DE2416179A1

DE2416179A1 - Feuchte-messfuehler

Info

Publication number: DE2416179A1
Application number: DE2416179A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Bartholl
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1974-04-03
Filing date: 1974-04-03
Publication date: 1975-10-16

Description

Feüchte -Meßfühler Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Wasserdampfanteils in Gasen mittels Lithiumchlorid, das auf einem nichtleitenden Träger zwischen zwei Elektroden aufgebracht ist.
Zur Messung des Wasserdampfgehaltes der Luft werden in großem Umfange Fühler mit einer Lithiumchloridschicht eingesetzt, die folgenden Aufbau haben: Auf einem dünnen Metallrohr ist eine Isolierschicht angebracht, auf der sich eine Glasseidenumspinnung befindet, die mit Lithiumchloridlösung getränkt wird. Zwei Stromzuführungsdrähte -sind in Form einer doppelgängigen Schraubenlinie über die gesamte Länge auf die Glasseidenumspinnung des Fühlers gewickelt. Im Innern des Rohres ist ein Thermometer angebracht, das die Temperatur der Lithiumchloridschicht mißt.
Besitzt der Fühler die gleiche Temperatur wie die umgebende Luft, so ist der Wasserdampfpartialdruck über der Lithiumchloridlösung im allgemeinen kleiner als der, welcher in der umgebenden Luft herrscht. Infolgedessen nimmt die Lithiumchloridschicht Wasser aus der Umgebung auf und vergrößert ihre elektrische Leitfähigkeit. Wird an die beiden Stromzuführungsdrähte eine Wechselspannung gelegt, so fließt ein Strom durch die Lithiumchloridlösung und heizt diese auf. Der Wasserdampfpartialdruck über der Lithiumchloridlösung steigt, bis bei einer bestimmten Temperatur das Gleichgewicht zwischen dem Wasserdampfpartialdruck über der Lithiumchloridlösung und der umgebenden Atmosphäre erreicht ist. Steigt die Temperatur des Fühlers über die des Gleichgewichtspunktes, so gibt die Lithiumchloridlösung Wasser an die umgebende Luft ab. Dadurch wird die Leitfähigkeit der Lösung verringert und der Heizstrom sinkt.
Schließlich stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, in welchem weder Wasser aufgenommen noch abgegeben wird.
Die sich dabei einstellende Meßfühlertemperatur ist ein Maß für den Wasserdampfgehalt der umgebenden Luft.
Vor dem Einschalten des Fühlers nach dem Tränken der Glasseide oder nach einer Meßpause enthält die Lithiumchloridschicht verhältnismäßig viel Wasser. Wird dann die Spannung an die Elektroden gelegt, so fließt wegen der hohen Leitfähigkeit ein relativ hoher Strom. Dieser kann infolge seiner elektrolytischen Wirkung zu irreparablen Änderungen im Meßfühler führen, auch wenn der Strom durch einen Vorwiderstand auf einen Maximalwert beschränkt wird. Insbesondere die Stromzuführungsdrähte werden elektrochemisch zersetzt, und gelegentlich bilden sich lokale Leitfähigkeitsbrücken zwischen den Drähten, die sich bis zum Kurzschluß auswachsen.
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Fühlerkonstruktion besteht darin, daß auch,nachdem sich das Dampfdruck-Gleichgewicht eingestellt hat, die Temperatur längs des Fühlers nicht konstant-ist, sondern nach den Enden hin abfällt.
Dadurch wird von dem innenliegenden Thermometer, das etwa die gleiche Längenausdehnung wie der Fühler hat, eine andere - im allgemeinen höhere - Temperatur angegeben-als diejenige, welche nach der Dampfdruckkurve des Lithiumchlorids zu erwarten wäre. Außerdem wird durch eine ungleichmäßige Verteilung der Lithiumchloridlösung auf dem Fühler die Temperaturverteilung nachteilig beeinflußt.
Nachteilig wirkt sich ferner aus, daß der frisch präparierte Fühler trotz des hohen Anlaufstromes eine sehr lange Anlaufzeit besitzt, da der größte Teil der elektrischen Leistung hierbei in dem den Elektroden vorgeschalteten Begrenzungswiderstand vernichtet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feuchte-Meßfühler anzugeben, der genaue Messungen ermöglicht und darüberhinaus durch den notwaidigen Heizstrom nicht beschädigt werden kann, sowie eine gute Anlauf-Dynamik besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unterhalb des Trägermaterials und von der Lithiumchloridschicht elektrisch isoliert wenigstens eine Heizvorrichtung und wenigstens e ine eine Temperaturmeßvorrichtung angeordnet sind.
Die mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Heizstrom nicht mehr durch den Elektrolyten fließt, sondern indirekt von der Leitfähigkeit der Lithiumchloridschicht bestimmt wird. Damit werden elektrochemische Zersetzungen und lokale Überhitzungen ausgeschlossen. Die Leitfähigkeit der Lithiumchloridlösung zwischen den beiden Elektroden wird mit einer angepaßten Widerstandsmeßeinrichtung bestimmt. Von dieser Meßeinrichtung wird ein Signal zur Steuerung der Heizung abgegeben. Die Steuerung erfolgt im Prinzip so, daß die Leitfähigkeit der Lithiumchlorid-Meßstrecke im wesentlichen konstant gehalten wird. Es liegt also ein Regelkreis vor, auf den hinsichtlich einer optimalen Dynamik die bekannten Methoden der Regelungstechnik angewendet werden können, z. B. der P-, PI- oder PID-Algorithmus.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial auf einem zylindrischen Trägerkörper aufgebracht ist, der wenigstens an der äußeren Oberfläche elektrisch isoliert ist, und der in seinem Inneren wenigstens eine Heizvorrichtung und wenigstens eine Temperaturmeßvorrichtung enthält, wobei die Leitfähigkeits-Meßelektroden ringförmig ausgestaltet sind und den Trägerkörper ringförmig umgeben.
Die Lage und der Abstand der Elektroden können auf einfache Weise so gewählt werden, daß für die Leitfähigkeitsmessung der Ort gewählt wird, an welchem die von der lemperaturmeßvorrichtung angegebene mittlere Temperatur herrscht.Darüber hinaus kann der für die Meßbrücke günstigste Wìderstandswert der Le itfähigkeits -Meßstrecke eingestellt werden.
Eine besonders schnellwirkende Heizvorrichtung und Temperaturmeßvorrichtung bei zylindrischen Feuchte-Meßfühlern kann dadurch erreicht werden, daß in der Wandung des Trägerkörpers wenigstens eine Heizvorrichtung und wenigstens eine Temperaturmeßvorrichtung angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemåßen Vorrichtung ist das Trägermaterial auf einem ebenen, elektrisch leitenden Trägerkörper aufgebracht, wobei im Inneren des Trägerkörpers wenigstens eine Heizvorrichtung und wenigstens eine Temperaturmeßvorrichtung angeordnet ist, und wobei das Trägermaterial von einer ebenen Elektrode gehalten wird.
Die hierdurch erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß eine kompakte und gegen mechanische BeanT spruchung weitgehend unempfindliche Vorrichtung zum Messen der Feuchte erhalten wird, die sich zusätzlich durch sehr gute dynamische Eigenschaften auszeichnet, Ein besonders einfacher Aufbau, bei dem mechanische Fehler in der Temperaturmeßvorrichtung ohne weitere Hilfsmittel zu erkennen sind, wird erreicht, wenn die Temperaturmeßvorrichtung an der dem Trägermaterial gegenüberliegenden Oberfläche des Trägerkörpers angeordnet ist.
Wegen der besonders guten Wärmeleitfähigkeit von Metallen, ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft, den Trägerkörper unterhalb des Lithiumchlorid-Trägermaterials aus Metall herzustellen. Darüber hinaus kann dieser Metallträgerkörper gleichzeitig als Elektrode benutzt werden, wobei die zweite Elektrode dann auf der anderen Seite des Trägermaterials angeordnet ist.
Als Trägermaterial für die Lithiumchloridschicht sind textile Flächengebilde, besonders Glasfasergewebe gut einsetzbar.
Die Heizvorrichtung wird vorteilhafterweise aus bandelsüblichem Widerstandsdraht hergestellt. Um zu erreichen, daß unterhalb der aktiven Lithiumchloridschicht eine gleichmäßige Temperatur herrscht, werden nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Windungen des Widerstandsdrahtes zu beiden Enden des Trägers dichter gewickelt, als in der Mitte. Dadurch ist es möglich, die Einflüsse von Temperaturabstrahlung und Temperaturleitung in dem Fühler zu kompensieren.
Eine besonders einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dann erhalten, wenn als Heizvorrichtung und als Temperaturmeßvorrichtung jeweils eine Wicklung eines handelsüblichen Doppelwiderstandsthermometers verwendet wird.
Zwei AusSührungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in-der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Rs zeigen Figur 1 : Längsschnitt durch einen zylindrischen Feuchte-Meßfühler.
Figur 2 : Schnitt durch einen ebenen Feuchte-Meßfühler.
Von einem handelsüblichen Doppe Iwiderstandsthermometer wird die Widerstandswicklung mit den Anschlüssen 15 zur Messung der Temperatur des Feuchte-Meßfiih1ers verwendet. Die Widerstandswicklung mit den Anschlüssen 14 wird zur indirekten Heizung der Lithiumchloridschicht verwendet. Die Wicklungen des Doppelwiderstandsthermometers sind gegen atmosphärische Einflüsse durch eine sehr dunne Isolierschicht 16 geschützt. Auf diese Isolierschicht 16 wird ein Trägermaterial 12 aus einem GlasSasergewebe gezogen, das durch die Elektroden 11 sestgehalten wird.
Das Trägermaterial 12 aus Glasfasergewebe wird mit Lithiuinchlorid getränkt, und der Widerstand der Lithiumchloridschicht zwischen den Elektroden 11 in einer externen Schaltung bestimmt. Da bei dieser Anordnung der Temperaturfühler über seine Länge ungleichmäßig erwärmt wird, muß die Lage der Elektroden so gewählt werden, daß die Leitfähigkeitsmessung an dem Ort erfolgt, wo die vom Temperaturfühler angegebene Durchschnittstemperatur herrscht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird auf einen ebenen Trägerkörper 23, der in der Mitte eine Bohrung besitzt, ein Trägermaterial 22 gegeben, welches mit Lithiumchlorid getränkt wird. Das Trägermaterial 22 besteht im allgemeinen aus einem Glasfasergewebe. Dieses Trägermaterial 22 wird von der Elektrode 21 gegen den als elektrische Gegenelektrode wirkenden Trägerkörper 27 gedrückt. Auf der anderen Seite des Trägerkörpers 23 befindet sich eine Temperaturmeßvorrichtung 25 zur Bestimmung der Oberflächentemperatur des Trägerkörpers 25. Im Inneren des Trägerkörpers 23 befindet sich eine Heizvorrichtung 24, die in der vorbeschriebenen Weise gesteuert wird. An der Elektrode 21 ist ein Bolzen 27 befestigte der durch zentrale Bohrungen im Trägermaterial 22, Tragerko'per 23 und in der Temperaturmeßvorrichtung 25 gesteckt ist. Zur Fixierung der einzelnen Bausteine dient eine Mutter 28, die am Ende des Bolzens 27 auf diesen aufgeschraubt wird.

Claims

Patentanspruche

1. Vorrichtung zur Messung des Wasserdampfanteils in Gasen mittels Lithiumchlorid, das auf einem nichtleitenden Trägermaterial zwischen zwei Elektroden aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Trägermaterials (12, 22) und von der Lithiumchloridschicht elektrisch isoliert wenigstens eine Heizvorrichtung (14, 24) und wenigstens eine Temperaturmeßvorrichtung (15, 25) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (12) auf einem zylindrischen Trägerkörper (13) aufgebracht ist, der wenigstens an der äußeren Oberfläche elektrisch isoliert ist, und der in seinem Inneren wenigstens eine Heizvorrichtung (14) und wenigstens eine Temperaturmeßverrichtung (15) enthält, wobei die Leitfähigkeits-Meßelektroden (11) ringförmig ausgestaltet sind und den Trägerkörper (13) ringförmig umgeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Trägerkörpers (13) wenigstens eine Heizvorrichtung (14) und wenigstens eine Temperaturmeßvorrichtung (15) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (22) auf einem ebenen, elektrisch' leitenden Trägerkörper (23) aufgebracht ist, wobei im Inneren des Trägerkörpers (23) wenigstens eine Heizvorrichtung (24) und wenigstens eine Temperaturmeflvorrichtung (25) angeordnet ist, und wobei das Trägermaterial (22) von einer ebenen Elektrode ( gehalten wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßvorrichtung (25) an der dem Trägermaterial (22) gegenüberliegenden Oberfläche des Trägerkbrpers (23) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (13, 23) unterhalb des Trägermaterials (12, 22) aus Metall besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtleitende Trägermaterial (12, 22) für die Lithiumchloridschicht ein textiles Flächengebilde ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das textile Flächengebilde aus Glasfasern besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (14, 2/4) aus Widerstandsdraht besteht.

100 Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht zu beiden Enden des Trägers dichter gewickelt ist, als in der Mitte.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 3, 9, 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizvorrichtung (14, 24) und als Temperaturmeßvorrichtung (15, 25) jeweils eine Wicklung eines Doppelwiderstandsthermometers verwendet wird.