WO1992001926A1

WO1992001926A1 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung des taupunktes von komponenten eines gasgemisches

Info

Publication number: WO1992001926A1
Application number: PCT/EP1991/001415
Authority: WO
Inventors: Michael Laumen; Werner Jasny
Original assignee: Kww Gesellschaft Für Thermotechnik Mbh
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1992-02-06
Also published as: CA2066765A1; JPH05501764A; EP0494291A1; DE4023796C1

Abstract

Taupunkt-Hygrometer sind entweder sehr genau und sehr teuer, z.B. Spiegel-Taupunkt-Hygrometer, oder preisgünstiger aber vergleichsweise ungenau, z.B. Elektrodenanordnungen, bei denen der elektrische Widerstand gemessen wird. Das erfindungsgemässe Gerät soll preiswert sein und gleichzeitig eine Messgenauigkeit aufweisen, die der Messgenauigkeit von Spiegel-Taupunkt-Hygrometern entspricht. Ein Feuchtesensor (8) wird räumlich getrennt aber benachbart zu einem Kondensatsammler (1) angeordnet. Der Kondensatsammler (1) wird durch eine Kühl-/Heizeinrichtung (2) um eine bestimmte Temperaturdifferenz abgekühlt. Wird während dieses Abkühlvorgangs die gesuchte Taupunkttemperatur durchfahren, so scheidet sich auf dem Kondensatsammler Flüssigkeit ab. In der nachfolgenden Aufheizphase wird dieses Kondensat wieder verdampft und die dabei entstehende Erhöhung des Dampfgehalts wird durch den über dem Kondensatsammler (1) angeordneten Feuchtesensor (8) detektiert. Durch Variation der durchfahrenen Temperaturdifferenz in der Abkühlphase wird die gesuchte Taupunkttemperatur iterativ ermittelt. Prozesstechnik allgemein, Messtechnik allgemein, überwachung von Druckluftanlagen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des Taupunktes von Komponenten eines Gasgemisches

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Taupunktes von Komponenten eines Gasgemi¬ sches.

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 .

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.

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:

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An¬ spruchs 1 bzw. 12.

Das wesentliche Lösungsmerkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der temperaturgeführte Kondensatsammler vom Feuchtesensor räumlich getrennt angeordnet wird. In dem gekühlten Kondensatsammler scheidet sich bei Erreichen der Taupunkttemperatur Flüssigkeit ab. Diese Flüssigkeit wird während des 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.

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.

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.

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.

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-

ERSATZBLATT fassung der signifikanten Änderung der Feuchte erforderliche Peripherie orientiert sich jeweils am verwendeten Feuchtesensor.

Bei der Verwendung eines Spiegels als Feuchtesensor, bei dem die signifikante Änderung der Feuchte aufgrund des 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Ein besonders einfacher und kompakter Aufbau ergibt sich, wenn zum Kühlen und Aufheizen des Kondensatsammlers ein Pel- tierelement verwendet wird.

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.

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.

Die Erfindung wird-im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles^' näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegen¬ den Erfindung.

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.

Feuchtesensor 8 und Kondensatsammler 1 sind in einer Meß¬ 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.

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 T_Q. Die beliebige Ausgangstempera¬ tur T_Q 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.

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.

Zeigt der Feuchtesensor 8 keinen Indikationsimpuls, bleibt der Widerstand also beispielsweise konstant, wurde die Tau¬ punkttemperatur nicht erreicht.

Im ersten Fall wird nun eine höhere Temperatur, beispiel- haft +1 K angefahren, im zweiten Fall eine niedrigere Tempe¬ ratur.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Meßreihe immer in Richtung der tatsächlich vorliegenden Taupunkttemperatur durchgeführt wird.

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.

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.

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.

Wenn man die Dauer der Abkühlphasen optimiert, lassen sich mit dem beschriebenen Taupunkt-Meßgerät nach Fig. 1 Meß¬ genauigkeiten von Spiegel-Taupunkt-Meßgerät erreichen, d. h. Meßgenauigkeiten von ± 0,2 °C.

In einer konkreten Ausgestaltung des Taupunkt-Meßgeräts nach Fig. 1 wird als Feuchtesensor 8 beispielsweise eine Platte aus Epoxidharz (15 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:

Anfangsbedingungen >50 * 10⁶ Ohm

0,2 K über Taupunkttemperatur >50 * 10⁶ Ohm 0,2 K unter Taupunkttemperatur <0,5* 10⁶ Ohm

Damit liegt bei der genannten Meßgenauigkeit von 0,2 K ein signifikantes Widerstandsverhältnis von 1:100 vor. Signifi¬ kant wäre auch ein wesentlich kleineres Widerstandsverhält- nis, so daß sich die Meßgenauigkeit noch steigern ließe.

Neben dem dargestellten Leiterbahn-Sensor können auch opti¬ sche Sensoren, Ultraschall-Sensoren und andere für kapazi¬ tive oder Widerstandsmeßungen geeignete Bauelemente verwen- det werden.

Die Meßgaskammer kann im Prinzip für beliebig hohe Drücke ausgelegt werden.

Die als vorzugsweise beschriebene Anordnung ist sehr robust und im Gegensatz zu den üblich optischen und kapazitiven, gegen Verschmutzung unempfindlich, kalibrationsfrei und 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.

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.

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.

Claims

Patentansprüche

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,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Feuchtesensor (8) die Gasfeuchte mißt und räumlich getrennt von, aber benachbart zu dem Kon¬ densatsammler (1) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor (8) räumlich unmittelbar über dem Kondensatsammler (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Feuchtesensor (8) und Kondensatsammler (1) in einer Meßkammer (14) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (14) eine Zuleitung (16) und eine Ableitung (17) aufweist, und daß zumindest die Ab¬ leitung (17) durch ein Ventil (18) absperrbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor (8) einen Spiegel aufweist, der einen hohen Dampfgehalt durch Beschlag anzeigt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- durch gekennzeichnet, daß der Feuchtesensor (8) ein

Substrat (10) aus einem elektrischen Isolator auf¬ weist, auf dem räumlich getrennt voneinander wenig¬ stens zwei Leiterbahnen (11, 12) angeordnet sind.

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.

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.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein Sintermetall-Wärmetauscher ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Feuchtesensoren vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kondensatsammler vorgesehen sind.

12. Verfahren zu Bestimmung des Taupunkts von Komponen¬ ten eines Gasgemisches, insbesondere mit einer Vor-

BLATT richtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten:

a) Abkühlung eines in dem Gasgemisch angeordneten Kondensatsammlers von einer Ausgangstemperatur T_Q um eine Temperatur-Differenz _<ιT,

b) Aufheizen des Kondensatsammlers,

c) Messung der Änderung der Gasfeuchte mittels eines von dem Kondensatsammler getrennt angeord¬ neten Feuchtesensor,

d) Wiederholung der vorhergehenden Verfahrens- schritte mit geänderten Werten für die Ausgangs- temperatur T_Q und/oder Temperaturdifferenz T bis wenigstens einmal eine Änderung der Feuchte wäh¬ rend des Aufheizens des Kondensatsammlers erfaßt wird, und

e) Festlegen derjenigen Endtemperatur während der Abkühlphase als Taupunkt-Temperatur, bei der in der darau folgenden Aufheizphase keine Änderung der Feuchte mehr erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während der Au heizphase bzw. während dem Messen der Feuchte ein abgeschlossenes Meßvolu¬ men vorliegt.

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 T_Q liegt.

15. _Verfahren nach einem der arsprdche 12 bis 14, da^¬ durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verfahrens^¬ schritte mi_t un_terschiedlichen Ausgangswerten für T_Q und Δ1 gleichzeitig durchgeführt werden.

16 _Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Feuchteänderung wäh¬ rend der Aufheizphase durch die Widerstandsänderung e_iner _Ξlek_trodenanordnung (11, 12) erfaßt wird, wo¬ bei die Elektrodenanordnung mit Wechselstrom beauf¬ schlagt wird.

ATT