DE1648304A1 - Einrichtung zum Messen der relativen Feuchte eines Gases - Google Patents
Einrichtung zum Messen der relativen Feuchte eines GasesInfo
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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.
BAD ORIGINAL 1098? 01A7
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.
1Q9826/nU7
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 Einrichtungr
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
10902?·*
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,
t BAD ORIGINAL
109876/OU 7
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: : "
109Ö2ß/nU7
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
SAD ORfGINAL
;■ - ίο -
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
^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"·
BAD ORIGINAL 982^/0147'
■ ■■-, 12 -
1646304
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,»
■ - H-
164830V
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
BAD
■ ■ .' ■. ■ ■■■■■■ . - ■ 16 - ._'■■-.. ;
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-
10 9826 /OU 7
1848304
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
1098 26/0 ΙΛ7
; _ -.. - ie - ..; ■-.■■.-■■■■■-
. ■ ■■ 164830Λ
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 pQ.
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 ββΠ)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-
1098 2670 U7
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.
1O98 26/0U7
; T6A8304
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.
0AD ORIGINAL 109a2.fi/01A7
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
BAD ORiGlNAL 10982R70U7
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.
1 09826 /OUI
Claims (21)
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.
BAD ORIGINAL 10982R/0 147
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 5f dadurch gekennzeichnet,
dass die bewegliche Wand (42; 61; 67) der Kammer (118; 218; 318) auf ihrer vom Innenraüm der Kammer abgekehrten
109fl?fi/nU7
■ ■ . ■ ' ΛΥ -ν;. ■ . ; ■ /·
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
BAD ORIGINAL 109826101*7
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-
109826/0147
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 12t 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*
BAD ORIGINAL 109826/0147
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.
Feuchte eines mit Wasserdampf übersättigten Gases.
10 982670 -147
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Also Published As
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