DE929817C - Vorrichtung zum Messen der relativen, spezifischen und absoluten Luftfeuchtigkeit - Google Patents

Description

Die Luftfeuchtigkeit entspricht der Menge des Wasserdampfes, welcher in der atmosphärischen Luft vorhanden ist. Feuchte Luft besteht daher aus einem Gemisch von zwei Gasen — Wasserdampf und trockener Luft. Dieses Gemisch ändert sich mit der Temperatur bzw. dem Luftdruck. Im Gegenteil zu anderen Gasen, welche sich beliebig mischen können, ist dies bei Wasserdampf und trockener Luft nicht der Fall; trockene Luft kann bei einer bestimmten Temperatur nur eine bestimmte Menge Wasserdampf aufnehmen.

Infolgedessen muß man die Temperatur und den Luftdruck berücksichtigen, wenn man die Wassermenge, welche sich in Gasform in einer bestimmten Menge Luft befindet, bestimmen will.

Bei dem heutigen Stand der Technik verfügt die Industrie noch über kein Instrument, welches erlaubt, bei Temperaturen vom absoluten Nullpunkt an bis zu den bei Trocken- oder andern thermischen Maschinen gebräuchlichen Temperaturen bis -\- 300⁰ C ohne Umrechnung oder dauernde Nacheichung mit einem Trägheitsfaktor von einigen Sekunden a) die relative Luftfeuchtigkeit, b) die spezifische Luftfeuchtigkeit (Gramm Wasser pro Kilogramm Luft), c) die absolute Feuchtigkeit ohne Korrektion des atmosphärischen Druckes oder der sich verändernden Temperatur abzulesen.

Die Lücke füllt in vollkommener Art das Instrument, welches Gegenstand vorliegender Erfindung ist, aus.

Die Beschreibung zeigt in klarer Form die Vorteile der Erfindung.

Diese besteht hauptsächlich aus: a) dem Meß element, welches bei allen Temperatüren zwischen dem absoluten Nullpunkt und etwa + 3oo° C die genaue Feuchtigkeitsfeststellung mit größter Genauigkeit erlaubt.

Dieses Meßelement besteht aus einer Zelle mit drei Elektroden, die in Quarz oder anderem Material ίο von gleichbleibender oder sich bei Temperaturen vom absoluten Nullpunkt bis 300⁰ C nicht oder wenig verändernder Dielektrizitätskonstante und gleichbleibendem oder sich nur wenig veränderndem elektrischem Trockenwiderstand eingebettet sind und bei der z. B. zwei Elektroden in einer Ebene und die dritte Elektrode in einer senkrecht dazu stehenden Ebene so eingebaut sind, daß die Eigenkapazität der Zelle auf ein Mindestmaß herabgedrückt und damit auch eine große Gleichmäßigkeit der elektrischen Eigenschaften der Zellen untereinander erreichbar ist.

b) der elektrischen Schaltung des Apparates, welche in vollkommen automatischer Weise ohne jede Nachstellung oder Eichung erlaubt, die durch das Meßelement gefundenen Werte automatisch ohne jede Rechnung in bezug auf a) relative, b) spezifische, c) absolute Luftfeuchtigkeit sichtbar zu machen.

Das Prinzip der Erfindung geht aus der schematischen Zeichnung hervor, in welcher Fig. ι das Meßelement darstellt, und Fig. 2 eine der vorgeschlagenen Lösungen zur Konstruktion des Meßapparates zum angegebenen Zweck und seine besonderen Vorteile wiedergibt, wobei teilweise bereits bekannte Schaltungen, jedoch in neuer Anwendung verwandt werden,

Fig. 3 eine andere Lösung, welche sehr große Möglichkeiten bietet.

Das Meßelement nach der Erfindung (Fig. 1) besteht aus einer Zelle mit drei Elektroden a, b, c in Quarzkörnern von ganz bestimmter Größe eingebettet. Diese Quarzkörner sind unter ganz bestimmter Temperatur und ganz bestimmtem Druck so zusammengesintert, daß sie eine poröse Zelle, die obengenannten Elektroden umschließend, bilden. Außer Quarz können auch andere Materialien verwendet werden, unter der Bedingung, daß diese eine Dielektrizitätskonstante besitzen, welche sich bei Temperaturen- vom absoluten- Nullpunkt bis -+- 300⁰ C ungefähr nur wenig oder gar nicht verändert. Diese Materialien müssen ebenfalls die gleichen Eigenschaften in bezug auf ihren elektrischen Widerstand besitzen.

Die Körnung des zum Aufbau der Zelle verwandten Quarzes oder anderen Materials ist so gewählt, daß die fertige Zelle selbst bei unbewegter Luft leicht infolge ihres porösen Charakters sich mit dieser Luft und daher auch mit der sich in der Luft befindlichen Feuchtigkeit sättigen kann, mit anderen Worten, im Innern der Zelle stets die gleichen Verhältnisse herrschen, wie in der umgebenden Außenluft.

Die Zelle ist mit drei Elektroden a, b, c ausgerüstet, um dadurch zu erreichen, daß diese meßtechnisch als Doppelzelle oder wie zwei Einzelzellen arbeitet. Größte Gleichmäßigkeit im Aufbau der Zellen wird, abgesehen von geringfügigen, keinerlei Einfluß auf die Messungen ausübenden Unterschieden, durch Verwendung der genau gleichen Körnung, des genau gleichen Materials, der gleichen Temperatur und des gleichen Druckes bei der Herstellung erreicht.

Die Gleichstromwiderstände dieser Zellen schwanken von 5 Megohm bei 99 °/o relativer Luftfeuchtigkeit bis zu etwa 5 Millionen Megohm bei 5 % relativer Luftfeuchtigkeit. Da es in der Praxis nicht möglich ist, mit einfachen Meßapparaturen Gleichstromwiderstände über 10 000 Megohm in sicherer Weise zu messen, so ist es nur möglich, die Wechselstromwiderstände der Zellen zu messen. Da es in der Fabrikation nicht möglich ist, die Eigenkapazität der Zellen beispielsweise mit absoluter Genauigkeit in der Höhe von einigen 100 pF zu halten, um dadurch die Schaltkapazität, welche man leicht unter 10 pF halten kann, unwirksam zu machen, ist es richtiger, die Eigenkapazität der Zellen auf ein Mindestmaß herabzudrücken und die Schaltkapazitäten in geeigneter Weise zu kompensieren.

Das Instrument, von welchem das Schaltschema in Fig. 2 dargestellt ist, besteht aus dem mit statischer Abschirmung versehenen Transformator mit Primärwicklung 1, statischer Abschirmung 2, den Sekundärwicklungen 3 und 4 für die Gitterspannungen, der Sekundärwicklung 5 für die Heizspannung. Parallel der Wicklung 5 liegt ein Transformator 6 und Kondensator 7, um jede Phasenverschiebung zu neutralisieren und zu vermeiden, daß ein phasenverschobener Strom das zum Messen benutzte Gitter beeinflussen könnte.

Außer den bereits angeführten Anordnungen 1 bis 7 stellen die Kondensatoren 8, 9, 11, 13, 20, der Gleichrichter 10, die Widerstände 12, 14, 16, die Potentiometer 15, 16, 18, 19 den Spannungsteiler und den Netzteil des Apparates dar.

Der Meßteil der Apparatur besteht aus dem Kondensator 21, den Widerständen 22, 23, 24, 25, Potentiometer 26, Milliamperemeter 27, der Röhre 28 mit Heizfaden 29, Kathode 30, Steuergitter 31, Schirmgitter 32 und 33, sowie Anode 34, der Meß- no zelle D mit den Elektroden a, b und c. Der Widerstand 23 mit parallel geschaltetem Kondensator 21 hat die Aufgabe, den Anodenstrom durch Gegenkopplung zu stabilisieren.

Die von 19 abgenommene Meßspannung fließt über b, a, 24, c und über 22 zurück. Die Meßzelle und die Widerstände 22 und 24 bilden einen Spannungsteiler. Die durch die Luftfeuchtigkeit auftretenden Widerstands- und die dadurch hervorgerufenen Spannungsänderungen werden an Punkt praktisch leistungslos gemessen. Die Meßstrecken b-a und c-a werden von der Luftfeuchtigkeit in gleicher Weise beeinflußt. Zur Strecke c-a ist der Widerstand 24 parallel und der Widerstand in Reihe geschaltet. Bei entsprechender Wahl der Widerstände 24 und 22 hat man es in der Hand,

die Empfindlichkeit der Meßzelle für bestimmte Feuchtigkeitsbereiche beliebig zu beeinflussen, und damit kann man die Skala des Anzeigeinstrumentes den geforderten praktischen Erfordernissen angleichen, indem man durch Vergrößern oder Verkleinern von Widerstand 24 die Empfindlichkeit des Meßapparates vergrößert oder verringert.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, welche in einfachster Form mit der neuen Meßzelle D möglich ist. Die Vorrichtung besteht aus der oben beschriebenen Meßzelle, zwei oder mehr Widerständen, einem Kondensator und einem statischen Voltmeter.

An den Klemmen 40 und 41 liegt eine Wechselspannung von beispielsweise 300 Volt. Wie oben beschrieben, hat man es in der Hand, durch die Widerstände 42 und 43 und Kondensator 44 sowohl die Empfindlichkeit des Instrumentes 45 als auch die Meßkurve zu beeinflussen. 45 ist ein statisches Voltmeter.

Diese Vorrichtung hat außer dem Vorteil, außerordentlich einfach zu sein, die Möglichkeit, da alle irgendeinem Verschleiß unterliegenden Teile wegfallen, Instrumente von höchster Präzision und unbeschränkter Lebensdauer schaffen zu können.

Um außer der relativen gleichzeitig die spezifische und absolute Luftfeuchtigkeit ablesen zu können, sind die Anzeigeinstrumente nach einem weiteren Anspruch dieser Erfindung mit drei Skalen versehen: einer festen Skala, vor welcher die Nadel des Instruments spielt und auf welcher die Prozentsätze der relativen Luftfeuchtigkeit abgelesen werden können; einer zweiten beweglichen Skala, welche von Hand oder automatisch durch ein Thermometer oder eine sonstige geeignete Temperatur meß einrichtung verstellt wird und die solcherart geeicht ist, daß man aus der durch die sich ändernden Temperaturen die entsprechenden Werte für die absolute Feuchtigkeit ablesen kann; einer dritten, von Hand verstellbaren Skala, welche nach Art eines Rechenschiebers es erlaubt, aus den gefundenen Werten für relative und absolute Feuchtigkeit die entsprechenden Werte für die spezifische Feuchtigkeit abzulesen.

Da die Meßzelle selbst vom Luftdruck vollkommen unabhängig ist, und die zu verwendende Temperaturmeßeinrichtung auf einfache Art sehr genau anzeigen kann, so erhält man in allen Fällen sehr genaue Messungen.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs auf die beiden beschriebenen Schaltungen beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise variiert werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung zum Messen der relativen, spezifischen und absoluten Luftfeuchtigkeit bei Temperaturen vom absoluten Nullpunkt ab bis ungefähr 300⁰ C, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zelle mit drei Elektroden, eingebettet in Quarz oder anderem Material von gleichbleibender oder sich bei Temperaturen vom absoluten Nullpunkt bis 300⁰ C nicht oder nur wenig verändernder Dielektrizitätskonstante und gleichbleibendem oder sich nur wenig veränderndem elektrischem Trockenwiderstand, verwendet ist, bei der z. B. zwei Elektroden in einer Ebene und die dritte Elektrode in einer senkrecht dazu stehenden Ebene so eingebaut sind, daß die Eigenkapazität der Zelle auf ein Mindestmaß herabgedrückt und damit auch eine große Gleichmäßigkeit der elektrischen Eigenschaften der Zellen untereinander erreichbar ist.
2. 2. Vorrichtung zum Messen der relativen, spezifischen und absoluten Luftfeuchtigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachstehend beschriebenen Vorrichtungen und Schaltungen zusammen oder einzeln angewandt sind, a) indem die Zelle mit geeignet zu wählenden Widerständen überbrückt ist, so daß sie als Doppelzelle arbeitet und mit Hilfe dieser Widerstände sowohl die Formen der Charakteristik der Meßkurven veränderbar als auch verschiedene Meßbereiche des Anzeigeinstruments wählbar sind; b) indem die Zelle mit geeigneten Widerständen und einem statischen Voltmeter als Anzeigeinstrument verwandt wird; c) indem einmal ein Anzeigegerät mit fester Skala, auf welcher die Werte der relativen Luftfeuchtigkeit angegeben sind, verwandt ist und außerdem eine zweite Skala unter- oder oberhalb der Feststellskala angebracht ist, die von Hand oder durch Thermometer oder andere geeignete Temperaturmeßvorrichtungen verstellt wird, und eine dritte, von Hand verstellbare Zwischenskala angebracht ist, so daß auf diesen drei Skalen die relative, die spezifische und die absolute Luftfeuchtigkeit ablesbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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