Feuchte unter Berücksichtigung des Druckes und der Temperatur den absoluten Wassergehalt eines bestimmten Gasvolumens nach bekannten physikalischen Gesetzen zu bestimmen» Die Erfindung erlaubt sogar* die absolute Feuchte beim Vorliegen einer WasserdampfÜbersättigung auf einfache Weise zu bestimmen, indem man das übersättigte Gas-Dampf-Geraisch in der Messkammer expandiert und damit auf einen erheblich niedrigeren Druck bringt, wobei die Temperatur sinkt und die relative Feuchte in einen bequem messbaren Bereich herabgesetzt wird. Aus dem Messresultat der relativen Feuchte lässt sich nachher die gesuchte absolute Feuchte des übersättigten Gemisches-berechnen.

Das soeben geschilderte Messverfahren kann besonders einfach und kontinuierlich mit einer Ausführungsvariante der in Fig» I gezeigten Einrichtung durchgeführt werden. Anstelle des Vakuumtrockners 11 ist dann ein Kessel mit dem wasserdampfübersättigten Gas vorhanden. Die Vakuumpumpe 15 wird auf der Austrittsseite des Druckregulierventils 20 an-

geordnet, während zwischen die Leitungen 14 und 16 ein Drosselventil (nicht dargestellt) eingeschaltet wird* Letzteres sorgt in Zusammenwirkung mit der Pumpe T5 und dem Druckregulierventll 20 dafür, dass in der Messkammer 18 ein beträchtlich unter dem Atmosphärendruck liegender, konstanter Druck herrscht, bei welchem die relative Feuchte mittels der-Sonde 23 gemessen werden kann. Mit Vorteil kann die Messkammer 18 von' einem Wartnexsoliermantel umgeben sein, um den Einfluss der Umgebungstemperatur praktisch auszuschalten.

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Claims (21)

P a t β η t a η a ρ r ü e h e

1. Einrichtung zum Messen der relativen Feuchte eines Gases, dadurch gekennzeichnet, dass eine mindestens einen Teil des Gases aufnehmende Kammer"(IB; 118; 218; 318)mit Mitteln (20; 42; 62; 67)zum kontrollierten Verändern der * darin je Eaumeinheit enthaltenen Gasmoleküle versehen ist,- und dass im Innern der Kammer eine Feuebtemessonde (23) mit einem hygroskopischen elektrischen Widerstand (27) angeordnet ist, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der in der Kammer herrschenden relativen Feuchte ändert und der an einen elektrischen Widerstandsmesskreis ausserhalb der Kammer angeschlossen ist*

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- ^j net, dass die Kammer (18y einen Einlass (17) und einen Auslass 09) aufweist, von denen der eine mit einem Gasförderer (15) in Verbindung steht, und dass mindestens ein Regulierorgan (20) vorgesehen ist, mit dessen Hufs das Verhältnis zwischen der in einem Zeitabschnitt durch den Einlass (17) eintretenden Gasmenge und der Im gleichen Zeitabschnitt durch; den Auslass (19) austretenden Gasmenge veränderbar ist.

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3. Einrichtung nach den Ansprachen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasförderer (15) eine Vakuumpumpe ist, deren Saugseite mit einem zu evakuierenden Raum (11) und deren Austrittsseite mit dem Einlass (17) der Kammer (18) in Verbindung steht, und dass der Auslass (19) der Kammer mit einem einstellbaren Druckregulierventil (20) versehen ist, das den Druck in der Kammer (18) konstant hält.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , dass die Saugseite der Vakuumpumpe (15) und die Kammer (18) je mit einem Druckmesser (12; 21) und bei räumlicher Trennung auch je mit einem Temperaturmesser (13; 22) versehen sind,

5« Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (118; 218; 318) mindestens eine bewegbare Wand (42; 61; 67) aufweist, die bezüglich der gegenüberliegenden Wand (43; 60; 66) bewegbar ist zum Verändern des Volumens der Kammer, und dass eine Einlass— und Auslassöffnung (40; 63) der Kammer mit einem Absperrorgan (52; 64) versehen ist, das geöffnet und geschlossen werden kann.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5_f dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Wand (42; 61; 67) der Kammer (118; 218; 318) auf ihrer vom Innenraüm der Kammer abgekehrten

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Aüssenseite durch ein vorzugsweise gasförmiges Druckmedium beaufschlagbar und durch den Druckunterschied in der Kammer und auf der ÄusSenseite der beweglieben Wand bewegbar ist, bis der Druckunterschied Süll wird*

7« Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass feststellmittel (46-49) zum lösbaren Fixieren der beweglichen Wand (42) in einer gewünschten Lage vorhanden sind. ·

8. Einrichtung nach äen Ansprüchen 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Wand ein in einem Zylinder (41) gleitender Kolben (42) ist» der gegen den Zylinder gasdicht abgedichtet ist*

9· Einrichtung ttäcb den Ansprüchen 5, 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Wand (61) an einem Faltenbalg (62) angeordne.t oder durch eine Membran (67) gebildet ist.

10* Einrichtung nacb einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Aüssenseite der Kammer (218; 318) eine zweite Feucbtemessonde (223) mit einem hygroskopischen elektrischen Widerstand (227) angeordnet ist, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der relativen Feuchte eines äusseren gasförmigen Mediums ändert und der an einen zweiten elektrischen Widerstandsmesskreis angeschlossen

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11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrischen Widerstandsmesskreise zusammen eine Brückenschaltung (fig. 7) bilden, die als elektrische Ausgangsgrösse ein von der Differenz der relativen Feuchten des Gases in der Kammer (218; 318) und des äusseren gasförmigen Mediums abhängiges Signal liefert.

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Kammer (18; 118) ein Druckmesser (21) angeschlossen ist.

13· Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hygroskopische elektrische Widerstand (27; 227) ein Elektrolyt ist, der durch Kapillarkräfte in einer Fuge festgehalten ist, die sich zwischen zwei parallel nebeneinander angeordneten Stäbchen (.24; 26) aus elektrisch isolierendem Material und mit kreisförmigem Querschnitt befindet, dass das eine Stäbchen (24) die Gestalt eines Rohres hat und in seinem Innern einen von der umgebenden Feuchte unabhängigen Referenzwiderstand (51; 231) mit annähernd dem gleichen Widerstandswert wie der hygroskopische Widerstand (27; 227) enthält.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Stäbchen (24) an seinen Endpartien je eine Flanschscheibe (28; 29) trägt und auf den zwei Flanschscheiben ein rohrförmiger Staubfilter (30) abgestützt ist, der die bei-

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den Stäbchen (24; 26) und den hygroskopischen elektrischen Widerstand (27; 227) in einem Abstand umscbliesst.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwiders-fcand (3 I; 23 V) durch einen in ein Glasröhrchen eingeschmolzenen Elektrolyten gebildet ist.

16. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (17) der Kammer (18) über ein Drosselventil mit einem- zur Aufnahme von Wasserdampf dienenden Behälter(It) verbunden ist, während an den Ausgang (19) der Kammer (18) ein Druckregulierorgan (20) und ein Gasförderer (15) angeschlossen sind, die einen konstanten Druck in der Kammer(18) unter jenem im Behälter (11) hervorzurufen und aufrecht zu erhalten imstande sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (18) von einem Wärmeisoliermantel umgeben ist« "

18. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 12_t dadurch gekennzeichnet _t dass die Kammer(218; 318) in eine grössere zweite Kammer (55) eingebaut ist, die mindestens einen Bohranschluss (56j 58) mit einem zugeordneten Absperrorgan (57; 59) aufweist, das geöffnet und geschlossen werden kann*

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19. Verwendung der Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 his 18 zur Messung der relativen Feuchte des in einem Vakuumtrockner (1I) enthaltenen Gutes (G).

20. Verwendung nach Anspruch 16 zur direkten Messung der relativen Feuchte, die das im Vakuumtrockner (11) enthaltene Gut (G) bei Atmosphärendruck aufweisen würde.

21. Verwendung der Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 16 und 17 zur Bestimmung der absoluten
Feuchte eines mit Wasserdampf übersättigten Gases.

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