DE2851686C2

DE2851686C2 - Verfahren zum Bestimmen der relativen Feuchte von Gasen

Info

Publication number: DE2851686C2
Application number: DE2851686A
Authority: DE
Inventors: Vejo Vantå Antikainen; Jouko Klaukkala Jalava; Eero Dipl.-Ing. Helsinki Salasmå
Original assignee: Vaisala Oy
Current assignee: Vaisala Oy
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1981-10-01
Also published as: JPH0151771B2; IT7830461A0; ZA786573B; JPH0340334B2; FI58402C; FI58402B; FR2410821A1; FR2410821B1; DE2851686A1; IT1100442B; BR7807935A; AU4203378A; GB2011093A; JPS6263852A; FI773680A; JPS5494090A

Description

Die Erfindung bezieht sich a'-:i ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren der genannten Gattung ist durch den Feuchtegeber aus der US 33 50 941 bekannt. Dort ist zwar eine Erwärmung des Feuchtegebers auf eine Temperatur, die größer als die Temperatur der Umgebung ist, erwähnt, jedoch nur als die Messung störender Faktor.

Auch in dem finnischen Patent 48 229 ist ein kapazitiver Feuchtegeber beschrieben, der als dielektrisches Material eine Polymerschicht hat,deren Dielektrizitätskonstante eine Funktion der Wassermenge ist, die von der Polymerschicht absorbiert wird. Bei solchen auf Impedanzänderung beruhenden Feuchtegebern treten insbesondere bei der Messung von großen Feuchtegehalten unerwünschte Erscheinungen auf. Derartige Erscheinungen sind u.a. langsames Kriechen des Gebers, das durch verschiedene Ursachen hervorgerufen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine größere Gebergeschwindigkeit als bisher und eine Verbesserung der Meßgenauigkeit, insbesondere bei großer, z. B. über 9O°/oiger relativer Feuchte zu erreichen und insbesondere ein Kriechen des Gebers auf ein Minimum .herabzudrücken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Weiterbildung gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs I gelöst.

Die Lösung hat insbesondere den Vorteil, daß auch bei großen relativen Feuchten ein genaues Meßergebnis erhalten werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - hier ein kapazitiver Feuchtegeber - ausführlich erläutert. Es zeigt Fig, J eine Ausführung des Ausführungsbeispiels in

schematisier Darstellung, teilweise als Teilschema,

Fig,2 den Schnitt H-II der Fig. 1 des eigentlichen Feuchtegebers,

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Feuchtegeber ist an sich aus dem finnischen Patent 48 229 des Antragstellers

ίο bekannt Als Boden des Gebers 10 dient eine bezüglich Wasserabsorption passive Grundplatte 11, wie z. B, eine Glasplatte, Auf der Grundplatte 11 ist auf eine Weise, die von der Dünnschichttechnik her bekannt ist durch Metallisieren ein Grundkontakt 12 angebracht an dem

is durch Lötung 16 Kontaktkabel 21 befestigt sind, durch die die Kapazität gemessen und mit einem Gerät angezeigt wird, das in F i g. 1 schematisch durch die Felder 20 und 22 dargestellt ist Der Geber 10 hat als aktiven Stoff eine dünne Polymerschicht 13, z. B. mit einer Stärke in der Größenordnung von ca. ΙΟμπι. Durch Vakuumbedampfung, Aufspritzen oder chemische Bildung ist auf die Polymerschicht 13 ein wasserdurchlässiger Oberflächenkontakt 14 aufgetragen, der mit keinem der beiden Grundkontakte 12 galvanischen Kontakt hat. So wird die zu messende Kapazität Cm im Bereich d und e (F i g. 2) durch die Serienschaltung der zwischen den Grundkontakten 12 und Oberflächenkctrjtakten 14 entstehenden Kapazitäten gebildet

ίο Bei der Absorption der Wassermoleküle durch das feuchtigkeitsempfindliche Material der Schicht 13 erfolgt die Wasserbindung durch zwei verschiedene Vorgänge. Die eine Bindung erfolgt auf molekularer Ebene, wobei sich ein schneller und im allgemeinen

linearer Widerstand in Form der Änderung der Kapazität Cm ergibt Unter sehr feuchten Bedingungen, im allgemeinen bei über 90%iger relativer Feuchte, findet der zweite Vorgang, der sog. Anschwelleffekt statt bei dem Wasser im feuchtigkeitsempfindlichen

■to Material der Schicht 13 sozusagen in Taschen gebunden wird. Dieser Effekt ist im Charakter erheblich langsamer als der vorher beschriebene Vorgang und hat beim Messen großer Feuchten den Nachteil, daß der Geber kriecht Eine weitere Begleiterscheinung ist die Verschlechterung des Verlustwinkels der Geberkapazi* tat, was bei einigen Ausführungsbeispielen zur Verminderung der vorliegenden unerwünschten nachteiligen Einflüsse der Vorgänge auf später deutlich werdende Weise aktiv ausgenutzt wird.

Nach F i g. 1 wird über die Kontaktkabel 21 ein Meßstrom / mit geeigneter Frequenz in den Meßgeber gespeist und die Größe dieses Stromes wird als Grundlage der am Geber 10 zu messenden Feuchte verwendet. Aus den vorher beschriebenen Gründen ist

v> die durch die Kontakte 16 sichtbare Impedanz Zm besonders bei großen Feuchtewerten keine reine Kapazität, sondern sie hat eine bestimmte Widerstandskomponente, so daß für die zu messende Kapazität

7.» = A₀ +

jwC

(Reihenschaltung von Widerstand und Kapazität als Ersatzschaltung) geschrieben werden kann, wobei Ro den Verlustwinkel des dielektrischen Polymeren und Cm die kapazitive Komponente der zu messenden Impedanz bedeutet. Bei großen Feuchten wächst die Verlustwiderstandskomponente /?n durch den Einfluß

des Anschwelleffektes und die in der Widerstandskomponente Hq des Kondensators entstehende, den Geber erwärmende Verlustleistung ist W = PRa, wobei / der Effektivwert des Meßstromes ist.

Die Heizung des Gebers kann sich entweder so auswirken, daß die vom Geber angesaugte nachteilige Feuchte schneller bei steigender Temperatur aus dem feuchtigkeitsempfindlichen Material entweicht und/oder so, daß der Geber mit einer Temperatur, die etwas größer ist als die Temperatur seiner Umgebung, die ihn unmittelbar umgehende Luftschicht erwärmt, wobei die an der Grenzfläche vorhandene relative Feuchte nicht auf so große Werte, die die Funktion des Gebers beeinträchtigen, ansteigen kann.

Nach F i g. 1 erfolgt die Heizung der Isolierschicht 13 des Gebers 10 durch den Strom /, der in den Geber selbst gespeist wird und gleich dem Meßstrom des Gebers ist, sowie durch die Verursachung von Verlusten im dielektrischen Material der Meßkapazität, also in der Schicht 13. In der Praxis erfolgt die betreffende Heizung nach F i g. 1 so, daß die Speisespannung i/des Gebers 10 auf ein für das Verfahren geeignßt hohes Niveau angehoben wird. Bei dieser Ausführungsform besteht der Vorteil darin, daß sich der Geber 10 bei großen Feuchten (relativ großer Verlustwiderstand %) selbstregelnd mehr erwärmt und bei kleinen Feuchten Erwärmung und Verluste geringer sind, wobei die Heizung nicht erforderlich ist. Somit verursacht die Heizung bei kleinen Feuchten keinen wesentlichen Fehler oder Korrekturbedarf in der Feuchtemessung.

Nach F i g. 2 wird das Verfahren so angewendet, daß die Temperatur T₁ des dielektrischen Materials mit dem an der Isolierschicht 13 angebrachten Temperaturgeber 15 gemessen wird und diese Messung auf geeignete Weise bei der Heizung der Isolierschicht 13 ausgenutzt wird (Anschluß 18). In der Praxis geschieht dies so, daß die Speisespannung Uaufgrund der Temperatur T₁ nach einer in der Praxis als geeignet erwiesenen Abhängigkeit geregelt wird.

Außerdem wird nach Fig, 1 mit dem Meßgeber 17 die Umgebungstemperatur 7J des Gebers 10 gemessen und diese Meßangabe wird zu den Meßgeräten 20 geleitet und auf geeignete Weise zur Regelung der Heizung des Gebers i0 verwendet. In Fig, 1 ist das Anzeigegerät für die relative Feuchte (RH) durch Feld 22 dargestellt

Es kann ein Geber 10 oder ein anderer entsprechender Geber auch auf andere Weise als mit dem eigenen Meßstrom des Gebers geheizt werden. Die Heizung kann z. B. so erfolgen, daß auf dem Substrat 11 des Gebers 10 z.B. durch Metallisieren ein besonderer Heizwiderstand angebracht wird, in den ein Strom geleitet wird, dessen Größe zweckmäßig den anderen Größen entsprechend geregelt ist

Die Heizung kann auch durch andere am Geber angebrachte Heizelemente oder sogar durch äußere Strahlung ausgeführt werden.

Für die Regelung der Heizenergie kann, wie vorher deutlich wurde, die vom Feuchtegeber selbst abgegebene Feuchteintormadon verwendet 'i«rden. Außerdem können zur Heizenergieregeiung die in -!en genannten Temperaturen Ti und 7o enthaltenen Informationen verwendet werden, z. B. so, daß das Meßergebnis bei großen wie bei über 90%igen relativen Feuchten durch ein Signal korrigiert wird, das der Temperaturdifferenz ΔΤ= Τ,— To proportional ist.

Bei einigen Ausführungen ist vorteilhaft, daß die in Heizung für die Dauer der Feuchtemessung abgeschaltet wird und während der übrigen Zeit so eingeschaltet ist daß die nachteilige Bindung von Wassermolekülen verhindert wird.

Das geschilderte Verfahren eignet sich auch für die

j5 Verwendung in Feuchtegebern anderen Typs, bei denen eine bessere Beherrschung der vorher behandelten und deutlich gewordenen nachteiligen Erscheinungen als bisher verlangt wird.

Hierzu 1 Blau Zcichniiimcn

Claims

Patentansprüche;

\_r Verfahren mm Bestimmen der relativen Feuchte von Gasen durch Messen der elektrischen Impedanz einer dünnen Schicht 3us einem organischen Polymer, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf eine Temperatur aufgeheizt wird, bei der im wesentlichen kein Kriechen des Meßwertes mehr stattfindet
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung als monoton wachsende Funktion der Feuchte gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hetzen während der Feuchtemessung unterbrochen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (TJ der Schicht und/oder die Temperatur (T₀) des Gases gemessen werden und diese Meßgröße bzw. -größen zur Korrektur der Feuchtemeßwerte verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizen mit einem getrennten Heizwiderstand erfolgt
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizen durch den Meßstrom selbst erfolgt.