EP0494291A1 - Process and device for determining the dew point of components of a gas mixture - Google Patents

Process and device for determining the dew point of components of a gas mixture

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Publication number
EP0494291A1
EP0494291A1 EP19910913867 EP91913867A EP0494291A1 EP 0494291 A1 EP0494291 A1 EP 0494291A1 EP 19910913867 EP19910913867 EP 19910913867 EP 91913867 A EP91913867 A EP 91913867A EP 0494291 A1 EP0494291 A1 EP 0494291A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
condensate collector
temperature
dew point
condensate
moisture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19910913867
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Laumen
Werner Jasny
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kww Gesellschaft fur Thermotechnik Mbh
Original Assignee
Kww Gesellschaft fur Thermotechnik Mbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Kww Gesellschaft fur Thermotechnik Mbh filed Critical Kww Gesellschaft fur Thermotechnik Mbh
Publication of EP0494291A1 publication Critical patent/EP0494291A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
    • G01N25/66—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point
    • G01N25/68—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point by varying the temperature of a condensing surface

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for determining the dew point of components of a gas mixture.
  • dew point hygrometers in which the air is cooled until the water vapor condenses.
  • the dew point temperature determined in this way corresponds to the saturation temperature of the air, from which the relative humidity can also be derived if the sensitive temperature of the air flow is known.
  • a) dew point mirrors that fog when cooled below the dew point b) cooled electrode arrangements, which change the electrical resistance or the capacitance in case of condensate failure
  • c) fog chambers in which fog can be observed when the temperature of the The measuring gas in the chamber drops below the dew point.
  • the measuring gas is compressed without falling below the dew point and then relaxed.
  • the moist air cools down considerably and almost homogeneously.
  • Fog formation can be observed in an illuminated "fog chamber” if the dew point of the sample gas fell below as a result of the temperature drop due to the relaxation.
  • the dew point temperature can be calculated from the wet gas temperature and the compression ratio.
  • the measuring gas is cooled down to the limit of the thawing out, in which an attempt is made to adjust the cooling by repeatedly leveling the cooling temperature, at which just the formation of dew is recognizable.
  • Devices are known in which a photocell arrangement always controls the cooling and / or heating of the dew point via a control amplifier in such a way that the dew limit is automatically - ie regulating - recorded.
  • the task of automatic dew point adjustment poses some difficulties because the speed of dew formation depends very much on the respective dew point temperature.
  • mirror dew point measuring devices are, in addition to the above-mentioned publication, also from DE-OS 19 57 322, DE-AS 12 99 437, DE-OS 26 4 * 0 663, DE-OS 29 45 445 and U.S. Patent 3,385,098 is known.
  • Another disadvantage of cooled electrode assemblies is that, due to the poor thermal conductivity properties of these materials, it is very difficult to determine their exact surface temperature, i. H. to determine the exact surface temperature of the condensation surface. As a result, the dot temperature cannot be determined exactly.
  • DE-OS 37 13 864 discloses an apparatus and a method for determining the dew point of components of a gas mixture, from which the invention is based in the preamble of claim 1.
  • the known device has a moisture sensor, which can be both a dew point mirror and a cooled electrode arrangement.
  • a condensate collector is provided which can be cooled or heated by means of a Peltier element.
  • a temperature sensor is arranged in thermal contact with the condensate collector, by means of which the temperature of the condensate collector or the condensation surface is measured.
  • Moisture sensor, condensate collector and temperature sensor are integrated in a single component. Therefore and since in this known system the precipitation of liquid is determined either by a dew point mirror or by cooled electrode arrangements, this arrangement also has the mentioned disadvantages of the respective measuring principles.
  • the object of the present invention is to provide a device and a method for determining the dew point of components of a gas mixture which, at a low price, approximately achieve the measuring accuracy of mirror dew point measuring devices.
  • the essential solution feature of the present invention is that the temperature-controlled condensate collector is arranged spatially separated from the moisture sensor. Liquid is separated in the cooled condensate collector when the dew point temperature is reached. This liquid is evaporated again while the condensate collector is on and leads into the vicinity of the condensate collector which the moisture sensor is arranged to an increased vapor content, which is clearly indicated by the moisture sensor.
  • An important advantage of the invention is that it is no longer necessary to measure the temperature and the occurrence of condensate at the same time. Rather, according to the present invention, it is indirectly concluded, due to the occurrence of a significant change in moisture during the heating of the condensate collector, that the dew point temperature sought was passed through during the preceding cooling phase.
  • the desired dew point temperature can thus be determined iteratively by changing the temperature differences traveled and thus by changing the final cooling temperature.
  • the starting temperatures at the beginning of the cooling phase can also be changed for this purpose.
  • At least the moisture sensor and the condensate collector in a measuring chamber.
  • a further increase in the significance can be achieved in that the flow of the measurement gas is stopped at least during the heating phase. At the same time, this also reduces the amount of sample gas required to determine the dew point.
  • a further possibility for increasing the significance of the display is to arrange the moisture sensor spatially directly above the condensate collector so that the condensate evaporating during the heating phase acts directly on the moisture sensor.
  • Both a mirror or an electrode arrangement can be used as the moisture sensor.
  • Other components that change greatly due to the increased vapor content in the electrical resistance can also be used.
  • the control effort or the process control is considerably simplified in contrast to the known mirror dew point measuring devices.
  • the technical control difficulty is to determine the temperature at the time of the first separation of condensate as precisely as possible. That is, the exact time of the formation of dew and the prevailing temperature at that time must be measured together.
  • the measurement of the moisture or the measurement of the occurrence of condensate and the temperature measurement are, so to speak, uncoupled in terms of measurement technology. It only has to be determined whether or not there is a strong change in humidity in a comparatively large temperature and time interval. The associated dew point temperature is measured by iteration.
  • the hygroscopicity of the material used for the condensate collector also advantageously plays only a subordinate role, since the amount of liquid present before hygroscopicity reaches the saturation temperature is so small that the resulting indication pulses differ significantly from those of a condensate Differentiate collection after falling below the dew point temperature or when the dew point temperature is reached.
  • Another advantage of the present invention is that the moisture sensor itself does not have to be heated or cooled and only insignificant amounts of condensate are deposited on it. This eliminates a major source of pollution and corrosion.
  • the corrosion can still be avoided by applying alternating current to the moisture sensor during the measurement, so that no galvanic changes are possible.
  • Another advantage of the present invention is that the temperature measurement on the surface of the condensate collector is comparatively simple, since metals which are good heat conductors and corrosion-resistant can preferably be used here.
  • a further advantage is that the contamination occurring due to the frequent condensation and subsequent re-evaporation of liquid in the condensate collector affects the function or the measuring accuracy of the present invention only insignificantly.
  • a particularly simple and compact construction results if a pelletizing element is used to cool and heat the condensate collector.
  • a compact construction also results if one side of a heat exchanger, in particular an evaporative heat exchanger, is designed as a condensate collector.
  • the condensate collector can be heated, for example, by means of a resistance heater or by means of microwave radiation.
  • the use of a sintered metal heat exchanger as a condensate collector is particularly useful in the event that the dew point of several components is to be determined in succession in a gas mixture. In this case, the component with the highest dew point must first be completely removed from the sample gas volume. Only when this has happened can the next lower dew point of a component be determined. That is, the condensate collector also works as a refrigeration dryer.
  • the dew point measuring device has a condensate collector 1 in the form of an aluminum plate. It is of course also possible to use differently shaped condensate collectors with other materials which are good heat conductors.
  • One side of the condensate collector 1 is connected in a highly heat-conducting manner to a device for regulating the temperature of the condensate collector 1 in the form of a Peltier element 2.
  • Condensate can separate out on the other side or an active surface 3.
  • On the active surface 3 of the condensate collector 1 is a Temperature sensor 4 is provided, with which the temperature of the condensate collector 1 or more precisely the temperature of the active surface 3 can be monitored and with which the sought dew point temperature is measured.
  • the Peltier element 2 has electrical connections 6 and 7.
  • a moisture sensor 8 in the form of an electrode arrangement is provided spatially above the condensate collector 1.
  • the moisture sensor 8 consists of an insulator 10 on which the two poles 11 and 12 of the electrode arrangement are arranged in the form of
  • Moisture sensor 8 and condensate collector 1 are arranged in a measuring chamber 14.
  • the measuring chamber 14 has a feed line 16 and a discharge line 17.
  • the discharge line 17 can be shut off by a valve 18.
  • a conveying device 20 is shown schematically, with which the measuring gas is conveyed into the measuring chamber 14. Any devices such as filters, heat exchangers, volume flow monitors, etc., which are not shown in the drawing, can be used between the conveying device 20 and the measuring chamber 14 or between the measuring chamber 14 and the valve 18.
  • the active surface 3 of the condensate collector 1 is at the initial temperature level T Q.
  • the arbitrary output temperature T Q is usually the ambient temperature or the entry temperature of the measuring gas into the measuring chamber 14.
  • the condensate collector 1 or its active surface 3 is cooled to a temperature T by the temperature difference dT.
  • the temperature T is an alarm threshold value defined temperature or around the desired dew point temperature of the respective monitored dryer.
  • the heating phase is initiated by reversing the polarity of the electrical connections 6 and 7 of the Peltier element 2.
  • the duration of the cooling phase or the duration of the heating phase and the holding time at the respective temperature level are based on the respective application. During the cooling phase it must be ensured that sufficient condensate can separate out and during the heating phase it must be ensured that the condensate formed is completely evaporated again. Does the moisture sensor 8 show an indication pulse, for example, until the freely selectable heating end temperature, which is oriented towards the area of use, is reached. B. in the form of a sharp drop in resistance, the cooling temperature reached during the preceding cooling phase is the sought-after dew point temperature or a temperature below the dew point temperature.
  • the resistance remains constant, for example, the dew point temperature was not reached.
  • a higher temperature for example +1 K
  • a lower temperature for example +1 K
  • the exact parameters of the control strategy for example the temperature steps, cooling and heating speed, will be based on the respective application. If a permanent display is desired, the present dew point temperature is defined, for example, in such a way that the last temperature at which there was an indication corresponds to the respective dew point temperature.
  • the permissible or suitable temporal length of the measuring interval will likewise depend on the respective application and can be influenced by the performance of the installed cooling device. Furthermore, the installation of several cooling surfaces on one sensor or the placement of several arrangements in a measuring chamber is possible, so that a quasi-continuous measurement is possible.
  • the display of the moisture sensor 8, the signal from the temperature sensor 4 and the activation of the Peltier element 2 are combined in a control device (not shown in more detail) .
  • the described dew point measuring device according to FIG. 1 can be used to achieve measuring accuracies of the mirror dew point measuring device.
  • a plate made of epoxy resin (15 ⁇ 15 mm), for example, as an insulator 10 with a width of 300 ⁇ m, a thickness of 35 ⁇ m and a distance of 150 ⁇ m is arranged as the moisture sensor 8 Copper conductor tracks are used as poles 11 and 12.
  • An aluminum plate with the dimensions 3 x 15 x 15 mm is used as the condensate collector.
  • the distance between the moisture sensor 8 and the condensate collector 1 is 2 mm.
  • the Peltier element 2 has a current consumption of 1.8 A at a maximum of 3 volts.
  • the measuring chamber 14 has a volume of 20 cm 3 .
  • optical sensors In addition to the conductor track sensor shown, optical sensors, ultrasound sensors and other components suitable for capacitive or resistance measurements can also be used.
  • the sample gas chamber can be designed for any high pressure.
  • the arrangement described as being preferred is very robust and, in contrast to the usual optical and capacitive ones, insensitive to contamination, calibration-free and including the peripheral devices from cheap industrial standard components, so that the realizable prices are of the order of 1 / 10 of the mirror dew point measuring devices are located.
  • the basic arrangement described permits many variants, for example the cascade connection of several Peltier elements to achieve particularly low cooling temperatures, or high recooling temperatures or the use of other cooling systems.
  • the senor also undergoes a temperature treatment in order, for example, to selectively determine the presence of several condensable vapors, or to place several sensors around one cooling surface or several cooling surfaces around one or more sensors.

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Abstract

Les hygromètres à point de rosée sont soit très précis et très chers, par exemple les hygromètres à point de rosée à miroir, soit moins coûteux mais relativement imprécis, par exemple des agencements d'électrodes qui servent à mesurer la résistance électrique. L'appareil décrit est économique, tout en ayant une précision de mesure correspondant à celle d'hygromètres à point de rosée à miroir. Un détecteur d'humidité (8) est séparé dans l'espace d'un collecteur de condensat (1), tout en étant adjacent à celui-ci. Le collecteur de condensat (1) est refroidi d'une valeur de différence de température déterminée par un dispositif de refroidissement/chauffage (2). Lorsque pendant le refroidissement on passe par la température du point de rosée recherché, du liquide se dépose sur le collecteur de condensat. Pendant la phase suivante de chauffage, le condensat s'évapore à nouveau et l'augmentation de la teneur en vapeur qui en résulte est détectée par le détecteur d'humidité (8) placé au-dessus du collecteur de condensat (1). En faisant varier la différence de température pendant la phase de refroidissement, on détermine de manière itérative la température du point de rosée recherchée. L'invention a des applications générales dans le domaine des processus industriels et des techniques de mesure, ainsi que dans le contrôle d'installations à air comprimé.Dew point hygrometers are either very precise and very expensive, for example mirror dew point hygrometers, or less expensive but relatively imprecise, for example electrode arrangements which are used to measure electrical resistance. The apparatus described is economical, while having a measurement accuracy corresponding to that of mirror dew point hygrometers. A humidity detector (8) is separated in the space of a condensate collector (1), while being adjacent thereto. The condensate collector (1) is cooled by a temperature difference value determined by a cooling / heating device (2). When, during cooling, the desired dew point temperature is passed, liquid is deposited on the condensate collector. During the next heating phase, the condensate evaporates again and the resulting increase in the vapor content is detected by the humidity detector (8) placed above the condensate collector (1). By varying the temperature difference during the cooling phase, the desired dew point temperature is determined iteratively. The invention has general applications in the field of industrial processes and measurement techniques, as well as in the control of compressed air installations.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des Taupunktes von Komponenten eines Gasgemisches Device and method for determining the dew point of components of a gas mixture
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Taupunktes von Komponenten eines Gasgemi¬ sches.The invention relates to a device and a method for determining the dew point of components of a gas mixture.
Die genaue Bestimmung des Dcunpfanteils in Gasströmen ist in vielen Bereichen der Prozeßtechnik von größter Wichtigkeit, um Korrosionsschäden zu vermeiden, unerwünschte Emissionen zu verhindern oder um den Gasström in Hinsicht einer optima¬ len Prozeßführung zu konditioniere .The exact determination of the vapor content in gas flows is of great importance in many areas of process technology in order to avoid corrosion damage, to prevent undesirable emissions or to condition the gas flow in terms of optimal process control.
Eine weit verbreitete .Anordnung, insbesondere zur Feststel¬ lung des Wasserdampfanteils in Luftströmen, sind Tau¬ punkthygrometer, bei denen die Luft soweit abgekühlt wird, bis der Wasserdampf kondensiert. Die so ermittelte Tau¬ punkttemperatur entspricht der Sättigungstemperatur der Luft, aus der sich in Kenntnis der sensiblen Temperatur des Luftstroms auch die relative Feuchte ableiten läßt.A widespread arrangement, in particular for determining the water vapor content in air streams, are dew point hygrometers, in which the air is cooled until the water vapor condenses. The dew point temperature determined in this way corresponds to the saturation temperature of the air, from which the relative humidity can also be derived if the sensitive temperature of the air flow is known.
Wie aus der Veröffentlichung DE-Buch, Winfried Lück, Feuch¬ tigkeits-Grundlagen, Messen, Regeln, R.' Oldenburg, München, Wien 1964, S. 74 bis 84 dargelegt ist, sind hierfür im we¬ sentlichen drei Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt:As explained in the publication DE-Book, Winfried Lück, Moisture Fundamentals, Measuring, Regulating, R. ' Oldenburg, Munich, Vienna 1964, pp. 74 to 84, there are essentially three methods and devices for this known:
a) Taupunktspiegel, die bei Abkühlung unter dem Taupunkt beschlagen, b) gekühlte Elektrodenanordnungen, die bei Ausfall von Kon¬ densat den elektrischen Widerstand oder die Kapazität andern, und c) Nebelkammern, in denen Nebel beobachtet werden kann, wenn die Temperatur des in der Kammer befindlichen Meß- gases unter den Taupunkt sinkt. Beim Nebelkammer-Hygrometer wird das Meßgas, ohne den Tau¬ punkt zu unterschreiten, komprimiert und anschließend ent¬ spannt. Durch die Entspannung kühlt sich die Feuchtluft er¬ heblich und nahezu homogen ab. In einer beleuchteten "Nebel- kammer" kann Nebelbildung beobachtet werden, falls infolge der Temperaturabsenkung durch die Entspannung der Taupunkt des Meßgases unterschritten wurde. Durch wiederholtes Kom¬ primieren 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 Kompressionsver¬ hältnis kann die Taupunkttemperatur errechnet werden.a) dew point mirrors that fog when cooled below the dew point, b) cooled electrode arrangements, which change the electrical resistance or the capacitance in case of condensate failure, and c) fog chambers, in which fog can be observed when the temperature of the The measuring gas in the chamber drops below the dew point. In the fog chamber hygrometer, the measuring gas is compressed without falling below the dew point and then relaxed. As a result of the relaxation, the moist air cools down considerably and almost homogeneously. Fog formation can be observed in an illuminated "fog chamber" if the dew point of the sample gas fell below as a result of the temperature drop due to the relaxation. By repeatedly compressing and then releasing the pressure, the excess pressure is sought, at which the formation of fog is caused when the gas is released (for example to atmospheric air pressure). The dew point temperature can be calculated from the wet gas temperature and the compression ratio.
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 Kühl¬ temperatur die Kühlung einzustellen, bei der gerade Taubil¬ dung 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 Spie¬ gel-Taupunktmeßgeräten sind neben der genannten Fach¬ buchveröffentlichung auch aus DE-OS 19 57 322, DE-AS 12 99 437, der DE-OS 26 4*0 663, der DE-OS 29 45 445 sowie der US- PS 3 385 098 bekannt.In the case of a mirror dew point measuring device with a dew point mirror, the measuring gas is cooled down to the limit of the thawing out, in which an attempt is made to adjust the cooling by repeatedly leveling the cooling temperature, at which just the formation of dew is recognizable. Devices are known in which a photocell arrangement always controls the cooling and / or heating of the dew point via a control amplifier in such a way that the dew limit is automatically - ie regulating - recorded. In terms of control technology, the task of automatic dew point adjustment poses some difficulties because the speed of dew formation depends very much on the respective dew point temperature. Different variants of mirror dew point measuring devices are, in addition to the above-mentioned publication, also from DE-OS 19 57 322, DE-AS 12 99 437, DE-OS 26 4 * 0 663, DE-OS 29 45 445 and U.S. Patent 3,385,098 is known.
Um bei Spiegel-Taupunktmeßgeräten die Schwierigkeiten im Zu¬ sammenhang mit# der fotoelektrischen Spiegelabtastung zu ver¬ meiden, wird gelegentlich von gekühlten Elektrodenanordnun¬ gen 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 Elek- trizitätskonstante ändert. Ein derartiger kapazitiver Tau¬ punkt-Detektor ist beispielsweise aus der DE-OS 32 31 534 bekannt.In order for Mirror dew point meters the difficulties in connexion with Zu¬ # of photoelectric scanning mirror to avoid ver¬ is occasionally made of chilled Elektrodenanordnun¬ gen use. Through a meandering arrangement of a conductor track on an insulating substrate, very low path resistances can be achieved, which without great Can deliver effortful tax parameters. Instead of measuring the resistance of the cooled electrode arrangement, it is also possible to use the change in capacitance which arises when the electric constant changes due to fogging of the sensor. Such a capacitive dew point detector is known for example from DE-OS 32 31 534.
Der wesentliche Nachteil von Geräten mit Taupunkt-Spiegeln und Nebelkammern besteht in dem hohen apparativen und regel¬ technischen Aufwand, was sich in entsprechend hohen Preisen für solche Geräte niederschlägt. Gekühlte Elektrodenanord¬ nungen hingegen haben den Nachteil, daß die Meßgenauigkeit vergleichsweise gering ist. Dies ist in erster Linie auf die Hygroskopizität aller üblichen Materialien für Leiterbahn¬ träger zurückzuführen, die schon weit vor der Sättigung und damit dem Abscheiden von Flüssigkeit zu einem Absinken der Oberflächenwiderstände führt. Die Verwendung von Leiterbahn¬ trägern mit geringerer Hygroskopizität, z. B. Paraffine oder Wachse, oder die Konditionierung herkömmlicher Leiterbahn¬ träger mit diesen Stoffen führt wegen der niedrigen Schmelz¬ temperatur und der geringen mechanischen Festigkeit eben¬ falls nicht zu befriedigenden Ergebnissen.The main disadvantage of devices with dew point mirrors and fog chambers is the high expenditure on equipment and control technology, which is reflected in correspondingly high prices for such devices. Cooled electrode arrangements, on the other hand, have the disadvantage that the measuring accuracy is comparatively low. This is primarily due to the hygroscopicity of all the usual materials for interconnect carriers, which leads to a decrease in the surface resistance long before the saturation and thus the separation of liquid. The use of interconnect carriers with lower hygroscopicity, e.g. B. paraffins or waxes, or the conditioning of conventional interconnect carriers with these substances also leads to unsatisfactory results because of the low melting temperature and the low mechanical strength.
Ein weiterer Nachteil von gekühlten Elektrodenanordnungen besteht darin, daß es aufgrund der schlechten Wärmeleitungs- eigenschaften dieser Materialien sehr schwierig ist, deren genaue Oberflächentemperatur, d. h. die genaue Oberflächen¬ temperatur der Kondensationsfläche, zu bestimmen. Folglich kann auch die Tupunkttemperatur nicht genau bestimmt werden.Another disadvantage of cooled electrode assemblies is that, due to the poor thermal conductivity properties of these materials, it is very difficult to determine their exact surface temperature, i. H. to determine the exact surface temperature of the condensation surface. As a result, the dot temperature cannot be determined exactly.
Auf die geschilderten Nachteile von den bekannten Meßgeräten bzw. Verfahren wird auch in dem Zeitschriftenartikel "Funk¬ tioniert mein Drucklufttrockner?" von E. Prü m in der Fach- Zeitschrift "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 Oberbe- griff 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 Elektroden¬ anordnung handeln kann. Des weiteren ist ein Kondensat¬ sammler 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 Kondensa- tionsfläche gemessen wird. Feuchtesensor, Kondensatsammler und Temperatursensor sind in einem einzigen Bauteil inte- griert. Daher und da bei diesem bekannten System das Ausfal¬ len von Flüssigkeit entweder durch einen Taupunkt-Spiegel oder durch gekühlte Elektrodenanordnungen bestimmt wird, weist diese Anordnung auch die genannten Nachteile der je¬ weiligen Meßprinzipien auf.The described disadvantages of the known measuring devices and methods are also described in the magazine article "Does my compressed air dryer work?" by E. Prü m in the journal "Drucklufttechnik", 11-12 / 1989, pp. 33 and 34. Finally, DE-OS 37 13 864 discloses an apparatus and a method for determining the dew point of components of a gas mixture, from which the invention is based in the preamble of claim 1. The known device has a moisture sensor, which can be both a dew point mirror and a cooled electrode arrangement. Furthermore, a condensate collector is provided which can be cooled or heated by means of a Peltier element. A temperature sensor is arranged in thermal contact with the condensate collector, by means of which the temperature of the condensate collector or the condensation surface is measured. Moisture sensor, condensate collector and temperature sensor are integrated in a single component. Therefore and since in this known system the precipitation of liquid is determined either by a dew point mirror or by cooled electrode arrangements, this arrangement also has the mentioned disadvantages of the respective measuring principles.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Taupunktes von Kompo¬ nenten eines Gasgemisches anzugeben, die bei einem niedrigen Preis die Meßgenauigkeit von Spiegel-Taupunktmeßgeräten in etwa erreichen.The object of the present invention is to provide a device and a method for determining the dew point of components of a gas mixture which, at a low price, approximately achieve the measuring accuracy of mirror dew point measuring devices.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An¬ spruchs 1 bzw. 12.This object is achieved by the features of claims 1 and 12, respectively.
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 Auf eizens des Kondensatsammlers wieder ver¬ dampft und führt in der Umgebung des Kondensatsammlers in der der Feuchtesensor angeordnet ist zu einem erhöhten Dampfgehalt, der durch den Feuchtesensor deutlich angezeigt wird.The essential solution feature of the present invention is that the temperature-controlled condensate collector is arranged spatially separated from the moisture sensor. Liquid is separated in the cooled condensate collector when the dew point temperature is reached. This liquid is evaporated again while the condensate collector is on and leads into the vicinity of the condensate collector which the moisture sensor is arranged to an increased vapor content, which is clearly indicated by the moisture sensor.
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 Er¬ findung wird vielmehr indirekt aufgrund des Auftretens einer signifikanten Feuchteänderung während des Aufheizens des Kondensatsammlers darauf geschlossen, daß während der vor¬ ausgehenden Abkühlphase die gesuchte Taupunkttemperatur durchfahren worden ist. Durch Änderung der durchfahrenen Temperaturdifferenzen und damit durch Änderung der Abkühl¬ endtemperatur kann damit die gesuchte Taupunkttemperatur iterativ ermittelt werden. Auch die Ausgangstemperaturen zu Beginn der Abkühlphase können zu diese Zweck geändert wer¬ den.An important advantage of the invention is that it is no longer necessary to measure the temperature and the occurrence of condensate at the same time. Rather, according to the present invention, it is indirectly concluded, due to the occurrence of a significant change in moisture during the heating of the condensate collector, that the dew point temperature sought was passed through during the preceding cooling phase. The desired dew point temperature can thus be determined iteratively by changing the temperature differences traveled and thus by changing the final cooling temperature. The starting temperatures at the beginning of the cooling phase can also be changed for this purpose.
Um die Änderung des Dampfgehalts signifikanter zu machen ist es vorteilhaft, zumindest den Feuchtesensor und den Konden¬ satsammler in einer Meßkammer anzuordnen. Eine weitere Erhö¬ hung der Signifikanz kann dadurch erreicht werden, daß die Strömung des Meßgases zumindest während der Aufheizphase un¬ terbunden wird. Gleichzeitig verringert sich dadurch auch die zur Bestimmung des Taupunkts notwendige Meßgasmenge.In order to make the change in the steam content more significant, it is advantageous to arrange at least the moisture sensor and the condensate collector in a measuring chamber. A further increase in the significance can be achieved in that the flow of the measurement gas is stopped at least during the heating phase. At the same time, this also reduces the amount of sample gas required to determine the dew point.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Signifikanz der Anzeige besteht darin, den Feuchtesensor räumlich unmittel¬ bar über den Kondensatsammler anzuordnen, so daß das während der Aufheizphase verdampfende Kondensat den Feuchtesensor unmittelbar beaufschlagt.A further possibility for increasing the significance of the display is to arrange the moisture sensor spatially directly above the condensate collector so that the condensate evaporating during the heating phase acts directly on the moisture sensor.
Als Feuchtesensor kann sowohl ein Spiegel oder eine Elektro¬ denanordnung verwendet werden. Auch andere Bauelemente, die aufgrund des erhöhten Dampfgehaltes im elektrischen Wider¬ stand stark verändern, können eingesetzt werden. Die zur Er-Both a mirror or an electrode arrangement can be used as the moisture sensor. Other components that change greatly due to the increased vapor content in the electrical resistance can also be used. The first
ERSATZBLATT fassung der signifikanten Änderung der Feuchte erforderliche Peripherie orientiert sich jeweils am verwendeten Feuchtesensor.REPLACEMENT LEAF Detection of the significant change in the humidity required depends on the humidity sensor used.
Bei der Verwendung eines Spiegels als Feuchtesensor, bei dem die signifikante Änderung der Feuchte aufgrund des Beschla- gens 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 regelungs¬ technische Schwierigkeit darin, möglichst genau die Tempera¬ tur zum Zeitpunkt des ersten Abscheidens von Kondensat fest¬ zustellen. 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 Tempe¬ raturmessung meßtechnisch sozusagen entkoppelt. Es muß le¬ diglich festgestellt werden, ob die in einem vergleichsweise großem Temperatur- und Zeitintervall eine starke Feuchteän¬ derung auftritt oder nicht. Die Messung der zugehörigen Tau¬ punkttemperatur erfolgt durch Iteration.When using a mirror as a moisture sensor, in which the significant change in the moisture due to the fogging of the mirror is determined, the control effort or the process control is considerably simplified in contrast to the known mirror dew point measuring devices. In the known mirror dew point measuring devices, the technical control difficulty is to determine the temperature at the time of the first separation of condensate as precisely as possible. That is, the exact time of the formation of dew and the prevailing temperature at that time must be measured together. In contrast to this, in the present invention the measurement of the moisture or the measurement of the occurrence of condensate and the temperature measurement are, so to speak, uncoupled in terms of measurement technology. It only has to be determined whether or not there is a strong change in humidity in a comparatively large temperature and time interval. The associated dew point temperature is measured by iteration.
Dies bewirkt auch bei Verwendung einer Εlektrodenanordnung als Feuchtesensor, daß die Hygroskopität des Leiterbahnträ¬ gers keine Rolle spielt, da die Änderung des Feuchtegehalts nur qualitativ erfaßt werden muß.Even when using an electrode arrangement as a moisture sensor, this means that the hygroscopicity of the conductor track carrier does not play a role, since the change in the moisture content only has to be recorded qualitatively.
In vorteilhafter Weise spielt auch die Hygroskopität des für den Kondensatsammler verwendeten Materials lediglich eine untergeordnete Rolle, da die vor Erreichung der Sättigungs¬ temperatur durch Hygroskopizität vorliegende Flüssigkeits¬ menge so gering ist, daß die hieraus resultierenden Indika¬ tionsimpulse sich deutlich von denen einer Kondensatan- Sammlung 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.The hygroscopicity of the material used for the condensate collector also advantageously plays only a subordinate role, since the amount of liquid present before hygroscopicity reaches the saturation temperature is so small that the resulting indication pulses differ significantly from those of a condensate Differentiate collection after falling below the dew point temperature or when the dew point temperature is reached. Another advantage of the present invention is that the moisture sensor itself does not have to be heated or cooled and only insignificant amounts of condensate are deposited on it. This eliminates a major source of pollution and corrosion.
Bei der Verwendung einer Elektrodenanordnung als Feuchtesen¬ sor kann die Korrosion noch dadurch vermieden werden, daß der Feuchtesensor während der Messung mit Wechselstrom be¬ aufschlagt wird, so daß keine galvanischen Veränderungen möglich sind.When using an electrode arrangement as a moisture sensor, the corrosion can still be avoided by applying alternating current to the moisture sensor during the measurement, so that no galvanic changes are possible.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Temperaturmessung auf der Oberfläche des Kon¬ densatsammlers vergleichsweise einfach ist, da hier vorzugs¬ weise gut wärmeleitende und korrosionsfeste Metalle einge¬ setzt werden können.Another advantage of the present invention is that the temperature measurement on the surface of the condensate collector is comparatively simple, since metals which are good heat conductors and corrosion-resistant can preferably be used here.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die durch das häu¬ fige Kondensieren und anschließende Wiederverdampfen von Flüssigkeit im Kondensatsammler auftrende Verschmutzung die Funktion bzw. die Meßgenauigkeit der vorliegenden Erfindung nur unwesentlich beeinflußt.A further advantage is that the contamination occurring due to the frequent condensation and subsequent re-evaporation of liquid in the condensate collector affects the function or the measuring accuracy of the present invention only insignificantly.
Ein besonders einfacher und kompakter Aufbau ergibt sich, wenn zum Kühlen und Aufheizen des Kondensatsammlers ein Pel- tierelement verwendet wird.A particularly simple and compact construction results if a pelletizing element is used to cool and heat the condensate collector.
Ein kompakter Aufbau ergibt sich auch, wenn als Kondensat¬ sammler eine Seite eines Wärmetauschers, insbesondere eines Verdampfungswärmetauschers ausgebildet ist. Für den Fall, daß die Abkühlung des Kondensatsaramlers mittels eines Ver- da pfungs-Wärmetauschers erfolgt, kann die Aufheizung des Kondensatsammlers beispielsweise mittels einer Widerstands¬ heizung oder mittels Mikrowelleneinstrahlung erfolgen. Insbesondere für den Fall, daß in einem Gasgemisch nachein¬ ander 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 be¬ stimmt werden. D. h. der Kondensatsammler arbeitet gleich- zeitig als Kältetrockner.A compact construction also results if one side of a heat exchanger, in particular an evaporative heat exchanger, is designed as a condensate collector. In the event that the condensate collector is cooled by means of a vaporization heat exchanger, the condensate collector can be heated, for example, by means of a resistance heater or by means of microwave radiation. The use of a sintered metal heat exchanger as a condensate collector is particularly useful in the event that the dew point of several components is to be determined in succession in a gas mixture. In this case, the component with the highest dew point must first be completely removed from the sample gas volume. Only when this has happened can the next lower dew point of a component be determined. That is, the condensate collector also works as a refrigeration dryer.
In solchen Fällen ist es auch sinnvoll, mehrere Feuchtesen¬ soren und/oder mehrere zugeordnete Kondensatsammler vorzuse¬ hen. Beispielsweise kann bei gleichzeitigem Betrieb von meh- reren Feuchtesensoren mit zugeordneten Kondensatsammlern mit unterschiedlichen Ausgangstemperaturen und/oder Temperatur¬ differenzen während der Abkühlung die Zeitdauer, die zur Be¬ stimmung der gesuchten Taupunkttemperatur benötigt wird, minimiert werden.In such cases, it also makes sense to provide several moisture sensors and / or several associated condensate collectors. For example, with the simultaneous operation of several moisture sensors with associated condensate collectors with different starting temperatures and / or temperature differences during the cooling, the period of time required to determine the dew point temperature sought can be minimized.
Die Erfindung wird-im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles' näher erläutert.The invention is-below on the basis of the illustrative embodiment shown 'explained in more detail.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegen¬ den Erfindung.1 shows a preferred embodiment of the present invention.
Das Taupunkt-Meßgerät nach Fig. 1 weist einen KondensatSamm¬ ler 1 in Form einer Aluminiumplatte Es lassen natürlich auch anders geformte Kondensatsammler mit aus anderen gut wärme¬ leitenden Materialien verwenden. Eine Seite des Kondensat¬ sammlers 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 Tau¬ punkttemperatur 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 ineinandergreifen- den Leiterbahnen angeordnet sind.The dew point measuring device according to FIG. 1 has a condensate collector 1 in the form of an aluminum plate. It is of course also possible to use differently shaped condensate collectors with other materials which are good heat conductors. One side of the condensate collector 1 is connected in a highly heat-conducting manner to a device for regulating the temperature of the condensate collector 1 in the form of a Peltier element 2. Condensate can separate out on the other side or an active surface 3. On the active surface 3 of the condensate collector 1 is a Temperature sensor 4 is provided, with which the temperature of the condensate collector 1 or more precisely the temperature of the active surface 3 can be monitored and with which the sought dew point temperature is measured. The Peltier element 2 has electrical connections 6 and 7. A moisture sensor 8 in the form of an electrode arrangement is provided spatially above the condensate collector 1. The moisture sensor 8 consists of an insulator 10 on which the two poles 11 and 12 of the electrode arrangement are arranged in the form of interdigitated interconnects.
Feuchtesensor 8 und Kondensatsammler 1 sind in einer Me߬ kammer 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 Fördereinrich¬ tung 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.Moisture sensor 8 and condensate collector 1 are arranged in a measuring chamber 14. The measuring chamber 14 has a feed line 16 and a discharge line 17. The discharge line 17 can be shut off by a valve 18. In the feed line 16, a conveying device 20 is shown schematically, with which the measuring gas is conveyed into the measuring chamber 14. Any devices such as filters, heat exchangers, volume flow monitors, etc., which are not shown in the drawing, can be used between the conveying device 20 and the measuring chamber 14 or between the measuring chamber 14 and the valve 18.
Die Regelung und die Betriebsweise der beschriebenen Ausfüh¬ rungsform ist recht einfach. Zum Zeitpunkt der Inbetrieb- nähme des Meßgeräts bzw. zu Beginn eines Meßzyklus befindet sich die aktive Fläche 3 des Kondensatsammlers 1 auf dem Ausgangstemperaturniveau TQ. Die beliebige Ausgangstempera¬ tur TQ 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 dT auf eine Temperatur T abgekühlt. Wird das erfindungsgemäße Taupunkt-Meßgerät beispielsweise in einem Druckluft-Versorgungssystem verwendet, handelt es sich bei der Temperatur T um eine als Alarm-Schwellenwert definierte Temperatur oder um die gewünschte Taupunkttempe¬ ratur des jeweiligen überwachten Trockners.The regulation and the mode of operation of the described embodiment is quite simple. At the time the measuring device is started up or at the start of a measuring cycle, the active surface 3 of the condensate collector 1 is at the initial temperature level T Q. The arbitrary output temperature T Q is usually the ambient temperature or the entry temperature of the measuring gas into the measuring chamber 14. By cooling the condensate collector 1 by means of the Peltier element 2, the condensate collector 1 or its active surface 3 is cooled to a temperature T by the temperature difference dT. If the dew point measuring device according to the invention is used, for example, in a compressed air supply system, the temperature T is an alarm threshold value defined temperature or around the desired dew point temperature of the respective monitored dryer.
Ist die Temperatur ,- 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 Teperaturniveau orientiert sich am jeweiligen Anwendungs- fall. Während der Abkühlphase muß sichergestellt werden, daß sich genügend Kondensat abscheiden kann und während der Auf- heizphase muß sichergestellt werden, daß gebildetes Konden¬ sat wieder vollständig verdampft wird. Zeigt der Feuchtesen¬ sor 8 bis zur Erreichung der frei wählbaren, am -Einsatzbe- reich orientierten, Heizendtemperatur einen Indikationsim- puls, z. B. in Form eines starken Widerstandabfalls, so ist die während der vorausgehenden Abkühlphase erreichte Abkühl¬ endtemperatur die gesuchte Taupunkttemperatur oder eine Tem¬ peratur unterhalb der Taupunkttemperatur.If the temperature is reached, the heating phase is initiated by reversing the polarity of the electrical connections 6 and 7 of the Peltier element 2. The duration of the cooling phase or the duration of the heating phase and the holding time at the respective temperature level are based on the respective application. During the cooling phase it must be ensured that sufficient condensate can separate out and during the heating phase it must be ensured that the condensate formed is completely evaporated again. Does the moisture sensor 8 show an indication pulse, for example, until the freely selectable heating end temperature, which is oriented towards the area of use, is reached. B. in the form of a sharp drop in resistance, the cooling temperature reached during the preceding cooling phase is the sought-after dew point temperature or a temperature below the dew point temperature.
Zeigt der Feuchtesensor 8 keinen Indikationsimpuls, bleibt der Widerstand also beispielsweise konstant, wurde die Tau¬ punkttemperatur nicht erreicht.If the moisture sensor 8 shows no indication pulse, the resistance remains constant, for example, the dew point temperature was not reached.
Im ersten Fall wird nun eine höhere Temperatur, beispiel- haft +1 K angefahren, im zweiten Fall eine niedrigere Tempe¬ ratur.In the first case, a higher temperature, for example +1 K, is approached, in the second case a lower temperature.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Meßreihe immer in Richtung der tatsächlich vorliegenden Taupunkttemperatur durchgeführt wird.This ensures that the measurement series is always carried out in the direction of the actual dew point temperature.
Die genauen Parameter der Regelstrategie, also z.B. die Tem¬ peraturschritte, Abkühl- und Heizgeschwindigkeit werden sich am jeweiligen Anwendungsfall orientieren. Sofern man eine permanente Anzeige wünscht, wird die vorlie¬ gende Taupunkttemperatur z.B. in der Weise definiert, daß die letzte Temperatur, bei der eine Indikation vorlag, der jeweiligen Taupunkttemperatur entspricht.The exact parameters of the control strategy, for example the temperature steps, cooling and heating speed, will be based on the respective application. If a permanent display is desired, the present dew point temperature is defined, for example, in such a way that the last temperature at which there was an indication corresponds to the respective dew point temperature.
Die zulässige bzw. geeignete zeitliche Länge des Meßinter- vals wird sich ebenfalls nach der jeweiligen Anwendung rich¬ ten und ist durch die Leistung der installierten Kühlein¬ richtung 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.The permissible or suitable temporal length of the measuring interval will likewise depend on the respective application and can be influenced by the performance of the installed cooling device. Furthermore, the installation of several cooling surfaces on one sensor or the placement of several arrangements in a measuring chamber is possible, so that a quasi-continuous measurement is possible.
Um die Regelung des erfindungsgemäßen Taupunkt-Meßgeräts bzw. die Bestimmung der Taupunkt-Temperatur zu automa¬ tisieren wird die Anzeige des Feuchtesensors 8, das Signal aus dem Temperatursensor 4 und die Ansteuerung des Peltier¬ elements 2 in einer nicht näher dargestellten Steuereinrich¬ tung zusammengeführt.In order to automate the regulation of the dew point measuring device according to the invention or the determination of the dew point temperature, the display of the moisture sensor 8, the signal from the temperature sensor 4 and the activation of the Peltier element 2 are combined in a control device (not shown in more detail) .
Wenn man die Dauer der Abkühlphasen optimiert, lassen sich mit dem beschriebenen Taupunkt-Meßgerät nach Fig. 1 Me߬ genauigkeiten von Spiegel-Taupunkt-Meßgerät erreichen, d. h. Meßgenauigkeiten von ± 0,2 °C.If the duration of the cooling phases is optimized, the described dew point measuring device according to FIG. 1 can be used to achieve measuring accuracies of the mirror dew point measuring device. H. Measuring accuracy of ± 0.2 ° C.
In einer konkreten Ausgestaltung des Taupunkt-Meßgeräts nach Fig. 1 wird als Feuchtesensor 8 beispielsweise eine Platte aus Epoxidharz (15 x 15 mm) als Isolator 10 mit 300 μm brei¬ ten, 35 μm dicken und im Abstand von 150 μm zueinander ange- ordneten Leiterbahnen aus Kupfer als Pole 11 und 12 verwen¬ det. Als Kondensatsaammler wird eine Aluminiumplatte mit den Abmessungen 3 x 15 x 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 wur¬ den pro Stunde 12 Meßzyklen durchgeführt. Der Volumenstrom durch die Meßkammer 14 betrug 150 NLtr./h (Normalliter pro Stunde) . Dabei wurden während des Aufheizens des Kondensat¬ sammlers 1 folgende Widerstandsänderungen erzielt:In a specific embodiment of the dew point measuring device according to FIG. 1, a plate made of epoxy resin (15 × 15 mm), for example, as an insulator 10 with a width of 300 μm, a thickness of 35 μm and a distance of 150 μm is arranged as the moisture sensor 8 Copper conductor tracks are used as poles 11 and 12. An aluminum plate with the dimensions 3 x 15 x 15 mm is used as the condensate collector. The distance between the moisture sensor 8 and the condensate collector 1 is 2 mm. The Peltier element 2 has a current consumption of 1.8 A at a maximum of 3 volts. The measuring chamber 14 has a volume of 20 cm 3 . When measuring in compressed air at 8 bar Dew point temperatures between 1.5 and 2.5 ° C and at an average sensitive temperature of the compressed air of 22 ° C, 12 measuring cycles were carried out per hour. The volume flow through the measuring chamber 14 was 150 NLtr./h (normal liters per hour). The following changes in resistance were achieved during the heating of the condensate collector 1:
Anfangsbedingungen >50 * 106 OhmInitial conditions> 50 * 10 6 ohms
0,2 K über Taupunkttemperatur >50 * 106 Ohm 0,2 K unter Taupunkttemperatur <0,5* 106 Ohm0.2 K above dew point temperature> 50 * 10 6 ohms 0.2 K below dew point temperature <0.5 * 10 6 ohms
Damit liegt bei der genannten Meßgenauigkeit von 0,2 K ein signifikantes Widerstandsverhältnis von 1:100 vor. Signifi¬ kant wäre auch ein wesentlich kleineres Widerstandsverhält- nis, so daß sich die Meßgenauigkeit noch steigern ließe.With the measurement accuracy of 0.2 K mentioned, there is a significant resistance ratio of 1: 100. A significantly lower resistance ratio would also be significant, so that the measuring accuracy could be increased still further.
Neben dem dargestellten Leiterbahn-Sensor können auch opti¬ sche Sensoren, Ultraschall-Sensoren und andere für kapazi¬ tive oder Widerstandsmeßungen geeignete Bauelemente verwen- det werden.In addition to the conductor track sensor shown, optical sensors, ultrasound sensors and other components suitable for capacitive or resistance measurements can also be used.
Die Meßgaskammer kann im Prinzip für beliebig hohe Drücke ausgelegt werden.In principle, the sample gas chamber can be designed for any high pressure.
Die als vorzugsweise beschriebene Anordnung ist sehr robust und im Gegensatz zu den üblich optischen und kapazitiven, gegen Verschmutzung unempfindlich, kalibrationsfrei und in¬ klusive der peripheren Einrichtungen aus billigen Industrie¬ standard-Komponenten zu erstellen, so daß die realisierbaren Preise in der Größenordnung 1/10 der Spiegel-Taupunkt-Meßge¬ räten liegen.The arrangement described as being preferred is very robust and, in contrast to the usual optical and capacitive ones, insensitive to contamination, calibration-free and including the peripheral devices from cheap industrial standard components, so that the realizable prices are of the order of 1 / 10 of the mirror dew point measuring devices are located.
Die beschriebene Grundanordnung erlaubt viele Varianten, so beispielsweise die Kaskadenschaltung mehrerer Peltier-ele- mente zur Erzielung besonders niedriger Abkühltempe-raturen, bzw. hohe Rückkühltemperaturen oder den Einsatz anderer Kühlsysteme.The basic arrangement described permits many variants, for example the cascade connection of several Peltier elements to achieve particularly low cooling temperatures, or high recooling temperatures or the use of other cooling systems.
Weitere Varianten sind in der Weise denkbar, das auch der Sensor eine Temperaturbehandlung erfährt, um bespielsweise die Anwesenheit mehrerer kondensierbarer Dämpfe selektiv zu bestimmen oder mehrere Sensoren um eine Kühlfläche oder meh¬ rere Kühlflächen um einen oder mehrere Sensoren plaziert werden. Further variants are conceivable in such a way that the sensor also undergoes a temperature treatment in order, for example, to selectively determine the presence of several condensable vapors, or to place several sensors around one cooling surface or several cooling surfaces around one or more sensors.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Vorrichtung zur Bestimmung des Taupunkts von Kompo¬ nenten eines Gasgemisches mit einem Feuchtesensor (8), einem Kondensatsammler (1), einer mit dem Kondensatsammler (1) thermisch ge- koppelten Einrichtung (2) zur Regelung der Tem¬ peratur des Kondensatsammlers (1) , und einem Temperatursensor (4), der in thermischem Kontakt mit dem Kondensatsammler (1) steht,1. Device for determining the dew point of components of a gas mixture with a moisture sensor (8), a condensate collector (1), a device (2) thermally coupled to the condensate collector (1) for regulating the temperature of the condensate collector ( 1), and a temperature sensor (4) which is in thermal contact with the condensate collector (1),
dadurch gekennzeichnet,characterized,
daß der Feuchtesensor (8) die Gasfeuchte mißt und räumlich getrennt von, aber benachbart zu dem Kon¬ densatsammler (1) angeordnet ist.that the moisture sensor (8) measures the gas moisture and is spatially separated from, but is arranged adjacent to the condensate collector (1).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor (8) räumlich unmittelbar über dem Kondensatsammler (1) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the moisture sensor (8) is arranged spatially directly above the condensate collector (1).
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Feuchtesensor (8) und Kondensatsammler (1) in einer Meßkammer (14) angeordnet sind.3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least moisture sensor (8) and condensate collector (1) are arranged in a measuring chamber (14).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (14) eine Zuleitung (16) und eine Ableitung (17) aufweist, und daß zumindest die Ab¬ leitung (17) durch ein Ventil (18) absperrbar ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the measuring chamber (14) has a feed line (16) and a discharge line (17), and that at least the discharge line (17) can be shut off by a valve (18).
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor (8) einen Spiegel aufweist, der einen hohen Dampfgehalt durch Beschlag anzeigt.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the moisture sensor (8) has a mirror that indicates a high vapor content due to fogging.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- durch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor (8) ein6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the moisture sensor (8)
Substrat (10) aus einem elektrischen Isolator auf¬ weist, auf dem räumlich getrennt voneinander wenig¬ stens zwei Leiterbahnen (11, 12) angeordnet sind.Has substrate (10) from an electrical insulator on which at least two conductor tracks (11, 12) are arranged spatially separated from one another.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Re¬ gelung der Temperatur des Kondensatsammlers (1) we¬ nigstens ein Peltier-Element (2) umfaßt, durch das der Kondensatsammler abkühlbar und aufheizbar ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device for regulating the temperature of the condensate collector (1) comprises at least one Peltier element (2) through which the condensate collector can be cooled and heated.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zur Regelung der Temperatur des Kondensatsammlers (1) einen Wärmetauscher, insbesondere einen Ver- dampfungswärmetauseher umfaßt, von dem eine Seite den Kondensatsammler bildet.8. Device according to one of claims 1 to 6, da¬ characterized in that the device (2) for regulating the temperature of the condensate collector (1) comprises a heat exchanger, in particular an evaporative heat exchanger, one side of which forms the condensate collector.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein Sintermetall-Wärmetauscher ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the heat exchanger is a sintered metal heat exchanger.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Feuchtesensoren vorgesehen sind.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that several moisture sensors are provided.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kondensatsammler vorgesehen sind.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that several condensate collectors are provided.
12. Verfahren zu Bestimmung des Taupunkts von Komponen¬ ten eines Gasgemisches, insbesondere mit einer Vor-12. Method for determining the dew point of components of a gas mixture, in particular with a preliminary
BLATT richtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten:SHEET Direction according to one of the preceding claims, with the method steps:
a) Abkühlung eines in dem Gasgemisch angeordneten Kondensatsammlers von einer Ausgangstemperatur TQ um eine Temperatur-Differenz <ιT,a) cooling of a condensate collector arranged in the gas mixture from an initial temperature T Q by a temperature difference < ιT,
b) Aufheizen des Kondensatsammlers,b) heating the condensate collector,
c) Messung der Änderung der Gasfeuchte mittels eines von dem Kondensatsammler getrennt angeord¬ neten Feuchtesensor,c) measurement of the change in the gas moisture by means of a moisture sensor arranged separately from the condensate collector,
d) Wiederholung der vorhergehenden Verfahrens- schritte mit geänderten Werten für die Ausgangs- temperatur TQ und/oder Temperaturdifferenz T bis wenigstens einmal eine Änderung der Feuchte wäh¬ rend des Aufheizens des Kondensatsammlers erfaßt wird, undd) repetition of the previous method steps with changed values for the initial temperature T Q and / or temperature difference T until at least one change in the humidity is detected during the heating of the condensate collector, and
e) Festlegen derjenigen Endtemperatur während der Abkühlphase als Taupunkt-Temperatur, bei der in der darau folgenden Aufheizphase keine Änderung der Feuchte mehr erfolgt.e) Definition of the final temperature during the cooling phase as the dew point temperature at which the moisture no longer changes in the subsequent heating phase.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während der Au heizphase bzw. während dem Messen der Feuchte ein abgeschlossenes Meßvolu¬ men vorliegt.13. The method according to claim 12, characterized in that at least during the Au heating phase or during the measurement of the moisture, a completed measuring volume is present.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Kondensatsammler wäh¬ rend der Aufheizphase auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die über der Ausgangstemperatur TQ liegt. 14. The method according to any one of claims 12 to 13, characterized in that the condensate collector is heated to a temperature which is above the starting temperature T Q during the heating phase.
15. Verfahren nach einem der arsprdche 12 bis 14, da¬ durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verfahrens¬ schritte mit unterschiedlichen Ausgangswerten für TQ und Δ1 gleichzeitig durchgeführt werden.15. P out according to one of arsprdche 12 to 14, since ¬ characterized by that the individual method steps mi ¬ t un t erschiedlichen output values for T and Q are performed at the same time Δ1.
16 Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Feuchteänderung wäh¬ rend der Aufheizphase durch die Widerstandsänderung einer Ξlektrodenanordnung (11, 12) erfaßt wird, wo¬ bei die Elektrodenanordnung mit Wechselstrom beauf¬ schlagt wird.16 V out according to one of claims 12 to 15, da¬ by in that the humidity change wäh¬ rend the heating phase by the resistance change e i ner Ξ lek t clearing arrangement (11, 12) is detected, it being possible for the electrode arrangement with alternating beauf ¬ is struck.
ATT ATT
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