DE19632603A1

DE19632603A1 - Measuring vapour pressure and relative humidity of air down to temperatures well below freezing

Info

Publication number: DE19632603A1
Application number: DE1996132603
Authority: DE
Inventors: Eberhard Gall; Michael Appel
Original assignee: INNOVA G GmbH
Current assignee: INNOVA G GmbH
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1998-02-19

Abstract

In the method for measuring the vapour pressure and/or relative humidity of air, especially in an air stream, uses >= 2 temperature sensors (10, 11), one (10) for measuring the dry temperature and the other (11) for measuring the wet temperature, the volatile liquid (22) used for wetting the second sensor (11) is an acid, preferably a natural acid. Also claimed are an aspiration psychrometer, especially for use in this method, and a variant using a different liquid.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Dampfdruckes und/oder der relativen Feuchtigkeit von Luft gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Aspirtations-Psychrometer gemäß Oberbegriff Patentanspruch 5 oder 8.The invention relates to a method for measuring the vapor pressure and / or the relative humidity of air according to the preamble of claim 1 and a Aspiration psychrometer according to the preamble of claim 5 or 8.

Psychrometer sind bekannt und werden zur Messung der aktiven Feuchtigkeit sowie des Dampfdruckes von Luft eingesetzt. Aus der Differenz der gemessenen Temperaturen des trockenen und des feuchten Temperatur-Meß-Sensors ist die Berechnung der relativen Feuchte sowie auch des Dampfdruckes möglich. Bekannte Psychrometer verwenden als Verdampfungsflüssigkeit Wasser, was in Temperaturbereichen oberhalb des Gefrierpunktes zu sehr genauen Messung führt. Unterhalb des Gefrierpunktes aber auch im Bereich des Gefrierpunktes sind Aspirations-Psychrometer bisher nicht einsetzbar.Psychrometers are known and are used to measure active moisture as well as Vapor pressure of air used. From the difference in the measured temperatures of the dry and wet temperature measurement sensor is the calculation of the relative Moisture and steam pressure possible. Known psychrometers use as Evaporation liquid water, which is in temperature ranges above the Freezing point leads to very precise measurement. But also below freezing Aspiration psychrometers cannot be used in the freezing range.

Bekannt sind auch andere Meßprinzipien zur Messung der relativen Feuchtigkeit, z. B. mechanische Systeme wie Haarhafen- oder Kunststoff-Hygrometer. Auch diese Systeme weisen aber gerade bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, d. h. bei Temperaturen unter -2°C extrem lange Einstell- bzw. Verzugszeiten auf, die je nach Ausgangswert und Umgebungstemperatur bis zu 2-3 Stunden betragen können, so daß schnelle und genaue Messungen nicht möglich sind. Gleiches gilt für kapazitive Meßsysteme.Other measuring principles for measuring the relative humidity, e.g. B. mechanical systems such as hair port or plastic hygrometers. These systems too but show just at temperatures below freezing, i.e. H. at temperatures extremely long setting or delay times below -2 ° C, depending on the initial value and Ambient temperature can be up to 2-3 hours, so that fast and accurate measurements are not possible. The same applies to capacitive measuring systems.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie Aspirations-Psychrometer aufzuzeigen, die in gleicher Weise in einem großen Bereich für Temperaturen über dem Gefrierpunkt (0°C) sowie auch für Temperaturen unter dem Gefrierpunkt geeignet sind.The object of the invention is to demonstrate a method and an aspiration psychrometer, which are equally in a wide range for temperatures above freezing (0 ° C) as well as for temperatures below freezing.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 und ein Aspirations-Psychrometer entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 5 oder 8 ausgebildet. To solve this problem are a method according to the characterizing part of claim 1 and an aspiration psychrometer according to the characterizing part of claim 5 or 8 formed.

Bei der Erfindung wird als Verdampfungsflüssigkeit eine Säure verwendet, die einen Verdampfungsgrad besitzt, der über den angestrebten großen Temperaturbereich, beispielsweise über einen Temperaturbereich zwischen +40° C bis -40°C im wesentlichen konstant ist. Die Säure ist bevorzugt eine natürliche Säure. Als Säuren eigenen sich bei der Erfindung Essigsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Weinsteinsäure, bevorzugt aber Ameisensäure.In the invention, an acid is used as the evaporation liquid, which one Has a degree of evaporation over the desired large temperature range, for example over a temperature range between + 40 ° C to -40 ° C in is essentially constant. The acid is preferably a natural acid. As acids are suitable in the invention acetic acid, citric acid, lactic acid, tartaric acid, but prefers formic acid.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.Developments of the invention are the subject of the dependent claims. The invention will explained in more detail below with reference to the figures using an exemplary embodiment.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Psychrometers; Figure 1 in a simplified representation and in section an embodiment of the psychrometer according to the invention.

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie I-I der Fig. 1. Fig. 2 shows a section according to the line II in FIG. 1.

Das in den Figuren dargestellte Aspirations-Psychrometer besteht u. a. aus einem rohrartigen Strömungskanal 1, der bei der dargestellten Ausführungsform von mehreren aneinander anschließenden und miteinander verbundenen Rohrstücken gebildet ist, und zwar derart, daß dieser Kanal im Eingangs- bzw. Ansaugbereich sowie im Auslaßbereich jeweils einen vertikal verlaufenden Abschnitt 2 bzw. 3 aufweist, die jeweils über einen gekrümmten Abschnitt 4 bzw. 5 in den horizontalen, mittleren horizontalen Abschnitt 6 übergehen, der als T-Stück mit einem nach unten wegführenden bzw. abzweigenden Abschnitt 7 ausgeführt ist.The aspiration psychrometer shown in the figures consists, inter alia, of a tubular flow channel 1 which , in the embodiment shown, is formed by a plurality of pieces of pipe which are connected to one another and connected to one another, in such a way that this channel has one in the inlet and suction area and one in the outlet area has vertically extending sections 2 and 3 , each of which merges via a curved section 4 or 5 into the horizontal, central horizontal section 6 , which is designed as a T-piece with a section 7 leading away or branching downward.

Am Abschnitt 2 des Einlasses ist ein Einlaß- bzw. Luftfilter 8 vorgesehen, mit welchem feste Partikel, wie beispielsweise Staub, Schnee und Eispartikel, aber auch Wassertropfen usw. zurückgehalten werden. An dem den Auslaß bildenden Abschnitt 3 ist ein von einem Elektromotor angetriebener Ventilator oder Lüfter 9 vorgesehen. Dieser Lüfter 9 ist so ausgewählt, daß dessen Förderleistung in gewissen Grenzen weitestgehend unabhängig von Schwankungen einer elektrischen Betriebsspannung des Lüftermotors ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Drehzahl des Lüftermotors zu regeln, um so eine möglichst gleichbleibende Leistung zu erreichen. Bei eingeschaltetem Lüfter 9 wird durch diesen ein Luftstrom im Strömungskanal 1 in Richtung des Pfeiles A, d. h. vom Einlaß 2 zum Auslaß 3 erzeugt. Dadurch, daß der Lüfter 9 am Auslaß vorgesehen ist, hat die von dem Lüftermotor abgegebene Verlustwärme keinen Einfluß auf die den Strömungskanal 1 durchströmende Luft und auf das Meßergebnis.At section 2 of the inlet an inlet or air filter 8 is provided, with which solid particles such as dust, snow and ice particles, but also water drops etc. are retained. A fan or fan 9 driven by an electric motor is provided on the section 3 forming the outlet. This fan 9 is selected so that its delivery rate is largely independent of fluctuations in an electrical operating voltage of the fan motor within certain limits. In principle, there is also the possibility of regulating the speed of the fan motor in order to achieve as constant a performance as possible. When the fan 9 is switched on, an air flow in the flow channel 1 in the direction of the arrow A, ie from the inlet 2 to the outlet 3, is generated by the fan. Because the fan 9 is provided at the outlet, the heat loss emitted by the fan motor has no influence on the air flowing through the flow channel 1 and on the measurement result.

Am Abschnitt 6 sind zwei elektrische Temperatursensoren bzw. Thermoelemente 10 und 11 vorgesehen, und zwar derart, daß jedes Thermoelement mit seinem aktiven, messenden Bereich 10′ bzw. 11′ von oben her in den Strömungskanal 1 hineinreicht, mit seiner Achse in der Ebene der vertikalen Mittelebene des Strömungskanales 1 liegt und mit seinem unteren Ende etwa bis zur Mittelachse des Strömungskanales bzw. des Abschnittes 6 reicht. Die beiden Thermoelemente 10 und 11 sind in Strömungsrichtung der Luft (Pfeil A) hintereinander im Kanal 1 angeordnet, und zwar in Strömungsrichtung zunächst das Thermoelement 10 und dann mit einem Abstand das Thermoelement 11, welches mit seiner Achse auch achsgleich mit der vertikalen Mittelachse des Abschnittes 7 liegt.At section 6 , two electrical temperature sensors or thermocouples 10 and 11 are provided, in such a way that each thermocouple with its active, measuring area 10 'or 11 ' extends from above into the flow channel 1 , with its axis in the plane of is vertical vertical plane of the flow channel 1 and extends with its lower end approximately to the central axis of the flow channel or section 6 . The two thermocouples 10 and 11 are arranged one behind the other in channel 1 in the direction of flow of the air (arrow A), in the direction of flow first the thermocouple 10 and then at a distance the thermocouple 11 , which also has the same axis as the vertical central axis of the section 7 lies.

Durch eine geeignete Halterung sind die beiden Thermoelemente 10 und 11 austauschbar vorgesehen, und zwar insbesondere auch derart, daß die Durchtrittsstelle dieser Thermoelemente abgedichtet ist.The two thermocouples 10 and 11 are provided interchangeably by means of a suitable holder, in particular also in such a way that the passage point of these thermocouples is sealed.

Wie in der Fig. 2 für das Thermoelement 11 dargestellt ist, ist am Abschnitt 6 oben eine hülsenartige Halterung 12 vorgesehen, die an einer Öffnung an der Oberseite des Abschnittes 6 abgedichtet befestigt ist und durch die das jeweilige Thermoelement 10 bzw. 11 hindurch in den Kanal 1 eingeführt werden kann. Mittels einer Klemmutter 13 ist das Thermoelement 10 bzw. 11 in der Halterung 12 festklemmbar. Jedes Thermoelement 10 bzw. 11 besitzt weiterhin einen Bund 14, der gegen das obere Ende der jeweiligen Halterung 12 anliegt und dadurch die Länge genau bestimmt, mit der das Thermoelement 10 bzw. 11 in das Innere des Kanales 11 hineinreicht. As shown in FIG. 2 for the thermocouple 11, a sleeve-like holder 12 is on the section 6 above is provided which is sealingly secured to an opening at the top of the section 6 and by the respective thermocouple 10 and 11 into the Channel 1 can be introduced. The thermocouple 10 or 11 can be clamped in the holder 12 by means of a clamping nut 13 . Each thermocouple 10 and 11 further has a collar 14 which bears and against the upper end of the respective bracket 12 thereby accurately determines the length by which the thermocouple extends into the interior of the duct 11 10 and 11 respectively.

An der Halterung 12 für das Thermoelement 11 ist im Inneren des Kanales 1 ein von einem strumpf- oder schlauchartigen Gewebe gebildeter Docht 15 mit einem Ende befestigt, und zwar derart, daß das Innere dieses schlauchartigen Dochtes die Fortsetzung der Einführöffnung der hülsenartigen Halterung 12 bildet und somit das Thermoelement 11 nach dem Einführen in die Halterung 12 mit seinem aktiven Bereich 11′ von dem Docht 15 umschlossen ist. Der Docht 15 reicht durch einen Einsatz 16 in einen Behälter 17 hinein, der beispielsweise aus transparentem Kunststoff gefertigt ist und über den Einsatz 16 an der Unterseite des rohrartigen Abschnittes 7 mit seiner Behältermündung nach außen hin dicht abgeschlossen befestigt ist. Der Einsatz 16, der in das untere, offene Ende des Abschnittes 7 eingesetzt und dort in geeigneter Weise befestigt ist, bildet ein Innengewinde, in welches der Behälter 17 mit einem an der Behältermündung 18 vorgesehenen Außengewinde nach außen hin dicht abschließend einschraubbar ist.On the holder 12 for the thermocouple 11 in the interior of the channel 1, a wick 15 formed by a stocking or hose-like fabric is attached at one end, in such a way that the interior of this hose-like wick forms the continuation of the insertion opening of the sleeve-like holder 12 and thus the thermocouple 11 after insertion into the holder 12 with its active region 11 'is enclosed by the wick 15 . The wick 15 extends through an insert 16 into a container 17 which, for example, is made of transparent plastic and is fastened in a sealed manner to the outside with its container mouth via the insert 16 on the underside of the tubular section 7 . The insert 16 , which is inserted into the lower, open end of the section 7 and fastened there in a suitable manner, forms an internal thread into which the container 17 can be screwed tightly outwards with an external thread provided on the container mouth 18 .

Der Einsatz 16 bildet einen Durchlauf 19, durch welchen der Docht 15 hindurch geführt ist und der durch eine flexible Membrane 20, die eine Öffnung für den Docht 15 aufweist und im Bereich dieser Öffnung den Docht an seiner Außenfläche dicht umschließt, soweit verschlossen ist, daß zwar am Docht 15 an der Membrane 20 vorbei Flüssigkeit aus dem Inneren des Behälters 17 nach oben aufsteigen kann, bei einem Umstürzen oder Kippen des Psychrometers sich der Behälter 17 nicht über den Durchlaß 19 am Docht 15 vorbei entleeren kann.The insert 16 forms a passageway 19 through which the wick 15 is guided and which through a flexible membrane 20 which has an opening for the wick 15 and in the area of this opening tightly encloses the wick on its outer surface, to the extent that it is closed although liquid 15 can rise from the inside of the container 17 past the wick 15 past the membrane 20 , the container 17 cannot empty itself past the wick 15 via the passage 19 if the psychrometer topples or tilts.

Das untere Ende des Dochtes 15 ist mit einem Massegewicht 21 versehen, so daß der Docht 15 mit diesem Ende zuverlässig in eine vom Behälter 17 aufgenommene Verdampfungsflüssigkeit 22 eingetaucht ist. Die Thermoelement 10 und 11 sind elektrische Widerstandsthermometer (PT100).The lower end of the wick 15 is provided with a mass weight 21 , so that the wick 15 is reliably immersed with this end in an evaporation liquid 22 received by the container 17 . Thermocouples 10 and 11 are electrical resistance thermometers (PT100).

Die Verdampfungsflüssigkeit 22 enthält als flüssigen Bestandteil eine Säure, die über einen weichen Temperaturbereich, insbesondere auch über einen weiten Temperaturbereich oberhalb und unterhalb von 0°C einen möglichst gleichbleibenden Verdampfungsgrad aufweist. Als flüssiger Bestandteil der Verdampfungsflüssigkeit 22 eignen sich beispielsweise Essigsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Weinsteinsäure, bevorzugt aber Ameisensäure, und zwar jeweils in hoher Konzentration (wenigstens 80% bis 90%). Weiterhin eigenen sich als flüssiger Bestandteil tert. Amylalkohol, Butanol, Jodopropane, Butoxy-Alkohole, und zwar jeweils wiederum in hoher Konzentration (wenigstens 80% bis 90%). Auch Mischungen der vorgenannten Stoffe untereinander sind denkbar. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Ameisensäure und dabei beispielsweise einer wenigstens 80%igen Ameisensäure, vorzugsweise 85%igen Ameisensäure als Verdampfungsflüssigkeit 22.The evaporation liquid 22 contains, as a liquid component, an acid which has a degree of evaporation which is as constant as possible over a soft temperature range, in particular also over a wide temperature range above and below 0 ° C. Suitable liquid components of the evaporation liquid 22 are, for example, acetic acid, citric acid, lactic acid, tartaric acid, but preferably formic acid, in each case in a high concentration (at least 80% to 90%). Furthermore, tert are suitable as a liquid component. Amyl alcohol, butanol, iodopropanes, butoxy alcohols, each again in high concentration (at least 80% to 90%). Mixtures of the aforementioned substances with one another are also conceivable. The use of formic acid and, for example, at least 80% formic acid, preferably 85% formic acid, as evaporation liquid 22 is particularly advantageous.

Über den Docht 14 wird das Thermoelement 11 bzw. dessen Bereich 11′ feucht gehalten. Durch Auswertung der Meßwerte des trockenen Thermoelementes 10 und des feuchten Thermoelementes 11 kann u. a. der Dampfdruck und die relative Feuchtigkeit der Luft ermittelt werden.About the wick 14 , the thermocouple 11 or the region 11 'is kept moist. The vapor pressure and the relative humidity of the air can be determined by evaluating the measured values of the dry thermocouple 10 and the moist thermocouple 11 .

Die vorgenannten Verdampfungsflüssigkeiten haben den Vorteil, daß das Aspirations- Psychrometer auch bei Temperaturen unter 0°C einwandfreie und schnelle Meßergebnisse liefert, und zwar insbesondere auch im Bereich des Gefrierpunktes, wo herkömmliche Aspirations-Psychrometer keinen brauchbaren Meßergebnisse mehr liefern können.The aforementioned evaporation liquids have the advantage that the aspiration Psychrometer flawless and fast even at temperatures below 0 ° C Provides measurement results, especially in the area of freezing point, where conventional aspiration psychrometers no longer provide usable measurement results can.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.The invention has been described above using an exemplary embodiment. It it goes without saying that numerous changes and modifications are possible without thereby leaving the inventive concept on which the invention is based.

BezugszeichenlisteReference list

1 Strömungskanal
2-7 Kanalabschnitt
8 Luftfilter
9 Lüfter
10, 11 Thermoelement
10′, 11′ aktiver Teil des Thermoelementes
12 Halterung
13 Befestigungs- bzw. Klemmschraube
14 Bund
15 Docht
16 Einsatz
17 Behälter
18 Behältermündung
19 Durchlaß
20 Membrane
21 Massengewicht
22 Verdampfungsflüssigkeit 1 flow channel
2-7 channel section
8 air filters
9 fans
10 , 11 thermocouple
10 ' , 11' active part of the thermocouple
12 bracket
13 fastening or clamping screw
14 fret
15 wick
16 use
17 containers
18 tank mouth
19 passage
20 membrane
21 mass weight
22 Evaporation liquid

Claims

1. A method for measuring the vapor pressure and / or the relative humidity of air, in particular in an air stream, using at least two sensors ( 10 , 11 ) for measuring the temperature, of which one sensor ( 10 ) for measuring the dry temperature and the other sensor ( 11 ) is used to measure the moist temperature and for this purpose is wetted with an evaporation liquid, characterized in that an acid, preferably a natural acid, is used as the evaporation liquid.

2. The method according to claim 1, characterized in that at least one acid of the group as the evaporation liquid
Citric acid,
Lactic acid,
Tartaric acid,
acetic acid
is used.

3. The method according to any one of the preceding claims that as Evaporation liquid formic acid, preferably about 85% formic acid is used.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least two sensors ( 10 , 11 ) are used in a flow channel ( 1 ).

5. Aspiration psychrometer, in particular for measuring the vapor pressure and / or the relative humidity of air in an air stream, with at least two sensors ( 10 , 11 ) arranged in this air stream for measuring the temperature, one of which is a sensor ( 10 ) for Measurement of the dry temperature and the other sensor ( 11 ) serves to measure the wet temperature and is wetted for this purpose with an evaporation liquid, characterized in that an acid, preferably a natural acid, is used as the evaporation liquid.

6. Psychrometer according to claim 5, characterized in that at least one acid of the group as the evaporation liquid
Citric acid,
Lactic acid,
Tartaric acid,
acetic acid
is used.

7. Psychrometer according to claim 5, that as evaporation liquid formic acid, preferably about 85% formic acid is used.

8. Aspiration psychrometer, in particular for measuring the vapor pressure and / or the relative humidity of air in an air stream, with at least two sensors ( 10 , 11 ) arranged in this air stream for measuring the temperature, one of which is a sensor ( 10 ) for Measurement of the dry temperature and the other sensor ( 11 ) serves to measure the wet temperature and is wetted for this purpose with an evaporation liquid, characterized in that tertiary amyl alcohol, butanol, iodopropane, butoxyethanol is used as the evaporation liquid.

9. Psychrometer-according to one of the preceding claims, characterized by a the evaporation liquid ( 22 ) receiving container ( 1 7) and in the container reaching wick ( 15 ) which bears against the sensor ( 11 ) for the moist temperature or encloses this.

10. Psychrometer according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two sensors ( 10 , 11 ) or their active areas ( 10 ', 11 ') are arranged in a flow channel ( 1 ).

11. Psychrometer according to one of the preceding claims, characterized in that a holder ( 12 ) is provided on the flow channel ( 1 ) at least for the sensor measuring the moist temperature ( 11 ), in which this sensor ( 11 ) can be used from the outside , and that on the holder ( 12 ) inside the channel ( 1 ) one end of the wick ( 15 ) for the evaporation liquid ( 22 ) is fastened in such a way that after insertion of the sensor ( 11 ) through the holder ( 12 ) in the air duct ( 10 ) the active area ( 11 ') of this sensor ( 11 ) bears against the wick ( 9 ) or is enclosed by it.

12. Psychrometer according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor ( 11 ) for the moist temperature is provided on a part ( 6 ) of the channel ( 1 ) designed as a T-piece or in the manner of a T-piece, and in that the container ( 22 ) is fastened in a sealed manner with its container mouth to a section ( 7 ) branching off from the channel.

13. Psychrometer according to one of the preceding claims, characterized in that the wick ( 15 ) is guided through a membrane ( 20 ) into the interior of the channel ( 1 ) which (membrane) abuts the outer surface of the wick.