DE69622712T2

DE69622712T2 - Verfahren und vorrichtung zur taupunkttemperaturmessung eines feuchten gases

Info

Publication number: DE69622712T2
Application number: DE69622712T
Authority: DE
Inventors: Sven Olof Sonander
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2016-06-01
Also published as: JP3632100B2; US6022138A; GB9511204D0; ES2179944T3; AU5829296A; JPH11511242A; DE69622712D1; WO1996038723A1; EP0829008B1; EP0829008A1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases und Vorrichtungen, die sich für die Ausführung derartiger Messungen eignen.
Die Temperatur, bei der eine Probe eines feuchten Gases Sättigung erreicht und kondensiert, um auf einer Oberfläche, mit der das feuchte Gas in Kontakt ist. Wassertröpfchen oder alternativ Reif zu bilden, ist als "Taupunkttemperatur" bekannt. Falls die Taupunkttemperatur über 0ºC liegt, kondensiert das feuchte Gas bei der Taupunkttemperatur im allgemeinen zu Wassertröpfchen, und falls die Taupunkttemperatur unter 0ºC liegt, kondensiert das feuchte Gas zu Reif. Taupunkte unter 0ºC werden zwar manchmal als Frostpunkte bzw. Gefrierpunkte bezeichnet, aber im vorliegenden Kontext soll der Begriff "Taupunkttemperatur" Taupunkttemperaturen sowohl über als auch unter 0º einschließen.
Oft ist die Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases wichtig, zum Beispiel eines Gases, das die Atmosphäre im Inneren eines Ofens bildet, wie z. B. eines metallurgischen Ofens, der für Halbleiter- oder Fertigungsprozesse eingesetzt wird. Die Taupunkttemperatur kann ein Maß für den Wassergehalt in dem Gas liefern, der extrem niedrig gehalten werden muß, um das Produkt, einen Katalysator und die Anlage oder mehrere von diesen gegen Schaden zu schützen, z. B. bei der Herstellung von Lichtleitfasern. Die Messungen der Taupunkttemperatur sind außerdem wichtig beim Schutz von Ferngasleitungen gegen Korrosion durch Feuchtigkeit im Gasvorrat. Außerdem liefert eine Taupunkttemperaturmessung des Inhalt einer Gasflasche ein Maß für die Reinheit des Gases in der Flasche. Tatsächlich sind die industriellen Anwendungen für die Taupunkttemperaturmessung und für Vorrichtungen zur Taupunkttemperaturmessung zahlreich und mannigfaltig.
Ein bekanntes Verfahren zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases erfordert, daß man einen Gasstrom über eine Spiegeloberfläche leitet. Eine Lichtquelle, wie z. B. eine Leuchtdiode (LED) ist auf die Spiegeloberfläche gerichtet, und ein Photodetektor ist so angeordnet, daß er von der LED emittiertes Licht nachweist, das von der Spiegeloberfläche reflektiert wird. Ein Kühlsystem dient zur fortschreitenden Absenkung der Temperatur der Spiegeloberfläche, bis in dem feuchten Gas enthaltene Feuchtigkeit auf der Spiegeloberfläche zu Tau oder Reif kondensiert. Tau (oder Reif), der sich auf der Spiegeloberfläche im Weg des von der LED emittierten Lichts bildet, verursacht eine Ablenkung (oder Streuung) des Lichts aus seinem ursprünglichen Weg, so daß sich die von der Photodiode nachgewiesene Lichtmenge verringert. Durch Bereitstellen eines Regelkreises zwischen der Photodiode und dem Kühlsystem kann die Temperatur des Spiegels auf eine Gleichgewichtstemperatur geregelt werden, wo die Kondensations- und Verdunstungsgeschwindigkeiten von Wassermolekülen auf die oder von der Spiegeloberfläche gleich groß sind und auf dem Spiegel eine konstante Masse Wasser (oder Reif) gehalten wird, wodurch ein konstanter Streuungsgrad und damit ein konstanter erfaßter Helligkeitsgrad gehalten wird. Dieser tritt bei der Taupunkttemperatur auf. Dieser Vorrichtungstyp wird oft als gekühltes Spiegelhygrometer bezeichnet.
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es die Kondensation einer ausreichenden Feuchtigkeitsmenge auf dem Spiegel erfordert, um eine zuverlässig nachweisbare Streuung des von der LED emittierten Lichts zu liefern. In Fällen, wo das feuchte Gas relativ trocken ist und beispielsweise einen Feuchtigkeitsgehalt von 10 Teilen pro Million (ppm) Wassermolekülen (oder weniger) aufweist, kann es eine beträchtliche Zeit dauern, typischerweise einige Minuten, bis eine ausreichende Kondensation auftritt, um eine niedrigere Anzeige am Photodetektor zu erzielen. Als Ergebnis kann die progressiv sinkende Temperatur des Spiegels auf einen Wert weit unter der Taupunkttemperatur gefallen sein, bevor eine ausreichende Kondensation aufgetreten ist. Dadurch wird die Genauigkeit, mit der die Taupunkttemperatur während relativ kurzer Zeitspannen bestimmt werden kann, wegen der relativ großen Schwankungen der Spiegeltemperatur über und unter der Taupunkttemperatur vor Erreichen eines Gleichgewichtszustands beschränkt. So kann die genaue Bestimmung von Meßwerten der Taupunkttemperatur in Fällen mit sehr niedrigem Feuchtigkeitsgehalt des Gases, etwa von zehn ppm bis zu einem Zehntel ppm (entsprechend einer Taupunkttemperatur zwischen etwa -60ºC und -100ºC) mehr als eine Stunde dauern. Außerdem können Probleme auftreten, wobei sich Staub oder andere Teilchen auf dem Spiegel absetzen und eine Streuung oder Ablenkung des von der LED ausgehenden Lichts von seinem ursprünglichen Weg zwischen der LED und dem Photodiodendetektor verursachen, die zu ungenauen Messungen der Taupunkttemperatur fuhrt. Wenn ferner das Gas, dessen Feuchtigkeitsgehalt zu messen ist, selbst bei einer Temperatur kondensiert, die über dem Taupunkt des feuchten Gases liegt (z. B. gewisse Kohlenwasserstoffgase), dann treten Probleme wegen der Gasmoleküle auf, die auf dem Spiegel kondensieren und das Licht ablenken/streuen, bevor der Spiegel auch nur die Taupunkttemperatur des feuchten Gases erreicht.
Unter bestimmten Dampfdruck- und Temperaturbedingungen kann unter 0ºC abgekühltes reines Wasser eine unterkühlte Flüssigkeit werden. Ein weiterer Nachteil des oben beschriebenen Verfahrens mit "gekühltem Spiegelhygrometer" tritt auf, wenn man versucht, Taupunkte unter 0ºC (d. h. "Frostpunkte") zu messen. Das gekühlte Spiegelhygrometer kann nicht die Kondensation einzelner Wassermoleküle erfassen, die bei der Frostpunkttemperatur auftritt, wenn sich einzelne Wassermoleküle an den Spiegel anlagern. Wegen ihrer mangelnden Beweglichkeit weisen diese Moleküle einen Gleichgewichts-Wasserdampfdruck auf, der Eis im Gegensatz zu unterkühltem Wasser entspricht. Der Spiegel kühlt sich weiter ab, bis sich die Wassermoleküle zu Molekülgruppen verbinden, die groß genug sind, um Licht zu streuen. Wenn sich die Molekülgruppen zu Eis- oder Reifkristallen anordnen, erreicht die Temperatur des gekühlten Spiegels schließlich einen Gleichgewichtszustand bei einer Temperatur, die der Frostpunkttemperatur des Gases entspricht. Die einzelnen Wassermoleküle können sich jedoch zu Gruppen von unterkühlter Flüssigkeit ordnen, wodurch die einzelnen Wassermoleküle größere Beweglichkeit erlangen würden. Im letzteren Fall wird sich die Temperatur des gekühlten Spiegels schließlich auf der Taupunkttemperatur stabilisieren, die um einige Grad niedriger sein kann als die Frostpunkttemperatur für einen gegebenen Wasserdampfdruck. Da sowohl reines Wasser als auch Eis gute elektrische Isolatoren sind und daher eine Unterscheidung zwischen reinem Wasser und Eis durch elektronische Mittel nicht möglich ist, muß der Benutzer des Hygrometers mit gekühltem Spiegel ein auf den Spiegel eingestelltes Mikroskop benutzen, um festzustellen, ob sich Eis oder Wasser gebildet hat, wenn bei der Messung der Tau- oder Frostpunkttemperatur in reiner Luft oder reinem Gas genaue Meßwerte erforderlich sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases bereitzustellen, das einen oder mehrere der obigen Nachteile vermeidet oder minimiert.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases die folgenden Schritte auf: Leiten eines feuchten Gasstroms über eine Oberfläche; Messen der Temperatur der Oberfläche; Anbringen eines Feuchtigkeitssensors in dem Gasstrom stromabwärts von der Oberfläche; Kühlen der Oberfläche, um die Temperatur der Oberfläche fortschreitend zu abzusenken; während der Kühlung der Oberfläche, Überwachen des Feuchtigkeitsgehalts des Gases stromabwärts von der Oberfläche; Erfassen einer Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts des Gases stromabwärts von der Oberfläche infolge einer Kondensation der Feuchtigkeit aus dem feuchten Gas bei dessen Taupunkttemperatur, und Verwendung der erfaßten Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts infolge der Feuchtigkeitskondensation zur Steuerung der gemessenen Temperatur, um eine Taupunkttemperatur zu erhalten. Die erfaßte Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts kann zur Steuerung der Messung der Temperatur der Oberfläche benutzt werden, um eine Taupunkttemperatur zu erhalten. Vorzugsweise wird die erfaßte Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts infolge der Feuchtigkeitskondensation zur Steuerung der Kühlung der Oberfläche benutzt, um die Oberfläche zumindest während der Zeitdauer einer Taupunkttemperaturmessung im wesentlichen auf der Taupunkttemperatur des feuchten Gases zu halten und dadurch eine Taupunkttemperatur zu erhalten.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das Verfahren selektiv empfindlich für die Kondensation von Wassermolekülen ist und dadurch das Risiko von Ungenauigkeiten vermeidet oder reduziert, die sich aus der Gegenwart von Staub und/oder der Kondensation des Gases ergeben, dessen Feuchtigkeitsgehalt zu messen ist. Durch Verwendung hochempfindlicher Feuchtigkeitssensoren ist es ferner möglich, Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts sehr schnell nachzuweisen, typischerweise innerhalb von Sekunden, wodurch die schnelle Messung der Taupunkttemperatur ermöglicht wird, die auf die verschiedensten Arten ausgeführt werden kann. Femer können sogar sehr kleine Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts nachgewiesen werden, so daß bei Taupunkten unter 0ºC die Kondensation sehr kleiner Reifmengen sehr schnell, typischerweise innerhalb von Sekunden, vor der Bildung etwaiger Eiskristalle oder unterkühlter Wassertröpfchen nachgewiesen werden kann.
In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung kann ein direkter Einzelwert für die Taupunkttemperatur ermittelt werden, indem einfach die Temperatur der Oberfläche zum Zeitpunkt oder unmittelbar nach Erfassung der Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts infolge Feuchtigkeitskondensation gemessen wird. Dies liefert einen momentanen "Stichproben"-Wert für die Taupunkttemperatur. In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Reaktion auf die Erfassung der Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts infolge Feuchtigkeitskondensation die Anwendung einer Kühlung auf die Oberfläche gesteuert. Danach läßt man die Temperatur der gekühlten Oberfläche ansteigen, z. B. einfach durch Verminderung oder Unterbrechen der Kühlung, um ein Erwärmen durch den Gasstrom zuzulassen, oder nach Wunsch auch durch externes Beheizen. Durch fortgesetzte Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts des Gases stromabwärts von der Oberfläche, nachdem die Kühlung der Oberfläche eingestellt wurde, kann dann das Ansteigen des Feuchtigkeitsgehalts infolge Verdunstung der kondensierten Feuchtigkeit von der Oberfläche und seine anschließende Abnahme auf einen Endfeuchtigkeitsgehalt überwacht werden, der im wesentlichen gleich dem Feuchtigkeitsgehalt vor der Abnahme infolge Feuchtigkeitskondensation ist. Vorzugsweise wird dann als Reaktion auf den Nachweis des Endfeuchtigkeitsgehalts die Anwendung einer Kühlung auf die Oberfläche empfohlen, um einen weiteren Feuchtigkeitskondensations- und - verdunstungszyklus zu beginnen. Der Feuchtigkeitskondensations- und -verdunstungszyklus kann mindestens zweimal ausgeführt werden und wird vorzugsweise mehrmals ausgeführt. Durch Berechnung der mittleren Temperatur der Oberfläche über einen derartigen Feuchtigkeitskondensations- und - verdunstungszyklus laßt sich ein Mittelwert für die Taupunkttemperatur des feuchten Gases ermitteln. Vorzugsweise bestimmt man den Mittelwert der Taupunkttemperatur durch Berechnen der mittleren Temperatur der Oberfläche über mehrere derartige Zyklen. Die mittlere Temperatur der Kühlfläche kann nach jedem geeigneten Verfahren bestimmt werden, einschließlich der einfachen Bestimmung des Mittelpunkts zwischen den oberen und unteren Temperaturspitzen des Zyklus, oder durch eine kompliziertere Analyse der Form der Temperaturkurvenzyklen, wie weiter unten diskutiert. Welches Verfahren auch immer angewandt wird, es ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß durch Anwendung eines schnellen und empfindlichen Nachweises der Kondensation auf oder der Verdunstung von der Oberfläche mit deren Temperaturänderung der Temperaturbereich der zyklischen Temperaturänderung der Oberfläche im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich eingeschränkt werden kann, typischerweise auf weniger als 1ºC, z. B. auf etwa ±0,1ºC bezüglich der tatsächlichen Taupunkttemperatur, wodurch die Ausführung erheblich genauerer Messungen ermöglicht wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schließt die Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts des Gases stromaufwärts von der Oberfläche ein. Die Überwachung der Differenz zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt des Gases stromaufwärts von der Oberfläche und dem Feuchtigkeitsgehalt des Gases stromabwärts von der Oberfläche ermöglicht den Nachweis einer Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts stromabwärts von der Oberfläche unabhängig von irgendwelchen zugrundeliegenden Änderungen des Feuchtigkeitsgehalt des getesteten feuchten Gases, d. h. von Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts, die nicht auf Kondensation auf oder Verdunstung von der Oberfläche infolge von Temperaturänderungen der Oberfläche zurückzuführen sind.
Wie weiter oben bereits angedeutet, ist es ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß Messungen wesentlich schneller als bei bisher bekannten Systemen ausgeführt werden können - typischerweise innerhalb von Sekunden statt innerhalb mehrerer Minuten. In bestimmten Fällen ist allerdings eine noch schnellere Messung erforderlich, um Änderungen nachzuweisen, die in Bruchteilen einer Sekunde auftreten, die sogar in Millisekunden gemessen werden können, und/oder um sehr kleine Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts nachzuweisen, die in Bruchteilen von 1 ppm gemessen werden.
Nach einem zweiten Aspekt bietet die vorliegende Erfindung ferner ein Verfahren zur Messung der Taupunkttemperatur mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Feuchtigkeitssensors und einer Prozessoreinrichtung, die so programmiert ist, daß sie das Ausgangssignal des Feuchtigkeitssensors in einen Anzeigewert der Taupunkttemperatur umrechnet, wobei das Verfahren die Eichung der Prozessoreinrichtung durch die folgenden Schritte aufweist: Messen der Taupunkttemperatur einer Gasprobe, Vergleich der Taupunkttemperaturmessung mit dem Taupunkttemperaturanzeigewert, und Umprogrammieren der Prozessoreinrichtung, falls die Taupunkttemperaturmessung und der Taupunkttemperaturanzeigewert nicht übereinstimmen.
Vorzugsweise wird die Taupunkttemperaturmessung, die zum Eichen der Prozessoreinrichtung für das Ausgangssignal des Feuchtigkeitssensors verwendet wird, vorteilhafterweise mehr oder weniger kontinuierlich unter Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt. Man wird allerdings erkennen, daß auch andere Formen der Taupunkttemperaturmeßvorrichtung für Eichzwecke verwendet werden können, z. B. ein herkömmliches optisches System, obwohl diese aus den weiter oben erwähnten Gründen weniger bevorzugt werden.
Mit diesem Typ des Taupunktmeßverfahrens (und der entsprechenden Vorrichtung) läßt sich die Empfindlichkeit gegen Änderungen der Taupunkttemperatur noch weiter erhöhen - typischerweise von ±0,1ºC auf ±0,001ºC. Femer können Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts nachgewiesen werden, die in so kurzen Zeitspannen wie einigen Millisekunden auftreten. Dies ermöglicht die Ausführung einer Taupunkttemperaturmessung im wesentlichen in "Echtzeit".
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases auf: eine Oberfläche, ein Kühlsystem, das so ausgebildet und eingerichtet ist, daß es die Oberfläche kühlt, um die Temperatur der Oberfläche fortschreitend abzusenken, einen Feuchtigkeitssensor zur Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts eines über die Oberfläche fließenden Gases, eine Detektoreinrichtung zum Erfassen einer Abnahme des überwachten Feuchtigkeitsgehalts des Gases wegen Feuchtigkeitskondensation des feuchten Gases bei dessen Taupunkttemperatur, und eine Temperaturmeßeinrichtung zur Messung der Temperatur der Oberfläche.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner eine Kühlungssteuereinrichtung zur Steuerung der Kühlung der Oberfläche auf, um die Oberfläche zumindest während der Zeitspanne der Taupunkttemperaturmessung zur Bestimmung einer Taupunkttemperatur im wesentlichen auf der Taupunkttemperatur des feuchten Gases zu halten.
Die Kühlungssteuereinrichtung kann eine Rückkopplungsschleife zwischen der Detektoreinrichtung und dem Kühlsystem aufweisen.
Die Detektoreinrichtung kann so angepaßt sein, daß sie über die Rückkopplungsschleife ein Signal zum Kühlsystem sendet, wenn durch die Detektoreinrichtung eine Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts wegen Feuchtigkeitskondensation aus dem feuchten Gas erfaßt wird. Das Kühlsystem kann so angepaßt sein, daß es das Signal von der Detektoreinrichtung empfängt und nach Empfang des Signals die Kühlung der Oberfläche unterbricht (oder reduziert). Nach Empfang des Signals wird das Kühlsystem vorzugsweise automatisch abgeschaltet, um die Temperaturabsenkung der Oberfläche zu unterbrechen. Alternativ kann das Kühlsystem mit Heizeinrichtungen ausgestattet sein, die so angepaßt sind, daß sie nach Empfang des Signals von der Detektoreinrichtung mit dem Beheizen der Oberfläche beginnen, um die Temperatur der Oberfläche zu erhöhen. Das Kühlsystem kann so angepaßt sein, daß es ein weiteres Signal von der Detektoreinrichtung empfängt; nach dessen Empfang das Kühlsystem automatisch zurückgeschaltet wird, um die Temperatur der Oberfläche wieder progressiv abzusenken.
Das Kühlsystem kann auch so angepaßt werden, daß es die Heizeinrichtung veranlaßt, das Beheizen der Oberfläche nach Empfang des weiteren Signals durch das Kühlsystem zu unterbrechen, falls eine Heizeinrichtung vorgesehen ist.
Die Detektoreinrichtung kann einen Schalter aufweisen. Alternativ kann die Detektoreinrichtung einen PID-Regler aufweisen. Die Vorrichtung kann ferner eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Temperaturmessungen an der Oberfläche aufweisen. Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinrichtung so angepaßt, daß sie einen Mittelwert der Temperatur an der Oberfläche während der Zeitspanne der Taupunkttemperaturmessung berechnet, wobei der Mittelwert die gemessene Taupunkttemperatur ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung braucht nur ein einziger Feuchtigkeitssensor verwendet zu werden. Wenn dies allerdings gewünscht wird, kann auch ein zweiter Feuchtigkeitssensor eingesetzt werden, um den Feuchtigkeitsgehalt des zur Oberfläche fließenden Gases zu überwachen. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann so angepaßt werden, daß sie die Feuchtigkeitsgehalte verarbeitet, die vom ersten und vom zweiten Feuchtigkeitssensor überwacht werden. Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinrichtung so angepaßt, daß sie den vom ersten Feuchtigkeitssensor überwachten Feuchtigkeitsgehalt mit dem vom zweiten Sensor überwachten Feuchtigkeitsgehalt vergleicht, und umgekehrt, um zugrundeliegende Änderungen im Feuchtigkeitsgehalt des Gases nachzuweisen (d. h. Änderungen, die nicht mit der Kondensation an oder der Verdunstung von der gekühlten Oberfläche verbunden sind).
Die Detektoreinrichtung, die Kühlungssteuereinrichtung und die Signalverarbeitungseinrichtung können alle in einem Mikroprozessor bereitgestellt werden. Der Mikroprozessor ist vorteilhafterweise so vorprogrammiert, daß er den Betrieb der Vorrichtung in einer oder mehreren verschiedenen Betriebsarten ermöglicht. Zum Beispiel kann der Mikroprozessor so programmiert sein, daß einer oder jeder von den Feuchtigkeitssensoren darauf geeicht werden, momentane (z. B. innerhalb weniger Millisekunden) Taupunkttemperaturwerte für Meßwerte des Feuchtigkeitsgehalts zu liefern. In Fällen, wo eine kontinuierliche Kühlung der gekühlten Oberfläche unzweckmäßig ist, oder in Fällen, wo zu messende Taupunktemperaturen jenseits der Kühlkapazität des Kühlsystems der Vorrichtung liegen, lassen sich so zum Beispiel Schätzwerte für die Taupunkttemperaturen ermitteln. Die Eichung kann unter Verwendung von gespeicherten Daten ausgeführt werden, solange die Vorrichtung während einer Serie von Taupunkttemperaturmessungen innerhalb der Kühlkapazität des Kühlsystems arbeitet. Die Eichung mindestens eines der Feuchtigkeitssensoren, um auf diese Weise momentane Taupunkttemperaturwerte zu liefern, ermöglicht es, Taupunkttemperaturmeßwerte im wesentlichen in "Echtzeit" zu gewinnen.
Falls beide Sensoren geeicht werden, um momentane Taupunkttemperaturen zu liefern, kann der Mikroprozessor so programmiert werden, daß er ein plötzliches Versagen eines der beiden Feuchtigkeitssensoren erkennt und weiterhin Taupunkttemperaturmeßwerte anzeigt, die auf den vom anderen Sensor erhaltenen Feuchtigkeitsmeßwerten basieren. Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise mit einer Fehleranzeigeeinrichtung ausgestattet, um einen Defekt anzuzeigen, bis der fehlerhafte Sensor ausgetauscht ist.
Der zweite Feuchtigkeitssensor kann ein vorgeeichter Feuchtigkeitssensor sein, der so geeicht ist, daß man Direktablesungen der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases erhält. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann ein Servosystem zur Überwachung der von dem vorgeeichten Feuchtigkeitssensor erhaltenen Taupunkttemperaturmessung aufweisen. Zum Vergleich dieser Taupunktmessung mit dem berechneten Mittelwert der Temperatur der Oberfläche kann eine Vergleichseinrichtung vorgesehen werden. Das Servosystem und die Vergleichseinrichtung können in dem Mikroprozessor bereitgestellt werden. Das Servosystem kann so ausgebildet und eingerichtet werden, daß es den vorgeeichten Feuchtigkeitssensor nacheicht, wenn die verglichene Taupunktmessung und der berechnete Mittelwert der Oberflächentemperatur nicht übereinstimmen. Das Servosystem verwendet zweckmäßigerweise eine geeignete Computersoftware zum Ausführen der Nacheichung des vorgeeichten Feuchtigkeitssensors.
Der Mikroprozessor kann auch so programmiert werden, daß im Falle eines Defekts der Temperaturmeßeinrichtung und/oder des Kühlsystems die Vorrichtung weiterarbeitet, indem sie Taupunktmeßwerte anzeigt, die von dem geeichten zweiten (stromaufwärts angeordneten) Sensor gewonnen werden.
Der Mikroprozessor kann so programmiert werden, daß er einen "Stichproben"-Modus bereitstellt, in dem der Sensor auf die Anzeige der Oberflächentemperatur zu Beginn der Feuchtigkeitskondensation als einer unbestätigten Taupunkttemperaturmessung programmiert ist. Nach Ablauf einer Taupunkttemperaturmeßdauer wird der unbestätigte Taupunkttemperaturmeßwert durch Berechnung der mittleren Temperatur der Oberfläche während der Taupunkttemperaturmeßdauer bestätigt oder korrigiert. Schnelle Stichprobenmeßwerte sind oft bei Anwendungen wie z. B. dem automatischen Füllen von Gasflaschen erforderlich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die verschiedensten schnell ansprechenden, empfindlichen Feuchtigkeitsmeßsysteme eingesetzt werden, die ein elektrisches Signal liefern. Vorzugsweise wird ein Feuchtigkeitssensor verwendet, der ein direktes elektrisches Antwortsignal auf Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts liefert, z. B. eine Änderung der elektrischen Kapazität. Geeignete Sensoren dieser Art sind dem Fachmann bekannt und können so geeicht werden, daß sie Anzeigewerte in Form von Teilen pro Million (ppm) Feuchtigkeit liefern. Ein Beispiel weist eine Schicht aus porösem Siliciumoxid und einen nichtporösen Silciumdioxid-Wafer auf. Alternativ kann der Sensor eine Schicht aus porösem Aluminiumoxid und einen nichtporösen Aluminium-Wafer aufweisen. Derartige Sensoren können Feuchtigkeitsgehalte bis hinab zu einem Teil pro Million und darunter messen und sprechen schnell auf winzige Änderungen der Feuchtigkeitsgehalte an. Als Alternative können der oder jeder Feuchtigkeitssensor vom Schwingkristalltyp sein.
Durch die Verwendung derartiger Feuchtigkeitssensoren läßt sich ein schnell ansprechendes System erzielen, in dem die Temperatur der Oberfläche schnell über und unter die Taupunkttemperatur pendeln kann.
Der Temperatursensor kann ein Platin-Widerstandssensor sein und wird vorzugsweise in der gekühlten Oberfläche montiert.
Das Kühlsystem kann eine thermoelektrische Wärmepumpe aufweisen, die ein Peltierelement enthalten kann. Die Oberfläche kann eine Materialschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wobei die Schicht in Kontakt mit der Wärmepumpe ist. Alternativ kann die Oberfläche Teil einer Röhren- oder Rohrwand sein, durch die ein feuchter Gasstrom geleitet werden kann. Ein Teil der Röhre oder des Rohrs kann gebogen oder spiralförmig sein. Das Kühlsystem kann einen Vorratsbehälter mit flüssigem Kühlmittel aufweisen, in dem der gebogene oder spiralförmige Röhren- oder Rohrabschnitt eingetaucht wird, wobei die Temperatur des Flüssigkeitsbehälters durch die Stärke des elektrischen Stroms, der durch ein in die Flüssigkeit eingetauchtes, elektrisch leitendes Element geleitet wird, oder durch eine thermoelektrische Wärmepumpe gesteuert wird, die sich in Wärmekontakt mit dem flüssigen Kühlmittel befindet. Als Alternative kann das Kühlsystem die Gasausdehnung nutzen, um eine Kühlung zu erzielen. Ein Teil der Röhre oder des Rohrs kann in eine Kammer eingetaucht werden, in die sich ein unter hohem Druck stehendes Gas durch eine Öffnung ausdehnen kann, um eine Kühlwirkung an dem Röhren- oder Rohrabschnitt zu erzeugen. Der Abschnitt ist vorzugsweise spiralförmig.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung tragbar.
In Fällen, wo sehr niedrige Taupunkte zu messen sind, können mehr als einer der beschriebenen Kühlsystemtypen verwendet werden, um ausreichend niedrige Temperaturen der Oberfläche zu erreichen.
Die Vorrichtung kann ferner eine zusätzliche Temperaturmeßeinrichtung enthalten, deren Meßwerte durch den Mikroprozessor genutzt werden können, um von der Vorrichtung gewonnene Taupunkttemperaturmeßwerte als relative Luftfeuchtigkeit auszudrücken. Die zusätzliche Temperaturmeßeinrichtung ist vorzugsweise in dem feuchten Gas, dessen Taupunkt gerade überwacht wird, an einer von der gekühlten Oberfläche entfernten Stelle angeordnet.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, lediglich anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases;
Fig. 2 eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Feuchtigkeitssensors, der in der Vorrichtung von Fig. 1 enthalten ist;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm der "Feuchtigkeit" in Abhängigkeit von der "Zeit", das man von dem Feuchtigkeitssensor gemäß Fig. 2 erhält, der in der Vorrichtung von Fig. 1 enthalten ist, sowie ein schematisches Diagramm der "Temperatur" in Abhängigkeit von der "Zeit", das man von einem in der Vorrichtung von Fig. 1 enthaltenen Temperatursensor erhält;
Fig. 4 eine schematische Teildarstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Eichkurve eines vorgeeichten Feuchtigkeitssensors;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer alternativen Taupunkttemperaturmeßvorrichtung;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Taupunkttemperaturmeßvorrichtung;
Fig. 8(a) eine vergrößerte Darstellung des ringförmigen Abschnitts D der Vorrichtung von Fig. 7;
Fig. 8(b) eine Schnittdarstellung der Vorrichtung von Fig. 7 entlang der Linie C-C';
Fig. 9(a) eine Schnittdarstellung eines Teils einer modifizierten Version der Vorrichtung von Fig. 7 zur Messung sehr niedriger Taupunkttemperaturen;
Fig. 9(b) eine perspektivische Ansicht eines spiralförmigen Rohrabschnitts der Vorrichtung von Fig. 9(a);
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer modifizierten Version der Vorrichtung von Fig. 7; und
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer weiteren modifizierten Version der Vorrichtung von Fig. 7.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases. Das Gas A, das in dieser Ausführungsform feuchte Luft ist, fließt entlang der Innenseite eines Rohrs 1. Die feuchte Luft A fließt über und kommt in Kontakt mit einer Oberfläche 2 einer Platinfolie, die an einer thermoelektrischen Wärmepumpeneinheit 3 angebracht ist, die in der Wand des Rohrs 1 montiert ist. Die Wärmepumpeneinheit enthält thermoelektrische Module 4, die Peltierkristalle enthalten, und wird mittels einer Stromversorgung 11 elektrisch betrieben, um die Oberfläche 2 zu kühlen und dadurch die Temperatur der Oberfläche 2 fortschreitend abzusenken. Stromabwärts von der Oberfläche 2 ist ein Feuchtigkeitssensor 5 montiert und überwacht den Feuchtigkeitsgehalt der Luft in einem Bereich, der im allgemeinen oberhalb des Sensors liegt, durch Messung des Feuchtigkeitsgehalts von feuchter Luft, mit der sich der Sensor im Kontakt befindet. Der Sensor 5 ist vom Kapazitätstyp und mißt Kapazitätsänderungen, die auf die in der Luft vorhandene Feuchtigkeit zurückzuführen sind. Fig. 2 zeigt in Detail eine schematische Schnittdarstellung (stark vergrößert) eines solchen Sensors. Der Sensor weist eine obere, äußere Schicht 10 aus Goldfolie (Au) und eine untere, äußere Schicht 12 aus Goldfolie auf. Unmittelbar unter der oberen Goldfolie befindet sich eine Schicht 14 aus Chromfolie (Cr), und darunter eine Schicht 16 aus porösem Siliciumoxid (SiO). Unterhalb der Siliciumoxidschicht 16 befindet sich ein Wafer 18 aus nichtporösem Silicium (Si). Unter dem Siliciumwafer befindet sich eine weitere Schicht 20 aus Chromfolie, die auf die untere, äußere Goldfolie aufgebracht ist. Der vollständige Sensor 5 funktioniert wie ein Kondensator. Wassermoleküle in der feuchten Luft A durchdringen die oberen Schichten aus Gold- und Chromfolie und scheiden sich in der Schicht 16 aus porösem Siliciumoxid ab, wodurch sie eine Kapazitätsänderung zwischen den beiden Goldschichten verursachen.
Die durch den Sensor 5 erfaßte Kapazitätsänderung wird durch einen Wandler 6, der Frequenzänderungen in einem Stromkreis überwacht, die auf Kapazitätsänderungen des Sensors 5 zurückzuführen sind, in ein analoges oder alternativ ein digitales Signal umgewandelt. In der Oberfläche 2 ist ein Platin-Widerstandstemperatursensor 7 enthalten, und Widerstandsmessungen werden m einer Steuereinheit 8 in Temperaturmeßwerte umgewandelt.
Da die Temperatur der Oberfläche 2 progressiv abgesenkt wird, erreicht die Oberfläche schließlich eine Temperatur, bei welcher die in der feuchten Luft A enthaltene Feuchtigkeit auf die Oberfläche 2 auskondensiert. Dies geschieht, sobald die Oberfläche 2 die Taupunkttemperatur TD der feuchten Luft erreicht, die über die Oberfläche 2 streicht. Wenn diese Kondensation aufgetreten ist, erfaßt der Feuchtigkeitssensor 5, der den Feuchtigkeitsgehalt der feuchten Luft stromabwärts von der Oberfläche 2 überwacht, eine Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts unter einen früheren, stationären Feuchtigkeitsgehalt MC (der dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft vor dem Auskondensieren von Feuchtigkeit auf die Oberfläche 2 entspricht). Diese Abnahme ist auf die abnehmende Konzentration von Wassermolekülen in der über den Sensor 5 streichenden Luftprobe infolge Kondensation eines Teils der Moleküle an der Oberfläche 2 stromaufwärts vom Sensor 5 zurückzuführen. Eine Detektoreinheit 9, die das Ausgangssignal vom Wandler 6 empfängt, erfaßt diese Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts. Die Detektoreinheit 9 ist in einer Rückkopplungsschleife mit der Stromversorgung 11 gekoppelt. Nach Erfassung der Abnahme beendet der Detektor 9 die Stromzufuhr zur Wärmepumpeneinheit 3, um die Absenkung der Temperatur der Oberfläche 2, die bis jetzt unter die Taupunkttemperatur TD abgefallen ist, zu unterbrechen. Anschließend beginnt sich die Oberfläche progressiv zu erwärmen (infolge ihres Kontakts mit dem Feuchtluftstrom A und der Umgebungstemperatur). Sobald die Temperatur T der Oberfläche 2 die Taupunkttemperatur TD erreicht und übersteigt, verdunstet das kondensierte Wasser an der Oberfläche 2 und verursacht einen anschließenden Anstieg des Feuchtigkeitsgehalts, der durch den Sensor 5 stromabwärts von der Oberfläche 2 überwacht wird. Fig. 3 zeigt die Kurven der Feuchtigkeit M und der Temperatur T (aufgetragen als Funktion von der Zeit t), die durch einen Mikroprozessor 20 aufgezeichnet werden, der mit dem Wandler 6, dem Detektor 9 und der Steuereinheit 8 verbunden ist. Zum Zeitpunkt (4 ist die gesamte kondensierte Feuchtigkeit von der Oberfläche 2 verdunstet, und der Meßwert des Feuchtigkeitsgehalts von Sensor 5 ist auf seinen ursprünglichen Wert MC zurückgefallen. An diesem Punkt beginnt die Detektoreinheit wieder mit der Stromzufuhr zur Wärmepumpeneinheit 3, um nochmals mit der Temperaturabsenkung der Oberfläche 2 zu beginnen, und startet auf diese Weise einen weiteren, ähnlichen Feuchtigkeitskondensations- und - verdunstungszyklus. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Periode dieses Zyklus gleich ((t&sub5;-t&sub1;).
Nach einem Kondensations- und Verdunstungszyklus berechnet der Mikroprozessor, der einen Signalprozessor enthält, die über den abgelaufenen Zyklus gemittelte Temperatur der Oberfläche 2. Die in Fig. 3 dargestellten Kurven sind der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt; in Wirklichkeit haben aber die oberen und unteren Scheitelwerte der Temperatur T oberhalb und unterhalb der Taupunkttemperatur TD nur eine Amplitude von etwa 0,1ºC oder weniger. Die berechnete mittlere Temperatur liefert einen Meßwert der Taupunkttemperatur. In Fällen, wo man Anzeigewerte über mehrere Zyklen erhält, kann alternativ die über zwei oder mehrere derartige Zyklen gemittelte Temperatur der Oberfläche 2 berechnet werden, um die gemessene Taupunkttemperatur zu erhalten.
In einer Ausführungsform ist die Detektoreinheit 9 ein PID-Regler, der den Strom zur Wärmepumpeneinheit 3 so regelt, daß die Temperatur T der Oberfläche 2 im wesentlichen während der gesamten mehreren Kondensations- und Verdunstungszyklen auf der Taupunkttemperatur TD gehalten wird, wodurch eine äußerst genaue Bestimmung der Taupunkttemperatur ermöglicht wird.
In einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung, die schematisch in Fig. 4 dargestellt ist, weist die Anordnung einen weiteren Feuchtigkeitssensor 13 auf, der stromaufwärts von der Oberfläche 2 angeordnet und vom gleichen Typ ist wie der stromabwärts von der Oberfläche 2 angeordnete Feuchtigkeitssensor 5. Das Kapazitäts-Ausgangssignal des stromaufwärts angeordneten Sensors 13 wird durch einen Wandler (nicht dargestellt) in ein Analog- oder Digitalsignal umgewandelt, wobei das Ausgangssignal des Wandlers dem Mikroprozessor 20 zugeführt wird. In dieser Ausführungsform wird das Signal vom Wandler 6 für den stromabwärts angeordneten Sensor 5 direkt in den Mikroprozessor 20 eingespeist. Durch Subtrahieren des von einem der Sensoren 5, 13 überwachten Feuchtigkeitsgehalte M von dem durch den anderen Sensor überwachten Feuchtigkeitsgehalt (nötigenfalls unter Berücksichtigung einer geeigneten Zeitverzögerung) bleibt das resultierende Differenzsignal daher unbeeinflußt von etwaigen Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts der feuchten Luft A, die auftreten können, aber nicht auf Kondensation oder Verdunstung von Feuchtigkeit an bzw. von der Oberfläche zurückzuführen sind, z. B. wenn der Luftstrom vor dem Eintritt in das Rohr 1 einer schnell veränderlichen Umgebung ausgesetzt ist, die schnelle Schwankungen seines Feuchtigkeitsgehalts hervorruft. Das Differenzsignal wird dann in eine Detektoreinheit eingespeist, die in dem Mikroprozessor enthalten sein kann, und die Taupunkttemperatur wird wie zuvor gemessen, wobei das Differenzsignal der gleichen Feuchtigkeitskurve M folgt wie in Fig. 3 dargestellt.
Der Sensor 13 ist vorgeeicht, um zu ermöglichen, daß ein Wert der Taupunkttemperatur direkt aus einem vom Sensor 13 gewonnenen Kapazitätsmeßwert ermittelt wird. Der Sensor kann unter Anwendung irgendeines bekannten Verfahrens zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases vorgeeicht werden, wird allerdings vorzugsweise mit Hilfe der Vorrichtung von Fig. 1 geeicht. Fig. 5 zeigt eine Eichkurve der Kapazität als Funktion von der Taupunkttemperatur für den vorgeeichten Sensor 13. Durch Verwendung des vorgeeichten Sensors 13 in Kombination mit der Taupunkttemperaturmeßvorrichtung von Fig. 1 kann der direkt vom stromaufwärts liegenden Sensor 13 erhaltene Wert des Taupunkts TD mit dem Wert TD verglichen werden, den man unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 1 erhält. Dieser Vergleich wird im Mikroprozessor ausgeführt, der geeignet programmiert werden kann, um eine Nacheichung oder Einstellung der Eichkurve des stromaufwärts angeordneten Sensors auszuführen, wenn die verglichenen Werte nicht miteinander übereinstimmen oder sich wesentlich unterscheiden. Die zum Ausführen dieser Nacheichung verwendeten Daten sind vorzugsweise diejenigen, die vom Mikroprozessor gespeichert werden und die jüngsten Vergleichsmeßwerte zwischen dem Direktanzeige- oder vorgeeichten Sensor 13 und dem stromabwärts angeordneten Sensor repräsentieren. Der vorgeeichte Sensor 13 könnte jedoch statt dessen auch in Kombination mit irgendeiner anderen bekannten Taupunktmeßvorrichtung 30 eingesetzt werden, um dieses Nacheichungssystem zu realisieren, wie in Fig. 6 dargestellt. Der Vergleich der Taupunkttemperaturmessungen wird in einem Mikroprozessor oder einer anderen Vergleichs- und Nacheichungsvorrichtung 32 ausgeführt.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der die zu kühlende Oberfläche Teil einer Innenfläche (nicht dargestellt) der Wand eines dünnen Edelstahlrohrs 40 ist, durch das eine Probe des zu überwachenden Gases fließt. Wie im Detail in Fig. 8(a) dargestellt, sind in dieser Ausführungsform ein stromaufwärts angeordneter Feuchtigkeitssensor 42 und ein stromabwärts angeordneter Feuchtigkeitssensor 44 in einem Aluminiumblockgehäuse 46 montiert, in das bzw. aus dem ein Strom des zu überwachenden Gases A durch eine Einlaßöffnung 33 bzw. eine Auslaßöffnung 34 einströmen bzw. ausströmen kann. Das Gas A kann beispielsweise durch eine Gasleitung oder ein Rohr (nicht dargestellt) fließen, in dem das Gehäuse 46 und die Feuchtigkeitssensoren 42, 44 angeordnet sind. Die stromaufwärts bzw. stromabwärts angeordneten Feuchtigkeitssensoren 42, 44 sind angrenzend an einen Einlaß 48 bzw. einen Auslaß 50 des dünnen Rohrs 40 angeordnet. Das Gehäuse 46 besteht aus zwei bearbeiteten und miteinander verschraubten Hälften. Das Gehäuse 46 ist von Isoliermaterial 43 umgeben.
Wie in Fig. 7 dargestellt, weist das Rohr 40 einen spiralförmigen Abschnitt 52 auf, der in einer Kapsel 54 untergebracht ist, die eine wärmeleitende Flüssigkeit 51 enthält. Eine Bodenwand der Spiralkapsel 54 wird durch die Oberseite einer thermoelektrischen Wärmepumpe 56 mit Peltierkristall gebildet, die durch (die Leitung) 58 elektrisch mit einem Mikroprozessor 60 verbunden ist, der so programmiert ist, daß er den Betrieb der thermoelektrischen Einheit 56 steuert.
Vom Einlaß 48 des dünnen Rohrs 40 erstreckt sich das Rohr 40 entlang einem Abschnitt 53 zur Kapsel 54, wo es durch eine obere Wand der Kapsel in diese eintritt und sich spiralförmig nach unten erstreckt, um den spiralförmigen Abschnitt 52 zu bilden, dessen unteres Ende sich dicht an der Peltierkristalleinheit befindet. Das Rohr 40 läuft dann im Inneren der Kapsel 54 gerade nach oben und tritt durch die obere Wand der Kapsel aus, wo es sich entlang einem Abschnitt 63 zum Sensorgehäuses 46 erstreckt, wo es in dem Auslaß 50 endet. Ein Temperatursensor 62, der über 59 elektrisch mit dem Mikroprozessor 60 verbunden ist, ist am unteren Teil 64 des spiralförmigen Abschnitts 52 des Rohrs 40 montiert. Jeder Feuchtigkeitssensor 42, 44 ist über vergoldete Stifte 45 mit einer elektronischen Schaltung 65, 66 verbunden, die elektrisch mit dem Mikroprozessor 60 verbunden ist, der seinerseits mit einer Sichtanzeige 61 zur Anzeige der von dem Feuchtigkeits- und Temperatursensoren erfaßten Meßwerte und zur Anzeige der gemessenen Taupunkttemperaturen verbunden ist.
Die Spiralkapsel 54 ist von Wärmeisolierungsmaterial 64 umgeben, und die Peltierkristalleinheit 56 ist auf einem Kühlkörper 69 montiert. Wie in Fig. 8(b) dargestellt, sind die Abschnitte 53, 63 des Rohrs 40 zwischen dem spiralförmigen Abschnitt 52 und dem Einlaß 48 bzw. dem Auslaß 50 mit einem wärmeleitenden Material 55 ummantelt, das von einem äußeren Rohr 67 umgeben ist, das seinerseits mit Wärmeisolierungsmaterial 57 umhüllt ist, um das Auftreten einer Kondensation an der Außenseite der Rohrabschnitt 53, 63 zu verhindern.
Das Gehäuse 46, in dem die Feuchtigkeitssensoren 42, 44 montiert sind, hat die Form eines Metallblocks, der dazu beiträgt, die beiden Sensoren im wesentlichen auf der gleichen Temperatur zu halten. Falls Taupunkttemperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur des Gehäuses 46 zu messen sind, werden das Gehäuse 46 und die Rohrabschnitte 53, 63 erhitzt, um eine Kondensation darauf zu verhindern.
Die Feuchtigkeitssensoren 42, 44 sind von dem Kapazitätstyp, der weiter oben in Verbindung mit der Vorrichtung von Fig. 1 beschrieben wurde und ein aus Siliciumoxid aufgebautes hygroskopisches Dielektrikum aufweist. Diese Feuchtigkeitssensoren weisen eine sehr kurze Ansprechzeit und ein gutes Unterscheidungsvermögen auf; besonders bei niedrigen Feuchtigkeitsgehalten. Die Anzahl der in den Poren des Dielektrikums enthaltenen Wassermoleküle ist vom Wasserdampfdruck im Kontakt mit der aktiven Seite des Sensors und von der Temperatur des Sensors abhängig. Die Änderung der Feuchtigkeitskonzentration im Probengas führt zu einer sofortigen Änderung des Kapazitätswertes des Sensors.
Die dazugehörige Sensorschaltung 65, 66 dient zur Umwandlung von Sensorkapazitätswerten in Frequenzwerte. Mit einer Änderung des Feuchtigkeitsgehalts des Probengases ändert sich auch die durch diese Schaltungen übertragene Ausgangsfrequenz.
Der Temperatursensor 62 wird sorgfältig positioniert und wärmeleitend mit dem spiralförmigen Abschnitt 52 verbunden, so daß er einen Anzeigewert liefert, der gleich der Temperatur im kältesten Teil der Kühlschlange ist. Jede Unsicherheit der Temperaturmessung fugt die gleiche Unsicherheit der Taupunktmessung hinzu.
Wenn die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Vorrichtung zum ersten Mal eingeschaltet wird, enthält der Mikroprozessor keine Daten über die Sensoren 42, 44, die zunächst mit Umgebungsluft durchgespült werden müssen, die eine Taupunkttemperatur aufweist, die jeden Wert von 5-20ºC annehmen könnte. (Der tatsächliche Wert ist unwichtig, da beide Sensoren mit der gleichen Luft gespült werden). Nach wenigen Minuten, wenn die Sensoren im Gleichgewicht mit der Umgebungsluft sind, speichert der Mikroprozessor Daten für jeden Sensor. Die Spülung mit Umgebungsluft wird dann durch getrocknete Luft oder trockenes Gas aus einer Gasflasche ersetzt. Informationen über die trockene Luft oder das trockene Gas sind unwichtig, vorausgesetzt, daß die Luft oder das Gas einen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, der erheblich unter dem der Umgebungsluft liegt. Dadurch kann der Mikroprozessor bestätigen, daß beide Sensoren funktionieren, und ein ungefähres Maß für die Empfindlichkeit jedes Sensors ermitteln. Die trockene Luft wird dann mit zunehmenden Mengen Umgebungsluft vermischt, um fünf verschiedene bekannte Feuchtigkeitskonzentrationen bereitzustellen. Mit jeder Konzentration wird das Gerät mindestens eine Stunde lang durchgespült. Am Ende der fünften Spülung ist das Instrument in der Lage, die beiden Siliciumsensoren automatisch zu eichen, um Anzeigewerte in Form der Feuchtigkeitskonzentration (ppm Feuchtigkeit) zu liefern, falls dies gewünscht wird. Diese Anfangseichung wird gespeichert und kann außerdem durch Vergleich mit den Meßwerten, die durch den Mikroprozessor während normaler Schwankungen des Feuchtigkeitsgehalts eines Probengases aufgenommen werden, zum Nachweis einer etwaigen Drift oder Verschlechterung der Sensoren 42, 44 während der Gebrauchsdauer der Vorrichtung verwendet werden. Falls das Probengas seine Feuchtigkeitskonzentration niemals ändert (außer bei der Taupunkttemperatur), kann der oben beschriebene Test wiederholt werden, um zu ermöglichen, daß der Mikroprozessor eine vollständige Nacheichung des Sensors automatisch ausführt.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß den Fig. 7 und 8 ist ähnlich derjenigen gemäß den Fig. 1 und 4, wobei die Peltierkristalleinheit 56 durch den Mikroprozessor 60 so gesteuert wird, daß sie für das durch den spiralförmigen Abschnitt 52 des Rohrs 40 fließende feuchte Gas und den vom Temperatursensor 62 erfaßten Temperaturmeßwert T die Temperatur des spiralförmigen Abschnitts 52 des Rohrs 40 über einen oder mehrere Feuchtigkeitskondensations- und -verdunstungszyklen von dem in Fig. 3 dargestellten Typ variiert. Das Differenzsignal, das man durch Subtrahieren des Frequenzsignals eines Feuchtigkeitssensors von dem Frequenzsignal des anderen Feuchtigkeitssensors zu irgendeinem gegebenem Zeitpunkt erhält, wird als Feuchtigkeitsanzeigewert M angesehen.
Um die Taupunkttemperatur eines bestimmten feuchten Gases zu messen, werden der Einlaß 48 und der Auslaß 50 des Rohrs 40 mit einer zu überwachenden Gasleitung verbunden, und das Rohr 40 wird mit einer kleinen Gasdurchflußgeschwindigkeit von etwa 100 ml pro Minute gespült. Die gewählte Durchflußgeschwindigkeit ist für die Arbeitsweise nicht entscheidend, aber es ist darauf zu achten, daß der erhaltene Taupunkt-Anzeigewert von dem Druck innerhalb der Kondensationsschlange abhängig ist. Wenn Taupunkttemperaturen bei Leitungsdrücken erforderlich sind, sollte am Auslaß 50 des Rohrs 40 ein Durchflußregelventil angebracht werden.
Der Mikroprozessor 60 ist so programmiert, daß er durch eine Überprüfung der Differenzfrequenzen der beiden Feuchtigkeitssensoren 42, 44 den Beginn des Kondensationszyklus erfaßt, und sobald eine Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts erkannt worden ist (die den Beginn des Kondensationszyklus anzeigt), schaltet er die Peltierkristalleinheit 56 ab und bewirkt damit einen Anstieg der Rohrschlangentemperatur T. Entsprechend erkennt er den Beginn des Verdunstungszyklus und die Beendigung des Verdunstungszyklus, wenn beide Feuchtigkeitssensoren wieder dem gleichen Gasfeuchtigkeitsgehalt ausgesetzt sind. In einem alternativen Verfahren wird, sobald eine Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts erkannt wird, die Stromrichtung zur Peltierkristalleinheit 56 umgekehrt, so daß die Wärmepumpe arbeitet, um die Temperatur T der Rohrschlange zu erhöhen.
Eine Wahl der Betriebsart ist verfügbar. Zur kontinuierlichen Überwachung der Taupunkttemperatur wird am Ende des vorhergehenden Zyklus automatisch ein neuer Kondensations- /Verdunstungszyklus gestartet. Damit schnelle Stichprobenmeßwerte ermittelt werden können, ist der Mikroprozessor so programmiert, daß die Rohrschlangentemperatur zu Beginn der Kondensation als unbestätigter Taupunktanzeigewert dargestellt wird. Dieser Anzeigewert könnte um etwa 0,1ºC niedriger sein als die wahre Taupunkttemperatur. Im Anschluß an den Verdunstungszyklus wird der Taupunktanzeigewert durch Mittelung der Kondensations- und Verdunstungstemperaturen korrigiert. Dieser Anzeigewert könnte als gültiger Taupunkt dargestellt werden. Durch eindeutige Identifikation des Verdunstungszyklus wird bestätigt, daß die Feuchtigkeit kondensiert und anschließend verdunstet worden ist, wodurch bestätigt wird, daß der dargestellte Taupunktanzeigewert richtig ist.
Nach jedem bestätigten Taupunktanzeigewert werden die Frequenzen der beiden Feuchtigkeitssensoren während der Zykluszeit, in der die Rohrschlange dem Probengas weder Feuchtigkeit hinzugefügt noch entnommen hat, durch den Mikroprozessor gespeichert. Dann können periodische Vergleiche zwischen gegenwärtigen Daten und früheren Daten angestellt werden. Die Sensorfrequenzen, die bekannten Taupunkttemperaturen entsprechen, werden gleichfalls gespeichert und periodisch mit früheren Daten verglichen. Nachdem das Gerät einige Zeit lang gelaufen ist, hat der Mikroprozessor die Fähigkeit,
1) Angaben über jede Änderung oder Herabsetzung der Betriebswerte der Feuchtigkeitssensoren zu liefern,
2) einen Schätzwert über die verbleibende Nutzlebensdauer zu liefern, bevor ein Feuchtigkeitssensor ausgetauscht werden muß,
3) eine Wahlmöglichkeit zur Anzeige von mitlaufenden Taupunktsignalen auf der Basis der Frequenz des stromaufwärts angeordneten Sensors 42 zu bieten, so daß ungeachtet des Zustands des Kondensations-/Verdunstungszyklus momentane Feuchtigkeitsänderungen aufgezeichnet werden können. Diese Betriebsart kann genutzt werden, wenn die kontinuierliche Abkühlung des Spiegels unzweckmäßig ist oder wenn Taupunktmessungen ausgeführt werden, die außerhalb der maximalen Kühlkapazität der Rohrschlange liegen. Im letzteren Fall nutzt der Mikroprozessor die Daten, die gespeichert wurden, solange das Gerät innerhalb der Kühlkapazität der Rohrschlange arbeitete, um Ergebnisse von Feuchtigkeitssensoren über die maximale Kühlkapazität hinaus zu extrapolieren;
4) Im Falle eines Defekts des Temperaturmeßsystems oder des Kühlsystems kann die Vorrichtung weiterlaufen, indem sie von dem stromaufwärts angeordneten Sensor 42 erfaßte Taupunktanzeigewerte darstellt. Der Mikroprozessor 60 gibt eine Alarmmeldung aus, um die erforderliche Abhilfemaßnahme anzugeben.
5) Im Falle eines plötzlichen Ausfalls eines der Feuchtigkeitssensoren 42, 44 zeigt das Instrument weiterhin Taupunktanzeigewerte auf der Basis der Frequenzanzeigewerte an, die sich auf den intakten Sensor beziehen. Durch den Mikroprozessor wird eine Fehlermeldung angezeigt, bis der defekte Sensor ausgetauscht worden ist.
Wenn das durch die Röhre 40 fließende Probengas sehr aggressiv gegen Metall ist, z. B. Chlorwasserstoffgas (HCl-Gas) oder feuchtes Chlor, dann wird die Röhre 40, statt aus Edelstahl, aus einem korrosionsbeständigeren Material hergestellt, z. B. aus PTFE oder Kevlar (Warenzeichen). Zur Überwindung von Wärmeleitfähigkeitsproblemen, die mit solchen Materialien verbunden sind, wird der spiralförmige Abschnitt 52 der Röhre 40 in ein Formteil aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit eingesetzt. Das Feuchtigkeitssensorgehäuse 46 wird aus Glas, Platin, Gold oder Silicium hergestellt. Die Fig. 9(a) und 9(b) zeigen eine Abwandlung der Konstruktion des spiralförmigen Abschnitts 52 der Röhre 40 zum Gebrauch bei der Messung sehr niedriger Tau- oder Frostpunkte bis hinab zu etwa -100ºC. In dieser Ausführungsform weist der spiralförmige Abschnitt 52 einen im wesentlichen flachen Spiralteil 71 auf, der im wesentlichen parallel zu einer oberen Fläche 73 einer thermoelektrischen Wärmepumpeneinheit 56 angeordnet ist, welche die oberste Einheit eines Stapels 68 von drei solcher Einheiten ist. Der spiralförmige Abschnitt 71 ist von einem wärmeleitenden Material 51 umgeben, das den spiralförmigen Abschnitt mit der Wärmepumpeneinheit 56 koppelt. Das wärmeleitende Material ist von Isoliermaterial 64 umgeben. Ein Unterteil der Wärmepumpeneinheit 56 ist auf einem Kühlkörper 69 montiert, durch den eine gekühlte Flüssigkeit oder ein gekühltes Gas fließt, z. B. flüssiger Stickstoff, den man verdampfen läßt, um für zusätzliche Kühlung zu sorgen. Der Temperatursensor 62 ist auf dem spiralförmigen Abschnitt 71 in oder nahe dem Mittelpunkt der Spirale montiert.
Fig. 10 zeigt eine Modifikation der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform wird der spiralförmige Abschnitt 52 einer Röhre 40, durch die das feuchte Probengas fließt, unter Anwendung der Gasexpansion gekühlt. Der spiralförmige Abschnitt 52 ist einer Kammer 70 untergebracht, in die unter Druck stehendes Gas durch eine Öffnung 72 einströmen kann. Ein Auslaß 74 läßt expandiertes Gas aus der Kammer 70 austreten. Die Kammer 70 ist mit Wärmedämmstoff 64 ummantelt. Der Zufluß von Druckgas in die Kammer 70 wird durch ein druckluftbetätigtes Ventil 74 gesteuert, das seinerseits über einen elektropneumatischen Wandler 76 durch den Mikroprozessor 60 gesteuert wird. Druckluft oder Druckgas wird der Öffnung 72 zugeführt, wenn eine Kühlung des spiralförmigen Abschnitts 52 der Röhre 40 erforderlich ist. Diese Anordnung ist dort besonders geeignet, wo die Gasprobenleitung in einer gefährlichen Umgebung liegt (z. B. in einer Ölraffinerie), wo die Verwendung von flüssigem Kühlmittel und Wärmepumpeneinheiten wegen des hohen Energieverbrauchs und der Möglichkeit von Oberflächen mit hoher Temperatur unerwünscht ist. Elektrische Kabel 80 (in schraffierten Linien dargestellt) werden zwischen dem Mikroprozessor 60 und den Feuchtigkeitssensoren sowie dem Temperatursensor 62 durch eine elektrische Schutzbarriere 78 geführt, die Zenerdioden zur Begrenzung der in den Gefahrenbereich H übertragenen Energie enthält, falls ein Defekt an einer der in der Vorrichtung enthaltenen Schaltungen auftreten sollte. Ein Bediener kann den Mikroprozessor von einem sicheren Bereich S aus ablesen/programmieren. Die Temperatur des spiralförmigen Abschnitts 52 wird gleichfalls durch den Mikroprozessor von dem sicheren Bereich aus gesteuert.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 10 ist tragbar, wobei das Druckgas aus einer relativ kleinen Gasflasche zugeführt und elektrische Energie durch eine eigensichere Batterie geliefert wird.
Fig. 11 zeigt eine weitere modifizierte Version der Vorrichtung von Fig. 7, wobei gleiche Teile durch identische Bezugszeichen bezeichnet werden. Die Anordnung wird verwendet, wenn hohe Feuchtigkeitswerte und Taupunkte bis zu 100ºC zu messen sind. In diesem Fall werden die Feuchtigkeitssensoren 42, 44 und die Rohrschlange 40 in der zu überwachenden warmen, feuchten Atmosphäre angeordnet, und die dazugehörigen Sensorschaltungen 65, 66 befinden sich außerhalb der Kammer oder des Kanals 90, durch den die feuchte Gasprobe B fließt.
Es wird ein zusätzlicher Temperatursensor 92 bereitgestellt, der im Inneren des Kanals 90 angeordnet ist (im Schnitt dargestellt), durch den die Strömung B des feuchten Gases fließt, entfernt von dem spiralförmigen Abschnitt 52 der Röhre 40. Anzeigewerte von dem zusätzlichen Temperatursensor 92 werden vom Mikroprozessor 60 in Fällen benutzt, wo Taupunkttemperatur-Anzeigewerte m Form der relativen Feuchtigkeit erforderlich sind (gleich dem Verhältnis des "Partialdampfdrucks" zum "Sättigungsdampfdruck". Die Taupunkttemperatur TD steht in direkter Verbindung zum Dampfdruck, und der Sättigungsdampfdruck ist von der Gastemperatur abhängig). Der Anzeigewert der relativen Feuchtigkeit RH und/oder der Anzeigewert der Taupunkttemperatur TD werden zur Sichtanzeige 61 ausgegeben. Diese Vorrichtung eignet sich daher besonders zur Messung sowohl der Taupunkttemperatur als auch der relativen Feuchtigkeit in einem Ofen, einer Kammer oder einem Kanal.
In der Vorrichtung gemäß einer der Fig. 7 bis 11 kann eine Saugpumpe (nicht dargestellt) an den Auslaß 34 des Sensorgehäuses 46 angeschlossen werden, um sicherzustellen, daß die Röhre 40 mit einem Vorrat des Gases durchgespült wird, dessen Taupunkt zu messen ist.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases, mit den folgenden Schritten:

Leiten eines feuchten Gasstroms (A) über eine Oberfläche (2);

Messen der Temperatur der Oberfläche;

Anbringen eines Feuchtigkeitssensors (5) in dem Gasstrom stromabwärts von der Oberfläche;

Kühlen der Oberfläche, um die Temperatur (T) der Oberfläche fortschreitend zu erniedrigen;

während der Kühlung der Oberfläche, Überwachen des Feuchtigkeitsgehalts (M) des Gases stromabwärts von der Oberfläche;

Erfassen einer Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts des Gases stromabwärts von der Oberfläche wegen einer Kondensation der Feuchtigkeit aus dem feuchten Gas bei dessen Taupunkttemperatur, und Verwendung der erfaßten Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts wegen der Feuchtigkeitskondensation zur Steuerung der gemessenen Temperatur, um eine Taupunkttemperatur (TD) zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erfaßte Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts zur Steuerung der Temperaturmessung der Oberfläche (2) benutzt wird, um eine Taupunkttemperatur (TD) zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erfaßte Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts (M) wegen der Feuchtigkeitskondensation zur Steuerung der Kühlung der Oberfläche (2) benutzt wird, um die Oberfläche zumindest während der Zeitspanne der Taupunkttemperaturmessung im wesentlichen auf der Taupunkttemperatur (TD) des feuchten Gases (A) zu halten.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei man durch Messung der Temperatur der Oberfläche (2) bei Erfassung einer Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts (M) wegen Feuchtigkeitskondensation einen Einzelwert für die Taupunkttemperatur (TD) erhält.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kühlung der Oberfläche (2) bei Erfassung einer Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts (M) wegen Feuchtigkeitskondensation vermindert oder abgebrochen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei nach Verminderung oder Abbruch der Kühlung die Oberfläche (2) extern beheizt wird, um die Temperatur (T) der Oberfläche (2) zu erhöhen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, das ferner den Schritt zur Fortsetzung der Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts des Gases stromabwärts von der Oberfläche (2) aufweist, wenn der Feuchtigkeitsgehalt (M) wegen Verdunstung kondensierter Feuchtigkeit von der Oberfläche ansteigt, und bis der Feuchtigkeitsgehalt anschließend bis auf einen Endfeuchtigkeitsgehalt (Mc) abnimmt, der im wesentlichen gleich dem Feuchtigkeitsgehalt vor der Abnahme wegen Feuchtigkeitskondensation ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Kühlung der Oberfläche (2) bei Erfassung des Endfeuchtigkeitsgehalts (Mc) verstärkt oder von neuem begonnen und mindestens so lange fortgesetzt wird, bis eine weitere Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts unter den Endfeuchtigkeitsgehalt (Mc) erfaßt wird.

9. Verfähren nach Anspruch 8, wobei der Taupunkt (TD) als über einen Feuchtigkeitskondensations- und -verdunstungszyklus gemittelte Temperatur der Oberfläche (2) berechnet wird, wobei der Zyklus als Zeitspanne zwischen dem Beginn der ersten Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts und dem Beginn der weiteren Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts unter den Endfeuchtigkeitsgehalt (Mc) definiert ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei mindestens zwei aufeinanderfolgende Feuchtigkeitskondensations- und -verdunstungszyklen ausgeführt werden, wobei jeder Zyklus mit einer Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts wegen Feuchtigkeitskondensation beginnt und die Taupunkttemperatur (TD) als über die zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Zyklen gemittelte Temperatur der Oberfläche (2) berechnet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Temperaturänderung der Oberfläche (2) im wesentlichen auf einen Bereich zwischen 0,1ºC oberhalb und unterhalb der Taupunkttemperatur (TD) eingeschränkt ist.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner den Schritt zur Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts des Gases stromaufwärts von der Oberfläche (2) und zur Überwachung der Differenz zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt des Gases stromabwärts von der Oberfläche und dem Feuchtigkeitsgehalt des Gases stromaufwärts von der Oberfläche einschließt.

13. Verfahren zur Messung der Taupunkttemperatur mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Feuchtigkeitssensors (5) und einer Prozessoreinrichtung (60), die so programmiert ist, daß sie das Ausgangssignal des Feuchtigkeitssensors in einen Anzeigewert der Taupunkttemperatur umrechnet, wobei das Verfahren ferner die Eichung der Prozessoreinrichtung durch die folgenden Schritte aufweist: Messen der Taupunkttemperatur (TD) einer Gasprobe unter Anwendung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1, um eine Taupunkttemperaturmessung zu erhalten; Vergleich der Taupunkttemperaturmessung mit dem für die Probe erhaltenen Taupunkttemperaturanzeigewert; und Umprogrammieren der Prozessoreinrichtung, falls die Taupunkttemperaturmessung und der Taupunkttemperaturanzeigewert nicht übereinstimmen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Feuchtigkeitssensor (5) ein elektrisches Ausgangssignal liefert, das auf Änderungen der elektrischen Kapazität basiert.

15. Vorrichtung zur Messung der Taupunkttemperatur eines feuchten Gases, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Oberfläche (2), ein Kühlsystem (3, 51, 56), das so ausgebildet und eingerichtet ist, daß es die Oberfläche kühlt, um die Temperatur (T) der Oberfläche fortschreitend abzusenken; , einen Feuchtigkeitssensor (5, 44) zur Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts eines über die Oberfläche fließenden Gases (A) stromabwärts von der Oberfläche, eine Detektoreinrichtung (9, 60) zum Erfassen einer Abnahme des überwachten Feuchtigkeitsgehalts (M) des Gases wegen Feuchtigkeitskondensation des feuchten Gases bei dessen Taupunkttemperatur (TD), und eine Temperaturmeßeinrichtung (7, 62) zur Messung der Temperatur der Oberfläche.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, die ferner eine Kühlungssteuereinrichtung (6, 9, 60) zur Steuerung der Oberfläche (2) aufweist, um die Oberfläche zumindest während der Zeitspanne der Taupunkttemperaturmessung zur Bestimmung einer Taupunkttemperatur (TD) im wesentlichen auf der Taupunkttemperatur des feuchten Gases (A) zu halten.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Kühlungssteuereinrichtung eine Rückkopplungsschleife zwischen der Detektoreinrichtung (9) und dem Kühlsystem (3) aufweist und die Detektoreinrichtung so angepaßt ist, daß sie über die Rückkopplungsschleife ein Signal zum Kühlsystem sendet, wenn durch die Detektoreinrichtung (9) eine Abnahme des Feuchtigkeitsgehalts (M) wegen Feuchtigkeitskondensation aus dem feuchten Gas (A) erfaßt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei die Detektoreinrichtung (9) einen PID- Regler aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, die ferner eine Signalverarbeitungseinrichtung (20, 60) aufweist, die für die Verarbeitung von Temperaturmessungen an der Oberfläche (2) programmiert ist, um während einer Taupunkttemperaturmeßperiode einen Mittelwert der Temperatur (T) der Oberfläche (2) zu berechnen und den Mittelwert als gemessene Taupunkttemperatur (TD) auszugeben.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Detektoreinrichtung, die Kühlungssteuereinrichtung und die Signalverarbeitungseinrichtung zusammen in Form eines Mikroprozessors (60) bereitgestellt werden.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, die ferner eine Heizeinrichtung aufweist, die so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie nach Empfang des Signals über den gesunkenen Feuchtigkeitsgehalt von der Detektoreinrichtung (9) die Oberfläche (2) zu beheizen beginnt, um die Temperatur der Oberfläche zu erhöhen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, die ferner einen zweiten Feuchtigkeitssensor (13, 42) zur Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts (M) des Gases (A) stromaufwärts von der Oberfläche (2) aufweist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der zweite Feuchtigkeitssensor (13, 42) vorgeeicht ist, um Direktanzeigewerte der Taupunkttemperatur (To) eines feuchten Gases (A) zu erhalten.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 in dessen Abhängigkeit von Anspruch 19 oder Anspruch 20, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (20, 60) so programmiert ist, daß sie einen von dem zweiten Sensor (13, 42) erhaltenen Taupunktdirektanzeigewert während der Taupunkttemperaturmeßperiode mit dem berechneten Mittelwert der Temperatur (T) der Oberfläche (2) vergleicht und den vorgeeichten zweiten Feuchtigkeitssensor nacheicht, wenn der verglichene Direktanzeigewert und der berechnete Mittelwert nicht übereinstimmen.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, wobei der oder jeder Feuchtigkeitssensor (5, 13, 42, 44) von einem Typ mit einer elektrischen Kapazität ist, die mit Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts der Atmosphäre variiert, welcher der Sensor ausgesetzt ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei das Kühlsystem eine thermoelektrische Wärmepumpe (3, 56) mit eingebauten Peltier-Kristallen aufweist.

27. Vorrichtung nach Ansprach 26, wobei die Oberfläche (2) eine Schicht aus wärmeleitendem Material aufweist, die sich im Kontakt mit der Wärmepumpe (3) befindet.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei die Oberfläche eine Innenfläche eines Teils einer Wand eines Leitungsrohrs (40) aufweist, durch das eine Strömung des feuchten Gases (A) fließen kann.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei das Kühlsystem einen Vorratsbehälter mit wärmeleitender Flüssigkeit (51) aufweist, in den ein Abschnitt des Rohrs (40) eintaucht, wobei die Temperatur des flüssigen Kühlmittels durch eine thermoelektrische Temperatursteuereinrichtung (56) gesteuert wird.

30. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei das Kühlsystem eine Kammer (70) mit einer verengten Öffnung (72) aufweist, durch die komprimiertes Gas in die Kammer eingeleitet wird, wobei ein Abschnitt des Rohrs (40) in der Kammer angeordnet ist, wodurch die Ausdehnung des komprimierten Gases in die Kammer (70) zu einer Abkühlung des Rohrabschnitts führt.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Vorrichtung tragbar ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, die eine zusätzliche Temperaturmerßeinrichtung (92) aufweist, deren Anzeigewerte durch die Signalverarbeitungseinrichtung (20, 60) genutzt werden, um von der Vorrichtung erhaltene Taupunkttemperaturanzeigewerte als relative Luftfeuchtigkeit auszudrücken.

33. Vorrichtung nach Anspruch 22 in dessen Abhängigkeit von Anspruch 19 oder Anspruch 20, wobei die Signalverarbeitungsemrichtung (20, 60) so programmiert ist, daß sie mindestens einen der Feuchtigkeitssensoren (5, 13, 42, 44) voreicht, um momentane Taupunkttemperaturwerte für gemessene Anzeigewerte des Feuchtigkeitsgehalts anzugeben.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (20, 60) so programmiert ist, daß sie beide Feuchtigkeitssensorn (5, 13, 42, 44) voreicht, um einen etwaigen Ausfall des einen oder des anderen Feuchtigkeitssensors zu erkennen und anschließend Taupunkttemperaturanzeigewerte anzuzeigen, die von dem anderen, funktionstüchtigen vorgeeichten Feuchtigkeitssensor gewonnen werden.

35. Vorrichtung nach Anspruch 23 in dessen Abhängigkeit von Anspruch 19 oder 20, wobei die Signalverarbeitungsemrichtung (20, 60) so programmiert ist, daß bei Ausfall der Temperaturmerßeinrichtung (7, 62) oder des Kühlsystems (3, 51, 56) die Vorrichtung weiter arbeitet, indem sie Taupunktanzeigewerte anzeigt, die von dem vorgeeichten zweiten Feuchtigkeitssensor (13, 42) gewonnen werden.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 35 in deren Abhängigkeit von Anspruch 19 oder Anspruch 20, wobei die Signalverarbeitungsemrichtung (20, 60) so programmiert ist, daß sie die Nutzungsdauer mindestens eines der Feuchtigkeitssensoren (5, 13, 42, 44) auf der Basis von Anzeigewerten abschätzt, die davon während des Betriebs der Vorrichtung abgelesen werden.