DE2629690A1

DE2629690A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung der dampfkonzentration an einer phasengrenzflaeche

Info

Publication number: DE2629690A1
Application number: DE19762629690
Authority: DE
Inventors: Thomas Ian Bradshaw
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-06-29
Publication date: 1977-03-17
Also published as: JPS527792A; AU1539976A; FR2316593B1; FR2316593A1; CA1066141A; AU506957B2

Description

1 BERLIN 33 8MUNCHEN80

Auguste-Viktoria-StraBe65 _n DIICCUZP J! PAPTMFR PienzenauerstraBe2

Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschke Ul\ KUoL»Mr\t Ct rAK MNCK Pat.-Anw. Dipl.-lng.

Pat.-Anw. Dipl.-lng. P ΔΤΡΝΙΤΛ MWA I TF ^{Hans E}· ^Ru5chke

OlafRuschkS CAI ClN IAINVVALIC .98 03 24

Talefon:030/ «»»f} BERLIN - MÜNCHEN ^{TelefOn: 089}'98 72 68 -

Telegramm-Adresse: Telegrammadresse:

Quadratur Berlin Qudadraiur München TELEX: 183786 TELEX: 522767

M 3705

Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, V. St. A.

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Dampf konzentration an einer Phasengrenzfläche

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Anzeige der Konzentration einer gewählten Dampfkomponente an einer Phasengrenzfläche. Die gemessene Konzentration wird in Beziehung gesetzt zu einer parametrischen Konzentration des Dampfes und die Konzentration des Dampfes relativ zu der parametrischen Konzentration wird angezeigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende

70981 1/0939

Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Üb erwachung und Anzeige von Konzentrationen flüchtiger Komponenten - bspw. Feuchtigkeit - in Erdboden. Nach dem Verfahren wird eine Probe gewählter Dämpfe an der Oberfläche des Bodens genommen, die Dampfkonzentration in der Probe mit einem Bezugsnormal verglichen und die Konzentration einer entsprechenden flüchtigen Komponente in dem Boden angezeigt.

Es werden Überwachungsvorrichtungen offenbart, die diese beschriebenen Funktionen ausführen. Die Überwachungsvorrichtungen weisen Fühl- und Vergleichsmittel auf, die in einer für Feuchtigkeit undurchlässigen, aber für Dampf durchlässigen Umhüllung angeordnet sind. Die offenbarten Vorrichtungen können an einer Phasengrenzfläche, aus der ein Dampf austritt, angeordnet werden und verschiedene gewählte Dämpfe an der Grenzfläche auf wirkungsvolle Weise erfassen und anzeigen. Diese Konzentration kann mit einem Bezugsnormal verglichen werden, das einer parametrischen Konzentration des Dampfes entspricht, die zu der Konzentration einer entsprechenden nicht verdampften flüchtigen Komponente, aus der der Dampf hervortritt, bzw. einem chemisch reaktionsfähigen Mittel, das die Dampfbildung bewirkt, oder dergl. in Beziehung steht. Die Konzentration des Dampfes relativ zum Bezugsnormal wird von der Vorrichtung bspw. durch eine sichtbar· Farbänderung angezeigt.

709811/0939

Das Verfahren und die tJberwachungsvorrichtung, die hier offenbart sind, lassen sich mit besonderem Vorteil zur Überwachung der Feuchtigkeit getopfter Pflanzen einsetzen und zeigen den Punkt an, an dem der Erdboden, in den die Pflanze eingesetzt ist, bewässert werden muß. Alternativ lassen das Verfahren und die Vorrichtungen sich dazu verwenden, die Konzentration anderer flüchtiger Komponenten wie Ammoniak im Boden zu überwachen und deren Konzentration anzuzeigen. Die Vorrichtungen können auch dazu verwendet werden, das Vorhandensein von Feuchtigkeit in Windeln, chirurgischen Verbänden oder dergl. anzuzeigen, wie im Einzelnen weiter unten beschrieben werden wird.

Vorrichtungen zur Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts des Erdbodens um getopfte Pflanzen sind bekannt. Diese Vorrichtungen weisen im allgemeinen einen Docht mit einem zugeordneten Farbindikator auf, der das Vorliegen von Feuchtigkeit im Docht anzeigt, wenn der Docht in den Boden an der Pflanze hineinreicht. Eine Farbänderung zeigt dann die Notwendigkeit an, den Boden zu bewässern. Die US-PSn 3.019.638 und 3.702.755 sind für die Anordnungen beispielhaft.

Diese docht artigen Vorrichtungen arbeiten jedoch unter bestimmten Bedingungen nicht zufriedenstellend. In einigen Fällen führt der Aufbau dieser Vorrichtungen dazu, daß der Docht durch Verdampfung vorzeitig austrocknet und die Vorrichtung daher den Feuchtigktitszustand des Bodens nicht wiedergeben kann. Weiterhin zeigen Dochte die Neigung, wasserlösliche Stof-

70981 1 /0939

262969Ü

fe aufzunehmen und damit weniger durchlässig zu werden - insbesondere der Dochtteil über der Oberfläche des Bodens, wo die Dochte austrocknen können, in der Tat auch, hydrophob werden und infolge der Ansammlung wasserlöslicher Rückstände ihre Punktionsfähigkeit verlieren. Diese Vorgänge können ungenaue Bestimmungsergebnisse ergeben, so daß die Pflanze darm öfter bewässert wird als nötig und Schaden nimmt. Zellulosedochte neigen dazu, sich innerhalb kurzer Zeit zu zersetzen und erfordern ein häufiges Auswechseln.

Die US-PS 3.788.128 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts des Bodenreichs in einiger Tiefe unter der Bodenoberfläche. Diese Vorrichtung kann in den Boden eingebracht werden und enthält ein oder mehrere Anzeigeelemente an einem Hohlraum innerhalb der Vorrichtung; diese sind von dem Hohlraum durch eine Membran getrennt, die für die Feuchtigkeit durchlässig, aber für flüssiges Wasser undurchlässig ist. Der Hohlraum steht mit dem Boden über für Wasserdampf durchlässige Kanäle in Verbindung. Die Anzeigeelemente ändern ihre Farbe, wenn die Feuchtigkeit im Hohlraum innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt. Indem sie die Temperatur und die Feuchtigkeitsmenge im Boden bestimmt, hilft die Vorrichtung dabei, die optimale Konzentration auszusäenden Saatguts zu bestimmen.

Die US-PS 3.680.364 offenbart eine Feuchtigkeitsüberwachungsvorrichtung zum Abbinden von Beton. Diese Vorrichtung weist

709811/0939

262969Ü

eine Kammer mit einem Basiselement und einer Sicht abdeckung sowie mit einem in der Kammer enthaltenen, Feuchtigkeit anzeigenden Element auf. Der Basisteil der Kammer ist feuchtigkeitsdurchlässig, während der Rest der Kammer für Feuchtigkeit undurchlässig ist. Die Vorrichtung wird auf die Oberfläche von abbindendem Beton auf- oder in den Beton eingebracht und zeigt durch Farbänderung an, wann der Beton zur Einstellung des Vassergehalts bewässert werden muß.

Die US-PS 3.004.895 offenbart eine Vorrichtung zum Absorbieren großer Mengen von Ammoniak. Das Absorptionsmittel ist in eine für Flüssigkeit undurchlässige, aber für Ammoniak durchlässige Umhüllung eingeschlossen. Die Umhüllung enthält auch einen Indikator, der seine Farbe ändert, wenn das Absorptionsmittel erschöpft ist.

Die vorliegende Erfindung schafft ein verhältnismäßig einfaches, aber wirkungsvolles Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Überwachung und Anzeige der Konzentration von Dampf an einer Phasengrenzfläche wie bspw. Feststoff/Gas, Flüssigkeit/ Gas oder auch Gas/Gas, wobei die Vorrichtung selbst vorzugsweise in der Gasphase sich befindet, die nicht die Quelle des Dampfes und gewöhnlich Luft ist. Nach dem Verfahren wird (1) im wesentlichen unmittelbar von der Oberfläche der Quellphase, aus der der Dampf austritt, eine repräsentative Probe entnommen, die eine von der zu überwachenden Quellphase abgegebene gewählte Dampf komponente enthält, (2) die Konzentration des

709811/0939

Dampfes in der Probe mit einem Bezugswert verglichen, das für eine gewählte parametrische Konzentration des Dampfes repräsentativ ist, und (3) die Konzentration der Dampf komponente in der Probe relativ zum Bezugswert angezeigt.

Die gewählte parametrische Konzentration kann, eine Dampfkonzentration sein, die für sich schädlich oder nützlich ist, oder aber auch eine Konzentration, die sich zu einer Konzentration des Dampfes in der Quellphase, aus der der Dampf austritt, die Konzentration einer entsprechenden flüchtigen Komponente in der Quellphase, die Konzentration eines chemischen Reagens' oder Mittels, das die Bildung des Dampfes in der Quellphase bewirkt, oder eine ähnliche Konzentration sein.

Die Vorrichtung und das Verfahren lassen sich also verwenden, um die feuchtigkeit im Erdboden, aber auch das Vorhandensein von Feuchtigkeit in Windeln, chirurgischen Verbänden und anderen absorptionsfähigen Stoffen zu erfassen und anzuzeigen. Weiterhin hat die Erfindung Mutzen für die Erfassung und Anzeige von anderen als Feuchtigkeitsdämpfen - bspw. Ammoniak, das im Erdboden enthalten ist bzw. aus ihm austritt, Wasser, sich zersetzendes proteinhaltiges Material und andere Quellen.

Die Überwachungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weist eine' Kühleinrichtung zum Vergleichen der Konzentration einer gewählten Dampfkomponente in einer Probe mit einem Bezugswert auf, das für eine gewählte parametrische Konzentration des Damp-

70981 1/0939

-7- 262969U

fes in der Probe repräsentativ ist. Die Fühleinrichtung kann auch. Mittel enthalten bzw. Mitteln zugeordnet sein, die die Konzentration des gewählten Dampfes in der Probe relativ zum Bezugswert anzeigen. Typische Fühl- und Anzeigestoffe sind solche, die ihre Farbe oder andere optische, chemische oder elektrische Eigenschaften ändern, wenn sie eine vorgegebene Konzentration einer Dampf komponente erfassen - bspw. Kobalt ehlorid zur Erfassung von Feuchtigkeitsdampf; Alizarin oder pH-Papier zum Erfassen von Ammoniak.

Die Überwachungsvorrichtung weist auch in Kombination mit der Fühl- und Anzeigeeinrichtung eine flüssigkeitsundurchlässige und dampfdurchlässige Umhüllung auf, die die Fühl einrichtung umgibt. Die Umhüllung weist einen Unterteil und eine Abdeckung auf, wobei der Unterteil auf der Phase, aus der der Dampf hervortritt, aufliegen oder sonstwie mit ihr in Verbindung stehen kann. Die Basis überträgt Dampf mit einer größeren Geschwindigkeit als die Abdeckung. Vorzugsweise weist die Basis eine um mindestens etwa 50 % größere DampfÜbergangsrate ('vapor transmission rate¹) auf als die Abdeckung am besten ist erstere mindestens etwa 100 % größer als die der Abdeckung.

Wie festgestellt, kann die Basis der Vorrichtung unmittelbar auf der Dampfquellphase aufliegen oder anders in Berührung mit der Dampfquellphase festgelegt sein. Alternativ kann die Basis von der Quellphase beabstandet sein, wenn andere Mittel - wie bspw. ein Bohr oder eine andere Verbindungseinrichtung -ver-

70981 1/0939

wendet werden, um die Basis in Verbindung mit der Dampfquellphase zu halten derart, daß die Vorrichtung den aus dieser austretenden Dampf wirksam erfassen kann.

Die differentiell durchlässige Umhüllung, die in der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist erforderlich, um auf wirksame Weise repräsentative Dampfproben aus einer Dampfquellphase zu erhalten. Die Verwendung der differentiell dampfdurchlässigen umhüllung ergibt eine Vorrichtung, die bereits schwache Dampf konzentrat ionen oder geringe bzw. langsame änderungen der Dampfkonzentration sicher erfaßt und anzeigt, während andere Vorrichtungen, die ohne eine differentiell dampfdurchlässige Umhüllung ausgeführt sind, die Höhe oder Änderung der Dampfkonzentration nicht genau angeben können.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur genauen und kontinuierlichen Überwachung und Anzeige parametrischer Konzentrationen von gewähl ten flüchtigen Komponenten in einer Erdbodenphase. Bspw. kann es sich bei der gewählten parametrischen Konzentration um die minimale Feuchtigkeit des Bodens handeln, die erforderlich ist, um eine Pflanze am Welken zu hindern, oder eine schädliche Ammoniakkonzentration im Boden oder eine andere bedeutsame Konzentration. Die in der vorliegenden Erfindung offenbarte Anordnung überwindet die Mangel der Docht anordnungen nach dem Stand der Technik, da die

70981 1 /0939

-9- 2629630

hier beschriebene Vorrichtung sich zur Überwachung der Bodenfeuchtigkeit einsetzen läßt, ohne daß Flüssigkeiten in der Vorrichtung anwesend sein müssen, und eliminiert insbesondere den Einsatz von Dochten und die mit diesen zusammenhängenden Schwierigkeiten.

Es hat sich herausgestellt, daß die Konzentration verschiedener flüchtiger Bodenbestandteile in den oberen Bodenschichten - bspw. den oberen 30 cm des Bodens - sich bestimmen läßt, indem man den Dampf analysiert, der aus der Bodenoberfläche an einer Luft-Boden-Grenzfläche austritt. Die Konzentrationen dieser Dämpfe lassen sich empirisch in Beziehung setzen zu einer entsprechenden Konzentration der flüchtigen Komponenten im Boden selbst. Dieser Zusammenhang läßt sich dann mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ausnutzen, um gewählte parametrische Konzentrationen der flüchtigen Komponenten im Boden zu bestimmen und insbesondere die flachwurzelnden Pflanzen zur Verfügung stehenden Feuchtigkeit anzuzeigen. Die Korrelationen für verfügbare Feuchtigkeit sind für verschiedene Arten von Böden - von schwerem Lehm bis zu leichten Topfungsmischlingen - nützlich. Obgleich" in einem schwerem Lehm wachsende Pflanzen bei geringeren absoluten Feuchtigkeit skönzentrationen im Boden zu welken beginnen können als in leichterem, locker gepacktem Boden wachsende, kann die Feuchtigkeit im Boden, die für die Pflanze verfügbar ist, korreliert werden mit der an der Oberfläche in Form von Wasserdampf zur Verfügung stehenden Feuchtigkeit, und zwar im wesentlichen un-

709811/0939

-ίο- 262969Q

abhängig von der Art des Bodens.

Entsprechend läßt sich die Konzentration anderer flüchtiger Komponenten im Boden wie bspw. Ammoniak "bestimmen, indem man die Konzentration der an der Bodenoberfläche verfügbaren gewünschten Dampfkomponente bestimmt und diese Konzentration zu der im Boden selbst vorliegenden in Beziehung setzt.

Indem man ein geeignetes Bezugsnormal wählt, lassen sich nach de» Verfahren und mit der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung verschiedene gewünschte parametrische Konzentrationen flüchtiger Bodenkomponenten anzeigen. Folglich betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung der Konzentration flüchtiger Bodenkomponenten und insbesondere von Wasser, indem man (1) unmittelbar an der Bodenoberfläche einen repräsentativen Teil einer an der Luft-Boden-Grenzflache des zu überwachenden Bodens freigegebenen gewähl ten Dampf komponente nimmt, (2) die Dampf konzentration der Probe mit einem Bezugswert vergleicht, das für eine parametrisciie Konzentration einer entsprechenden flüchtigen Komponente im Boden repräsentativ ist, und (3) die Konzentration des Dampfes in der Probe relativ zum Bezugswert und damit die Konzentration des entsprechenden flüchtigen Komponenten im Boden anzeigt. Das Verfahren ist besonders nützlich zur Überwachung verfügbarer Kengen von feuchtigkeit und Ammoniak in flachwurzelnde Pflanzen enthaltend·» Boden. In «iner Ausführungsfor» wird der von der Oberfläche des Bodens u» «in·

70981 1/0939

~¹¹~ 262963U

Topfpflanze herum aufsteigende Dampf erfaßt, die relative Feuchtigkeit des Feuchtigkeitsdampfs bestimmt und mit der relativen Feuchtigkeit des Feuchtigkeitsdampfs aus einem Boden mit gewählter parametrischer Feuchtigkeitskonzentration verglichen bspw. die verfügbare Feuchtigkeit, die erforderlich ist, um eine Pflanze am Leben zu erhalten. Der Erfassungs- und Vergleichsvorgang verläuft kontinuierlich; ist die Feuchtigkeitsdampfkonzentration in der Probe gleich der oder geringer ist als die Bezugskonzentration, wird die Notwendigkeit zusätzlichen Wassers im Boden - bspw. durch eine sichtbare Farbänderung - angezeigt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ebenfalls eine besondere Vorrichtung, die auf der Oberfläche des Bodens aufliegen und die Konzentration bestimmter flüchtiger Komponenten im Boden kontinuierlich überwachen und anzeigen kann. Die Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung weisen eine Fühl einrichtung sowie eine Einrichtung auf, die die Fühlvorrichtung unmittelbar in Wirkverbindung mit der Oberfläche des Bodens bringt, so daß eine Probe der an der Luft-Boden- -Grehzflache freigesetzten flüchtigen Komponenten auf die Fühleinrichtung einwirken kann. Die Fühl einrichtung ist in der Lage, die Konzentration einer gewählten flüchtigen Komponente in der Probe kontinuierlich mit einem Bezugswert zu vergleichen, das für eine parametrische Konzentration einer entsprechenden flüchtigen Komponente im Boden repräsentativ ist, und enthält Mittel, um die Konzentration der gewählten flüchtigen Kompo-

70981 1/0939

262969Ü

nente im Boden anzuzeigen. In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung in Kombination ein über einer flachen Basis liegendes Fühlelement auf. Ein Deckblatt mit einer Sichtvorrichtung - wie einer transparenten Einrichtung oder eine Abdeckung mit einem transparenten Fenster, das mit dem Fühlelement ausgerichtet ist, liegt über dem Fühlelement. Die Kanten des Deckblatts sind am Unterteil zu einer Umhüllung befestigt, die sich dem Fühlelement eng anpaßt und nur ein Minimum an freiem Raum innerhalb der Umhüllung beläßt.

Das Deckblatt und die Basis müssen für dampfförmige Komponenten durchlässig, aber für Flüssigkeiten undurchlässig sein. Die DampfÜbergangsrate( ausgedrückt als Dampfgewicht pro Flächen - und Zeiteinheit) der Basis sollte höher sein als die des Deckblatts.

Die von dem Deckblatt und der Basis gebildete differentiell dampfdurchlässige Umhüllung, die unmittelbar auf dem Boden aufliegen kann, dient dazu, das Fühlelement in Wirkverbindung mit der Bodenoberfläche zu bringen und kann als Probe einen repräsentativen Teil des an der Bodenoberfläche freigegebenen Dampfes einer gewählten flüchtigen Bodenkomponente erfassen.

Das Fühlelement weist eine auf Dampf ansprechende Indikatorkomponente auf, die eine Dampfprobe kontinuierlich erfassen kann und mit einer Eigenschaftsänderung - vorzugsweise eine sichtbare Eigenschafts änderung wie bspw. eine Farbänderung -

70981 1 /0939

-13- 262969Ü

auf Änderungen der Dampfkonzentration in der Probe relativ zu einer gewählten Bezugskonzentration reagiert. Wird bspw. die Bodenfeuchtigkeit überwacht, kann der Bezugswert ein Wert von 75 % relative Feuchtigkeit sein - ein Wert, der sich als mit einer parametrischen Konzentration in Beziehung stehend herausgestellt hat, die die das Leben von Pflanzen erhaltende, im Boden verfügbare Feuchtigkeit darstellt. Ändert die Konzentration der kontinuierlich überwachten Probe sich von einem Wert über auf einen Wert unter den Bezugswert (oder umgekehrt) und zeigt damit die Änderung von mehr auf weniger als eine parametrische Konzentration der Feuchtigkeit im Boden an (oder umgekehrt), kann eine sichtbare Änderung der Farbe des Fühlelements oder eine andere erfaßbare Änderung einer Eigenschaft ausgelöst werden. Ein Material, das bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit im Bereich von 75 % seine Farbe ändert oder sonstwie erfaßbar reagiert, läßt sich also als wirksamer Indikator einsetzen.

Insbesondere nützlich als Indikatorkomponenten in den Fühlelementen sind hydrierte Salze, die ihre Farbe bei einer vorgegebenen Änderung der relativen Feuchtigkeit ändern, oder zerfliessende ("deliquescent") Verbindungen, die ihre Farbe oder andere optische Eigenschaften ändern, wenn sie Änderungen der relativen Feuchtigkeit erfahren. Alternativ lassen sich zur Überwachung verschiedener flüchtiger Bodenbestandteile Stoffe verwenden, die auf andere Dampf komponenten empfindlich ansprechen - bspw. Ammoniak.

709811/0939

Während es in den meisten Anwendungsfällen bevorzugt ist, ein reversibles Fühlelement einzusetzen, d.h. eines, das eine Eigenschaft - bspw. Farbe - wiederholt ändern kann, wenn es wiederholt Änderungen einer Dampfkonzentration erfährt, so daß man eine kontinuierliche Überwachung erhält, kann in einigen Anwendungsfällen auch ein Fühlelement eingesetzt werden, das eine irreversible Zustandsänderung erfährt, wenn es einer vorgegebenen Dampfkonzentration ausgesetzt ist. Wie bereits festgestellt, erlaubt die differentiell dampfdurchlässige Umhüllung, die hier für die Überwachungsanordnung eingesetzt wird, eine besonders wirkungsvolle kontinuierliche Überwachung auch geringfügiger Änderungen der Dampfkonzentration und folglich bietet ein reversibles Fühl element die vorteilhafteste Kombination nach der vorliegenden Erfindung.

Die Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung werden in innige Berührung mit der Oberfläche des Bodens gebracht. Die Vorrichtung kann verwendet werden, um die Konzentration flüchtiger Komponenten in Topferde sowie in ungetopfter Erde zu überwachen, und läßt sich erfolgreich zur Bestimmung von Feuchtigkeit und anderen flüchtigen Bestmadteilen, die Topfpflanzen sowie anderen Außenpflanzen - wie Gras oder anderen flachwurzelnde Pflanzen - zur Verfügung stehen, einsetzen. Soll die Anordnung den Feuchtigkeitsgehalt eines Bodens überwachen, ändert sie in einer Ausführungsform eine vorgegebene Farbe, wenn der Boden genug Wasser enthält, um eine Pflanze am Leben zu erhalten. Nähert die im Boden verfügbare Feuchtigkeit sich einer

709811/0939

vorgewählten parametrischen Konzentration - wie bspw., wenn die verfügbare Feuchtigkeit nicht ausreicht, um eine Pflanze am Leben zu erhalten -, ändert das Indikator element seine Parbe, um darauf hinzuweisen, daß der die Pflanze umgebende Boden bewässert werden muß. Ist genug Wasser hinzugefügt worden, nimmt das Indikatorelement seine vorherige Farbe wieder an, bis die Feuchtigkeitskonzentration im Boden sich wieder der parametrischen Konzentration nähert. Unterschiedliche parametrische Konzentrationen lassen sich anzeigen, indem man verschiedene Indikatorelemente verwendet, die ihre Farbe bei charakteristischen Dampfkonzentrationen ändern.

Die Erfindung soll nun anhand bestimmter Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine teilgeschnittene Perspektivansicht einer Überwachungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform der offenbarten Überwachungsvorrichtung;

Fig. 3 ist ein Schnitt auf der Liiüe 3-3 der Überwachungsvorrichtung in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Perspektivansicht einer getopften Pflanze mit einer Überwachungseinrichtung nach Fig. 3» die auf den Boden in unmittelbarer Nähe der Pflanze aufgebracht ist.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer dampfüberwachAaden An-

70981 1 /0939

262969U

Ordnung 10 mit einem Fühlelement 16, das in eine sich diesem eng anpassende Umhüllung mit einer Basis 12 und einem Deckblatt 14 eingeschlossen ist; die Basis 12 ist für Dampf durc hlässig, aber für den Erdboden und andere evtl. vorliegende feste oder flüssige Bestandteile undurchlässig. Das in Pig. gezeigte Deckblatt 14 erstreckt sich gleichermaßen wie die Basis 12 und ist mit dieser am gemeinsamen Umfangsrand zusammengefügt. Die Basis 12 und das Deckblatt 14 können mit herkömmlichen Mitteln zusammengefügt werden - bspw. durch Verschweißen oder Verkleben. Das Deckblatt 14 ist für Dampf durchlässig, aber für Flüssigkeiten oder Feststoffe undurchlässig.

Während die Basis 12 und das Deckblatt 14 beide für Dampf durchlässig sind, hat das Deckblatt eine maximale Dampfübergangsrate, die geringer ist als die Dampfübergangsrate der Basis 12, so daß die von der Basis 12 und dem Deckblatt 14 gebildete Umhüllung differentiell dampfdurchlässig ist. Die Dampfdurchgangsrate der Basis wäre im Idealfall unendlich höher als die des Deckblatts. Die DampfÜbergangsrate der Basis sollte mindestens 50 % und vorzugsweise mindestens etwa 100 % höher sein als die des Deckblatts.

Die minimale Dampfübergangsrate des Deckblatts sollte ausreichend sein, um eine sinnvoll kurze Reaktionszeit zuzulassen. Im allgemeinen sollte die Ansprechzeit der Anordnung etwa 15 min. oder weniger betragen. Zur Überwachung von aus dem Erdboden austretender Feuchtigkeit sollte die minimale Wasser-

70981 1/0939

ρ dampfübergangsrate (WT) des Deckblatts 14 etwa 2g/1000 cm auf 24 Std. sein; maximal kann sie bis etwa 60g/1000 cm auf 24 Std. betragen. Vorzugsweise hat das Deckblatt 14 einen Widert im Bereich von etwa 20 bis 40 g/1000 cm auf 24 Std.. Die Basis 12 muß einen minimalen WVT-Wert von mindestens etwa 3 g/100 cm auf 24 Std. und vorzugsweise mindestens etwa 40 g /1000 cm auf 24 Std. aufweisen. Entsprechende Werte zur Überwachung anderer Dämpfe lassen sich leicht ermitteln.

Das Deckblatt sollte transparent ausgeführt oder mit anderen Mitteln versehen sein, um das Fühlelement 16 beobachten zu können - bspw. einem auf das !Fühlelement 16 ausgerichteten Fenster.

Das Fühlelement 16 enthält eine Indikatorkomponente, die als Reaktion auf .Änderungen der Dampfkonzentration in der Umhüllung eine Eigenschaft - bspw. Farbe - wahrnehmbar ändert, wie im Folgenden detailliert beschrieben wird.

Wie bereits erwähnt, muß die Basis 12 für Dampf durchlässig und für Flüssigkeiten oder Feststoffe undurchlässig sein. Stoffe, die diese Forderungen erfüllen, sind dampfdurchlässig oder mikroporöse Folien oder auch hydrophobe poröse Kissen wie bspw. eine ölabsorbierende Polypropylen-Mikrofasermatte. Diese Mikrofasermatten sind aus dem Stand der Technik bekannt - vergl. die US-PS 3.847.821, Spalte 5. Die dampfdurchlässigen Folien, die sich für die Basis 12 oder das Deckblatt 14 einsetzen

709811/0939

-is- 262969Ü

lassen, sind ebenfalls Stand der Technik. Polymerisatmaterialien wie Zellulosepolymerisate und -mischpolymerisate, Polyester, Polyäther, Polyurethane, Polyalkylene, Polyacetate und dergl., die die gewünschte DampfÜbergangsraten aufweisen, lassen sich einsetzen. Desgl. lassen sich mikroporöse Polyester- und Polyätherurethane verwenden. Als Deckblattmaterial für Einrichtungen zur Überwachung von Feuchtigkeitsdämpfen besonders bevorzugt ist Celluloseacetat. Wie bereits erwähnt, sollten diese Stoffe Wasser in Masseform nicht übertragen; aus diesem Grund sollten exzessiv hydrophile Polymerisate wie hydrophile Polyoxyäthylenpolyurethanpolymerisate für die vorliegende Erfindung nicht eingesetzt werden.

Die oben erwähnten Eigenschaften der Basis 12 sind kritisch für ein erfolgreiches Arbeiten der Vorrichtung 10. Venn die Basis 12 durchlässig für flüssiges Wasser wird oder so aufgebaut ist, das sie in der Art eines Dochtes Wasser in Berührung mit dem Fühlelement 16 zieht, liefert die Anordnung infolge der Anwesenheit von mit dem Fühlelement in Berührung stehendem flüssigem Wasser eine falsche Anzeige. Zusätzlich kann das flüssige Wasser die Indikatorkomponente aus dem Fühl element 16 auslaugen und damit die nutzbare Lebensdauer der Überwachungsvorrichtung verkürzen. Bei der Basis 12 handelt es sich also nicht um ein Dochtmaterial, wie es in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik eingesetzt wird, und muß in der Tat hydrophob oder sonstwie für Flüssigkeit undurchlässig sein, damit die Vorrichtung nach der vorliegenden Er-

709811/0939

- ¹⁹ - 262969Ü

finching einwandfrei arbeiten kann. Die Undurchlässigkeit der Vorrichtung 10 für Flüssigkeit ist "besonders vorteilhaft, wenn die Überwachungsvorrichtung zur Überwachung von Topfpflanzen eingesetzt werden soll, bei denen die Vorrichtung "beim Wässern der Pflanzen in Abständen überflutet wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sollte das Deckblatt 14 sich dem Fühlelement 16 eng anpassen, um den freien Raum in der vom Deckblatt 14 und der Basis 12 gebildeten Umhüllung so klein wie möglich zu halten. Auf diese Weise wird ein Kondensieren der Feuchtigkeit in der Umhüllung verhindert.

Das Fühlelement 16 weist eine Indikatorkomponente auf, die allein oder in Kombination mit anderen Teilen des Fühlelements in Reaktion auf Änderungen der Konzentration einer bestimmten Dampf komponente relativ zu einem vorgewählten Bezugswert eine erfaßbare Eigenschaftsänderung erfährt. Vorzugsweise erfährt die Indikatorkomponente des Fühlelements 16 eine sichtbare Änderung - wie bspw. eine Änderung der Farbe oder einer anderen optischen Eigenschaft.'Alternativ kann die Indikatorkomponente nicht sichtbare Änderungen ausführen, die sich erfassen lassen - bspw. eine Änderung der Leitfähigkeit, der Perrmabilität, der Dichte, der Kristallform und dergl.

Für Vorrichtungen, die zur Überwachung der Bodenfeuchtigkeit eingesetzt werden sollen, sind Chemikalien besonders geeignet, die, wie hydrierte Salze, durch eine Farbänderung sichtbar auf

70981 1/0939

Änderungen der relativen Feuchtigkeit ansprechen. Ein "bevorzugtes hydriertes Salz ist Cobaltchlorid (CoClp-öHpO). Auf ein Cellulosematerial, Gelatine, Silicagel oder Polymerisat auf -/oder in ein solches eingebracht, ändert dieses Salz seine Farbe von rosa auf blau in Abhängigkeit von der relativen Feuchtigkeit, der es ausgesetzt ist. Diese Salze sind wohlbekannt und bereits in verschiedenen Anordnungen zur Anzeige von Feuchtigkeit eingesetzt worden - vergl. die US-PSn 2.460.071, 2.580.737, 3-702.755 und 3-788.128.

Als Indikatorkomponente des Fühlelements 16 lassen sich auch Salzmischungen von Kobaltchlorid mit anderen Stoffen einsetzen. Mischungen von Kobaltchlorid mit Cobaltthiocyanat (bspw. in gleichen Gewichtsteilen) sind verwendet worden, um sichtbare Farbänderungen in einem Bereich der relativen Feuchtigkeit von etwa 50 bis 75 % zu erzeugen. Die US-PSn 2.460.074 und 3.788.128 beschreiben die Verwendung dieser Salzmischungen als Feuchtigkeitsindikatoren. Diese Kombination chemischer Substanzen lassen sich verwenden, um bei einer relativen Feuchtigkeit von mehr als etwa 75 % eine rosa Färbung darzustellen. Sinkt die relative Feuchtigkeit unter 75 % ab, ändert sich die Färbung allmählich auf lavendel und wird bei einer relativen Feuchtigkeit von etwa 50 % und weniger blau. Die Feuchtigkeit, bei der die Farbänderung eintritt, läßt sich einstellen, indem man das Verhältnis des Cobaltchlorids zum Cobaltthiocyanat ändert. Bspw. läßt sich ein Fühlelement zubereiten, indem man ein Stück porösen Filterpapiers wie Filterpapier Whatman No.

709811/0939

mit einer 20%-igen wässrigen Zusammensetzung gleicher Gewichtsteile von Cobaltchlorid und Cobaltthiocyanat tränkt und das getränkte Filterpapier trocknet. Der Ansprechbereich des Fühlelements läßt sich in Grenzen durch Einstellen der Salzkonzentration im Fühlelement ändern.

Eine brauchbare Indikatorkomponente, die eine erfaßbare Farbänderung nur innerhalb eines verhältnismäßig schmalen Bereichs der relativen Feuchtigkeit ergibt, weist eine Mischung aus Cobaltchlorid mit einem Mischpolymerisat aus Polyvinylpyrrolidone und Vinylacetat auf (¹I 555' der Fa. General Aniline and Film). Vorzugsweise beträgt das Mischpolymerisat/Cobaltchlorid-Verhältnis etwa 6:1 bis etwa 1:1. Die Mischung wird in Wasser gelöst und von einem absorptionsfähigen Kissen oder anderen Träger absorbiert. Im getrockneten Zustand ergibt sich ein Fühlelement, das eine leicht wahrnehmbare Farbänderung im Bereich von 70 ... 80 % rel. F. ausführt.

In einer Ausführungsform der Vorrichtung 10, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das Fühlelement 16 hergestellt, indem man eine Indikatorkomponente unmittelbar auf die Unterseit des Deckblatts 14 aufbringt. Bspw. kann die oben beschriebene Cobaltchlorid-Mischpolymerisat-Lösung auf die Unterseite des Deckblatts 14 in Form eines Punkts oder einer anderen Gestalt mit einem Durchmesser von etwa 0,5 ··· 1»5 cm aufgebracht werden. Nach dem Trocknen der Lösung ist die Beschichtung, die das Fühlelement 16 bildet, einsatzbereit.

709811/0939

In einer weiteren Ausführungsform kann das Fühlelement 16 als Indikatorkomponente eine zerfliessende ("deliquescent") Verbindung enthalten, die bei einem gegebenen Wert der relativen Feuchtigkeit eine reversibe Änderung der optischen Eigenschaften ausführt. Bspw. kann das Fühlelement 16 eine zusammenhängende kontinuierliche Schicht einer zerfliessenden Verbindung sein, die bei Feuchtigkeitswerten unter dem Fließpunkt opak ist und beim Flüssigwerden optisch transparent wird. Weiterhin ist unter der zerfließenden Verbindung eine Schicht vorgesehen, die mindestens teilweise eine Färbung aufweist, die mit der der opaken Verbindung kontrastiert, so daß beim Fließend- und Transparentwerden der Verbindung diese Schicht visuell erfaßbar wird; vorzugsweise ist sie sehr auffällig ausgeführt.

Liegt die Umweltfeuchtigkeit unter einem bestimmten Wert, bleibt die zerfließende Verbindung opak und ist die unter ihr liegende Schicht nicht sichtbar. Steigt die Feuchtigkeit über den Punkt an, an dem die Verbindung flüssig wird, wird diese transparent und macht die unter liegende Schicht - vorzugsweise auffällig - sichtbar und zeigt dem Betrachter damit an, daß in der Umhüllung ein gewählter Wert der relativen Feuchtigkeit vorliegt. Sinkt die Feuchtigkeit in der Umhüllung unter den Fließpunkt der Verbindung ab, blüht die Verbindung aus ("effloresces") und wird wieder opak, so daß die unter ihr liegende Schicht für den Betrachter verschwindet. In einer Ausführungsform kann die Unterschicht in einer Kontrastfarbe ausgeführt oder mit einem Text bedruckt sein, so daß, wenn die zerfließende

709811/0939

Verbindung transparent wird, eine auffällige Färbung oder ein entsprechender Text wie bspw. "NASS" oder dergl. erscheint.

Ein bevorzugtes Mittel, um eine durchgehende Schicht einer zerfließenden Verbindung zu erzeugen, ist, eine Lösung derselben von einer dünnen Schicht Faserpapier ("tissue paper") absorbieren zu lassen und dieses zu trocknen. Ein bevorzugtes zerfließendes Salz ist Natriumbromid, obgleich auch andere aus dem Stand der Technik bekannte zerfließende Verbindungen einsetzbar sind. Das Fühl element 16, das Natriumbromid als zerfließende Verbindung enthält, erzeugt eine Änderung der optischen Eigenschaften, wenn die relative Feuchtigkeit innerhalb der Umhüllung etwa 57 % beträgt.

Vird die Vorrichtung 10 eingesetzt, um die Konzentration von anderen Dampf komponenten als Feuchtigkeit zu überwachen (bspw. Ammoniak), weist das Fühlelement 16 Indikatorelemente auf, die auf Änderungen der Konzentration dieser bestimmten flüchtigen Komponenten ansprechen können. Eine Vorrichtung zur Überwachung der Ammoni akkonz entr ati on im Erdboden kann bspw. hergestellt werden, indem man Alizarin- oder pH-Papier mit einer Empfindlichkeit im pH-Bereich von 3 ··· 5»5 einsetzt - bspw. die unter der Bezeichnung "pHydrion"-Papier von der Fa. Micro Essential Laboratory erhältlichen Papiere. Indikatoren mit "pHydrion"- -Papier sprechen sichtbar an, indem sie ihre Farbe von gelb/ orange auf blau/grün ändern; Diese Farbänderung steht im Zusammenhang mit der Ammoniakkonzentration im Erdbereich (in ppm),

7098 11/09 39

-24- 262969Ü

Zusätzlich kann man bei Auswahl eines Fühl elements, das auf andere bestimmte Dämpfe anspricht, die Überwachungseinrichtung zum Erfassen und Überwachen der Konzentration und Konzentrationsänderungen verschiedener Dämpfe einsetzen - bspw. Stickoxide, Schwefel, Kohlenstoff und Halogene.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Dampfüberwachungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Die Überwachungsvorrichtung 20 entspricht der in Fig. 1 gezeigten und weist eine dampfdurchlässige Basis 22, ein Fühlelement 24 sowie eine dampfdurchlässige Abdeckung 26 auf. Die Vorrichtung 20 enthält auch eine Schutzschicht 28 unter der Basis 22, die Poren 30 aufweist. Die Schicht 28 und die Abdeckung 26 sind als über die Basis 22 hinaus und an ihrem Umfangsrand aneinander befestigt dargestellt, wobei sie die Basis 22 und das Füll] element 24 in einer eng sich an diese anpassenden Umhüllung einschließen. Die Schutzschicht 28 ist als eine poröse Schicht gezeigt, die durchlässig für Dampf ist und auch für flüssiges Wasser durchlässig sein kann, da die Basis 22 und die Abdeckung 26 für Flüssigkeiten undurchlässig sind und das Fühlelement 24 schützen. Die Schutzschicht 26 dient zum Schutz der Basis 22 während der Handhabung und hilft dabei zu verhindern, daß die Basis 22 - insbesondere wenn es sich bei dieser um eine poröse Matte aus geblasenen Mkrofasern handelt - sich mit Schmutz und dergl. zusetzt. Repräsentativ für Stoffe, die sich für die Schutzschicht 28 einsetzen lassen, sind poröse Polyäthylenfolien wie das "a}EANSPOEE"-Band der Fa. 3M Company

709811 /0939

sowie ein mikroporöses Band mit nichtgewebter Unterlage wie das "MIOEOPOBE"-Band der Pa. 3M Company.

Die Pig. 3 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 der Überwachungsvorrichtung der Fig. 2. Wie ersichtlich, hüllt die Abdeckung 26 zusammen mit der Basis 22 und der Schutzschicht 28 das Fühlelement 24 ein und paßt sich diesem eng an, damit der freie Raum in der Umhüllung um das Fühlelement 24 herum so klein wie möglich bleibt.

Damit diese Anordnung erfolgreich als Überwachungseinrichtung 10, 20 arbeiten kann, muß das Fühlelement 16, 24 der Fig. 1-3 in Wirkverbindung mit der Dampfquellphase an der Grenzfläche gebracht werden, damit die Überwachungsvorrichtung eine repräsentative Oberflächendampfkonzentration genau erfassen und vergleichen kann. Dies wird nach der vorliegenden Erfindung erreicht, indem man das Fühlelement 16, 24 in eine von der Basis 12 und der Abdeckung 14 (vergl. Fig. 1) oder von der Basis und der Abdeckung 26 (vergl. Fig. 2) gebildete Umhüllung aufnimmt. Die in Fig. 3 dargestellte, die Dampfprobe aufnehmende Umhüllung liegt auf der Oberfläche der Dampfquellphase - wie bspw. dem Erdboden um eine Topfpflanze herum - auf und steht mit dieser in inniger Berührung, nimmt eine repräsentative Probe der an der Oberfläche der Phase freigesetzten Dämpfe auf und gibt diese Probe an das Fühlelement 16, 24 weiter.

Infolge des Unterschiedes der Dampfübergangsraten der AbdeckunK

709811/0939

14, 26 und der Basis 12, 22 wird das Innere der Umhüllung "bei einer plötzlichen Änderung des Dampfeingangs durch die Basis 12, 22 hindurch nicht sofort mit Dampf überströmt oder völlig vom Dampf "befreit. Vielmehr kann die Dampfkonzentration in der Umhüllung sich etwas von der Dampfkonzantration an der Grenzfläche zwischen Basis und Dampfquellphase unterscheiden, bis sich ein stetiger Zustand einstellt. Diese verzögerte Reaktion reduziert die Auswirkungen von Spitzen und Abfällen der Konzentration des von der Dampfquellphase freigesetzten Dampfes.

Weiterhin verhindert die verhältnismäßig geringe DampfÜbergangsrate der Abdeckung 14, daß die durch die Basis 12, 22 hindurch in die Umhüllung eindringenden Dämpfe von Dämpfen überlagert werden, die aus der umgebenden Atmosphäre durch die Abdeckung 14, 26 hindurch eindringen. Zeitweilige Änderungen der relativen Feuchtigkeit in der umgebenden Atmosphäre haben wenig oder keine Auswirkung auf ein Fühlelement, das auf Änderungen der relativen Feuchtigkeit anspricht. Bei fortwährendem Betrieb bei Feuchtigkeitswerten oberhalb des gewählten Bezugswerts, d.h. bspw. mehr als 75 % rel.F., welcher Wert sich als brauchbarer Bezugswert für die relative Feuchtigkeit herausgestellt hat, kann jedoch die Überwachungsvorrichtung derart überlagert werden, daß sie schließlich die Fähigkeit verliert, die gewählte parametrische Feuchtigkeitskonzentration genau anzuzeigen.

Obgleich die Abdeckung 14, 26 im Verhältnis weniger durchlässig ist als die Basis 12, 22, muß die Abdeckung die oben erwähnte

70981 1/0939

minimale Dampfübergangsrate aufweisen. Weist die Abdeckung 14-, 26 nicht die erforderliche DampfÜbergangsrate auf, kann sich Feuchtigkeit oder können sich andere Dämpfe der Umhüllung ansammeln und dort kondensieren, wodurch das Fühlelement 16,24· in Berührung mit flüssiger Substanz gerät, die Chemikalien aus dem Fühlelement auslaugen oder eine falsche Ablesung durch ein feuchtigkeitsempfindliches Fühlelement verursachen kann.

Die Überwachungseinrichtung nan der vorliegenden Erfindung sollte groß genug sein, um Dampf zu erfassen, der von einer repräsentativen Fläche der Dampfquellphase freigesetzt wird. Scheiben mit einem Durchmesser von etwa 1,25 .·· 5 cm haben sich als ausreichend groß herausgestellt, um genaue Ergebnisse zu liefern. Auch andere Formen als Scheiben lassen sich mit gleichwertigen Ergebnissen verwenden.

Eine Scheibe von etwa 2,5 cm Durchmesser stellt einen wirkungsvollen Kompromiß zwischen bequemer Handhabung und genauer Feuchtigkeitserfassung dar. Damit kann die Vorrichtung Dämpfe von

ρ
etwa 5 cm Oberfläche der Dampfquellphase aufnehmen.

Da die Dämpfe eine kurze Zeit in der Überwachungsvorrichtung verweilen, bevor sie durch die Abdeckung hindurchtreten, findet eine gewisse Durchmischung der Dämpfe statt. In der Tat mittelt die Überwachungsvorrichtung die Dampfkonzenträtion über die Zeit und die von der Torrichtung abgedeckte Fläche und kann daher wesentlich genauere Konzentrationswerte liefern als ein Docht

?0981 1 /0939

oder eine Vorrichtung, bei der die Erfassung punktförmig erfolgt.

Im allgemeinen sind Überwachungsvorrichtungen mit einer Basis-

fläche von weniger als etwa 1,25 cm unerwünscht, da eine solche Anordnung schwierig zu beobachten und handzuhaben ist und keine ausreichend große Fläche der Dampfquellphase erfaßt.

Überwachungsvorrichtungen mit einer Grundfläche von mehr als

2
etwa 20 cm arbeiten zwar wirkungsvoll, können aber für einige Anwendungsfälle zu groß sein - bspw. können sie nicht mehr in begrenzte Eäume wie kleine Blumentöpfe passen, wo sie auch abstoßend wirken.

Beim Einsatz zur Überwachung des verfügbaren Feuchtigkeitsgehalts des Bodens um Topfpflanzen herum befindet die Überwachungsvorrichtung sich auf der Oberfläche der Erde in unmittelbarer Nahe der Topfpflanze, wie in Fig. 4· gezeigt. Wird die Pflanze gewässert und ist die Erde ausreichend feucht, hat das durch die Abdeckung hindurch sichtbare Fühlelement eine charakteristische Eigenschaft wie bspw. eine charakteristische Farbe. Wenn dann die Pflanze dem Boden Feuchtigkeit entzieht, und weitere Feuchtigkeit verdampft und die Bodenfeuchtigkeit die parametrische Konzentration, d.h. eine Konzentration unmittelbar über dem Punkt erreicht, an dem die Pflanze zu welken beginnt, fällt die relative Feuchtigkeit innerhalb der Vorrichtung unter den gewählten Bezugswert - bspw. 75 %rel.F. - ab und das Fühlelement ändert eine erfaßbare Eigenschaft wie bspw.

70981 1 /0939

seine Farbe. Diese Änderung zeigt die Notwendigkeit an, dem Boden weiteres Wasser zuzuführen. Die Zugabe von Wasser zum Erdboden derart, daß die Feuchtigkeitskonzentration im Boden über die parametrisehe Menge steigt, bewirkt, daß nach einer kurzen Ausgleichsperiode die anfänglich erfaßbare Eigenschaft - bspw. die anfängliche Farbe - des Fühlelements wiederkehrt.

Da die Überwachungsvorrichtung das Fühlelement gegen Flüssigkeit schützt, lassen Pflanzen sich mit an der Pflanze liegender Überwachungsvorrichtung bewässern, obgleich man vorzugsweise die Überwachungsvorrichtung während des Wässern entfernt. Bei Tests, in. denen die Überwachungsvorrichtung zum Hegeln des Wässerungsplans einer breiten Vielfalt von Pflanzen in sowohl schweren als auch leichten Böden eingesetzt wurde, gediehen die Pflanzen sehr gut und litten nicht unter Überwässerung wie Pflanzen, deren Bewässerung nach Maßgabe der Anzeige von dochtartigen Überwachungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik eingestellt wurde.

Die Überwachungsvorrichtungen sind nützlich zur Erfassung und Anzeige des Vorhandenseins von Feuchtigkeit auch in anderen Umgebungen. Insbesondere haben die Überwachungsvorrichtungen sich als nützlich bei der Erfassung bestimmter Mengen von Feuchtigkeit in Körperauflagen wie Windeln und medizinischen Verbänden erwiesen, wodurch die Notwendigkeit eliminiert wurde, die Gegenstände zu berühren oder zur Prüfung abzunehmen. Dieser Umstand ist von besonderem Nutzen, wo die Korperauflagen eine für

709811/0939

262969Ü

Flüssigkeit undurchlässige äußere Auflage - bspw. Polyäthylenfolie - aufweisen und das Vorliegen von Feuchtigkeit sich nicht erfassen läßt, wenn man die Außenfläche der Körperauflage nur "berührt. Eine Überwachungsvorrichtung entsprechend der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten oder auch anderer Gestalt läßt sich an der Körperauflage mit auf der Auflage aufliegender Basis und auswärts von der Auflage und dem Körper weisender Abdeckung "befestigen. Wird der Körper feucht, zeigt die Überwachungsvorrichtung - "bspw. durch Farbänderung - an, daß Feuchtigkeit vorliegt.

Hat die Körperauflage eine dampfdurchlässige Deckschicht aus "bspw. Polyäthylen, kann die Überwachungsvorrichtung in die Auflage aufgenommen werden, indem man einen Teil der äußeren Abdeckung der Auflage als Abdeckung der Überwachungseinrichtung verwendet.

Die Überwachungsvorrichtungen lassen sich auch zur Erfassung und Anzeige von Dämpfen verwenden, die von sich zersetzender Materie in festen und flüssigen Phasen freigesetzt werden. Bspw. kann, eine Überwachungseinrichtung mit einem Fühlelement, das auf Ammoniak anspricht, auf proteinhaltige Materie wie Fisch aufgelegt werden und wird dann die Konzentration des bei der Zersetzung entstehenden Ammoniaks erfassen und anzeigen. Alternativ können die Indikatoren auf einer Flüssigkeitsmasse wie Abwasser oder anderen Ausfluß strömungen schwimmen und die dort gelösten oder durch Zersetzung in der Flüssigkeit erzeugten

70981 1/0939

Dämpfe erfassen und anzeigen.

Die folgenden Beispiele werden die Durchführung des Verfahrens und den Einsatz der Dampf überwachungsvorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung verständlicher machen.

Beispiel 1

Um die Nützlichkeit der Überwachungsvorrichtung bei der Anzeige des Bewässerungsbedarfs einer Topfpflanze in regelmäßigen Abständen zu zeigen, wurde eine Überwachungsvorrichtung nach den Fig. 2 und 3 hergestellt, bei der die Schutzschicht 28 eine. Scheibe aus einer mikroporösen Polyäthylenfolie mit 2,5 cm Durchmesser (TRANSPOEE-Band der Pa. 3M Company), das Kissen 22 ein öl absorbierendes Kissen aus geblasenen PoIypropyl enmikr of as em, das Fühl element 24 aus einer Mischung aus gleichen Teilen hydriertem Cobaltchlorid und Oobaltthiocyanat in einer Scheibe aus Whatman-Filterpapier No. 1 hergestellt sind. Bei der Abdeckung 26 handelte es sich um ein Stück Celluloseacetatfolie ("Magic Mending"-Band No. 810 der Fa. 3M Company).

Mehrere Zebrapflanzen (Aphelandra) wurden in 13 cm tiefe Schaumstoff topfe von 15 cm Durchmesser eingesetzt, wobei für einige Pflanzen eine leichte Topf erde mit gleichen Teilen Torf und Vermiculit (Terra-Lite 'Redi-Earth' der Fa. W. R. Grace Co.), für andere ein schwerer Tonmergel verwendet wurde. Die

7 09811A0939

Zebrapflanzen wurden benutzt, da sie besonders empfindlich auf die Bewässerung reagieren und bei unzureichender Bewässerung schnell welken.

Die Pflanzen wurden bei Eaumtemperatur (22°C) in einem Innenraum bei einer ziemlich konstanten relativen Feuchtigkeit von etwa 20 % rel. F. unter Leuchtstoffröhrenlicht gehalten.

Die Pflanzen wurden angemessen bewässert, so daß die Oberfläche der Erde feucht war, und dann die Überwachungseinrichtungen in der Nähe einiger der Pflanzen auf die glatte Erdoberfläche aufgelegt. Die Pflanzen wurden während des Rests des Testablaufs weiter bewässert.

Die Farbe der Überwachungsvorrichtungen änderte sich von der ursprünglichen rosa Färbung nach etwa 11 Tagen (Pflanzen in der leichten Erde) bzw. 7 Tagen (Pflanzen in der schweren Erde) auf eine'visuell wahrnehmbare lavendelfarbige Tönung (entsprechend einer Feuchtigkeit innerhalb der Überwachungsvorrichtung von etwa 70 ... 75 % rel. F.). Sodann wurde der gewichtsprozentuale Anteil der Feuchtigkeit in den oberen 2,5 cm Erde und in den unteren 10 cm Erde jedes Topfes getrennt ermittelt.

Andere Pflanzen wurden nach dem üblichen Verfahren durch Berühren der Erdoberfläche überwacht. Als die Oberfläche sich trocken anfühl.te (nach 6 Tagen beim schweren, 10 Tagen beim

70981 1/0939

"³³- . 262969Ü

leichten Boden) wurde der prozentuale Gewichtsanteil der Feuchtigkeit in den oberen 2,5 cm und den unteren 10 cm der Erde bestimmt.

Weiterhin wurden Pflanzen mit dochtartigen Indikatoren geprüft und dabei die Erdfeuchtigkeit wie oben gemessen, wenn diese die Notwendigkeit einer weiteren Bewässerung anzeigten (1 Tag bei schwerer, 7 Tage bei leichter Erde).

Zusätzlich wurden einige Erdproben bis zu dem Punkt getrocknet, an dem die Pflanzen welkten (12 Tage bei schwerer, 17 Tage bei leichter Erde) und dann die Feuchtigkeit in den oberen 2,5 cm Erde bestimmt.

Die Ergebnisse dieser Tests waren wie folgt:

Überwachung Feuchtigkeit im Boden (Gew.-%)

schwere Erde leichte Erde

ob. 2,5 cmunt.10 cm Zeit ob.2,5 unt.10 Zeit

CBi cm

1.Dochtvorrchtg. 21 % 22 % 1 Tag 74 % 75 % 7 Tage

2.Berühren 12 % 16 % 6 Tage 62 % 67 % 10Tage

3. Vorrichtung n.d.

vorl. Erfdg. 9 % 14 % 7 Tage 57 % 65 % 11Tage

4. Welken 6 % — 12 Tage 46 % — 17Tage

Diese Daten erweisen, daß die Überwachungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung sich verwenden läßt, um genau eine para-

709811/0939

metrische Konzentration der Feuchtigkeit in der Erde anzuzeigen, d.h. in diesem Fall denjenigen Punkt, an dem die Pflanzen vor dem Welken erneut bewässert werden müssen. Weiterhin sind sie in der Lage, sehr genau demjenigen Punkt nahezukommen, an dem der erfahrene Gärtner ebenfalls frisches Wasser zuführen würde.

Die dochtartigen Vorrichtungen hingegen zeigten bereits weit vor einen ausreichenden Absinken des Feuchtigkeitsanteils an, daß die Pflanze Wasser braucht.

Beispiel 2

Eine Falsche Aralie (Dizygotheca elegantissima) von etwa 1 m Höhe wurde in einen Topf von 25 cm Durchmesser und 20 cm Tiefe mit sandigem Tonmergel eingesetzt und unter den im Beispiel 1 angegebenen, Temperatur-, Licht- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen gehalten. Berührungsproben zeigten, daß diese Pflanze, um zu gedeihen, etwa alle 9 Tage bewässert werden sollte.

Eine Überwachungsvorrichtung wurde hergestellt wie im Bsp. 1 und nähe der Pflanze auf die glatte Erdoberfläche aufgelegt, Nach einer Zeit von zwischen 9 und 10 Tagen änderte die ursprüngliche rosa Farbe sich auf lavendel. Nach dem Wässern des Erdbodens bis zur Sättigung ging die Farbe nach etwa 15 ··· 30 min. auf rosa zurück und blieb weitere 9 his 10 Tage rosa, wurde dann wieder lavendelfarbig, und die Bewässerung wurde wiederholt.

709811/0939

Nach 3 Monaten dieses Bewässerungszyklus "befand die Pflanze sich in einem ausgezeichneten Zustand.

Beispiel 3

Es wurden Überwachungsvorrichtungen hergestellt wie im Bsp. 1, mit der Ausnahme, daß es, sich bei den Fühlelementen /um pHydrion- -Papier der Ea. Micro Essential Laboratory für pH 3 ··· 5,5 handelte.

Es wurden Bodenproben mit unterschiedlichem Ammoniakgehalt in Polyäthylenbeutel gefüllt, die Überwachungsvorrichtungen auf die glatte Bbdenoberf lache ;in,deiivBeuteln; aufgelegt und die Beutel dann-verschlo.ssen.liach.?90; mini wurden: die Indikatoren auf jeder: Bodenprobe, visuell; geprüft·.: Der Ammoniakgehalt- wurde durch^Analyse bestätigt. Die ^Resultate waren- wie folgt:.-

Probe Nr. ' Indikatorfarbe *·-.= ^:: Ammoniakgehalt (ppm)

1	dunkelgrün/blau	7,8
2.	grün	4,8
3	schw%hgrün/gelb	1,8
4	gelb/orange	nicht erfaßt

Die Überwachungsvorrichtungen ließen sich mit Erfolg einsetzen, um zwischen Bodenproben mit verschiedenem Ammoniakgehalt zu unterscheiden.

709811/0939

Beispiel 4

Eine Wegwerfwindel mit einer flüssigkeitsundurchlässigen Abdeckung aus Polyäthylen wurde mit einem Loch in der Abdeckung versehen und über diesem eine Überwachungsvorrichtung entsprechend der im Bsp. 1 beschriebenen angebracht, wobei die Basis der Vorrichtung dem Windelstoff zugewandt war, und dann die Windel einem Kleinkind auf übliche Weise umgelegt. Als die Windel sich mit Urin befeuchtete, änderte das Fühl element die anfängliche blaue auf eine rosa Farbe und zeigte damit an, daß ein Windelwechsel nötig war.

Beispiel 5

Eine Überwachungsvorrichtung wie die im Bsp. 3 erläuterte wurde verwendet, um den Zersetzungszustand von Krabbenfleisch anzuzeigen. Hierzu wurden drei Krabbenfleischproben genommen die erste von frischem Krabbenfleisch ,die zweite bereits geringfügig zersetzt, aber noch eßbar, die dritte soweit zersetzt, daß das Fleisch nicht mehr genießbar war. Proben von 20 ... g wurden in Glasbecher eingebracht, die Basen der Überwachungsvorrichtung auf das Fleisch aufgelegt und die Becher abgedeckt.

Nach einer Stunde zeigte die Überwachungsvorrichtung auf der ersten Probe keine Farbänderung, während die Vorrichtung auf der zweiten Probe an den Kanten des Fühlelements eine leicht grünliche Färbung angenommen hatte. Nach 10 min. war das Fühlelement der Vorrichtung auf der dritten Probe vollständig grün.

70981 1 /0939

Die Überwachungsvorrichtung läßt sich also dazu verwenden, eine unerwünschte oder gefährliche Zersetzung von Speiseprodukten genau zu erfassen und anzuzeigen, indem sie die aus diesen freigesetzten Dämpfe erfaßt.

70981 1 /0939

Claims

Patentansprüche

!Vorrichtung zum Überwachen und Anzeigen der Konzentration eines Dampfes an einer Phasengrenzfläche mit einer Umhüllung und einem in dieser enthaltenen Fühlelement, das die Konzentration einer gewählten Dampf komponente in einer Probe mit einem Bezugswert vergleicht., der für eine gewählte parametrische Konzentration des Dampfes in der Probe repräsentativ ist, wobei das Fühlelement Mittel enthält, um die Konzentration des Dampfes in der Probe relativ zu dem Bezugswert anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine für Flüssigkeit undurchlässige Umhüllung ist, die das Fühlelement umgibt und in der Lage ist, das Fühl element so in Wirkverbindung mit einer Dampf quellphase an der Phasengrenzfläche zu bringen, daß eine repräsentative Probe des aus der Quellphase freigesetzten Dampfes genommen und an das Fühlelement weitergegeben werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühl element eine Indikatorkomponente enthält, die sichtbar auf Änderungen der Konzentration einer gewählten Dampfkomponente ansprechen kann.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der gewählten Dampf komponente um Α"τ"«;η·ΐ ak handelt.

70981 1/0939

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der gewählten Dampfkomponente um Wasserdampf handelt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikatorkomponente CobaltChlorid enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch j?, dadurch, gekennzeichnet,: daß das Fühlelement seine Farbe bei einer relativen Feuchtigkeit zwischen 5.0 und 75 % ändern kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich, bei der Indikatorkomponente um ein zerfließendes Salz ("deliquescent salt¹) handelt, das bei einer Änderung der relativen Feuchtigkeit reversibel von einem opaken in einen transparenten Zustand übergehen kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine Basis, die auf der Dampfquellphase aufliegen kann, sowie eine Abdeckung für die Basis aufweist, wobei die Basis und die Abdeckung eine verschlossene und eng sich anpassende Umhüllung bilden, die das Fühlelement enthält und für flüssiges Wasser undurchlässig und für Wasserdampf durchlässig ist, wobei die Basis eine Wasser-Dampf Übergangsrate aufweist, die mindestens um 50 % höher ist als die WasserdampfÜbergangsrate der Abdeckung, und die Abdeckung zur visuellen Beobachtung des Fühl elements eingerichtet ist.

70981 1/0939

9· Dampf überwachungseinrichtung, die in Kombination ein auf !Feuchtigkeit ansprechendes Fühl element auf einer flachen Basis sowie auf dem Fühlelement ein transparentes Deckblatt aufweist, wobei die Kanten des Deckblatts sich gleichermaßen erstrecken wie die Basis und mit dieser verbunden sind, die Basis und das Deckblatt eine das Fühlelement enthaltende Umhüllung bilden und die Basis und die Abdekkung für Flüssigkeit undurchlässig und für Dampf durchlässig sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung sich dem Fühl element eng anpaßt und die Dampf übergangsrate der Basis mindestens 50 % höher ist als die Dampfübergangsrate des Abdeckblatts.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlelement eine auf Feuchtigkeit ansprechende Indikatorkomponente ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikatorkomponente bei einer relativen Feuchtigkeit zwischen 50 und 75 % ihre Farbe ändert.

12. Dampf überwachungsvorrichtung nach Anspruch 9₅ dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Basis um ein dampfdurchlässiges hydrophobes Kissen handelt.

15· Dampf überwachungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung unter der Basis ein po-

70981 1/0939

roses Schutzblatt aufweist.

14. Dampf überwachungsvorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Indikatorkomponente eine Mischung aus Cobaltchlorid und Polyvinylpyrrolidon-Vinylacetat- -Mischpolymerisat aufweist.

15· Dampfüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fühlelement um eine dünne Schicht der Indikatorkomponente handelt, die eine Mischung aus Cobaltchlorid und Polyvinylpyrrolidon-Vinylacetat- -Mischpolymerisat aufweist, wobei die Schicht unmittelbar auf dem Deckblatt haftet.

16. Körperauflage mit einer für wässrige Flüssigkeit absorptionsfähigen Schicht und einer für Flüssigkeit undurchlässigen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Körperauflage eine Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 9 an der absorptionsfähigen Schicht aufweist, wobei mindestens ein Teil der flüssigkeitsundurchlässigen Schicht transparent ist, so daß die Überwachungsvorrichtung durch diese hindurch beobachtet werden kann.

17· Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung der Konzentration eines Dampfes an einer Phasengrenzfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man

70981 1 /0939

(a) unmittelbar von einer Dampf quellphase eine repräsentative Probe eines Dampfes an der Phasengrenzfläche nimmt,

(b) die Konzentration einer gewählten Dampfkomponente in der Probe mit einem Bezugswert vergleicht, der für eine gewählte parametrische Konzentration des Dampfes in der Probe repräsentativ ist, und

(c) die Konzentration des Dampfes in der Probe relativ zum Bezugswert anzeigt.

18. Verfahren nach Anspruch 17> dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Dampfkomponente um Wasserdampf handelt.

19· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Dampf quellphase um Erdboden, in den eine Topfpflanze eingesetzt ist, und bei der parametrischen Dampfkonzentration um die für die Topfpflanze minimale erforderliche lebenserhaltende Erdfeuchtigkeit handelt.

70981 1 /0939