EP0989373A2 - Vorrichtung zur Erzeugung einer definierten relativen Luftfeuchte - Google Patents
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- F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
- F24F6/02—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air
Definitions
- the present invention relates to a device for generating a defined relative air humidity according to the preamble of claim 1.
- Moisture generators These deliver defined relative air humidity values RH in a measuring chamber, in which in turn the moisture sensors to be calibrated or at least parts thereof can be arranged.
- two-pressure / two-temperature humidity generators have also become known.
- air saturated with water vapor is generated in a saturation chamber at a temperature T1 and a pressure p1 and then expanded to a pressure p2 at the temperature T2 in a measuring chamber.
- the relative humidity in the measuring chamber can be determined or, in other words, by varying these parameters, the desired relative humidity RH can be set in a defined manner in the measuring chamber.
- moisture generators about such moisture generators is about the publication Humidity Sensing, Measurements and Calibration Standards "by PH Huang in Sensors, Feb. 1990, pages 12-21.
- the problem with moisture generators constructed in this way is now the relatively large outlay in terms of equipment, in particular to accomplish temperature control, temperature measurement and temperature stabilization. A less complex modification of such a moisture generator is now a so-called pure two-pressure generator.
- the temperature in the saturation chamber as well as in the measuring chamber is kept the same by suitable measures and the desired relative humidity RH only by varying the pressure conditions in the Saturation chamber and the measuring chamber set.
- moisture generator types reference is made, for example, to JP 09-257283.
- the object of the present invention is therefore to be as compact as possible simply constructed device for generating a defined relative To create humidity, in particular the problems mentioned above be avoided when displaying moisture.
- the measures according to the invention now ensure an extreme compact and simply constructed device for generating a defined relative humidity.
- the ones mentioned above can also be used Problems related to the condensation of saturated air in the Avoid area of the connecting line or valve unit safely.
- the measures in the dependent claims ensure that a constant relative humidity values to be displayed in the entire range Gas flow into the measuring chamber results. So fluctuates from the above Document known device with varying relative humidity values the gas flow in the measuring chamber. However, there is a constant gas flow advantageous in terms of the overall accuracy of the system.
- a device has thus been created which can be varied simply the pressure conditions in the two chambers to produce a desired relative humidity RH enables.
- the expenditure on equipment was significantly reduced compared to known moisture generators, so that ultimately results in a system that can also be easily transported is.
- the invention Measures used in a so-called two-pressure generator; basically is possible, however, also in the two-pressure / two-temperature humidity generators mentioned to implement these measures.
- the device according to the invention for generating a defined relative air humidity in this exemplary embodiment essentially consists of a single structural unit in which both the saturation chamber 1 and the actual measuring chamber 2 are arranged.
- the complete assembly is made of a material with high thermal conductivity. Aluminum, for example, is suitable for this.
- the saturation chamber 1 is fed on the inlet side via a feed line 3, for example air under excess pressure p.
- the desired pressure p1 is set in the saturation chamber 1 by means of a reducing valve 12, p1 ⁇ p.
- In the saturation chamber 1 there is water 1.1, which serves to saturate the introduced air or possibly nitrogen to the relative humidity RH 100%.
- the air is passed into the actual measuring chamber 2 via a connecting line consisting of two sections 4.1, 4.2 and a valve unit 5.
- the measuring chamber 2 is in turn connected to the environment via an open supply line 2.1, ie ultimately a pressure p2 is established in the measuring chamber 2 which corresponds to the ambient pressure p a .
- the defined setting of the pressure ratio p2 / p1 can be used in the Measuring chamber 2 represent the desired relative humidity RH.
- the measuring chamber 2 can then, for example, moisture sensors or at least Arrange parts of it to be calibrated.
- the described The exemplary embodiment accordingly represents a two-pressure moisture generator dar;
- the measures according to the invention can also be used in other types of moisture generators.
- K represents an empirically determinable, constant real gas factor.
- the output signals of the two pressure measurement units 8, 9 are fed to an operating unit 7 for evaluation or further processing, in which the relative humidity RH is determined via the above-mentioned relationship and is shown in a display area 7.1.
- the operating unit 7 comprises an operating element 7.2, which is used to set the desired relative humidity RH in the measuring chamber 1.
- the control element 7.2 ultimately acts on the reducing valve 12 in order to set the pressure p1 in such a way defined that the air is saturated in the saturation chamber.
- the desired defined setting of the relative humidity RH in the measuring chamber 2 is obtained by setting the pressure p1 and thus ultimately the pressure ratio p2 / p1.
- a corresponding signal connecting line between the control unit 7 and the reducing valve 12 is also shown schematically in FIG indicated.
- FIG. 1 is schematic in the device according to the invention indicated heater 6 provided in thermal Contact with certain parts of the device.
- the heating device 6 on the one hand in thermal contact with the section 4.1 the connecting line between saturation chamber 1 and measuring chamber 2, which extends from the saturation chamber 1 to the valve unit 5.
- the heating device 6 is also in thermal contact with others the valve unit 5.
- Further details on the invention arranged heating device 6 are subsequently based on the Figures 2a and 2b explained.
- FIG. 2a shows a partial view of the embodiment of Figure 1 with a more detailed representation of the heating device 6;
- FIG. 2b shows an electrical circuit diagram of this heating device 6.
- the section 4.1 of the connecting line between the saturation chamber 1 and the measuring chamber including the schematically indicated valve unit 5 can be seen.
- the heating device essentially consists of a current-carrying resistance wire, which in turn comprises two sections 6.1a, 6.1b.
- the first section 6.1a of the resistance wire is arranged wound around the connecting line 4.1 in the area between the saturation chamber 1 and the valve unit 5.
- the winding of the resistance wire 6.1a in this area of the connecting line was chosen such that approximately half the length of the resistance wire 6.1a was arranged in the first third of the connecting line 4.1, starting with the saturation chamber 1.
- the second section 6.1b of the resistance wire is arranged wound around the valve unit 5.
- an operating element 5.3 can also be seen from the valve unit 5, via which the desired gas flow into the measuring chamber 2 can optionally be set.
- insulation 13 is arranged in each case. This is used for thermal insulation these areas or the heating device 6 with respect to the environment.
- Insulation can, for example, commercially available PU foam or other commercially available, prefabricated pipe insulation can be provided.
- the two resistance wires 6.1a, 6.1b of the heating device are connected in series in the exemplary embodiment shown and have contacts U V , GND for connection to a suitable supply voltage.
- a contact U M is also provided between the two resistance wires 6.1a, 6.1b, via which a control voltage can be tapped and is therefore used to check the function of the heating device.
- the associated electrical equivalent circuit diagram for the exemplary embodiment of a heating device shown is shown in FIG. 2b. In one possible embodiment, an electrical resistance of 100 ⁇ was selected in each of the two resistance wires 6.1a, 6.1b.
- the supply voltage at contact U V is 24V; in this exemplary embodiment, the heating device is consequently designed as a simple constant power control.
- Such a dimensioning or design of the heating device can achieve a heating of approximately 5-7 ° C. in the area 4.1 of the connecting line and in the area of the valve unit 5, which is independent of the respective ambient temperature.
- the temperature in these areas is thus at least slightly above the dew point temperature of the air saturated in the saturation chamber. Condensation of the highly saturated air coming from the saturation chamber can be reliably prevented by these measures in these areas of the device according to the invention.
- valve unit 5 A detailed view of the valve unit 5 is shown in FIG. 3. Here was for clarity on the representation of the heating device waived.
- the valve unit 5 in the present invention preferably includes one arranged on the input side, so-called differential pressure regulator 5.1, which has a needle valve 5.2 is subordinate, further in the embodiment shown includes an adjusting element 5.3.
- the setting element 5.3 of the needle valve 5.2 can be used to generate a desired gas flow in the Adjust the measuring chamber.
- the differential pressure regulator 5.1 arranged on the input side in the valve unit 5 now keeps the air pressure p z reaching the needle valve 5.2 and thus the air flow in the measuring chamber constant, regardless of fluctuations in the air pressure p1 in the saturation chamber 1 on the input side.
- An intermediate pressure p z is set here for the needle valve 5.2, which is approximately 150 mbar above the pressure p 2; the intermediate pressure p z is kept constant.
- the gas is expanded or expanded from p z to p2, p2 generally corresponding to the ambient pressure.
- Suitable differential pressure regulators 5.1 are, for example, from Fischer & Porter under the name Differential pressure regulator series 53R_2110 "available.
- the valve unit 5 consists of a differential pressure regulator 5.1, a needle valve 5.2 and, if appropriate, an adjusting device for the needle valve 5.3.
- a differential pressure regulator 5.1 By means of 5.1 in the connecting line between 5.1 u. 5.2 an intermediate pressure p z of approximately 150 mbar above p2 is set and kept constant.
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Abstract
Description
Neben der Möglichkeit, die jeweils gewünschte relative Feuchte über Salzlösungen nach DIN 50008 einzustellen, sind desweiteren sogenannte Zwei-Druck-/Zwei-Temperatur-Feuchtegeneratoren bekannt geworden. Hierbei wird in einer Sättigerkammer mit Wasserdampf gesättigte Luft bei einer Temperatur T1 und einem Druck p1 erzeugt und anschließend auf einen Druck p2 bei der Temperatur T2 in einer Meßkammer expandiert. Durch die Messung der jeweiligen Drücke pn und Temperaturen Tn kann die relative Feuchte in der Meßkammer bestimmt werden oder anders ausgedrückt: durch die Variation dieser Parameter läßt sich in der Meßkammer die gewünschte relative Feuchte RH definiert einstellen. Zu derartigen Feuchtegeneratoren sei etwa auf die Veröffentlichung
Eine weniger aufwendige Abwandlung eines derartigen Feuchtegenerators stellt nunmehr ein sog. reiner Zwei-Druck-Generator dar. Hierbei wird durch geeignete Maßnahmen die Temperatur in der Sättigerkammer als auch in der Meßkammer gleich gehalten und die gewünschte relative Feuchte RH lediglich durch Variation der Druckverhältnisse in der Sättigerkammer und der Meßkammer eingestellt. Die relative Feuchte ist somit eine Funktion des Verhältnisses aus p1 und p2, d.h.
Als nachteilig beim bekannten Zwei-Druck-Feuchtegenerator aus dieser Druckschrift ist jedoch anzusehen, daß die auf RH = 100% maximal aufgesättigte Luft im Bereich zwischen der Sättigerkammer und der Ventileinheit auskondensieren kann und damit nicht mehr maximal aufgesättigte Luft in die Meßkammer weitergeleitet wird; hiervon wird jedoch bei der Einstellung der gewünschten relativen Feuchte RH über das Druckverhältnis aus p1 und p2 ausgegangen.
- Figur 1
- eine schematische Prinzipskizze eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- Figur 2a
- eine detaillierte Darstellung der Heizeinrichtung aus Fig. 1;
- Figur 2b
- das elektrische Schaltbild der Heizeinrichtung aus Figur 2a;
- Figur 3
- eine Detailansicht der Ventileinheit aus Fig. 1;
So besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer definierten relativen Luftfeuchte in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einer einzigen Baueinheit, in der sowohl die Sättigerkammer 1 als auch die eigentliche Meßkammer 2 angeordnet sind. Die komplette Baueinheit ist hierbei aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Hierzu eignet sich beispielsweise Aluminium. Der Sättigerkammer 1 wird eingangsseitig über eine Zuleitung 3 beispielsweise Luft unter Überdruck p zugeführt.
Mittels eines Reduzierventiles 12 erfolgt die Einstellung des gewünschten Druckes p1 in der Sättigerkammer 1, wobei p1 < p gilt. In der Sättigerkammer 1 befindet sich Wasser 1.1, das zur Aufsättigung der eingeleiteten Luft oder ggf. Stickstoff auf die relative Feuchte RH = 100% dient. Nach der Aufsättigung wird die Luft über eine aus zwei Teilstücken 4.1, 4.2 bestehende Verbindungsleitung und eine Ventileinheit 5 in die eigentliche Meßkammer 2 geleitet. Die Meßkammer 2 wiederum ist über eine offene Zuleitung 2.1 mit der Umgebung verbunden, d.h. in der Meßkammer 2 stellt sich letztlich ein Druck p2 ein, der dem Umgebungsdruck pa entspricht.
Erkennbar ist das Teilstück 4.1 der Verbindungsleitung zwischen der Sättigerkammer 1 und der Meßkammer inclusive der schematisch angedeuteten Ventileinheit 5. Die Heizeinrichtung besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einem stromdurchflossenen Widerstandsdraht, der wiederum zwei Teilstücke 6.1a, 6.1b umfaßt.
Das erste Teilstück 6.1a des Widerstandsdrahtes ist dabei um die Verbindungsleitung 4.1 im Bereich zwischen der Sättigerkammer 1 und der Ventileinheit 5 gewickelt angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wurde die Wicklung des Widerstandsdrahtes 6.1a in diesem Bereich der Verbindungsleitung dergestalt gewählt, daß etwa die Hälfte der Länge des Widerstandsdrahtes 6.1a im ersten Drittel der Verbindungsleitung 4.1, beginnend bei der Sättigerkammer 1, angeordnet wurde.
Das zweite Teilstück 6.1b des Widerstandsdrahtes ist hingegen um die Ventileinheit 5 gewickelt angeordnet. Von der Ventileinheit 5 ist in dieser Darstellung ferner ein Bedienelement 5.3 erkennbar, über das gegebenenfalls eine Einstellung des gewünschten Gasstromes in die Meßkammer 2 erfolgen kann.
Das zugehörige elektrische Ersatzschaltbild zum gezeigten Ausführungsbeispiel einer Heizeinrichtung ist in Figur 2b dargestellt. In einer möglichen Ausführungsform wurde hierbei in den beiden Widerstandsdrähten 6.1a, 6.1b jeweils ein elektrischer Widerstand von 100Ω gewählt. Die am Kontakt UV anliegende Versorgungsspannung beträgt 24V; die Heizeinrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel demzufolge als einfache Konstantleistungsregelung ausgebildet. Über eine derartige Dimensionierung bzw. Auslegung der Heizeinrichtung läßt sich im Bereich 4.1 der Verbindungsleitung als auch im Bereich der Ventileinheit 5 eine Erwärmung von ca. 5 - 7°C erreichen, die unabhängig von der jeweiligen Umgebungstemperatur ist. Die Temperatur liegt in diesen Bereichen damit zumindest geringfügig oberhalb der Taupunkttemperatur der in der Sättigerkammer aufgesättigten Luft. Eine Auskondensation der aus der Sättigkerkammer kommenden hochgesättigten Luft läßt sich über diese Maßnahmen in diesen Bereichen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zuverlässig verhindern.
Claims (12)
- Vorrichtung zur Erzeugung einer definierten relativen Luftfeuchte (RH), bestehend aus einer Sättigerkammer (1) sowie einer mittels mindestens einer Verbindungsleitung (4) damit verbundenen Meßkammer (2), in der die definierte, relative Luftfeuchte (RH) durch die bloße Variation der Drücke (p1, p2) in der Sättigerkammer (1) und der Meßkammer (2) einstellbar ist, wobei desweiteren in der Verbindungsleitung (4.1, 4.2) eine Ventileinheit (5) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl die Ventileinheit (5) als auch der zwischen Ventileinheit (5) und Sättigerkammer (1) befindliche Bereich der Verbindungsleitung (4.1) in thermischem Kontakt mit einer Heizeinrichtung (6; 6.1a, 6.1b) steht. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßkammer (2) im wesentlichen die gleiche Temperatur wie in der Sättigerkammer (1) vorliegt.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigerkammer (1) größer als die Meßkammer (2) ausgebildet ist und die Meßkammer (2) zusammen mit der Sättigerkammer (1) integriert in einer einzigen Baueinheit angeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (6, 6.1a, 6.1b) derart ausgebildet ist, daß damit die Temperatur der Verbindungsleitung (4.1) als auch der Ventileinheit (5) zumindest geringfügig oberhalb der Taupunkttemperatur der in der Sättigerkammer (1) aufgesättigten Luft einstellbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (6, 6.1a, 6.1b) mit einer Temperatursteuerung versehen ist, über die eine bestimmte Heizleistung einstellbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (6, 6.1a, 6.1b) in Form eines stromdurchflossenen Widerstandsdrahtes (6.1a, 6.1b) ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (5) derart ausgebildet ist, daß damit auch bei schwankendem Eingangsgasdruck (p1) von der Sättigerkammer (1) her ein weitgehend konstanter Ausgangsgasstrom in Richtung der Meßkammer (2) gewährleistet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheit (5) eingangsseitig einen Differenzdruckregler (5.1) aufweist, dem ein verstellbares Nadelventil (5.2) nachgeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß um den mit Widerstandsdraht (6.1a) umwickelten Bereich (4.1) der Verbindungsleitung sowie um die Ventileinheit (5) eine Isolierung (13) zur thermischen Isolation angeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß desweiteren eine Bedieneinheit (7) vorgesehen ist, die mindestens ein Bedienelement (7.2) zur definierten Einstellung der relativen Feuchte (RH) in der Meßkammer (2) sowie eine Anzeigeeinheit (7.1) zur Anzeige der jeweils aktuell eingestellten relativen Feuchte (RH) umfaßt.
- Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Bedienelement (7.2 ) zur Einstellung der definierten Feuchte (RH) auf ein Reduzierventil (12) einwirkt, das in der eingangsseitigen Zuleitung (3) der Sättigerkammer (1) angeordnet ist.
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