DE3016302A1

DE3016302A1 - Messanordnung zur kontinuierlichen bestimmung des gasgehaltes in daempfen

Info

Publication number: DE3016302A1
Application number: DE19803016302
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 2105 Seevetal Schraud
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1980-04-28
Publication date: 1981-10-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur kontinuierlichen
Bestimmung des Gehaltes, insbesondere geringer Anteile nicht kondensierbarer Gase in Dämpfen, beispielsweise des tuftgehal tes im Wasserdampf bei Wärmebehandlungskammern für Textilien mit Dampfatmosphären und dergl.
Die bekannten kontinuierlich arbeitenden Meßverfahren wie Psychrometer, Lithiumchlorit-Feuchtemesser sind nicht für geringe Gasanteile im Bereich von 1 bis 5 % geeignet. Es wurden deshalb für diesen Bereich in neuerer Zeit diskontinuierlich arbetendende Geräte entwickelt. Da die Messungen dabei jedoch nur in größeren Zeitabständen erfolgen können, sind diese Geräte zum Erfassen schneller Zustandsänderungen und zum Regeln bisher nicht geeignet.
Durch die vorliegende Erfindung soll nun die Aufgabe gelöst werden, eine Meßanordnung zu schaffen, durch die es ermöglicht wird, den Gasanteil in Dampf- Gas- Gemischen kontinuierlich zu bestimmen und die insbesondere für die Bestimmung geringer Anteile von nicht kondensierbarem Gas in Dampf- Gas- Gemischen und bei Unterdruck, Normaldruck oder ueberdruck geeignet ist.
Der Lösung dieser gestellten Aufgabe liegt die Uberlegung zugrunde, daß bei fast allen Flüssigkeiten ein eindeutiger fast linearer Zusammenhang zwischen Sattdampftemperatur und Sattbe-/ dampfdruck, beziehungsweise Sattdampfteildruck steht. Nach dem Dalton'schen Gesetz ergibt sich der Dampfteildruck PD als Differenz zwischen dem Gesamtdruck pO und dem Teildruck der Gase pG Der Teildruck der Gase ist ihrem Volumenanteil proportional.
Bei 1% Volumenanteil ist z.B. der Dampfteildruck um den Faktor 0,99 geringer als der Gesamtdruck. Bei Wasserdampf von 1 bar absolutem Druck reduziert sich damit die Dampftemperatur um o,30C pro Vol.-% Gasanteil. Bei 10 bar absolutem Druck beträgt die t1emperaturabsenkung 0,45°C pro Vol.-% Gasanteil.
Innerhalb der durch Wetter- und Höhendifferenzen möglichen Druckschwankungen ändert sich die Temperaturabsenkung pro Vol.-% Gasanteil nicht. Wenn Druckschwankungen auftreten, stören diese nicht, wenn sie alle Meßstellen in gleicher Weise beeinflussen. Außerdem muß natürlich sichergestellt sein, daß wirklichSattlampftemperaturen gemessen werden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird nun bei einer Meßanordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die Sattdampftemperaturen des zu untersuchenden Mediums und von reinem gasfreiem Dampf gleichzeitig und bei gleichem Druck mit Meßfühlern zu messen, die über ein Gerät an sich bekannter Bauart mit Einrichtungen zur Differenzbildung der Meßwerte mit einem Anzeigegerät verbunden sind.
Dabei kann der Temperaturfühler für die Sattiampftemperatur des zu untersuchenden Mediums von einem saugfähigen Gewebeschlauch umgeben sein, dessen freies Ende in ein Gefäß ragt, in dem sich Kondensat des zu untersuchenden Mediums befindet Die gengleE.ten Meßwarte ergeben sich, wenn der Temperaturfühler für die Sattdampftemperatur in einem Rohr angeordnet ist, welches iiber einen Ringkanal mit einer Absaugevorrichtung verbunden ist und wenn der Strömungszustand des Mediums turbulent ist. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Absaugevorrichtung als mit dem zu untersuchenden Medium betriebenen Dampfstrahlinåektor auszubilden Bei einer derartigen Anordnung soll das Gefäß fiir den Flüssigkeitsvorrat zur Befeuchtung des saugfähigen Gewebeschlauches bis auf eine Öffnung in einer Trennwand zur Durchführung des Schlauches oder Schlitzes im Rohr zur seitlichen Durchführung von freien Enden des saugfähigen überzuges als geschlossener Behälter ausgebildet sein. Der Temperaturfühler für den reinen gasfreien Dampf soll am oberen Ende eines mit einem Entlüftungsventil versehenen teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behälters angebracht sein, an dessen unterem Ende ein in die Flüssigkeit ragendes der Dampfbildung im Behälteroberteil dienendes Heizelement angebracht ist Im Innenraum des Behälters soll ein mit einem an einer Traverse verschiebbar gelagerten magnetischen Fühler in Wirkverbindung stehender Schwimmer zur Regelung der Temperatur des Heizelementes vorgesehen sein. Der Behälter soll mit einem als Flüssigkeitsvorlage dienendem Behälter gleicher Abmessungen kommunizierend verbunden sein, der über eine Leitung mit dem Raum verbunden ist, in dem sich das zu untersuchende Medium befindet, Auf diese Weise wird völlige Druckgleichheit bei der Messung beider Medien erzielt. Die Behälter können aus Glasrohren bestehen, die an den oberen und unteren Enden mit Deckeln mit Dichtungen verschlossen sind, in denen der Temperaturfühler, das Ent-Iüftungsventil, das Heizelement, sowie die Verbindungsrohre angebracht sind. Eine besonders einfache Ausführung wird erreicht, wenn die Deckel durch gemeinsame Traversen am Ober- und am Unterteil der Behälter gehalten sind, die durch einen Zuganker über Federn gegeneinander gezogen sind.
An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert werden. Auf den Zeichnungen zeigen Fig. 1 das Prinzip der erfindungsgemäßen Meßanordnung, Fig. 2 die Ausbildung der Vergleichsmeßstelle für reinen gasfreien Dampf, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung des Meßfühlers im zu untersuchenden Dampfraum und Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anordnung des Meßfühlers im zu untersuchenden Dampfraum.
In Fig. 1 ist die zu analysierende Dampfatmosphäre von dem Gehäuse 10 umschlossen. Die darin gegebene Sattdampftemperatur wird von dem Temperaturfühler 11 gemessen. Die wirksame Oberfläche des Temperaturfühlers ist von einem dünnen saugfähigen Schlauch 12, wie er beispielsweise als Docht von Petroleumlampen verwendet wird überzogen. Das freie Ende des Schlauches liegt in einem Behälter 13. Die darin enthaltene Flüssigkeit 14 entspricht dem Kondensat der Dampfatmosphäre.
Der Temperaturfühler 15 für die Vergleichsmeßstelle in reinem Sattdampf ist in einem kleinen Behälter 16 angebracht, der durch eine Flüssigkeitsvorlage 17 gasdicht abgeschlossen ist und durch einen Schlauch oder ein Rohr 18 mit dem Dampfgehäuse 10 in Verbindung steht, Da im Behälter 19 der Flüssigkeitsvorlage z. B. der gleiche Flüssigkeits - stand wie im Außenbehälter 16 eingestellt ist, herrscht an der Meßstelle 15 genau der gleiche Gesamtdruck wie auch an der Meßstelle 11.
Der Meßbehälter 16 kann über das Ventil 20 vollständig entlüftet und mit Flüssigkeit gefüllt werden. Dann wi; die Flüssigkeit durch den elektrischen Heizwiderstand 21 so lange beheizt bis der obere Teil des Behälters mit Dampf gefüllt und der eingezeichnete Flüssikgeitsstand erreicht ist. In dessen Mitte ist ein Fühler 22, z. B. ein Magnetschalter angeordnet, welcher von dem Schwimmer 23 betätigt wird und den Heizstrom so lange einschaltet oder soweit reduziert, daß ein Flüssigkeitsstand innerhalb bestimmter Grenzen erhalten bleibt Beide Meßfühler 11 und 15 sind an das Gehäuse 24 angeschlossen, in welchem Einrichtungen vorhanden sind, durch welche die Differenz beider Meßwerte gebildet und falls erforderlich verstärkt wird. Wenn das Gerät bei verschiedenen Sattdampfdruckbereichen verwendet werden soll, ist auch ein Meßbereichsumschalter 25 vorgesehen. Der ausgehende Meßwert kann an einem Anzeigeinstrument 26 abgelesen werden. Es kann auch ein Anschluß von Meßwertschreibern und Regelgeräten vorgesehen werden.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für die Einrichtung zur Erzeugung reinen Sattdampfes für die Vergleichsmeßstelle dargestellt. Die Mäntel der Behälter 16 und 19 bestehen aus Glasrohren um die Vorgänge im Innern kontrollieren zu können. An den Enden der Rohre sind Metalldeckel 27 aufgesetzt und mit elastischen Ringen 28 abgedichtet. Der erforderliche AnprBßdruck wird von einem Zuganker 29 über Tellerfedern 3O erzeugt und auf die Deckel durch die Traversen 31 übertragen.
In die Deckel sind der Heizwiderstand 21 und der Temperaturfühler 15 eingeschraubt. Ferner sind mit den Deckeln die erwähnten Anschlüsse verbunden. Der Magnetfühler 22 zur Niveauregelung ist am Zuganker 29 in der-Höhe einstellbar befestigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 für die Messung der Sat,tdampftemperatur ist innerhalb des Gehäuses 10 ein Meßfühler 11 mit einem Flansch an der Gehäusewand befestigt.
Ein hohler Docht überzieht den empfindlichen Teil des Fühlers und saugt aus der Flüssigkeit 14 im Behälter 13 an.
Verdampfte Flüssigkeit wird aus den Behältern 32 und 33 ersetzt.
Um die Menge der bei Überhitzung der Dampfatmosphäre verdampfenden Flüssigkeit gering zu halten, ist der Durchtritt des Dochtes durch eine Trennwand 34 abgedichtet. Der stabförmige Meßfühler 11 ist von einem konzentrischen Rohr 35 umschlossen.
Die zu analysierende Dampf atmosphäre strömt durch Öffnungen 36 in den Ringspalt ein und wird durch Öffnungen 37 über einen Ringkanal 38 abgesaugt. Damit ergeben sich sehr konstante Strömungsverhältnisse und eine erhöhte Meßgenauigkeit. Zum Durchsaugen der Dampfatmosphäre wird beim vorliegenden Beispiel ein kleiner Dampf strahlinjektor benutzt. Als Treibmittel dient ein kleiner Teil der meist ohnehin erforderlichen Dampf zufuhr. Der Dampf strahl strömt aus der Düse 40 in den Diffusor 41 und reißt dabei di.e angesaugte Dampfmenge mit.
Bei der in Fig 4 dargestellten alternativen Ausführung für den Fühler im Dampfraum wird zur Befeuchtung der Oberfläche ein gefalteter Gewebestreifen 12 benutzt, in welchem durch zwei Nähte eine Tasche für den Temperaturfühler gebildet wurde. Dadurch, daß beide Enden in den Flüssigkeitsvorrat 14 eintauchen, bleibt die Meßstelle auch bei hoher Verdunstungsgeschwindigkeit feucht.
Zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind zahlreiche Varianten möglich. Auch ist es z. B. prinzipiell möglich, die zu unzersuchende Dampfatmosphäre durch einen Kühler oder durch eine Flüssigkeitsvorlage zum Meßfühler zu saugen um eine eventue lle Überhitzung zu beseitigen. In diesem Fall braucht der Meßfühler 11 dann keine Befeuchtung seiner Oberfläche.

Claims

SeBanordnung zur kontinuierlichen Bestimmung des Gasgehaltes in Dämpfen Patentansprüche 1. MeBanordnung zur kontinuierlichen Bestimmung des Gehaltes, insbes. geringer Anteile nicht kondensierbarer Gase in Dämpfen, beispielsweise des Luftgehaltes im Wasserdampf bei Wärmebehandlungskammern für Textilien mit Dampfatmosphäre und dergl., dadurch gekennzeichnet, daß die Sattdampftemperaturen des zu untersuchenden Mediums und von reinem gasfreiem Dampf gleichzeitig und bei gleichem Druck mit Meßfühlern (11, 15) gemessen werden, die über ein Gerät (24) an sich bekannter Bauart mit Einrichtungen zur Differenzbildung der Meßwerte mit einem Anzeigegerät (26) verbunden sind.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (11) für das zu untersuchende Medium von einem saugfähigen Material (12) umgeben ist, dessen freie Enden in ein Gefäß (1.3) eintauchen, in dem sich Kondensat des zu untersuchenden Mediums befindet.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (11) in einem mit Durchtrittsöffnungen (36) für das zu untersuchende Medium versehenen Rohr (35) angeordnet ist, welches über einen Ringkanal (38) mit einer Absaugevorrichtung (40, 41) verbunden ist.

4. Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugevorrichtung ein mit dem zu untersuchenden Medium betriebener Dampfstrahlinjektor (40, 41) ist.

5. Meßanordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (13) für den Blüssigke-itsvorrat (14) zur Befeuchtung des saugfähigen Gewebeschlauches (12) als bis auf eine Öffnung in einer Trennwand (34) zur Durchführung des Schlauches und eine Öffnung zur Verbindung des Behälters mit Vorratsbehältern (32, 33) für Benetzungsflüssig keit für den Schlauch geschlossener Behälter ausgebildet ist.

6. Meßanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (15) für den reinen gasfreien Dampf am oberen Ende eines mit einem Entlüftungsventil (20) versehenen teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Behälters (16) angebracht ist, an dessen unterem Ende ein in die Flüssigkeit ragendes der Dampfbildung im Behälteroberteil dienendes Heizelement (21) angebracht ist 74 Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Behälters (16) ein mit einem an einer Traverse (29) verschiebbar gelagerten magnetischen Fühler (22) in Wirkverbindung stehender Schwimmer (22) zur Regelung der Temperatur des Heizelementes (21) vorgesehen ist.

8. Meßanordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (16) mit einem als Flüssigkeitsvorlage dienenden Behälter (19) gleicher Abmessungen kommunizierend verbunden ist, der über eine Leitung (14) mit dem Raum verbunden ist, in dem sich das zu untersuchende Medium befindet.

9. Meßanordnung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (16, 19) aus Glasrohren bestehen, die an den oberen und unteren Enden durch Deckel (27) mit Dichtungen (28) verschlossen sind, in denen der Temperaturfühler (15), das Entlüftungsventil (20), das Heizelement (21), sowie die Verbindungsrohre angebracht sind.

10. Meßanordnung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel (27) durch gemeinsame Traversen (31) am Ober- und am Unterteil der Behälter (16, 19) gehalten sind, die durch einen Zuganker (29) über Federn (30) gegeneinander gezogen sind.