DE29906390U1 - Meßzelle zum Messen des Feuchtegehaltes von Gasen - Google Patents
Meßzelle zum Messen des Feuchtegehaltes von GasenInfo
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Description
Klaus Gerhard
Bergstraße 25
63825 Blankenbach
63825 Blankenbach
G 324
07. Apr. 1999
mü/af
Meßzelle zum Messen des Feuchtegehaltes von Gasen
Meßzelle zum Messen des Feuchtegehaltes von Gasen
Die Erfindung betrifft eine Meßzelle für ein Gerät zum Messen des Feuchtegehaltes von Gasen mit einem von dem zu messenden Gas
durchströmbaren Gehäuse mit Einlaß- und Auslaßmitteln für das Meßgas und einer in dem Gehäuse vorgesehenen Meßfühleranordnung mit mindestens
einem Meßfühler mit einem Isolatorkörper, der an seiner Oberfläche mit einem hykroskopischen Elektrolytfilm versehen ist, und mindestens einer
Elektrodenwicklung mit einem Paar um den Isolatorkörper gewickelter und in den Elektrolytfilm eingebetteter, beabstandeter Elektrodendrähte, die mit durch
das Gehäuse nach außen geführten elektrischen Anschlüssen versehen sind, für
das Anlegen einer Meßspannung an die Elektrodenwicklungen.
In verschiedenen Industriezweigen, wie bei der Gasherstellung und bei
Kältemittelherstellern, um nur einige zu nennen, kommen Gase zum Einsatz, die typischerweise einen Restfeuchtegehalt aufweisen, den es zu bestimmen
gilt, um ggf. weitere Maßnahmen einleiten zu können, wie Einschaltung einer Trocknerstufe oder dergleichen, wenn der Restfeuchtegehalt einen bestimmten
Betrag übersteigt. Das gleiche gilt für Industrien, bei denen die Luftfeuchte einen bestimmten Betrag nicht überschreiten darf.
Es ist neben kapazitiven Feuchtemessern ein auf einem chemischen Meßprinzip
beruhendes Gerät zur Messung des Restfeuchtegehaltes in Gasen bekannt, das eine zylindrische Meßzelle besitzt, die einen Träger aus isolierendem Material
mit einem Elektrolytfilm aufweist, in welchem zwei parallel um den Träger gewickelte Platinenelektroden eingebettet sind, sowie die am Zylindermantel
einen Einlaß und einen Auslaß für das Meßgas aufweist. Trifft nun das seitlich
einströmende Meßgas in der Meßzelle auf den Elektrolytfilm, so wird die im
Meßgas vorhandene Feuchte von dem Elektrolyt teilweise absorbiert und an den Platinelektroden aufgrund einer an sie angelegten Gleichspannung in
Wasserstoff und Sauerstoff durch Elektrolyse zerlegt. Die Stromstärke, welche zur Elektrolyse des absorbierten Wasserdampfes erforderlich ist dient als Maß
für die Feuchtekonzentration im Meßgas. Dabei muß eine konstante Strömungsmenge an Meßgas eingehalten werden, da die vorstehende Messung
in ihrer Genauigkeit strömungsabhängig ist.
Das bekannte Gerät, das auch als Elektrolyse-Hygrometer bezeichnet wird,
erlaubt eine Messung der Feuchte in allen neutralen und sauren Gasen; es ist dabei ein besonders robustes Gerät, welches auch in extrem korrosiven Medien
eingesetzt werden kann. Das besonders unempfindliche chemische Meßprinzip garantiert jahrelang exakte Meßwerte ohne großen Warnings- bzw.
Kostenaufwand.
Es hat sich gezeigt, daß das bekannte Gerät bei längerem Betrieb plötzlich
auftretende Feuchtespitzen nicht mehr deutlich erkennen kann. Ferner ist die prozentuale Umsetzungsmenge an meßwirksamer Feuchte beschränkt. Sie liegt
bei etwa 30%. Dadurch ist auch der Anfangsabschnitt des Meßbereichs (geringer Feuchtegehalt) relativ-nicht-linear ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Gerät zur
Messung des Feuchtegehalts in Gasen so auszubilden, daß es auch bei längerem Betrieb plötzlich auftretende Feuchtespitzen deutlich erkennen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein derartiges Gerät eine
Meßzelle vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei Elektrodenwicklungen vorgesehen sind, die über ihre elektrischen Anschlüsse
unabhängig voneinander mit einer Meßspannungsquelle verbindbar sind.
Mit einer derartigen Meßzelle ist es möglich, beide Meßfühler mit Meßgas zu
beaufschlagen, jedoch wahlweise nur in einem der Meßfühler die Elektrolyse
durchzuführen. Bevor eine Meßzelle sich "erschöpft" bzw. "sättigt" wird dann mit einer Überlappungszeit von ca. 10 Minuten die andere Meßzelle durch
Anlegen der Gleichspannung aktiviert, wobei die Auswerteeinheit in der Zeit der Überlappung so geschaltet ist, daß ein Mittelwert aus den Meßwerten
beider Meßzellen gebildet wird.
Werden die Meßgase in geeigneter Weise durch die Meßzelle geführt, kann
eine Umsetzung der im Meßgas enthaltenen Feuchte von ca. 60% erreicht werden, so daß es möglich ist, den Anfangsabschnitt des Meßbereiches, der im
ppb-Bereich liegt weitgehend zu linearisieren. Neben dem üblichen ppb-Bereich
steht damit auch ein ppb-Meßbereich zur Verfugung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben. Weitere Einzelheiten werden anhand
der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Bei der in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist die Meßfühleranordnung 4 in einem Gehäuse 1 angeordnet, das mit Einlaß- und
Auslaßmitteln 2,3 für ein Meßgas ausgestattet ist. Die Meßfühleranordnung 4 umfaßt zwei Meßfühler 5,6, die übereinander auf einem Isolatorkörper 7
angeordnet sind, der auf seiner Oberfläche mit einem hykroskopischen
Elektrolytfühler versehen ist. Die Meßfühler 5,6 weisen je eine Elektrodenwicklung 8,9 auf, die paarweise um den Isolatorkörper 7 gewickelt
und in den Elektrolytfilm eingebettet sind. Über nach außen geführte elektrische Anschlüsse 10,11,12 können die Elektrodenwicklungen 8,9
unabhängig voneinander mit einer Meßspannungsquelle verbunden werden. Im Hinblick auf die bei längerem Gebrauch beobachtete Erschöpfung bzw.
Sättigung werden die beiden Meßfühler 5,6 periodisch abwechselnd mit der Meßspannungsquelle verbunden, so daß jeweils einer des Fühlers 5,6 für die
laufenden Messung zur Verfügung steht, während sich der andere in einer Art
Regenerationsphase befindet. Das Umschalten erfolgt zweckmäßigerweise, wie bereits erwähnt, mit einer gewissen Überlappungszeit während der die
Meßwerte beider Meßfühler 5,6 gemittelt werden.
Die Ausführungsform gemäß Figur 2 unterscheidet sich von denjenigen gemäß
Figur 1 dadurch, daß am Gehäuse 1 nur ein Einlaßmittel 2 und zwei Auslaßmittel 3a,3b für das Meßgas vorgesehen sind. Die Meßfühler 5,6 sind
auf Isolatoren 7a, 7b nebeneinander angeordnet und wiederum über elektrische Anschlüsse 10,11,12 mit einer Meßspannungsquelle verbindbar. Die
elektrischen Anschlüsse 10,11,12 verlaufen wie bei der Ausführungsform
gemäß Figur 1 durch das Gehäuse 1 und ein Sockelteil 13. Die Elektrodenwicklungen sind wiederum mit 8 und 9 bezeichnet. Zur Führung des
Gasstroms innerhalb des Gehäuses 1 ist eine Abtrennung 14 vorgesehen, durch die das Gehäuse 1 in zwei Teilkammern la,Ib unterteilt wird. Ferner sind
Strömungsführungsmittel 15,16 für das eintretende Meßgas vorgesehen, mittels derer das eintretende Meßgas zunächst nach unten und danach von unten nach
oben an den Elektrodenwicklungen 8,9 vorbei zu den am Gehäuse 1 diametral gegenüberliegenden Auslaßstutzen 3a, 3b geführt wird.
Selbstverständlich sind weitere Anordnungsmöglichkeiten für die beiden
erfindungsgemäß vorgesehenen Elektrodenwicklungen 8,9 denkbar. Maßgebend ist, daß sie von etwa gleich großen Teilströmen des Meßgases beaufschlagt und
elektrisch unabhängig voneinander einschaltbar sind. Auf diese Weise kann wie erwähnt - nicht nur eine dauerhaft exakte Messung durchgeführt werden,
es kann auch der Meßbereich erweitert werden.
Claims (10)
1. Meßzelle für ein Gerät zum Messen des Feuchtegehaltes von Gasen mit
einem von dem zu messenden Gas durchströmbaren Gehäuse (1) mit Einlaß- und Auslaßmitteln (2,3) für das Meßgas und einer in dem
Gehäuse (1) vorgesehenen Meßfühleranordnung (4) mit mindestens einem Meßfühler (5,6) mit einem Isolatorkörper, der an seiner
Oberfläche mit einem hykroskopischen Elektrolytfilm versehen ist, und
mindestens einer Elektrodenwicklung (8,9) mit einem Paar um den Isolatorkörper (7) gewickelter und in den Elektrolytfilm eingebetteter,
beabstandeter Elektrodendrähte, die mit durch das Gehäuse (1) nach
außen geführten elektrischen Anschlüssen (10,11,12) versehen sind, für das Anlegen einer Meßspannung an die Elektrodenwicklungen (8,9),
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektrodenwicklungen (8,9) vorgesehen sind, die über ihre elektrischen Anschlüsse (10,11,12)
unabhängig voneinander mit einer Meßspannungsquelle verbindbar sind.
2. Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Elektrodenwicklungen (8,9) im Abstand voneinander auf einem gemeinsamen Isolatorkörper (7) angeordnet sind.
3. Meßzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einlaßmittel (2) für das Meßgas zwei Einlaßstutzen (2a, 2b) aufweisen, von denen je einer auf eine der Elektrodenwicklungen (8,9) gerichtet
ist.
4. Meßzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßmittel für das Meßgas einen einzigen Auslaßstutzen (3)
aufweisen, der an der den Einlaßstutzen (2a,2b) abgewandten Seite der
Elektrodenwicklungen (8,9), etwa auf der Höhe zwischen diesen, angeordnet ist.
5. Meßzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) in etwa zylinderförmig stehend ausgebildet ist, der Isolatorkörper (7) zylindrisch ausgebildet und
stehend im Gehäuse (1) angeordnet ist, die elektrischen Anschlüsse (10,11,12) an einem unteren Sockel (13) des Gehäuses (1) vorgesehen
sind und die Einlaß- und Auslaßmittel (2,3) für das Meßgas seitlich in
der Zylinderwand des Gehäuses (1) vorgesehen sind.
6. Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Elektrodenwicklungen (8,9) auf getrennten Isolatorkörpern (7a,7b) angeordnet sind, die je in einer Teilkammer (la, Ib) des Gehäuses (1)
angeordnet sind.
7. Meßzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßmittel für das Meßgas einen einzigen Einlaßstutzen (2) aufweisen,
der strömungsmäßig mit beiden Teilkammern (la,Ib) in Verbindung steht, und daß die Auslaßmittel für das Meßgas je einen getrennten
Auslaßstutzen (3a,3b) für jede der beiden Teilkammern (la, Ib) aufweisen.
8. Meßzelle nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein in etwa zylindrisches Gehäuse, zwei darin stehend nebeneinander angeordnete,
zylindrische Meßfühler (5,6), die eine Teilkammern (la,Ib) bildende
Abtrennung (14) zwischen den Meßfühlern (5,6), einen Meßgaseinlaßstutzen (2) am Kopf des Gehäuses (1),
Strömungsführungsmittel (15,16) für das eintretende Meßgas für dessen Verteilung von unten her in die beiden Teilkammern (la,Ib), je einem
seitlichen Meßgas-Auslaßstutzen (3a,3b) für jede der Teilkammern
(la, Ib) in Höhe des oberen Endes jedes Meßfühlers (5,6) und
elektrischen Anschlüssen (10,11,12) an einem unteren Sockel (13) des Gehäuses (1).
elektrischen Anschlüssen (10,11,12) an einem unteren Sockel (13) des Gehäuses (1).
9. Meßzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Teilkammern (la,Ib) durch glockenartige Hülsen (15,16) über den
Meßfühlern gebildet sind, die gleichzeitig als Strömungsfuhrungsmittel dienen.
Meßfühlern gebildet sind, die gleichzeitig als Strömungsfuhrungsmittel dienen.
10. Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sie für eine Gesamtmeßgasdurchflußmenge von 100 Nl/h ausgelegt ist.
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| DE29906390U DE29906390U1 (de) | 1998-05-08 | 1999-04-10 | Meßzelle zum Messen des Feuchtegehaltes von Gasen |
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1999
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| DE29808249U1 (de) | 1998-07-16 |
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