DE2538225A1

DE2538225A1 - Tauspiegelhygrometer

Info

Publication number: DE2538225A1
Application number: DE19752538225
Authority: DE
Inventors: Eduard Ing Grad Schmeer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1975-08-28
Publication date: 1977-03-10
Also published as: DE2538225B2; DE2538225C3

Description

Tauspiegelhygrometer Die Erfindung betrifft ein Tauspiegelhygrometer mit einem Metallspiegel mit Temperaturmeßeinrichtung, einem Kühlelement, das diesen kühlt, z.3. einer Peltierbatterie mit Stromversorgungsquelle, und einem Temperaturmeßgerät zur Messung der Tauspiegeltemperatur.
Ein derartiges Gerät ist aus der US-PS 3 166 928 bekannt.
Als Tauspiegel wird dabei ein Metallspiegel verwendet, der mit einem Temperaturmeßgerät, einem Kühlelement, einer photoelektrischen Abtastung der Tauspiegeloberfläche und einer Regelschaltung zur Regelung der Temperatur des Kühlelementes derart zusammenarbeitet, daß die Taupunkttemperatur des Tauspiegels eingeregelt wird. Als besonderer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist anzusehen, daß die Temperatur des Peltierkühlelementes mittels einer aufwendigen Regeleinrichtung -geregelt werden muß, sodaß eine laufende Wartung erforderlich ist, wodurch hohe Kosten bei der Anschaffung und dem laufenden Betrieb entstehen. Zudem können durch Schwankungen der Eigenschaften der beiden Fotozellen, die zum Zwecke der Abtastung der Spiegeloberfläche vorgesehen sind, und durch die Aufheizung des Spiegels durch die Lampe der photoelektrischen Abtasteinrichtung Meßfahler entstehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.
Dies geschieht erfindungsgemäß durch die Maßnahmen nach dem Patentanspruch 1. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung in Aufbau und Bedienung und eine Senkung der Anschaffungskosten. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gemäß dem Hauptanspruch sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schaltungsaufbaus eines selbstregelnden Tauspiegelhygrometers nach der Erfindung Fig. 2 die Reflektion von Wärme strahlen bei Gold und Silber als Spiegelmaterial im Wärmestrahlenbereich 2 > 0,2 gns Pig. 3 die Durchlässigkeit bzw. Absorption von Wasser im Wärmestrahlenbereich A 7 1 }Uwt Fig. 4 den Schreibdiagrammauszug einer Vergleichsmessung.
Nach Yig.-1 sind als Bauelemente erforderlich: ein Tauspiegel mit Temperaturmeßeinrichtung 6, ein Kühlelement 1, z.B. eine Peltierbatterie mit Stromversorgung 5, eine Strahlenquelle für Wärmestrahlen 3, Umlenkspiegel 4.
Durch die Art und Anordnung der benutzen Bauelemente stellt sich die Taupunkttemperatur selbstregelnd an der Spiegeloberfläche ein.
Der von dem Kühlelement 1 gekühlte Spiegel 2 wird von der Wärmestrahlung des Strahlers 3 beaufschlagt. Im Strahlengang befindet sich mindestens ein Umlenkspiegel 4 zur Absorption von Strahlung unerwünschter Wellenlänge.
Zur Messung der Spiegeloberflächentemperatur ist entweder der Tauspiegel selbst als Thermoelement oder als Widerstandsthermometer ausgebildet, oder es ist dicht unter der Oberfläche ein solcher Meßfühler eingebaut.
Zum Verständnis des Regelmechanismus ist erforderlich, zu wissen, daß a) Gold, Silber und andere Metalle Strahlung von Wellenlängen ## I µm nahezu vollständig reflektieren (Fig. 2).
b) Wasser Strahlung z.B. von der Wellenlänge 5### 7 µm fast vollständig absorbiert (Fig. 3).
Das Einlaufen der Taupunkttemperatur erfolgt folgendermaßen: Der blanke Spiegel 1 reflektiert die Wärmestrahlung und wlrTd von dem Kühlelement 2 gekühlt. Ist die momentane Taupunkttemperatur erreicht, schlägt Wasser aus dem Umgebungsmedium dem dem Spiegel nieder. Der so entstandene Wasserfilm absorbiert die Wärmestrahlung. Das Wasser und mit ihm der Spiegel werden aufgeheizt. Da die absorbierte Energie von der Schichtdicke des Wasserfilms abhängt, stellt sich nun diejenige Schiechtdicke bei Taupunkttemperatur ein, die gerade soviel Energie von der Strahlung absorbiert, wie das Kühlelement abpumpen kann. Würde mehr Energie abgepumpt als absorbiert, kühlt der Was-serfilm unter den Taupunkt ab-, es wird mehr Wasser aus dem Umgebungsmedium auf dem Spiegel niederschlagen als vom Spiegel in die Umgebung verdampft wird. Folglich wird der Wasserfilm dicker und damit die absorbierte Energie größer.
Würde weniger Energie abgepumpt als absorbiert, steigt die Temperatur, es wird mehr Wasser verdampft als niederschlägt, die Schicht wird dünner, das Gleichgewicht stellt sich wieder ein.
Das Energieverhältnis zwischen dem Kühlelement und der auf den Spiegel auftreffenden Strahlung sollte so eingestellt sein, daß in völlig trockener Luft die Spiegeltemperatur des gekühlten Spiegels nach Einschalten des Strahlers gerade micht oder nur umwesentlich ansteigt. Für die Stromversogung ist eine nicht stabilisierte Gleichspannungsquelle von einigen 10 VÄ Leistung erforderlich Mit einem labormäßig aufgebauten selbstregelnden Tauspiegelhygrometer wurde die praktische Durchführbarkeit des Meßprinzips bewiesen. Das Gerät bestand aus einem handelsüblichen Tauspiegel und einem 20 Watt Wärmestrahler, bestehend aus einem mittels einer Heizspirale aufgeheizten Kupferstab. Im Versuch konnte gezeigt werden, daß selbst eine Anderung des ieistungsverhältnisses zwischen Strahler und Kühlung um 50% von dem selbstregelnden Tauspiegelhygrometer ohne Schaden verkraftet wird.
lediglich die Dicke des Wasserfilms ändert sich. Sie kann theoretisch um 6 1Oer-Potenzen (50 . i -8 Moldurchmesser von H20 und 1 . 10-2 cm) variieren.
Das selbstregelnde Tauspiegelhygrometer ermöglicht die dem Tauspiegel eigene hohe Meßgenauigkeit bei einem technisch einfachen Aufbau mit geringer Wartung und hoher lebensdauer. Eine Vergleichsmessung in Form eines Schreiberdiagrammauszuges wurde mittels eines bekannten LiCl-Meßgerätes und eines erfindungsgemäßen selbstregelnden Tauspiegelhygrometers bei verschiedenen Raumtemperaturen im Klimaraum~durchgeführt. Die Meßkurven sind in Fig. 4 aufgezeichnet.

Claims

Patentansprüche

1) Tauspeigelhygrometer mit einem Metallspiegel, einem Kühlelement, das diesen kühlt - z.B. einer Peltierbatterie mit Stromversorgungsquelle - und einer Temperaturmeßeinrichtung zur Messung der Tauspiegeltemperatur d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß eine Quelle für Wärmestrahlen (3) vorgesehen ist, die Wärmestrahlen in einem Wellenlängenbereich aussendet, die von Wasser absorbiert werden - z.B. Wärmestrahlen im Wellenlängenbereich 4s5r AL 7,5 /um und daß ein Tauspiegel (2) vorgesehen ist, der Wärmestrahlen dieses Wellenlängenbereiches nicht absorbiert und daß die Intensität der Wärmestrahlung und die Kühlleistung der Peltierbatterie derart aufeinander abstimmbar sind, daß der sich auf dem Tauspiegel bildende Taufilm durch die Absorption der Wärme strahlen verdampft und durch die darauffolgende Abkühlung des Tauspiegels der Taufilm wieder entsteht, sodaß der Tauspiegel selbstregelnd die Temperatur des Taupunktes annimmt.

2) Tauspiegelhygrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Umlenkspiegel (4) für die Wärmestrahlung vorgesehen ist und daß die Umlenkspiegel aus demselben Metall bestehen wie der Tauspiegel (2).

3) Tauspiegelhygrometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauspiegel (2) bzw. die Umlenkspiegel (4) aus Gold bestehen.

4) Tauspiegelhygrometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauspiegel (2) bzw. die Umlenkspiegel (4) aus Silber bestehen.

5) Tauspiegelhygrometer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmestrahler bestehend aus einem mittels einer Heizspirale aufheizbaren Kupferstab vorgesehen ist.