DE3447214A1

DE3447214A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der relativen gleichgewichtsfeuchte

Info

Publication number: DE3447214A1
Application number: DE19843447214
Authority: DE
Inventors: Saleman 5653 Leichlingen Hamed; Hans Georg Dipl.-Chem. Dr. 5060 Bergisch Gladbach Kleppe; Jörg Michael Dipl.-Phys. Dr. 5000 Köln Söder
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1984-12-22
Filing date: 1984-12-22
Publication date: 1986-07-03
Also published as: US4755470A

Description

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AGFA-GEVAERT

AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk

Patentabteilung Ki/m-c

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der relativen Gleichgewichtsfeuchte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der relativen Gleichgewichtsfeuchte, insbesondere flächenhafter Proben, wie Papiere, Filme, Gewebe. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens.

Bei der Weiterverarbeitung von Materialbahnen spielt häufig die relative Gleichgewichtsfeuchte des Materials eine wesentliche Rolle. In vielen Fällen genügt es, wenn die Gleichgewichtsfeuchte chargenweise durch Entnähme von Stichproben überprüft wird. Zu diesem Zweck werden auf dem Markt kommerzielle Feuchtemeßgeräte angeboten, die mit einem sogenannten Aufsatzfühler arbeiten. Zur Messung wird der Fühler auf das Material aufgesetzt. Nach Ablauf einer Angleichzeit stellt sich im abgeschlossenen Volumen der Meßkammer des Aufsatzfühlers eine Gleichgewichtsfeuchte ein, die für das Produkt repräsentativ ist. Die zur Messung beitragende Oberfläche des Produktes liegt normalerweise in der Größenordnung von 50 cm².

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Dieses Meßverfahren eignet sich in erster Linie nur für Meßobjekte mit glatten Oberflächen. Bei Objekten mit unebenen Oberflächen schließt der Aufsatzfühler nicht bündig mit der Oberfläche ab, wodurch systematische Meßfehler hervorgerufen werden können. Eine weitere Fehlerquelle bei diesem Verfahren liegt darin, daß bei sehr dünnen Materialproben die insgesamt vorhandene Wassermenge nicht ausreicht, um einen Gleichgewichtszustand in dem durch den Aufsatzfühler und die Meßzelle definierten Meßvolumen herzustellen, ohne daß dabei der Wassergehalt der Probe merklich zu- oder abnimmt. Problematisch ist bei diesem Verfahren ferner die Abdichtung des Fühlers gegenüber der Außenluft, die dadurch hergestellt wird, daß der Aufsatzfühler mit seinem Eigengewicht auf die Probe drückt. Davon abgesehen haben auch Temperaturschwankungen einen störenden Einfluß auf die Meßgenauigkeit. Es ist daher anzustreben, daß die Messung der relativen Gleichgewichtsfeuchte der Materialprobe in einem geschlossenen System stattfindet, wo Störungen durch die Umgebungsluft (Luftfeuchte und Temperatur) vermieden werden.

Hier setzt die Erfindung an. Es liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren zur Bestimmung der relativen Gleichgewichtsfeuchte von Materialbahnen zu schaffen, das auch unter wechselnden atmosphärischen Bedingungen gut reproduzierbare Meßwerte liefert und von der Handhabung her gesehen einfach und sicher ist.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die flächenhafte Materialprobe in ein hermetisch verschließbares Meßrohr gebracht wird und anschließend die zu einer vorgegebenen, mittels eines Thermostaten einstellbaren Temperatur gehörende Gleichgewichtsfeuchte durch einen in das Meßrohr eingeschobenen, die Probe nicht berührenden Feuchtesensor gemessen wird.

Vorteilhaft wird die im Meßrohr eingeschlossene Luft während der Messung umgewälzt.

Ein nach diesem Prinzip aufgebautes Meßsystem kann auch leicht kalibriert werden. Zu diesem Zweck werden Metal1-schalen mit Standardsalzlösungen mit bekannten Dampfdrücken in das leere Meßrohr eingeschoben.

Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Meßvorrichtung ist gekennzeichnet durch ein von beiden Seiten her verschließbares und in einen Thermostaten einschiebbares Meßrohr, in dem Stege für die Halterung der zu untersuchenden Probe angeordnet sind, und durch einen das Meßrohr verschließenden seitlich angebrachten Feuchtesensor.

Vorzugsweise sind die Stege im Inneren des Meßrohres derart angeordnet, daß die zu untersuchende flächenhafte Probe spiralförmig aufgewickelt wird, ohne daß sich die einzelnen Lagen untereinander berühren.

Vorteilhaft ist zur Luftumwälzung auf der dem Feuchtesensor gegenüberliegenden Seite des Meßrohres ein Flansch oder ein Stopfen mit einem Ventilator angeordnet.

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Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

Es hat sich herausgestellt, daß die relative Feuchte der ursprünglich vorhandenen Luft im Meßrohr selbst bei sehr dünnen Materialbahnen praktisch keine Rolle spielt. Auch die Wasseraufnahme des Feuchtesensors hat keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit, d.h. seine Wasseraufnähme ist gegenüber dem Wassergehalt der Meßrohrluft zu vernachlässigen. Ferner hat sich herausgestellt, daß sich das Feuchtegleichgewicht im Meßrohr in wesentlich kürzerer Zeit einstellt, wenn die Luft mit einem kleinen Ventilator im Meßrohr umgewälzt wird. Auf diese Weise kann die Meßzeit verkürzt werden.

Ein wichtiger Vorteil gegenüber den bisher bekannten Aufsatzfühlern liegt darin, daß eine wesentlich größere Probenfläche zur Messung beitragen kann, ohne daß das Luftvolumen entsprechend vergrößert werden muß.

Die Messung kann aufgrund der Thermostatisierung bei konstanten einstellbaren Temperaturen durchgeführt werden. Störungen durch die umgebende Atmosphäre können praktisch ausgeschlossen werden.

Bei der Feuchtemessung an fotografischen Filmen und Papieren müssen die für die Vorbereitung und Durchführung der Messung erforderlichen Maßnahmen und Handgriffe im Dunkeln erfolgen. Dabei bietet das neue Meßverfahren eine wesentliche Erleichterung, da die Probe nur noch in das Meßrohr eingesteckt zu werden braucht und zur Bestimmung der relativen Gleichgewichts-

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feuchte ohne weiteres an einen anderen Ort qebracht werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das Meßrohr mit eingeschobener Probe im Aufriß Fig. 2 einen Querschnitt durch das Meßrohr und Fig. 3 ein Schema für die vollständige Meßstation.

Das Meßrohr gemäß Fig. 1 besteht aus einem zylindrischen Metallrohr 1 mit Seitenwänden 2 und 3. In den Seitenwänden 2 und 3 befinden sich öffnungen, die mit Stopfen 4 und 5 verschließbar sind. Am Stopfen 5 ist ein Motor 6 mit einem Ventilator 7 zur Luftumwälzung im Meßrohr angebracht. Im Inneren des Meßrohres sind in Längsrichtung Stege 8 vorgesehen, die zur Halterung einer Materialprobe, z.B. einer Filmprobe 9, dienen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Längsstege 8 auf verschiedenen Radien derart angeordnet sind, daß die FiImprobe 9 spiralförmig gehaltert wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die gesamte Oberfläche der Filmprobe im freien Austausch mit der sie umgebenden Luft steht. Es wird also vermieden, daß sich die einzelnen Windungen der Probe gegenseitig überdecken und/oder ein Teil der Probenflache an der Innenwand des Meßrohres anliegt.

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Die komplette Meßstation und der Ablauf des Meßverfahrens werden nachfolgend anhand von Fig. 3 erläutert. Das Meßrohr 1 mit der Probe 9 ist hier in einen zylindrischen Thermostaten 10 eingesetzt. Mit dem Thermostat "kann jede gewünschte Temperatur zwischen 10° und 30⁰C im Meßrohr eingestellt werden. Anstelle des Verschlußstopfens 4 ist jetzt ein Feuchtesensor 11 zusammen mit einem Temperaturfühler eingesetzt. Die beiden Sensoren sind an einen Meßverstärker 12 mit einer Sichtausgabe für die Temperatur und die relative Gleichgewichtsfeuchte angeschlossen.

Der Feuchtesensor 11 besteht hier aus einer kommerziellen Meßzelle mit einem hygroskopischen Elektrolyt auf der Basis LiCl/LiBr oder einer Meßzelle mit einem Polymerfilm. Es können aber auch Meßfühler anderer Art z.B. Taupunkthygrometer eingesetzt werden.

Zur Kalibrierung des Meßsystemes werden kleine Metallschalen mit verschiedenen gesättigten Standardsalzlösungen in das leere Meßrohr eingeschoben. Mit jeder dieser Salzlösungen wird eine definierte bekannte relative Luftfeuchte im Meßrohr erzeugt, deren Wert z.B. den Tabellen des National Bureaus of Standard zu entnehmen ist. Durch geeignete Wahl der Standardsalzlösungen kann der interessierende Feuchtebereich in jedem Falle ausreichend abgedeckt werden.

Die Messung der Gleichgewichtsfeuchte wird in der Weise ausgeführt, daß eine Filmprobe der zu untersuchenden Charge entnommen wird und zusammengerollt nach Fig. 2

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in das Meßrohr 1 gesteckt wird. Danach wird das Meßrohr 1 mit dem konisch geformten Stopfen 5 hermetisch verschlossen und zu der Meßstation transportiert.. Dort wird das Meßrohr 1 in den Thermostaten 10 geschoben, um die Probe 9 auf die gewünschte Meßtemperatur zu bringen.

Während die Seite 3 des Meßrohres 1 durch den Stopfen 5 von außen abgeschlossen ist, ist die gegenüberliegende Seite 2 mit dem ebenfalls konisch geformten Stopfen 4 von innen her geschlossen. Beim Einschieben in die Meßstation wird nun gemäß Fig. 3 dieser Stopfen 4 nach innen in das Meßrohr 1 gedrückt und die Öffnung in der Seitenwand 2 durch den Feuchte/Temperaturfühler 11 verschlossen. Dadurch ist gewährleistet, daß der Luftaustausch mit der Außenluft auf ein Minimum beschränkt bleibt.

Selbstverständlich kann der Feuchte/Temperatursensor 11 auch fest an der Stirnwand 2 angeordnet sein. Er wird dann nach dem Einschieben des Meßrohres 1 in den Thermostaten 10 mit dem Meßverstärker 12 verbunden.

Während der Messung stellt sich im Inneren des Meßrohres bei konstanter Temperatur eine Gleichgewichtsfeuchte ein, die repräsentativ für die Materialfeuchte ist. In einer typischen Meßvorrichtung dieser Art befindet sich in einem Meßrohr mit einem Volumen von 1 1 ca. 1 g Luft, die je nach relativer Feuchte bis zu 20 mg Wasserdampf aufnehmen kann. Elektrolytfühler mit einem Durchmesser

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der Meßzelle von 0,7 mm bei einer Dicke von 1 bis 2 μπι nehmen erfahrungsgemäß bis zu 0,01 mg Wasser auf. Die Wasseraufnahme der Meßzelle kann also gegenüber dem Wassergehalt der Meßrohrluft vernachlässigt werden. Die Größe einer Filmprobe ist typischerweise 0,3 m². Bei einer Filmgußdicke von 3 μΐη ist je nach relativer Feuchte bis zu 200 mg Wasser vorhanden. Zusätzlich kommt noch das Wasser der Unterlage hinzu, das je nach Material mindestens in der gleichen Größenordnung liegt.

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Claims

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Patentansprüche:

( 1./ Verfahren zur Messung der relativen Gleichgewichtsfeuchte, insbesondere flächenhafter Proben, wie Papiere, Filme, Gewebe oder dergl., dadurch gekennzeichnet, daß die Probe in ein hermetisch verschließbares Meßrohr gebracht wird und anschließend die zu einer vorgegebenen, mittels eines Thermostaten einstellbaren Temperatur gehörende Gleichgewichtsfeuchte durch einen in das Meßrohr eingeschobenen, die Probe nicht berührenden Feuchtesensor gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Meßrohr eingeschlossene Luft während der Messung umgewälzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem mit Hilfe von Standardsalzlösungen kalibriert wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein an beiden Seiten verschließbares und in einen Thermostaten (10) einschiebbares Meßrohr (1), in dem Stege (8) für die Halterung der zu untersuchenden Probe (9) angeordnet sind, und durch einen das Meßrohr (1) verschließenden seitlich angebrachten Feuchtesensor (11) .

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) im Inneren des Meßrohres (1) derart angeordnet sind, daß die zu untersuchende flächenhafte Probe (9) spiralförmig aufg'ewickelt wird, ohne daß sich die einzelnen Lagen untereinander berühren.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Feuchtesensor (11) gegenüberliegenden Seite des Meßrohres (1) ein Flansch oder Stopfen (5) mit einem Ventilator (7) zur Luftumwälzung im Meßrohr (1) angeordnet ist.

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