DE4023796C1 - - Google Patents
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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.
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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