DE3106887A1 - Verfahren und vorrichtung zur anzeige eines taupunktes oder dergleichen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur anzeige eines taupunktes oder dergleichenInfo
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Description
Bnui ms* * Jf mire. ** " Patentanwälte und
- PpliMÄNÄ '"-*-:" *"' -■* Dipl.-Ing. H. Tiedtke
■ c ui.mMn η ^. Dipl.-Chem. G. Bül
Dipl.-Ing. R. Kinne
Π C Q Q 7 Dipl.-Ing. R Grupe
UOOO/ Dinl -Ine B Pßllm;
Dipl.-Ing. B. Pellmann
Bavarlaring 4, Postfach 202403
8000 München 2
Tel.: 089-539653
Telex: 5-24845 tipat
cable: Germaniapatent München
24. Februar 1981 DE 1063/ case FI-800.623
Vaisala Oy
Helsinki / Finnland
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Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige eines Taupunktes
odor dergleichen
130062/0578
Oeulscho Bank (München) KIo 51-'61OiO Drcüdnnr Bank (Mimchenl KIo. 3939844 Postscheck (München) KIo. 670-43-804
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anzeige eines Taupunktes oder dergleichen.
5
5
Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Bisher sind mehrere verschiedene Verfahren zur Anzeige des Taupunktes bekannt. Zu den wichtigsten davon gehören
das optische Verfahren/ bei dem kondensierte Feuchtigkeit die Spiegelungseigenschaften verändert, das radioaktive Verfahren,
bei dem kondensierte Feuchtigkeit die Absorption von <X - und
/^-Strahlen verändert und das kapazitive /resistente Verfahren,
bei dem kondensierte Feuchtigkeit die Kapazität/Resistenz einer Oberflächenfingerkonstruktion verändert.
Die bekannten Verfahren haben jedoch einige Nachteile, die ihrerseits die Veranlassung zur vorliegenden Erfindung
gaben. Ein Nachteil bei dem optischen Verfahren besteht darin, daß dessen Spiegel verschmutzungsanfällig ist und unter
aggressiven Verhältnissen zur Korrosion neigt. Spiegelndes Eis kann auch verfälschte Ergebnisse verursachen. Beim radioaktiven
Verfahren oder dergleichen ist eine1Strahlenquelle
und ein empfindlicher Detektor erforderlich, wodurch die Ausführung
des Verfahrens sehr teuer wird.
Zur Beseitigung genannter Nachteile und zur Erreichung
der später erläuterten Ziele, ist für das Verfahren der Erfindung im wesentlichen charakteristisch, daß die Anwesenheit
von Feuchtigkeit oder ähnlicher Flüssigkeit mit einem piezoelektrischen oder ähnlichen Geber wahrgenommen wird, an
dessen Oberfläche akustische Oberflächenwellen hervorgerufen werden und die Oberfläche so gestaltet ist, daß sie empfind-5
lieh gegen Kondensation oder Anwesenheit von festzustellender
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Feuchtigkeit oder Flüssigkeit ist, die durch Messung eines mit Oberflächenwellen verbundenen Parameters festgestellt
wird.
Für die Vorrichtung der Erfindung ist ihrerseits im wesentlichen charakteristisch, daß die Vorrichtung aus einem
Substrat, in dem sich eine Oberflächenwelle fortpflanzen kann und zur Erzeugung und möglicherweise Darstellung von Oberflächenwellen
aus an der Oberfläche des genannten Substrates angebrachten Konstruktionen besteht, deren Funktion auf der Piezoelektrizität
entweder des Substrates oder eines damit verbundenen anderen Materials beruht und daß genannte Konstruktionen
ein oder mehrere aus leitfähigem Material hergestellte Elektrodenprofile (11, 12, 13, 14, 15) enthalten, in die
durch daran angebrachte Kontakte Wechselstromleistung eingespeist und möglicherweise vom Geber abgenommen wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verändert die
kondensierte Feuchtigkeit die elastischen Eigenschaften des Materials und diese Veränderung wird mit Hilfe einer über die
als Geber arbeitende Fläche verlaufenden, akustischen Oberflächenwelle
(SAW) dargestellt. Die kondensierte Feuchtigkeit verursacht eine Änderung z. B. in der Dämpfung und/oder Lauf-■
zeit einer akustischen Oberflächenwelle.
^-\ . Das Substrat des Gebers braucht nicht aus piezbelektrischenT^M^terial
zu sein, es reicht aus, wenn das Substrat aus einem Mate'r-ia^l besteht, in dem sich eine akustische Welle
fortbewegen kann, "^ßej^dieser Varianten Konstruktion wird
die Oberflächenwelle über ein ""itrtt-.jiem Substrat verbundenes
piezoelektrisches Material (z. B. eine piezöeleTcErxsch'e
Schicht) erzeugt.
Die Erfindung bietet für die Praxis wichtige Vortei"
Ie, von denen die bedeutendsten im folgenden aufgezählt werden:
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- der Geber kann aus sehr stabilem Material (ζ. Β Quarz) hergestellt
werden, wodurch Korrosionsprobleme vermieden werden,
- der Geber kann bei hohen Temperaturen verwendet werden und - die Oberfläche kann durch zeitliches Erhitzen auf eine hohe
Temperatur gereinigt werden.
Letztgenannte Eigenschaften sind z. B. bei der Feuchtigkeitsmessung
von Rauchgasen erforderlich.
Zu den Vorteilen der Erfindung gehört, daß mit ihr eine durch Kondensation herbeigeführte Dämpfungsänderung unabhängig
von einem durch mögliche Kontamination verursachten Grundniveau dargestellt werden kann. Die Funktion muß dann
zyklisch sein oder es muß ein Vergleichselement verwendet werden, in dem die Kondensation verhindert wird. Eine Funktion
dieser Art ist z. B. bei der optischen Darstellung des Taupunktes schwer durchführbar.
Erfindungsgemäß kann eine akustische Oberflächenwelle zur Darstellung des Taupunktes durch piezoelektrischen Effekt
direkt auf Quarz erzeugt werden. Bekannt sind mehrere Konstruktionen, mit denen Schaltungen vom elektrischen Feld zu
akustischen Oberflächenwellen ausführbar sind. Bei einer Viel verwendeten Konstruktion wird das zur Wellenerzeugung
erforderliche elektrische Feld mit ineinandergefügten Metallelektroden erzeugt, die mit Hilfe der Folientechnik und der
Photolithographie hergestellt sind.
Im folgenden wird der physikalische Hintergrund der Erfindung kurz behandelt.
Eine akustische Oberflächenwelle wird in
Wechselwirkung mit thermischen Schwingungen des Materials, durch Zerstreuung aufgrund von Diskontinuierlichkeiten an
5 der Oberfläche sowie in Mediumschaltung gedämpft.
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310688?
1 Das erfindungsgemäße Verfahren beruht bezüglich der
Dämpfungsänderung auf den beiden letztgenannten Erscheinungen. Da die Geschwindigkeit einer akustischen Welle in Flüssigkeiten
wesentlich kleiner ist als in Feststoffen, sind die
5 beiden letztgenannten Dämpfungsarten im Falle kondensierten Wassers besonders stark.
Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf einige in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellte
10 Ausführungsbeispiele, auf deren Einzelheiten die Erfindung nicht beschränkt ist, ausführlich beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtungskombination zur Ausführung des erflndungs-15
gemäßen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein
Oberflächenprofil eines Oberflächenwellen-Umformers .
20
20
Fig. 3 zeigt den Teilschnitt III-III der Fig. 1
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die .Ausführung
der Steuerelektronik der erfindungsge-25 mäßen Vorrichtung.
Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab die Veränderung der Größe von Taupunkttropfen
für drei verschiedene Beispielsfälle 30 a, b und c.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsart einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
3 5 Fig. 7 zeigt als Blockschema eine andere Aus-
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führungsart der Elektronik einer erfin
dungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 8 zeigt die Tätigkeit des Gebers als Funktion der Zeit, wobei die durch Dreiecke
gekennzeichnete Kurve die Tätigkeit der Vorrichtung ohne Belüftung und die durch Kreise gekennzeichnete Kurve die
Tätigkeit der Vorrichtung mit Belüftung darstellt.
Nach Fig. 1 sind an dem piezoelektrischen Substrat 10 auf der Senderseite z. B. durch Metallisierung Elektrodenprofile
12 und 13 aufgebracht, zwischen denen sich eine Fingerprofilkonstruktion
11 befindet. Auf der Empfängerseite befinden
sich z. B. durch Metallisierung aufgebrachte Elektrodenprofile 15 und 16, zwischen denen sich ein der Konstruktion
11 entsprechendes Fingerprofil 14 befindet. Die genauere Ausführung der Fingerprofile 11, 14 ist aus Fig. 2 ersichtlich,
nach der zu den Elektroden 12 und 13 paarweise ineinandergefügte Streifen 12' und 13' gehören. Der gemeinsame
Abstand der Streifen 12', 13' in der Fortpflanzungsrichtung
A der akustischen Oberflächenwelle ist mit a gekennzeichnet. Nach Fig. 3 sind die Fingerprofile 11, 14 ζ. Β mit einer
Schutzschicht 17 aus SiO„ geschützt, deren Dicke in der Größenordnung
1000...3000 Ä liegt. Das Substrat 10 besteht z. B.
aus 0,5 mm dickem LiNbO.,.
In Fig. 1 ist der Abstand zwischen dem Fingerprofil 11 der Senderseite und dem Fingerprofil der Empfängerseite
mit b gekennzeichnet. In diesem Bereich sowie im Bereich
der Fingerprofile 11 und 14 erfolgt die Dämpfung der sich
vom Sender (Impedanz Z. ) zum Empfänger (Impedanz Z .) fortpflanzenden
akustischen Oberflächenwelle (SAW). 35
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Nach Fig. 1 wird vom RF-Generator 20 z. B. mit einer
Frequenz von ca. 100...200 MHz elektrische Leistung in das Fingerprofil zwischen den Elektroden 12 und 13 eingespeist.
Auf diese Weise werden in dem piezoelektrischen Substrat 10 akustische Schwingungen hervorgerufen, die bis zum Empfänger
vordringen, wo aufgrund piezoelektrischer Effekte zwischen den Elektroden 15 und 16 eine elektrische Schwingung entsprechender
Frequenz entsteht, die mit den Vorrichtungen 30 festgestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht
z. B. auf der Dämpfung einer akustischen Oberflächenwelle
(SAW) zwischen der Senderseite 11 und der Empfängerseite Die Größe dieser Dämpfung ist besonders stark davon abhängig,
ob sich auf der Oberfläche 18 der Schicht 17 kondensiertes Wasser oder andere Flüssigkeit befindet. Das Substrat 10
besteht, wie erwähnt, aus piezoelektrischem Material, z. B, Quarz, Litiumniobat o. dgl. Der gemeinsame Abstand a der
Fingerprofile 12', 13' ist von der Wellenlänge der durch die
elektrische Frequenz f erregten akustischen Oberflächenwelle z. B. wie folgt abhängig:
a =λ/4; 3/1/4; 52/4; 7/}/4 usw.
Bei Kühlung der Oberfläche 18 in weiter unten zu erläuternder Weise beginnt sich auf ihr Feuchtigkeit zu bilden,
wenn die relative Feuchtigkeit RH(T)
RH(T) = exp J B
B= 6704,48
C = -4,71784
C = -4,71784
T = Temperatur K der Umgebungsluft T = Taupunkttemperatur
den Wert 1 erreicht. Dabei ist die Oberflächentemperatur T0.
B + w + C log
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Wenn T und T bekannt sind, errechnet sich RH(T) aus der obigen Gleichung.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann
quantitativ so beschrieben werden, daß bei Annäherung der Temperatur des Substrats 10 an die Taupunkttemperatur T an
der Oberfläche 18 des Substrats 10 Wasser oder andere Flüssigkeit zu kondensieren beginnt, was mit Hilfe der elektronischen
Einheit 30 als Anstieg der Dämpfung der akustischen Oberflächenwelle zwischen der Senderseite 11 und der Empfängerseite
14 festgestellt wird. Dabei kann durch Messung der Temperatur T sowie der Umgebungstemperatur T die relative
Feuchtigkeit (RH) bestimmt werden und bei Bedarf direkt mit einer Anzeigevorrichtung 40 angezeigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt
werden, daß die Empfängerseite 14, 15, 16 völlig fehlt
und die Messung auf der Änderung der Impedanz Z. der Senderseite 11, 12, 13 bei der Kondensation von Flüssigkeit beruht.
In der Taupunktgeber-Ausführung nach Fig. 6 ist das Substrat 10" nicht piezoelektrisch, sondern ist z. B. ein
Glassubstrat, an dessen Oberfläche auf den Elektroden 11, 14 piezoelektrische Folien 22 und 23 aufgebracht sind, die
z. B. aus ZnO bestehen. Die Elektroden 11, 14 können denen der Fig. 1 und 2 entsprechen. Auf den piezoelektrischen
Folien 22, 23 sind Metallfolien 26, 27 aufgebracht. Die piezoelektrischen Folien 22 und 23 sind mit Schutzfolien 24,
25 überzogen, die z. B. aus SiO2 bestehen. Nach Fig. 6 pflanzt sich die akustische Oberflächenwelle (SAW) zwischen
den Elektroden 11, 14 der Sender- und Empfängerseite entlang
einem Glassubstrat 10' fort. Wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist, befindet sich zwischen den piezoelektrischen Folien 22,
23 ein Bereich c, der nicht mit piezoelektrischer Folie versehen ist. Auch im Bereich c kann Wasser kondensieren und
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auf in erfindungsgemäßer Weise die Fortpflanzungseigenschaften
einer akustischen Oberflächenwelle beeinflussen.
Die Feuchtigkeitsbildung auf einer Oberfläche aus LiNbO3 kann wie folgt beschrieben werden. Auf einer gleichmäßig
gekühlten Oberfläche verteilen sich die Tropfen gleichmäßig, bis sie eine Größe von etwa 5 /im erreicht haben, wobei
sich mehrere Tropfen vereinigen und größere Tropfen bilden. In dem dadurch entstandenen freien Raum bilden sich
sofort neue kleine Tropfen. Bei langsamer Abkühlung bilden sich jedoch keine neuen Tropfen. Die Vereinigung von Tropfen
setzt fort, bis die ganze Oberfläche von Wasser bedeckt ist. "
Auf einer unsauberen Oberfläche verläuft der Prozeß
anders. Die auf der Oberfläche befindlichen Verunreinigungen bilden Kondensationszentren, in denen die Tropfen beträchtliche
Größen von ^S Aim erreichen, bevor auf der übrigen
Oberfläche feststellbare Tropfen vorkommen, also vor dem
Taupunkt. Bei der Vereinigung zu größeren Tropfen wird deren Kontaktwinkel zur Oberfläche sehr groß und die Wasserschicht
ist sehr dick, bevor die Schicht gleichmäßig wird.
Im folgenden wird unter Hinweis auf Fig. 4 die Steuerelektronik
der Heizung und Abkühlung des erfindungsgemäßen Feuchtegebers beschrieben.
Die Temperatur des Gebers 10 wird mit einem Thermoelement 19 gemessen, das in Fig. 1 dargestellt ist. Am Geber
10 befindet sich als dessen Heizungselement ein Peltier-Element 21 .
Aufgrund der großen Zeitkonstante des durch Peltier-Element 21 und Geber 10 gebildeten Wärmekreises ist eine
verhältnismäßig einfache Elektronik dazu imstande, die Tem-
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peratur des Gebers .10 zu steuern. Nach Fig. 4 ist das den
Differentialverstärker A1 erreichende Signal proportional zur Differenz der Eingangs- und Ausgangssignale der Verzögerungslinie.
Die Dämpfung der Geber D1 und D2 und die Ver-Stärkung des Verstärkers A2 werden so geregelt, daß der Eingang
von A1 im Gleichgewicht ist, wenn die Differenz von Eingang und Ausgang des Gebers 10 (SAW) ζ. Β. 30 dB beträgt.
Dabei bekommt das Peltier-Element 21 keinen Strom. Damit erwärmt sich der Geber 10 und die Feuchtigkeit auf seiner
Oberfläche 18 beginnt zu verdampfen. Dies verursacht den Anstieg des Signals im Eingang von A1 und der Strom des
Peltier-Elements 21 nimmt zu. Der Geber 10 kühlt ab, bis sich ausreichend Feuchtigkeit gebildet hat, damit die Dämpfung
30 dB beträgt. Bei Versuchen mit der im vorangehenden beschriebenen Vorrichtung wurde festgestellt, daß sie zyklisch
arbeitet. Der zyklische Betrieb war durch die Ansammlung feuchter Luft über der Oberfläche des Gebers bedingt,
wobei die gemessene Taupunkttemperatur bedeutend von
der tatsächlichen abwich. Die Vorrichtung wurde so geändert, daß ein Ventilator die gekühlte Luft vom Geber blies, wobei
die Funktion kontinuierlich und die Kontrolle des Taupunktes sehr genau war. Aus Fig. 8 wird die Funktion der Vorrichtung
mit Belüftung und ohne Belüftung deutlich. Die in Fig. 8 durch Dreiecke gekennzeichnete Kurve stellt den Betrieb
der Vorrichtung ohne Belüftung dar und dabei ist ein deutlicher Zyklus in der Temperatur des Gebers als Funktion der
Zeit festzustellen. Die durch Kreise gekennzeichnete Kurve
stellt den Betrieb mit Belüftung dar. Es wird festgestellt, daß die Temperaturschwankungen relativ gering sind.
Das Peltier-Element 21 benötigt einen hohen Strom, r*>5 A, bei kleiner Spannung, ^2 V. Für die S tr umsteuerung
reicht ein Leistungstransistor Tr aus, dessen erforderlicher Basisstrom vom Booster des Verstärkers A1 erhältlich ist.
Die Verstärker A1 und A2 können aus Operationsverstärkern
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gebaut werden und D1 und D2 sind übliche DLodendetektoren.
Als Oszillator RF kann ein gewöhnlicher LC-Oszillator verwendet
werden. An die erforderliche Spannungsquelle (POWER) werden sehr hohe Anforderungen gestellt. Der Oszillator RF,
die Verstärker A1 und A2 und das Peltier-Element 21 benötigen alle verschiedene Spannungsniveaus.
In Fig. 7 ist eine Alternative für die Ausführung
der Elektronik einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Nach Fig. 7 wird das oben bei Fig. 4 beschriebene
Vergleichssignal direkt durch Verwendung von Potentiometern mit auf den Eingang des Verstärkers A ausgerichteter konstanter
Spannung gebildet. Im übrigen entspricht die Ausführung nach Fig. 7 in den Hauptzügen der Ausführung nach
Fig. 4.
Die Empfindlichkeit des Anzeigers läßt sich durch
Verwendung eines impulsmodulierten RF-Signals verbessern, wobei im Diodendetektor DC-Vorstrom verwendet werden kann.
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In durchgeführten Impedanzmessungen wurde angestrebt, die Wirkung von Feuchtigkeit auf das Impedanzniveau und dadurch
auf die Nichtanpassungsdämpfung zu klären. Entgegen
• den Erwartungen war die Impedanz stark von der Feuchtigkeitsmenge abhängig. Der Strahlungswiderstand, der ein direktes
Maß für die Generation der Oberflächenwelle ist, sank bei
Feuchtigkeitsbildung erheblich. Dies weist darauf hin, daß die Feuchtigkeit bei Änderung der mechanischen Randbedingungen
direkten Einfluß auf die Entstehung der Oberflächenwelle hat.
Es ist möglich, die erwähnte Änderung der Impedanz Z. direkt zur Anzeige des Taupunktes zu verwenden. Das Zustandebringen
einer großen und stark reagierenden Impedanz in breitem Frequenzbereich kann jedoch schwierig sein.
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— Ιοί Gegen Korrosion kann das Elektrodenprofil z. B.
durch Überziehung der ganzen Verzögerungslinie ζ. Β mit einer
Schicht 17 aus SiO2 geschützt werden. Durch Materialauswahl
kann auch auf die Feuchtigkeitsbildung Einfluß ge-
5. nommen werden.
Damit die Zwischenkopplungsdämpfung ohne Feuchtigkeit
möglichst klein ist, können Ausgang und Eingang mit einem LC-Kreis getrimmt werden.
10
10
Im folgenden wird unter Hinweis auf Fig. 5 die Wirkung der Größe dor Taupunkte auf die Streuung bei den Frequenzen
f1 = 37 MHz und f-, - 109 MHz dargestellt.
a b c
A1 = 5 bB 1 dB 0,6 dB
A2 = 20 dB 6 dB 4 dB
In Fig. 5a, 5b und 5c ist die große Streuung der Tropfengröße
auf Unsauberkeiten an der Oberfläche 18 zurückzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so angewendet
werden, daß der Geber kein kühlendes Element hat. Dabei • arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung nur zum Anzeigen
von Kondensation, z. B. gibt die Vorrichtung in einem bestimmten Prozeß Alarm.
Das im vorstehenden beschriebene Verfahren an sich und die Vorrichtung mit geringen Modifikationen können im
Rahmen der Erfindung auch für die zeitliche Kontrolle von kondensierten Flüssigkeitsmengen eingesetzt werden. Damit
kann die im vorstehenden beschriebene Vorrichtung auch als Meßgerät für die Verdampfungs- und Kondensationsgeschwindigkeit
eingerichtet werden. Die Elektronik der Vorrichtung muß in diesem Fall etwas anders sein als die oben beschrie-
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— ι / —
bene. Unter Verdampfung wird in diesem Zusammenhang die Wassermenge verstanden, die in einer Zeiteinheit von der
Oberfläche einer Größeneinheit entweicht. Das ist eine komplizierte Funktion von der Temperatur der Umgebungsluft, der
relativen Feuchtigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit. Eine Messung der Verdampfungswirkung der Umgebungsbedingungen
wird z. B. oft in der Landwirtschaft und Meteorologie gewünscht.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verdampfungsmessung arbeitet wie folgt:
- Die Vorrichtung (Oberfläche 18) wird unter den Taupunkt gekühlt.
Auf dem Fortpflanzungsweg der akustischen Oberflächenwelle (SAW) kondensiert Wasser.
- Die Vorrichtung wird auf Umgebungstemperatur aufgeheizt. Von der Oberfläche 18 beginnt Wasser zu verdampfen und die
Dämpfung der Oberflächenwelle nimmt ab.
- Es wird die Zeit gemessen, die abläuft, wenn die Wellendämpfung von einem bestimmten gegebenen Wert A1 auf einen
anderen gegebenen Wert A- abnimmt. Zwischen gemessener
Zeit und Verdampfung besteht eine eindeutige Abhängigkeit, die sich am zweckmäßigsten durch Versuche bestimmen läßt.
- Die Vorteile der Vorrichtung sind: kleine Dimensionen und daß sich der Taupunkt gleichzeitig messen läßt sowie daß
die Vorrichtung von äußeren Flüssigkeitsvorräten unabhängig ist.
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Claims (13)
1.· Verfahren zur Anzeige eines Taupunktes oder dergleichen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anwesenheit von Feuchtigkeit oder ähnlicher Flüssigkeit mit einem piezoelektrischen
oder ähnlichen Geber wahrgenommen wird, an dessen Oberfläche (18) akustische Oberflächenwellen (SAW) hervorgerufen
werden und die Oberfläche so gestaltet ist, daß sie empfindlich gegen Kondensation oder Anwesenheit von festzustellender
Feuchtigkeit oder Flüssigkeit ist, die durch Messung eines mit Oberflächenwellen (SAW), verbundenen Parameters
festgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Verfahren an einem Geber aus einem Material, das
elastische Wellen überträgt, unter Ausnutzung des piezoelektrischen
Effekts mit Sendegeräten (11, 12, 13) eine akustische
Oberflächenwelle (SAW) erzeugt wird, daß die in genannter Weise erzeugte akustische Oberflächenwelle mit Empfängergeräten
(14, 15, 16) dargestellt wird und daß die zwischen genannten Sende- (11, 12, 13) und Empfängergeräten (14, 15,
16) erfolgende Dämpfung der akustischen Oberflächenwelle,
die sich ändert, wenn an der Geberfläche (18) Feuchtigkeit oder Flüssigkeit vorhanden ist, festgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Verfahren der in vorher beschriebener Weise aufgrund
der Kondensation von Feuchtigkeit oder dergleichen hervorgerufene Dämpfungsanstieg festgestellt, und bei dessen
Erscheinung die Gebertemperatur (T ) erfaßt wird, die der Taupunkttemperatur entspricht und aufgrund derer sich die
relative Feuchtigkeit (RH) bei Bedarf in an sich bekannter Weise ermitteln läßt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
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daß der Taupunkt oder das Vorhandensein einer anderen entsprechenden
Flüssigkeit an der Oberfläche (18) des Gebers (10) aufgrund der Änderung der Eingangsimpedanz (Z. ) der
Sendegeräte (11, 12, 13) des Gebers festgestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (10) zyklisch nach beiden Seiten der
Taupunkttemperatur (T ) geheizt und gekühlt wird oder daß der Geber (10) für den Dauerbetrieb eingerichtet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Geber (10) eine akustische Oberflächenwelle
durch elektrische Schwingung erzeugt wird, deren Frequenz zwischen einem Zehntel und mehreren Hundert MHz, am zweckmäßigsten
bei ca. 100...200 MHz liegt.
7. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
aus einem Substrat (10; 1O')f in dem sich eine Oberflächenwelle
(SAW) fortpflanzen kann und zur Erzeugung und möglicherweise Darstellung von Oberflächenwellen aus an der Oberfläche
des genannten Substrates (10; 101) angebrachten Konstruktionen
besteht, deren Funktion auf der Piezoelektrizität entweder des Substrates (10) oder eines damit verbundenen anderen
Materials beruht und daß genannte Konstruktionen ein oder mehrere aus leitfähigem Material hergestellte Elektrodenprofile
(11, 12, 13, 14, 15) enthalten, in die durch daran angebrachte Kontakte Wechselstromleistung eingespeist und möglicherweise
vom Geber abgenommen wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche (18) eines aus piezoelektrischem
Material bestehenden Gebers (10) oder eines an einem Geber (10) aus piezoelektrischem Material angebrachten Stückes als
Oberflächenprofile primäre Elektroden (12, 13) angebracht sind,
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zwischen denen sich ein als Sender arbeitendes Fingerprofil
(11) befindet und in bestimmter Entfernung (b) zum Fingerprofil (11) der Senderseite ein als Empfänger arbeitendes
Fingerprofil (14) zwischen sekundären Elektroden (15, 16) angebracht ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Oberfläche des Substrates (10) angebrachten
Oberflächenprofile (11, 12, 13, 14, 15, 16) mit einer dünnen Schutzschicht (17) bedeckt sind, die z. B. aus
SiO2 besteht, dessen Dicke in der Größenordnung 1000...3000 A
liegt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Abstand a genannter Fingerprofile
λ./4; 3 λ/4; 5/1/4; !?[/4 usw. beträgt, wobeiA = Wellenlänge der
akustischen Oberflächenwelle (SAW) ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Substrat (10) ein Peltier-Element
(21) oder eine entsprechende Kühlvorrichtung befindet, mit der der Geber (10) zyklisch gekühlt wird und daß sich am Geber
(10) ein Thermoelement (19) oder eine entsprechen.de Vorrichtung
befindet, mit der die Temperatur der Fühlerfläche (18) des Gebers (10) wahrgenommen wird.
12. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis
6 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 11 bei der Verdampfungsmessung
.
30
30
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß genannte Fläche (18) so unter den Taupunkt gekühlt
wird, daß sich auf dem Fortpflanzungsweg der akustischen Oberflächenwelle (SAW) durch Kondensation Wasser bildet,
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daß genannte Fläche so auf die Umgebungstemperatur aufgeheizt wird, daß sich das Wasser von ihr zu verdampfen beginnt
und die Dämpfung der Oberflächenwelle abzunehmen beginnt,
daß die Zeit gemessen wird, die abläuft, wenn die Wellendämpfung von einem bestimmten gegebenen Wert auf einen
anderen gegebenen Wert abnimmt und
anderen gegebenen Wert abnimmt und
daß aufgrund der eindeutigen Abhängikeit zwischen der gemessenen Zeit und der zu messenden Verdampfung die Verdampfung
bestimmt wird.
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Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JPS56137142A (de) |
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