DE2538225C3 - Tauspiegelhygrometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tauspiegelhygrometer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Tauspiegeihygromeler ist aus dem Aufsatz in Philips Technische Rundschau 21 (1959/60) Nr. 7, Seite 211—215 bekannt. Dieses Gerät ist jedoch relativ aufwendig, weil eine Einrichtung zur Bündelung einer von einer Glühlampe kommenden Strahlung und ein Photowiders'.and benötig· und eine Regeleinrichtung für die Leistung des Peltierelementes erforderlich ist.

Aus W. Lück »Feuchtigkeit«, München/Wien 1960, Seite 141-144 und 187-189 ist bekannt, Infrarotstrahlen im Wellenlängenbereich 4,5 < λ < 7,5 μΐη zum Nachweis von Wasser zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tauspiegelhygrometer zu schaffen, das im Vergleich zu den bekannten Geräten wesentlich einfacher aufgebaut und einfacher zu bedienen ist, sowie weniger Wartung erfordert.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt besteht darin, daß kein eigener Detektor (Photowiderstand) für die Taufilmbildung mit nachgeschaltetem Regler für das Kühlelement mehr erforderlich ist. Weiterhin kann der Strahler sehr einfach aufgebaut sein. Die Herstellung des Tauspiegelhygrometers nach der Erfindung ist deshalb einfacher als bei vergleichbaren bekannten Geräten dieser Art. Weiterhin ist die Bedienung einfacher. Da kein Detektor für die Taufilmbildung erforderlich ist, werden durch diesen bedingte Meßfehler vermieden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Schaltungsaufbaus eines selbstregelnden Tauspiegelhygrometers,

F i g. 2 die Reflektion von Wärmestrahlen bei Gold und Silber als Spiegelmaterial im WärmesirahlenbereichA > 0,2 μπι,

Fig.3 die Durchlässigkeit bzw. Absorption von Wasser im Wärmestrahlenbereich λ > 1 μΐη,

F i g. 4 den Schreibdiagrammauszug einer Vergleichsmessung.

Nach F i g. 1 sind als Bauelemente erforderlich:

Ein Tauspiegel 2 mit Temperaturmeßeinrichtung 6, ίο ein Kühlelement 1, z. B. eine Peltierbatterie mit Stromversorgung 5, eine Strahlenquelle für Wärmestrahlen 3, Umlenkspiegel 4. Durch die Art und Anordnung der benutzten 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 λ > I μΐη nahezu vollständig reflektieren (F i g. 2).

b) Wasser Strahlung z. B. von der Wellenlänge 5 < λ < 7 μΐη fast vollständig absorbiert (F i g. 3).

Das Einlaufen der Taupunkttemperatur erfolgt folgendermaßen: Der blanke Tauspiegel 1 reflektiert die Wärmestrahlung und wird von dem Kühlelement 2 gekühlt. Ist die momentane Taupunkttemperatur erreicht, schlägt Wasser aus dem Umgebungsmedium auf dem Spiegel nieder. Der so entstandene Wasserfilm absorbiert die Wärmestrahlung. Das Wasser und mit

w ihm der Spiegel werden aufgeheizt. Da die absorbierte Energie von der Schichtdicke des Wasserfilms abhängt, stellt sich nun diejenige Schichtdicke bei Taupunkttemperatur ein, die gerade soviel Energie von der Strahlung absorbiert, wie das Kühlelement abpumpen kann.

Würde mehr Energie abgepumpt al» absorbiert, kühlt der Wasserfilm 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. Durch die auf den Tauspiegel 2 gerichtete Quelle 3 für Wärmestrahlen im Wellenlängenbereich 4,5 < Λ < 7,5 μΐη, deren Intensität mit der Kühlleistung des Kühlelementes 1 abgestimmt ist, nimmt die Dicke des sich auf dem Tauspiegel 2 bildenden Taufilms einen endlichen stationären Wert ein. Auf diese Weise regelt sich der Taupunkt in kurzer Zeit ein, ohne daß eine aufwendige Regeleinrichtung für das Kühlelement 2 erforderlich ist. Beim Anmeldungsgegenstand erfolgt daher die Temperatureinstellung des Kühlelementes 2 durch Selbstregelung.

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 Ein-

schalten des Strahlers gerade nicht oder nur unwesentlich ansteigt Für die Stromversorgung ist eine nicht stabilisierte Gleichspannungsquelle von einigen 10 VA Leistung erforderlich.

Als Tauspiege] 2 können handelsüblich·: Tauspiegel verwendet werden. Der Strahler 3 kann beispielsweise als Kupferstab ausgebildet sein, dc-r mittels einer Heizspirale aufgeheizt wird. Bei Versuchen ergab sich, daß selbst bei Änderung des Leistungsverhältnisses zwischen Strahler 3 und Kühlelement 1 um 50% die Selbstregelung noch erfolgt Es ändert sich dabei lediglich die Dicke des Wasserfilms auf dem Tauspiegel 2. Sie kann theoretisch um 6 10-er-Potenzen, zwischen

50-10-⁸cm (Moldurchmesser von Wasser) 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 Lebendauer. Eine Vergleichsmessung in Form eines Schreiberdiagrammauszuges wurde mittels eines bekannten LiCl-Meßgerätes und eines erfindungsgemäßen selbstregelnden Tsaspiegelhygro-Tneters bei verschiedenen Raumtemperaturen im Klimaraum durchgeführt Die Meßkurven sind in Fi g. 4 aufgezeichnet

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Tauspiegelhygrometer mit einem Tauspiegel aus Metall, einem Kühlelement, das diesen kühlt und einer Temperaturmeßeinrichtung zur Messung der Temperatur des Tauspiegels, gekennzeichnet durch eine auf den Tauspiegel (2) gerichtete Quelle (3) für Wärmestrahlen im Wellenlängenbereich 44 < λ < 7,5 μπι, deren Intensität mit der Kühlleistung des Kühlelements (1) derart abgestimmt ist, daß die Dicke des sich auf dem Tauspiegel (2) bildenden Taufilms einen endlichen stationäreil Wert annimmt

2. Tauspiegelhygrometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen Umlenkspiegel (4) für die Wärmestrahlung aus demselben Metall wie der Tauspiegel (2).

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

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

5. Tauspiegelhygrometer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrahler aus einem mittels einer Heizspirale aufheizbaren Kupferstab besteht.