DE4023796C1 - - Google Patents

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DE4023796C1 DE19904023796 DE4023796A DE4023796C1 DE 4023796 C1 DE4023796 C1 DE 4023796C1 DE 19904023796 DE19904023796 DE 19904023796 DE 4023796 A DE4023796 A DE 4023796A DE 4023796 C1 DE4023796 C1 DE 4023796C1
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Taupunktes von Komponenten eines Gasgemisches.
Die genaue Bestimmung des Dampfanteils in Gasströmen ist in vielen Bereichen der Prozeßtechnik von größter Wichtigkeit, um Korrosionsschäden zu vermeiden, unerwünschte Emissionen zu verhindern oder um den Gasstrom in Hinsicht einer optimalen Prozeßführung zu konditionieren.
Eine weit verbreitete Anordnung, insbesondere zur Feststellung des Wasserdampfanteils in Luftströmen, sind Taupunkthygrometer, bei denen die Luft soweit abgekühlt wird, bis der Wasserdampf kondensiert. Die so ermittelte Taupunkttemperatur entspricht der Sättigungstemperatur der Luft, aus der sich in Kenntnis der sensiblen Temperatur des Luftstroms auch die relative Feuchte ableiten läßt.
Wie aus der Veröffentlichung DE-Buch, Winfried Lück, Feuchtigkeits- Grundlagen, Messen, Regeln, R. Oldenburg, München, Wien 1964, S. 74 bis 84 dargelegt ist, sind hierfür im wesentlichen drei Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt:
  • a) Taupunktspiegel, die bei Abkühlung unter dem Taupunkt beschlagen,
  • b) gekühlte Elektrodenanordnungen, die bei Ausfall von Kondensat den elektrischen Widerstand oder die Kapazität ändern, und
  • c) Nebelkammern, in denen Nebel beobachtet werden kann, wenn die Temperatur des in der Kammer befindlichen Meßgases unter den Taupunkt sinkt.
Beim Nebelkammer-Hygrometer wird das Meßgas, ohne den Taupunkt zu unterschreiten, komprimiert und anschließend entspannt. Durch die Entspannung kühlt sich die Feuchtluft erheblich und nahezu homogen ab. In einer beleuchteten "Nebelkammer" kann Nebelbildung beobachtet werden, falls infolge der Temperaturabsenkung durch die Entspannung der Taupunkt des Meßgases unterschritten wurde. Durch wiederholtes Komprimieren und anschließendes Entspannen wird der Überdruck gesucht, bei dem gerade Nebelbildung verursacht wird, wenn das Gas (z. B. auf atmosphärischen Luftdruck) entspannt wird. Aus der Feuchtgastemperatur und dem Kompressionsverhältnis kann die Taupunkttemperatur errechnet werden.
Bei einem Spiegel-Taupunktmeßgeräten mit Taupunkt-Spiegel kühlt man das Meßgas bis zur Grenze der Tauausscheidung ab, in dem man versucht, durch wiederholtes Einpegeln der Kühltemperatur die Kühlung einzustellen, bei der gerade Taubildung erkennbar ist. Es sind Geräte bekannt, bei denen eine Fotozellenanordnung über einen Regelverstärker die Kühlung und/oder Heizung des Tauspiegels immer so steuert, daß die Taugrenze automatisch - d. h. regelnd - festgehalten wird. Regelungstechnisch bringt die Aufgabe eines automatischen Taupunktabgleichs einige Schwierigkeiten mit sich, weil die Taubildungsgeschwindigkeit sehr stark von der jeweiligen Taupunkttemperatur abhängt. Verschiedene Varianten von Spiegel- Taupunktmeßgeräten sind neben der genannten Fachbuchveröffentlichung auch aus DE-OS 19 57 322, DE-AS 12 99 437, der DE-OS 26 40 663, der DE-OS 29 45 445 sowie der US-PS 33 85 098 bekannt.
Um bei Spielgel-Taupunktmeßgeräten die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der fotoelektrischen Spiegelabtastung zu vermeiden, wird gelegentlich von gekühlten Elektrodenanordnungen Gebrauch gemacht. Durch eine meanderförmige Anordnung einer Leiterbahn auf einem isolierenden Substrat können sehr niedrige Streckenwiderstände erzielt werden, die ohne großen Aufwand kräftige Steuergrößen liefern können. Anstelle der Messung des Widerstandes der gekühlten Elektrodenanordnung kann auch die Kapazitätsänderung benutzt werden, die sich einstellt, wenn sich durch Beschlagen des Sensors die Elektrizitätskonstante ändert. Ein derartiger kapazitativer Taupunkt- Detektor ist beispielsweise aus der DE-OS 32 31 534 bekannt.
Der wesentliche Nachteil von Geräten mit Taupunkt-Spiegeln und Nebelkammern besteht in dem hohen apparativen und regeltechnischen Aufwand, was sich in entsprechend hohen Preisen für solche Geräte niederschlägt. Gekühlte Elektrodenanordnungen hingegen haben den Nachteil, daß die Meßgenauigkeit vergleichsweise gering ist. Dies ist in erster Linie auf die Hygroskopizität aller üblichen Materialien für Leiterbahnträge zurückzuführen, die schon weit vor der Sättigung und damit dem Abscheiden von Flüssigkeit zu einem Absinken der Oberflächenwiderstände führt. Die Verwendung von Leiterbahnträgern mit geringerer Hygroskopizität, z. B. Paraffine oder Wachse, oder die Konditionierung herkömmlicher Leiterbahnträger mit diesen Stoffen führt wegen der niedrigen Schmelztemperatur und der geringen mechanischen Festigkeit ebenfalls nicht zu befriedigenden Ergebnissen.
Ein weiterer Nachteil von gekühlten Elektrodenanordnungen besteht darin, daß es aufgrund der schlechten Wärmeleitungseigenschaften dieser Materialien sehr schwierig ist, deren genaue Oberflächentemperatur, d. h. die genaue Oberflächentemperatur der Kondensationsfläche, zu bestimmen. Folglich kann auch die Taupunkttemperatur nicht genau bestimmt werden.
Auf die geschilderten Nachteile von den bekannten Meßgeräten bzw. Verfahren wird auch in dem Zeitschriftenartikel "Funktioniert mein Drucklufttrockner?" von E. Prümm in der Fachzeitschrift "Drucklufttechnik", 11-12/1989, S. 33 und 34 hingewiesen.
Schließlich ist aus der DE-OS 37 13 864 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Taupunktes von Komponenten eines Gasgemisches bekannt, von der die Erfindung im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht. Die bekannte Vorrichtung weist einen Feuchtesensor auf, bei dem es sich sowohl um einen Taupunkt-Spiegel als auch um eine gekühlte Elekrodenanordnung handeln kann. Des weiteren ist ein Kondensatsammler vorgesehen, der mittels einem Peltierelement gekühlt bzw. aufgeheizt werden kann. In thermischen Kontakt mit dem Kondensatsammler ist ein Temperatursensor angeordnet, durch den die Temperatur des Kondensatsammlers bzw. der Kondensationsfläche gemessen wird. Feuchtesensor, Kondensatsammler und Temperatursensor sind in einem einzigen Bauteil integriert. Daher und da bei diesem bekannten System das Ausfallen von Flüssigkeit entweder durch einen Taupunkt-Spiegel oder durch gekühlte Elektrodenanordnungen bestimmt wird, weist diese Anordnung auch die genannten Nachteile der jeweiligen Meßprinzipien auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Taupunktes von Komponenten eines Gasgemisches anzugeben, die bei einem niedrigen Preis die Meßgenauigkeit von Spiegel-Taupunktmeßgeräten in etwa erreichen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 12.
Das wesentliche Lösungsmerkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der temperaturgeführte Kondensatsammler vom Feuchtesensor räumlich getrennt angeordnet wird. In dem gekühlten Kondensatsammler scheidet sich bei Erreichen der Taupunkttemperatur Flüssigkeit ab. Diese Flüssigkeit wird während des Aufheizens des Kondensatsammlers wieder verdampft und führt in der Umgebung des Kondensatsammlers in der der Feuchtesensor angeordnet ist zu einem erhöhten Dampfgehalt, der durch den Feuchtesensor deutlich angezeigt wird.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es nicht mehr nötig ist Temperatur und Auftreten von Kondensat im gleichen Zeitpunkt zu messen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vielmehr indirekt aufgrund des Auftretens einer signifikanten Feuchteänderung während des Aufheizens des Kondensatsammlers darauf geschlossen, daß während der vorausgehenden Abkühlphase die gesuchte Taupunkttemperatur durchfahren worden ist. Durch Änderung der durchfahrenen Temperaturdifferenzen und damit durch Änderung der Abkühltemperatur kann damit die gesuchte Taupunkttemperatur iterativ ermittelt werden. Auch die Ausgangstemperaturen zu Beginn der Abkühlphase können zu diesem Zweck geändert werden.
Um die Änderung des Dampfgehalts signifikanter zu machen ist es vorteilhaft, zumindest den Feuchtesensor und den Kondensatsammler in einer Meßkammer anzuordnen. Eine weitere Erhöhung der Signifikanz kann dadurch erreicht werden, daß die Strömung des Meßgases zumindest während der Aufheizphase unterbunden wird. Gleichzeitig verringert sich dadurch auch die zur Bestimmung des Taupunktes notwendige Meßgasmenge.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Signifikanz der Anzeige besteht darin, den Feuchtesensor räumlich unmittelbar über den Kondensatsammler anzuordnen, so daß das während der Aufheizphase verdampfende Kondensat den Feuchtesensor unmittelbar beaufschlagt.
Als Feuchtesensor kann sowohl ein Spiegel oder eine Elektrodenanordnung verwendet werden. Auch andere Bauelemente, die aufgrund des erhöhten Dampfgehaltes im elektrischen Widerstand stark verändern, können eingesetzt werden. Die zur Erfassung der signifikanten Änderung der Feuchte erforderliche Peripherie orientiert sich jeweils am verwendeten Feuchtesensor.
Bei der Verwendung eines Spiegels als Feuchtesensor, bei dem die signifikante Änderung der Feuchte aufgrund des Beschlagens des Spiegels festgestellt wird, ist im Gegensatz zu den bekannten Spiegeltaupunktmeßgeräten der Regelungsaufwand bzw. die Verfahrensführung wesentlich vereinfacht. Bei den bekannten Spiegel-Taupunktmeßgeräten besteht die regelungstechnische Schwierigkeit darin, möglichst genau die Temperatur zum Zeitpunkt des ersten Abscheidens von Kondensat festzustellen. D. h. der genaue Zeitpunkt der Bildung von Tau und die zu diesem Zeitpunkt vorherrschende Temperatur müssen meßtechnisch miteinander erfaßt werden. Im Gegensatz hierzu ist bei der vorliegenden Erfindung die Messung der Feuchte bzw. die Messung des Auftretens von Kondensat und die Temperaturmessung meßtechnisch sozusagen entkoppelt. Es muß lediglich festgestellt werden, ob die in einem vergleichsweise großem Temperatur- und Zeitintervall eine starke Feuchteänderung auftritt oder nicht. Die Messung der zugehörigen Taupunkttemperatur erfolgt durch Iteration.
Dies bewirkt auch bei Verwendung einer Elektrodenanordnung als Feuchtesensor, daß die Hygroskopität des Leiterbahnträgers keine Rolle spielt, da die Änderung des Feuchtegehalts nur qualitativ erfaßt werden muß.
In vorteilhafter Weise spielt auch die Hygroskopität des für den Kondensatsammler verwendeten Materials lediglich eine untergeordnete Rolle, da die vor Erreichung der Sättigungstemperatur durch Hygroskopizität vorliegende Flüssigkeitsmenge so gering ist, daß die hieraus resultierenden Indikationsimpulse sich deutlich von denen einer Kondensatansammlung nach Unterschreiten der Taupunkttemperatur bzw. bei Erreichen der Taupunkttemperatur unterscheiden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß der Feuchtesensor selbst nicht aufgeheizt oder abgekühlt werden muß und sich auf ihm nur unwesentliche Mengen von Kondensat niederschlagen. Damit ist eine Hauptquelle der Verschmutzung und der Korrosion eliminiert.
Bei der Verwendung einer Elektrodenanordnung als Feuchtesensor kann die Korrosion noch dadurch vermieden werden, daß der Feuchtesensor während der Messung mit Wechselstrom beaufschlagt wird, so daß keine galvanischen Veränderungen möglich sind.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Temperaturmessung auf der Oberfläche des Kondensatsammlers vergleichsweise einfach ist, da hier vorzugsweise gut wärmeleitende und korrosionsfeste Metalle eingesetzt werden können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die durch das häufige Kondensieren und anschließende Wiederverdampfen von Flüssigkeit im Kondensatsammler auftretende Verschmutzung die Funktion bzw. die Meßgenauigkeit der vorliegenden Erfindung nur unwesentlich beeinflußt.
Ein besonders einfacher und kompakter Aufbau ergibt sich, wenn zum Kühlen und Aufheizen des Kondensatsammlers ein Peltierelement verwendet wird.
Ein kompakter Aufbau ergibt sich auch, wenn als Kondensatsammler eine Seite eines Wärmetauschers, insbesondere eines Verdampfungswärmetauschers ausgebildet ist. Für den Fall, daß die Abkühlung des Kondensatsammlers mittels eines Verdampfungs- Wärmetauschers erfolgt, kann die Aufheizung des Kondensatsammlers beispielsweise mittels einer Widerstandsheizung oder mittels Mikrowelleneinstrahlung erfolgen.
Insbesondere für den Fall, daß in einem Gasgemisch nacheinander der Taupunkt von mehreren Komponenten bestimmt werden soll, ist die Verwendung eines Sintermetall-Wärmetauschers als Kondensatsammler sinnvoll. Für diesen Fall muß zunächst die Komponente mit dem höchsten Taupunkt vollständig aus dem Meßgasvolumen entfernt werden. Erst wenn dies geschehen ist, kann der nächst tiefergelegene Taupunkt einer Komponente bestimmt werden. D. h. der Kondensatsammler arbeitet gleichzeitig als Kältetrockner.
In solchen Fällen ist es auch sinnvoll, mehrere Feuchtesensoren und/oder mehrere zugeordnete Kondensatsammler vorzusehen. Beispielsweise kann bei gleichzeitigem Betrieb von mehreren Feuchtesensoren mit zugeordneten Kondensatsammlern mit unterschiedlichen Ausgangstemperaturen und/oder Temperaturdifferenzen während der Abkühlung die Zeitdauer, die zur Bestimmung der gesuchten Taupunkttemperatur benötigt wird, minimiert werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Taupunkt-Meßgerät nach Fig. 1 weist einen Kondensatsammler 1 in Form einer Aluminiumplatte auf. Es lassen natürlich auch anders geformte Kondensatsammler mit aus anderen gut wärmeleitenden Materialien verwenden. Eine Seite des Kondensatsammlers 1 ist gut wärmeleitend mit einer Einrichtung zur Regelung der Temperatur des Kondensatsammlers 1 in Form eines Peltierelements 2 verbunden. Auf der anderen Seite bzw. einer aktiven Fläche 3 kann sich Kondensat abscheiden. Auf der aktiven Fläche 3 des Kondensatsammlers 1 ist ein Temperatur-Sensor 4 vorgesehen, mit dem die Temperatur des Kondensatsammlers 1 oder genauer die Temperatur der aktiven Fläche 3 überwacht werden kann und mit dem die gesuchte Taupunkttemperatur gemessen wird. Das Peltierelement 2 weist elektrische Anschlüsse 6 und 7 auf. Räumlich über dem Kondensatsammler 1 ist ein Feuchtesensor 8 in Form einer Elektrodenanordnung vorgesehen. Der Feuchtesensor 8 besteht aus einem Isolator 10 auf dem die zwei Pole 11 und 12 der Elektrodenanordnung in Form von kammartig ineinandergreifenden Leiterbahnen angeordnet sind.
Feuchtesensor 8 und Kondensatsammler 1 sind in einer Meßkammer 14 angeordnet. Die Meßkammer 14 weist eine Zuleitung 16 und eine Ableitung 17 auf. Die Ableitung 17 ist durch ein Ventil 18 absperrbar. In der Zuleitung 16 ist schematisch eine Fördereinrichtung 20 dargestellt, mit der das Meßgas in die Meßkammer 14 befördert wird. Zwischen der Fördereinrichtung 20 und der Meßkammer 14 bzw. zwischen der Meßkammer 14 und dem Ventil 18 können beliebige Einrichtungen wie Filter, Wärmetauscher, Volumenstromwächter etc. eingesetzt werden, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind.
Die Regelung und die Betriebsweise der beschriebenen Ausführungsform ist recht einfach. Zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme des Meßgeräts bzw. zu Beginn eines Meßzyklus befindet sich die aktive Fläche 3 des Kondensatsammlers 1 auf dem Ausgangstemperaturniveau ┬₀. Die beliebige Ausgangstemperatur ┬₀ ist üblicherweise die Umgebungstemperatur oder die Eintrittstemperatur des Meßgases in die Meßkammer 14. Durch Kühlung des Kondensatsammlers 1 mittels des Peltierelements 2 wird der Kondensatsammler 1 bzw. dessen aktive Fläche 3 um die Temperaturdifferenz ┬ auf eine Temperatur ┬₁ abgekühlt. Wird das erfindungsgemäße Taupunkt-Meßgerät beispielsweise in einem Druckluft-Versorgungssystem verwendet, handelt es sich bei der Temperatur ┬₁ um eine als Alarm-Schwellenwert definierte Temperatur oder um die gewünschte Taupunkttemperatur des jeweiligen überwachten Trockners.
Ist die Temperatur ┬₁ erreicht, wird durch Umpolung der elektrischen Anschlüsse 6 und 7 des Peltierelements 2 die Aufheizphase eingeleitet. Die Dauer der Abkühlphase bzw. die Dauer der Aufheizphase und die Haltezeit auf dem jeweiligen Temperaturniveau orientiert sich am jeweiligen Anwendungsfall. Während der Abkühlphase muß sichergestellt werden, daß sich genügend Kondensat abscheiden kann und während der Aufheizphase muß sichergestellt werden, daß gebildetes Kondensat wieder vollständig verdampft wird. Zeigt der Feuchtesensor 8 bis zur Erreichung der frei wählbaren, am Einsatzbereich orientierten, Heizendtemperatur einen Indikationsimpuls, z. B. in Form eines starken Widerstandabfalls, so ist die während der vorausgehenden Abkühlphase erreichte Abkühlendtemperatur die gesuchte Taupunkttemperatur oder eine Temperatur unterhalb der Taupunkttemperatur.
Zeigt der Feuchtesensor 8 keinen Indikationsimpuls, bleibt der Widerstand also beispielsweise konstant, wurde die Taupunkttemperatur nicht erreicht.
Im ersten Fall wird nun eine höhere Temperatur, beispielhaft +1 K angefahren, im zweiten Fall eine niedrigere Temperatur.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Meßreihe immer in Richtung der tatsächlichen vorliegenden Taupunkttemperatur durchgeführt wird.
Die genauen Parameter der Regelstrategie, also z. B. die Temperaturschritte, Abkühl- und Heizgeschwindigkeit werden sich am jeweiligen Anwendungsfall orientieren.
Sofern man eine permanente Anzeige wünscht, wird die vorliegende Taupunkttemperatur z. B. in der Weise definiert, daß die letzte Temperatur, bei der eine Indikation vorlag, der jeweiligen Taupunkttemperatur entspricht.
Die zulässige bzw. geeignete zeitliche Länge des Meßintervals wird sich ebenfalls nach der jeweiligen Anwendung richten und ist durch die Leistung der installierten Kühleinrichtung beeinflußbar. Weiterhin ist auch die Installation mehrerer Kühlflächen an einem Sensor oder die Plazierung mehrerer Anordnungen in einer Meßkammer möglich, so daß eine quasi kontinuierliche Messung möglich ist.
Um die Regelung des erfindungsgemäßen Taupunkt-Meßgeräts bzw. die Bestimmung der Taupunkt-Temperatur zu automatisieren wird die Anzeige des Feuchtesensors 8, das Signal aus dem Temperatursensor 4 und die Ansteuerung des Peltierelements 2 in einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung zusammengeführt.
Wenn man die Dauer der Abkühlphasen optimiert, lassen sich mit dem beschriebenen Taupunkt-Meßgerät nach Fig. 1 Meßgenauigkeiten von Spiegel-Taupunkt-Meßgerät erreichen, d. h. Meßgenauigkeiten von ±0,2°C.
In einer konkreten Ausgestaltung des Taupunkt-Meßgeräts nach Fig. 1 wird als Feuchtesensor 8 beispielsweise eine Platte aus Epoxidharz (15 × 15 mm) als Isolator 10 mit 300 µm breiten, 35 µm dicken und im Abstand von 150 µm zueinander angeordneten Leiterbahnen aus Kupfer als Pole 11 und 12 verwendet. Als Kondensatsammler wird eine Aluminiumplatte mit den Abmessungen 3 × 15 × 15 mm verwendet. Der Abstand zwischen dem Feuchtesensor 8 und dem Kondensatsammler 1 beträgt 2 mm. Das Peltier-Element 2 hat eine Stromaufnahme von 1,8 A bei maximal 3 Volt Spannung. Die Meßkammer 14 weist ein Volumen von 20 cm³ auf. Bei Messung in Druckluft von 8 bar bei Taupunkttemperaturen zwischen 1,5 und 2,5°C und bei einer mittleren sensiblen Temperatur der Druckluft von 22°C wurden pro Stunde 12 Meßzyklen durchgeführt. Der Volumenstrom durch die Meßkammer 14 betrug 150 NLtr./h (Normalliter pro Stunde). Dabei wurden während des Aufheizens des Kondensatsammlers 1 folgende Widerstandsänderungen erzielt:
Anfangsbedingungen
<50* 10⁶ Ohm
0,2 K über Taupunkttemperatur <50* 10⁶ Ohm
0,2 K unter Taupunkttemperatur <0,5* 10⁶ Ohm
Damit liegt bei der genannten Meßgenauigkeit von 0,2 K ein signifikantes Widerstandsverhältnis von 1 : 100 vor. Signifikant wäre auch ein wesentlich kleineres Widerstandsverhältnis, so daß sich die Meßgenauigkeit noch steigern ließe.
Neben dem dargestellten Leiterbahn-Sensor können auch optische Sensoren, Ultraschall-Sensoren und andere für kapazitive oder Widerstandsmessungen geeignete Bauelemente verwendet werden.
Die Meßgaskammer kann im Prinzip für beliebig hohe Drücke ausgelegt werden.
Die als vorzugsweise beschriebene Anordnung ist sehr robust und im Gegensatz zu den üblich optischen und kapazitiven, gegen Verschmutzung unempfindlich, kalibrationsfrei und inklusive der peripheren Einrichtungen aus billigen Industriestandard- Komponenten zu erstellen, so daß die realisierbaren Preise in der Größenordnung 1/10 der Spiegel-Taupunkt-Meßgeräten liegen.
Die beschriebene Grundanordnung erlaubt viele Varianten, so beispielsweise die Kaskadenschaltung mehrerer Peltierelemente zur Erzielung besonders niedriger Abkühltemperaturen, bzw. hohe Rückkühltemperaturen oder den Einsatz anderer Kühlsysteme.
Weitere Varianten sind in der Weise denkbar, daß auch der Sensor eine Temperaturbehandlung erfährt, um beispielsweise die Anwesenheit mehrerer kondensierbarer Dämpfe selektiv zu bestimmen oder mehrere Sensoren um eine Kühlfläche oder mehrere Kühlflächen um einen oder mehrere Sensoren plaziert werden.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Taupunkts von Komponenten eines Gasgemisches mit
  •  einem Feuchtesensor (8),
  • - einem Kondensatsammler (1),
  • - einer mit dem Kondensatsammmler (1) thermisch gekoppelten Einrichtung (2) zur Regelung der Temperatur des Kondensatsammlers (1), und
  • - einem Temperatursensor (4), der in thermischem Kontakt mit dem Kondensatsammler (1) steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feuchtesensor (8) die Gasfeuchte mißt und räumlich getrennt von, aber benachbart zu dem Kondensatsammler (1) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor (8) räumlich unmittelbar über dem Kondensatsammler (1) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Feuchtesensor (8) und Kondensatsammler (1) in einer Meßkammer (14) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (14) eine Zuleitung (16) und eine Ableitung (17) aufweist, und daß zumindest die Ableitung (17) durch ein Ventil (18) absperrbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor (8) einen Spiegel aufweist, der einen hohen Dampfgehalt durch Beschlag anzeigt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor (8) ein Substrat (10) aus einem elektrischen Isolator aufweist, auf dem räumlich getrennt voneinander wenigstens zwei Leiterbahnen (11, 12) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regelung der Temperatur des Kondensatsammlers (1) wenigstens ein Peltier-Element (2) umfaßt, durch das der Kondensatsammler abkühlbar und aufheizbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zur Regelung der Temperatur des Kondensatsammlers (1) einen Wärmetauscher, insbesondere einen Verdampfungswärmetauscher umfaßt, von dem eine Seite den Kondensatsammler bildet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein Sintermetall-Wärmetauscher ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Feuchtesensoren vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kondensatsammler vorgesehen sind.
12. Verfahren zu Bestimmung des Taupunkts von Komponenten eines Gasgemisches, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten:
  • a) Abkühlung eines in dem Gasgemisch angeordneten Kondensatsammlers von einer Ausgangstemperatur ┬₀ um eine Temperatur-Differenz ΔT,
  • b) Aufheizen des Kondensatsammlers,
  • c) Messung der Änderung der Gasfeuchte mittels eines von dem Kondensatsammler getrennt angeordneten Feuchtesensor,
  • d) Wiederholung der vorhergehenden Verfahrensschritte mit geänderten Werten für die Ausgangstemperatur ┬₀ und/oder Temperaturdifferenz ΔT bis wenigstens einmal eine Änderung der Feuchte während des Aufheizens des Kondensatsammlers erfaßt wird, und
  • e) Festlegen derjenigen Endtemperatur während der Abkühlphase als Taupunkt-Temperatur, bei der in der darauffolgenden Aufheizphase keine Änderung der Feuchte mehr erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während der Aufheizphase bzw. während dem Messen der Feuchte ein abgeschlossenes Meßvolumen vorliegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatsammler während der Aufheizphase auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die über der Ausgangstemperatur ┬₀ liegt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verfahrensschritte mit unterschiedlichen Ausgangswerten für ┬₀ und ΔT gleichzeitig durchgeführt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchteänderung während der Aufheizphase durch die Widerstandsänderung einer Elektrodenanordnung (11, 12) erfaßt wird, wobei die Elektrodenanordnung mit Wechselstrom beaufschlagt wird.
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