WO2008009329A1 - Verfahren und vorrichtung zur feuchte- und taupunktmessung in wasserstoffperoxid-beladener umgebung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur feuchte- und taupunktmessung in wasserstoffperoxid-beladener umgebung Download PDF

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WO2008009329A1
WO2008009329A1 PCT/EP2007/004899 EP2007004899W WO2008009329A1 WO 2008009329 A1 WO2008009329 A1 WO 2008009329A1 EP 2007004899 W EP2007004899 W EP 2007004899W WO 2008009329 A1 WO2008009329 A1 WO 2008009329A1
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hydrogen peroxide
water vapor
humidity
dew point
measuring
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PCT/EP2007/004899
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Axel Broedel
Jens Amberg
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Testo Ag
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0011—Sample conditioning
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    • G—PHYSICS
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    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for measuring the moisture in a hydrogen peroxide-laden environment with a catalytically reducing protective filter and an evaluation unit for correcting the measured values for the moisture and for calculating the mixed dew point and other variables derived from the moisture.
  • the invention is in the field of sensor technology and more precisely in the field of moisture measurement under problematic environmental influences, by which the sensors can be damaged and / or the measured values can be falsified.
  • Hydrogen peroxide is a substance that is preferably used for sterilization in the production process of the food and beverage industry as well as in the pharmaceutical industry.
  • a commercial hydrogen peroxide solution is introduced by evaporation in a dry carrier gas stream (usually compressed air).
  • Process-related solutions are usually used with a hydrogen peroxide content of 15 to 60 percent by mass.
  • the evaporation typically occurs on a hot metal plate.
  • an uncoated plate around five to ten percent of the hydrogen peroxide is converted to water and oxygen due to the catalytic effect of the metal plate during the evaporation process.
  • this proportion is lower, in the case of a Teflon coating negligible.
  • the gas mixture of carrier gas and vaporized water / hydrogen peroxide solution is referred to below as the measurement gas.
  • Measuring devices for recording or direct measurement of H 2 O (water) and / or H 2 O 2 (hydrogen peroxide) under these conditions are very expensive and therefore not economically viable for process monitoring.
  • protective caps which are permeable to the sample gas and have a chemical reservoir, wherein the reservoir may contain a catalyst or a reducing agent. With the help of the chemical contained in the reservoir, substances that can damage the sensor should be bound or rendered harmless.
  • the hydrogen peroxide is to be reduced by the protective cap to water and oxygen (2H 2 O 2 -> 2H 2 O + O 2 ).
  • the object of the present invention is to make available a measuring device which realizes a protective cap of the abovementioned type with the least possible financial and constructive effort, in order to be able to keep unwanted substances, in particular hydrogen peroxide, away from the sensor, and on the other hand Able to compensate for the effects caused by this cap consequences or repercussions accordingly.
  • the device according to the invention provides, inter alia, a protective cap surrounding a moisture sensor with finely distributed through openings, on the surfaces of which an active substance (catalyst) is arranged.
  • the openings are large enough so that the sample gas to be analyzed (for example, air) can sufficiently pass through the protective cap and reach the sensor.
  • the hydrogen peroxide contained in the sample gas comes so strongly into contact with the catalyst, whereby a chemical reaction takes place, by which the hydrogen peroxide is converted into water and oxygen. By this catalytic reduction, the hydrogen peroxide is virtually completely eliminated when passing through the protective cap.
  • the device according to the invention provides an evaluation unit which is designed to calculate the dew point, the moisture content and the H 2 O 2 content of the measurement gas outside the protective cap from the moisture value measured inside the protective cap.
  • the Total moisture around that value greater than outside the protective cap which was created by the catalysis in the passage of the fluid through the protective cap.
  • the total moisture inside the protective cap is therefore a measure of the sum of the water present outside the protective cap and the hydrogen peroxide present outside the protective cap.
  • a measured value for the temperature of the measuring gas at the measuring point and the temperature of the humidity sensor is additionally necessary.
  • a temperature sensor is arranged in the vicinity of the humidity sensor.
  • the measuring point ie the point at which the moisture is to be determined
  • the moisture sensor the same temperature and it is sufficient a temperature sensor, which may also be located within the Schutzkap- pe in the immediate vicinity of the moisture sensor.
  • the measuring point is too hot for the humidity sensor, ie from temperatures above 180 ° C, the sample gas must be extracted from the measuring point and cooled down on the way to the sensor. In this case, the temperature of the hot measuring point and the temperature of the cooler sensor must be measured separately.
  • an additional parameter is additionally necessary.
  • This parameter can either be determined metrologically, calculated from several parameters describing the real states of the measuring gas, or, if it is known from another source, manually entered into the evaluation unit.
  • This further parameter essentially corresponds to the ratio of the partial pressures of water vapor and hydrogen peroxide at the measuring point or a variable directly derived therefrom.
  • Possible variables which may influence this ratio of the partial pressures are, for example, the moisture content of the carrier gas stream and the composition of the vaporized water. of H 2 O 2 ) minus the losses of hydrogen peroxide in the evaporation and by reaction to the site. The losses can only be determined on the basis of empirical values, direct measurement with reference measuring devices or manufacturer's data on losses during evaporation.
  • the said further parameter is determined by the mass fraction of hydrogen peroxide in the total mass of water and hydrogen peroxide.
  • This mass fraction can be calculated, for example, from the mass fraction of hydrogen peroxide in the evaporated water / hydrogen peroxide solution.
  • the standard density of the solution can be determined taking into account the temperature. The standard density is then directly attributable to the mixing ratio of water and hydrogen peroxide.
  • consideration of the moisture in the carrier gas stream is also necessary since it also increases the proportion of water vapor in the sample gas.
  • the evaluation unit mentioned above is designed to calculate the proportions of water and hydrogen peroxide outside the protective cap as partial pressures, volume fractions or other derivable quantities from the measured value for total humidity and temperature determined within the protective cap and the further parameter mentioned.
  • the partial pressure can be used to determine the dew point of the mixture.
  • the dew point can also be determined with the aid of model equations.
  • One possibility for this is, for example, the NRTL model, which is widely used in the field of technical chemistry and thermodynamic
  • the particle sizes, preferably their partial pressures, of water or hydrogen peroxide all other relevant parameters can be calculated. These quantities vary depending on the application, for example, the volume or mass fractions of water vapor in ppm or percent, the absolute humidity in g / m 3 carrier gas (eg moist air), the degree of moisture in g / kg dry Air, the dew point, the dew point distance, the enthalpy of the sample gas, the degree of saturation or the saturation deficit and the corresponding quantities of hydrogen peroxide.
  • all the values derived therefrom can be calculated from the measured values for the temperature and the relative humidity within the measuring cap and the further parameter (for example the partial pressure ratio of water and hydrogen peroxide).
  • Figure 1 a protective body according to the invention in the form of a
  • Figure 2 a protective cap in a longitudinal section and a part of the sensor to which the protective cap can be screwed.
  • FIG. 1 schematically shows a cylindrical hollow protective cap 1 which has a rounded edge at its closed end 2 and which can be placed on a humidity sensor, for example a capacitive polymer moisture sensor, for protection against aggressive environments.
  • a humidity sensor for example a capacitive polymer moisture sensor
  • the protective cap is screwed, for example, onto a base 4, to which the sensor 3 is fastened.
  • the protective cap 1 consists of a porous material which has been brought into a mold by sintering polytetrafluoroethylene granules, the granules having been mixed with manganese oxide prior to pressing.
  • the wall thickness of the protective cap 1, the degree of pressure or the packing density of the granular particles is selected so that a fluid to be measured can pass sufficiently through the protective cap and reach the sensor.
  • the parts of hydrogen peroxide contained in the sample gas come so intensely into contact with the brownstone that a catalytic reduction to water and oxygen makes the hydrogen peroxide virtually completely harmless.
  • the manganese oxide represents in the illustrated case, three percent of the total mass of the protective body and is evenly distributed on the polytetrafluoroethylene granules.
  • catalysts may alternatively be used as active substances, for example noble metals (for example platinum, gold and silver) for reacting nitrogen oxides and hydrogen peroxide, as well as metal oxides and also enzymes (for example catalase).
  • indicators can be introduced into the protective body as active substances, which are used to display the pH value.
  • Value and other chemical parameters are used, for example, to indicate sensor impairments such as damage or consumption of catalysts or to signal the expiry of the useful life or the filter function capability.
  • Figure 2 shows in addition to a longitudinal section through a protective cap 1 and a sensor 3 with a shaft 4, on the thread the protective cap can be screwed on. Basically, instead of the screw but also any other connection possible, such. B. an adhesive or a solder joint.
  • FIG. 3 shows the entire measuring system including capacitive humidity sensor 3 with protective cap 1 and evaluation unit 10.
  • Protective cap 1 determines, from which in turn the mixture dew point TP Gem of the sample gas can be calculated.
  • the evaluation or correction procedure comprises the following steps:
  • a further parameter V represents the ratio of the partial pressures of water vapor and hydrogen peroxide in the measurement gas outside the protective cap 1.
  • the volume ratio of water vapor and hydrogen peroxide of the evaporated water can also be simplified - H 2 O 2 mixtures are used.
  • the calculation is carried out according to the equation
  • step (6) takes place in the following steps: (1) calculating the dewpoint TP hydrogen peroxide H2 O2 p of the partial pressure of hydrogen peroxide H2 O 2 • By means of the Magnus formula is obtained for the hydrogen peroxide dew point TP H 2O2
  • the constants C 1W p, C 2 WP and C 3WP are the Magnus coefficients for hydrogen peroxide.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Feuchte in Wasserstoffperoxid-beladener Umgebung mit katalytisch reduzierendem Schutzfilter und einer Auswerteeinheit zur Korrektur der Messwerte für die Feuchte und zur Berechnung des Gemischtaupunktes und anderer von der Feuchte abgeleiteter Größen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Partialdrücke von Wasserdampf und Wasserstoffperoxid in einem Messgas in folgenden Schritten bestimmt : (A) Messen einer Temperatur des Messgases; (B) Messen einer relativen Feuchtigkeit mit einem Feuchtigkeitssensor (3) mit einer reduzierenden Schutzkappe (1), wobei die gemessene relative Feuchtigkeit um eine Menge an Feuchtigkeit, die durch Reduktion des im Messgas vorhandenen Wasserstoffperoxids zu Wasserdampf entsteht, erhöht ist; (C) Berechnen eines erhöhten Partialdruckes von Wasserdampf aus den Messwerten für die Temperatur und die relative Feuchte, wobei der berechnete erhöhte Partialdruck die Summe der Partialdrücke des im Messgas enthaltenen Wasserdampfes und Wasserstoffperoxides repräsentiert. (D) Berechnen der einzelnen Partialdrücke des im Messgas enthaltenen Wasserdampfes und Wasserstof fperoxides aus dem erhöhten Partialdruck und einem weiteren Parameter, der das Verhältnis der Partialdrücke des im Messgas enthaltenen Wasserdampfes und Wasserstoffperoxides oder eine daraus abgeleitete Größe repräsentiert.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Feuchte- und Taupunktmessung in Wasserstoffperoxid-beladener Umgebung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Feuchte in Wasserstoffperoxid- beladener Umgebung mit katalytisch reduzierendem Schutzfilter und einer Auswerteeinheit zur Korrektur der Messwerte für die Feuchte und zur Berechnung des Gemischtaupunktes und anderer von der Feuchte abgeleiteter Größen. Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Sensortechnik und zwar genauer im Bereich der Feuchtemesstechnik unter problematischen Umwelteinflüssen, durch welche die Sensoren beschädigt und/oder die Messwerte verfälscht werden können.
Ein solcher problematischer Umwelteinfluss ist beispielsweise der Anteil von Wasserstoffperoxid (H2O2) in einem Messgas, dessen Feuchtigkeitsgehalt gemessen werden soll. Wasserstoff- peroxid ist eine Substanz, die vorzugsweise zur Sterilisation im Produktionsprozess der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Pharmazie eingesetzt wird.
Bei diesen Prozessen wird in einen trockenen Trägergasstrom (meist Druckluft) eine handelsübliche Wasserstoffperoxid- Lösung durch Verdampfung eingebracht . Prozessbedingt werden meist Lösungen mit einem Wasserstoffperoxid-Anteil von 15 bis 60 Massen-Prozent eingesetzt. Das Verdampfen geschieht typischerweise an einer heißen Metallplatte. Bei einer unbe- schichteten Platte werden bei dem Verdampfungsvorgang rund fünf bis zehn Prozent des Waserstoffperoxids aufgrund der ka- talytischen Wirkung der Metallplatte zu Wasser und Sauerstoff umgesetzt. Bei einer beschichteten Platte ist dieser Anteil geringer, im Falle einer Teflonbeschichtung vernachlässigbar gering. Um den Prozess optimal zu gestalten, ist es wichtig, Feuchte und Wasserstoffperoxid-Gehalt im Sterilisationsprozess zu kennen und gegebenenfalls zu regeln. Darüber hinaus muss meistens eine Betauung des zu sterilisierenden Gutes vermie- den werden. Aus diesem Grunde ist es besonders wichtig, den Taupunkt des Luft/Wasser/Wasserstoffperoxid-Gemisches ermitteln zu können. Das Gasgemisch aus Trägergas und verdampfter Wasser/Wasserstoffperoxid-Lösung wird im Folgenden als Messgas bezeichnet.
Messgeräte zur Erfassung bzw. direkten Messung von H2O (Wasser) und/oder H2O2 (Wasserstoffperoxid) unter diesen Bedingungen sind sehr teuer und damit für die Prozessüberwachung nicht wirtschaftlich einsetzbar. Herkömmliche und günstiger zu realisierende Messvorrichtungen, meist mit kapazitiven Feuchtesensoren, haben den Nachteil, dass diese Sensoren Querempfindlichkeiten bezüglich Wasserstoffperoxid aufweisen oder gar durch dieses zerstört werden.
Zum Schutz der Feuchtesensoren vor schädlicher Umgebung, sind Schutzkappen bekannt, die für das Messgas durchlässig sind und ein Chemikalienreservoir aufweisen, wobei das Reservoir einen Katalysator bzw. ein Reduktionsmittel enthalten kann. Mit Hilfe der in dem Reservoir befindlichen Chemikalie sollen Stoffe, die den Sensor schädigen können, gebunden bzw. unschädlich gemacht werden. Im Falle der Messung des Feuchtigkeitsgehaltes in Gasen, welche auch Wasserstoffperoxid enthalten, soll das Wasserstoffperoxid durch die Schutzkappe zu Wasser und Sauerstoff reduziert werden (2H2O2 -> 2H2O + O2) .
Es zeigt sich, dass die Wirkung dieser Maßnahme nicht optimal und die Herstellung einer solchen Schutzkappe mit einem Chemikalienreservoir aufwendig ist und dadurch die Ansprechzeit des Sensors erhöht werden kann. Darüber hinaus kann bei solch einer Lösung das Messergebnis verfälscht werden. Im Falle der Messung des Feuchtigkeitsgehaltes in H2O2 beladener Umgebung wird durch den Katalysevorgang an der Schutzkappe naturgemäß zusätzlich Wasser erzeugt, wodurch sich der Feuchtigkeitsgehalt innerhalb der Schutzkappe erhöht und das Messergebnis entsprechend verfälscht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung zur Verfügung zu stellen, welche mit möglichst geringem finanziellen und konstruktiven Aufwand eine Schutzkappe der oben genannten Art realisiert, um unerwünschte Stoffe, insbesondere Wasserstoffperoxid, vom Sensor fern- halten zu können, und andererseits in der Lage ist, die durch diese Schutzkappe bewirkten Folgen bzw. Rückwirkungen entsprechend zu kompensieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 5 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht unter anderem eine ei- nen Feuchtesensor umgebende Schutzkappe mit fein verteilten durchgehenden Öffnungen vor, an deren Oberflächen ein Aktivstoff (Katalysator) angeordnet ist. Die Öffnungen sind groß genug, damit das zu analysierende Messgas (zum Beispiel Luft) in ausreichendem Maße durch die Schutzkappe hindurchtreten und zum Sensor gelangen kann. Das im Messgas enthaltene Wasserstoffperoxid kommt dabei jedoch so stark mit dem Katalysator in Kontakt, wodurch eine chemische Reaktion erfolgt, durch die das Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff umgewandelt wird. Durch diese katalytische Reduktion wird das Wasserstoffperoxid beim Hindurchtreten durch die Schutzkappe praktisch vollkommen eliminiert.
Des Weiteren sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Auswerteeinheit vor, die dazu ausgebildet ist, aus dem innerhalb der Schutzkappe gemessen Feuchtigkeitswert den Taupunkt, den Feuchtigkeits- und H2O2-Gehalt des Messgases außerhalb der Schutzkappe zu berechnen. Innerhalb der Schutzkappe ist die Gesamtfeuchte um jenen Wert größer als außerhalb der Schutzkappe, der durch die Katalyse beim Durchtritt des Fluids durch die Schutzkappe entstanden ist. Die Gesamtfeuchte innerhalb der Schutzkappe ist also ein Maß für die Summe des außerhalb der Schutzkappe vorhandenen Wassers und des außerhalb der Schutzkappe vorhandenen Wasserstoffperoxids. Für die oben genannte Berechnung ist zusätzlich noch ein Messwert für die Temperatur des Messgases an der Messstelle und die Temperatur des Feuchtigkeitssensors notwendig. Zu diesem Zweck ist in der Nähe des Feuchtigkeitssensors ein Temperatursensor angeordnet. Im Normalfall haben die Messstelle, also jener Punkt, an dem die Feuchtigkeit ermittelt werden soll, und der Feuchtigkeitssensor dieselbe Temperatur und es reicht ein Temperatursensor, der z.B. ebenfalls innerhalb der Schutzkap- pe in unmittelbaerer Nähe des Feuchtigkeitssensors angeordnet sein kann. Ist die Messstelle jedoch zu heiß für den Feuchtesensor, d.h. ab Temperaturen von über 1800C, muss das Messgas von der Messstelle abgesaugt und auf dem Weg zum Sensor abgekühlt werden. In diesem Falle muss die Temperatur der heißen Messstelle und die Temperatur des kühleren Sensors getrennt gemessen werden.
Um auf die anteilige Zusammensetzung von Wasser und Wasserstoffperoxid außerhalb der Schutzkappe schließen zu kön- nen, ist zusätzlich noch ein weiterer Parameter notwendig. Dieser Parameter kann entweder messtechnisch ermittelt, aus mehreren die realen Zustände des Messgases beschreibenden Parametern berechnet, oder, sofern er aus anderer Quelle bekannt ist, manuell in die Auswerteeinheit eingegeben werden. Dieser weitere Parameter entspricht im Wesentlichen dem Verhältnis der Partialdrücke von Wasserdampf und Wasserstoffperoxid an der Messstelle oder einer direkt davon abgeleiteten Größe .
Mögliche Größen, welche dieses Verhältnis der Partialdrücke beeinflussen können sind zum Beispiel der Feuchtegehalt des Trägergasstromes und die Zusammensetzung der verdampften Was- von H2O2) abzüglich der Verluste an Wasserstoffperoxid bei der Verdampfung und durch Reaktion bis zum Messort . Die Verluste können dabei nur aufgrund von Erfahrungswerten, durch direkte Messung mit Referenzmessgeräten oder aufgrund von Hersteller- angaben über Verluste beim Verdampfen ermittelt werden.
Im einfachsten Fall ist der besagte weitere Parameter durch den Masseanteil von Wasserstoffperoxid an der Gesamtmasse von Wasser und Wasserstoffperoxid bestimmt. Dieser Masseanteil kann z.B. aus dem Masseanteil von Wasserstoffperoxid in der verdampften Wasser/Wasserstoffperoxid-Lösung berechnet werden. Durch Wägen eines bestimmten Volumens der zu verdampfenden H2O2-Lösung kann unter Berücksichtigung der Temperatur die Normdichte der Lösung bestimmt werden. Der Normdichte ist dann direkt das Mischungsverhältnis von Wasser und Wasserstoffperoxid zuordenbar. Je nach Art der betrachteten Anwendung ist auch noch eine Berücksichtigung der Feuchtigkeit im Trägergasstrom notwendig, da diese ja ebenfalls den Anteil an Wasserdampf im Messgas erhöht .
Die bereits erwähnte Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, aus dem innerhalb der Schutzkappe ermittelten Messwert für Gesamtfeuchte und Temperatur und dem erwähnten weiteren Parameter die Anteile an Wasser und Wasserstoffperoxid außerhalb der Schutzkappe als Partialdrücke, Volumenanteile oder andere ableitbare Größen zu berechnen.
Mit Kenntnis der tabellierten Dampfdruckkurven für das Stoff- gemisch Wasser/Wasserstoffperoxid oder Luft/Wasser/Wasser- stoffperoxid kann zum Beispiel aus dem Partialdrücken der Taupunkt des Gemisches ermittelt werden. Alternativ zu den Tabellenwerten kann der Taupunkt auch mit Hilfe von Modell- gleichungen ermittelt werden. Eine Möglichkeit dazu ist beispielsweise das NRTL-Modell, welches im Bereich der techni- sehen Chemie weit verbreitet ist und das thermodynamische
Gleichgewicht von Mehrphasensystemen mit Hilfe weniger Parameter effizient beschreiben kann. Das Interpolieren in Tabel- lenwerten ist für die übliche Gerätehardware häufig zu speicherintensiv, die Verwendung des NRTL-Modells häufig zu rechenintensiv, sodass das erfindungsgemäße Verfahren eine Näherungslösung mit einem einfachen Polynomansatz verwendet. Dabei wird zuerst vom Modell eines Gemisches zweier idealer Gase ausgegangen und in einem letzen Schritt das ideale Gasverhalten auf das reale Gasverhalten mit Hilfe eines Polynom- Näherungsansatzes abgebildet.
Über die Anteilsgrößen, vorzugsweise deren Partialdrücke, von Wasser bzw. Wasserstoffperoxid können alle anderen relevanten Größen berechnet werden. Diese Größen sind je nach Anwendung unterschiedlich, es handelt sich beispielsweise um die Volumen- oder Masseanteile von Wasserdampf in ppm oder Prozent, die absolute Feuchte in g/m3 Trägergas (z. B. feuchte Luft), den Feuchtegrad in g/kg trockene Luft, den Taupunkt, den Taupunktabstand, die Enthalpie des Messgases, der Sättigungsgrad oder das Sättigungsdefizit und die entsprechenden Größen für Wasserstoffperoxid. Prinzipiell können aus den Messwerten für die Temperatur und die relative Feuchte innerhalb der Messkappe und dem weiteren Parameter (z. B. dem Partialdruckver- hältnis von Wasser und Wasserstoffperoxid) sämtliche dieser daraus abgeleiteten Größen berechnet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: einen erfindungsgemäßen Schutzkörper in Form einer
Schutzkappe in perspektivischer Ansicht,
Figur 2: eine Schutzkappe in einem Längsschnitt und einen Teil des Sensors, auf den die Schutzkappe aufschraubbar ist.
Figur 3: die gesamte Messeinrichtung mit kapazitiven Feuchtesensor inklusive Schutzkappe und Auswerteeinheit. Figur 1 zeigt schematisch eine zylindrische hohle Schutzkappe 1, die an ihrem geschlossenen Ende 2 einen abgerundeten Rand aufweist und die auf einen Feuchtesensor, beispielsweise einen kapazitiven Polymerfeuchtesensor zum Schutz vor aggres- siven Umgebungen aufsetzbar ist. Dazu wird die Schutzkappe beispielsweise auf einen Sockel 4, auf den der Sensor 3 befestigt ist aufgeschraubt. Die Schutzkappe 1 besteht aus einem porösen Material, dass durch Sintern von Polytetrafluor- ethylen-Granulat in eine Form gebracht ist, wobei das Granu- lat vor dem Pressen mit Braunstein (Manganoxid) vermischt worden ist. Die Wanddicke der Schutzkappe 1, der Pressgrad bzw. die Packungsdichte der Granulatpartikel ist so gewählt, dass ein zu vermessendes Fluid in ausreichendem Maße durch die Schutzkappe hindurchtreten und zu dem Sensor gelangen kann. Auf dem Weg durch die Öffnungen kommen jedoch die in dem Messgas enthaltenen Teile von Wasserstoffperoxid so intensiv mit dem Braunstein in Berührung, dass eine katalyti- sche Reduktion zu Wasser und Sauerstoff das Wasserstoffperoxid praktisch vollständig unschädlich macht. Das Manganoxid stellt in dem dargestellten Fall drei Prozent der gesamten Masse des Schutzkörpers dar und ist auf dem Polytetrafluor- ethylen-Granulat gleichmäßig verteilt.
Für andere Anwendungen können als Aktivstoffe alternativ an- dere Katalysatoren eingesetzt werden, wie beispielsweise E- delmetalle (zum Beispiel Platin, Gold und Silber) zur Umsetzung von Stickoxiden und Wasserstoffperoxid, außerdem Metalloxide und auch Enzyme (zum Beispiel Katalase) . Zusätzlich o- der alternativ können Indikatoren als Aktivstoffe in den Schutzkörper eingebracht werden, die zur Anzeige des ph-
Wertes und anderer chemischer Größen dienen, um beispielsweise Sensorbeeinträchtigungen wie Beschädigung oder Verbrauch von Katalysatoren anzuzeigen oder den Ablauf der Nutzungsdauer bzw. der Filterfunktionsfähigkeit zu signalisieren.
Figur 2 zeigt außer einem Längsschnitt durch eine Schutzkappe 1 auch einen Sensor 3 mit einem Schaft 4, auf dessen Gewinde die Schutzkappe aufschraubbar ist. Grundsätzlich ist anstatt der Schraubverbindung aber auch eine beliebige andere Verbindung möglich, wie z. B. eine Klebe- oder eine Lötverbindung.
In Figur 3 ist das gesamte Messsystem inklusive kapazitiven Feuchtesensor 3 mit Schutzkappe 1 und Auswerteeinheit 10 dargestellt. Durch das in der Auswerteeinheit 10 implementierte Verfahren wird aus dem innerhalb der Schutzkappe 1 gemessenen Wert rF für die relative Feuchte der Anteil an Wasser und der Anteil an Wasserstoffperoxid im Messgases außerhalb der
Schutzkappe 1 ermittelt, woraus wiederum der Gemisch-Taupunkt TPGem des Messgases berechnet werden kann.
Das Auswerte- bzw. Korrekturverfahren umfasst folgende Schritte:
(1) Einlesen eines Messwertes für die Temperatur T des Messgases
(2) Einlesen eines unkorrigierten Messwertes für die relative Feuchte rF innerhalb der Schutzkappe.
(3) Ermitteln eines weiteren Parameters V. Dieser ist a priori bekannt und repräsentiert das Verhältnis der Partial- drücke von Wasserdampf und Wasserstoffperoxid im Messgas außerhalb der Schutzkappe 1. Vereinfachend kann für den weiteren Parameter V auch das Volumenverhältnis von Wasserdampf und Wasserstoffperoxid des verdampften Wasser- H2O2-Gemisches verwendet werden. Bei bekannten Massenan- teilen in Prozent für Wasser rMH2o und Wasserstoffperoxid rMH202 und bekannter Dichte von Wasserdampf /^120 und Wasserstoffperoxid PΆ202 erfolgt die Berechnung nach der Gleichung
rMH2O l ~ rMH2O2
Figure imgf000010_0001
PH2O2 PH2O2 (4) Berechnen des Partialdruckes pw für Wasserdampf innerhalb der Schutzkappe aus den Messwerten für die Temperatur T und die relative Feuchte rF. Dazu gibt es verschiedene bekannte Möglichkeiten, z. B. die Berechnung mit Hilfe der Magnus -Formel
pw=Cw-eClw 'T ■— (2)
C3W+T 100 3W
Die Magnus-Koeffizienten für Wasser C1W, C2w und C3W können je nach Wertebereich angepasst werden. Beispielsweise ist Clw = 6,1078hPA, C2W = 17,08085 und C3W = 234,175°C. Eine äquivalente Möglichkeit wäre die Verwendung der Antoine- Gleichung.
(5) Berechnen des Partialdrucks von Wasserdampf pH2o und des Partialdrucks von Wasserstoffperoxid PH2O2 im Messgas außerhalb der Schutzkappe 1 aus dem Partialdruck von Was- serdampf pw innerhalb der Schutzkappe und dem weiteren
Parameter V. Der Partialdruck für Wasserdampf pH2o und für für Wasserstoffperoxid pH202 ergibt sich aus den folgenden Gleichungen
PHIOI = J ( 3 ) γ ! P HlO P HlOl
Figure imgf000011_0001
(6) Berechnen von aus den Partialdrücken (pH2o# PH202) von Wasserdampf und Wasserstoffperoxid abgeleiteten Größen wie beispielsweise den für reale Gase korrigierten Gemischtaupunkt TPKθrr-
Der technisch wichtige Fall einer TaupunktbeStimmung in dem oben genannten Schritt (6) erfolgt in folgenden Schritten: (1) Berechnen des Wasserstoffperoxid-Taupunktes TPH2O2 aus dem Partialdruck von Wasserstoffperoxid pH2O2 • Mit Hilfe der Magnus-Formel erhält man für den Wasserstoffperoxid- Taupunktes TPH2O2
) '
Figure imgf000012_0001
Die Konstanten C1Wp, C2WP und C3WP sind dabei die Magnus- Koeffizienten für Wasserstoffperoxid.
(2) Berechnen eines äquivalenten Sättigungsdampfdruckes pWä- qui als Summe aus dem Sättigungsdampfdruck für Wasserdampf bei der Wasserstoffperoxid-Taupunkttemperatur TPH2O2 und dem ermittelten Wasserdampf-Partialdruck PH2O entsprechend der Magnus-Formel : \ '
Figure imgf000012_0002
(3) Berechnen des Gemisch-Taupunktes TPGem für ideale Gase aus dem äquivalenten Sättigungsdampfdruck pwäqui für Wasserdampf nach folgender Gleichung:
Figure imgf000012_0003
(4) Korrektur des für die Annahme idealer Gase ermittelten
Wertes für den Wasserdampf-Taupunktes TPGem über einen Polynomansatz in Abhängigkeit des Wertes selbst und dem weiteren Parameter, so dass ein für reale Gase korrigierter Gemisch-Taupunkt TPKθrr berechnet werden kann. Obiger Lösungsansatz liefert im technisch interessanten Bereich eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen nach dem NRTL-Modell, mit Abweichungen kleiner 0,5 K absolut bzw. 0,7 % relativ bezogen auf den Gemischtaupunkt. Damit wird die Genauigkeit im Wesentlichen beeinflusst von der Messdatenerfassung und der Korrektheit des weiteren Parameters. Optimale Ergebnisse können durch eine Justage am Arbeitspunkt erzielt werden.
Bezugszeichenliste
1 Schutzkappe 2 geschlossenes Ende von 1 3 Sensor
4 Sockel
10 Auswerteeinheit
T Temperatur rF Messwert für die relative Feuchte
Pw Wasserdampf-Partialdruck innerhalb von 1 rMH2o Massenanteil an Wasser in Prozent rMH202 Massenanteil an Wasserstoffperoxid in Prozent
V Volumenverhältnis Wasser/Wasserstoffperoxid
PH20 Wasserdampf-Partialdruck außerhalb im Messgas
PH2O2 Wasserstoffperoxid-Partialdruck im Messgas
TPH2O2 Wasserstoffperoxid-Taupunkt
TPcem Gemisch-Taupunkt
TPκorr korrigierter Gemisch-Taupunkt
Pwäquiv Sättigungsdampfdruck von Wasserdampf im Messgas
ClW , C3yi , C3; Magnuskoeffizienten für Wasser
C1WP, C3Wp, C3Wp Magnuskoeffizienten für Wasserstoffperoxid

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung der Partialdrücke (pH2o und PH202) von Wasserdampf und Wasserstoffperoxid in einem Messgas um- fassend folgende Schritte:
(A) Messen einer Temperatur (T) des Messgases,
(B) Messen einer relativen Feuchtigkeit (rF) mit einem Feuchtigkeitssensor (3) mit einer reduzierenden Schutzkappe (1) , wobei die gemessene relative Feuchtigkeit (rF) um eine Menge an Feuchtigkeit, die durch Reduktion des im Messgas vorhandenen Wasserstoffperoxids zu Wasserdampf entsteht, erhöht ist,
(C) Berechnen eines erhöhten Partialdruckes (pw) von Wasserdampf aus den Messwerten für die Temperatur und die rela- tive Feuchte (rF) , wobei der berechnete erhöhte Partial- druck (pw) die Summe der Partialdrücke (pH2o, PH202) des im Messgas enthaltenen Wasserdampfes und Wasserstoffperoxides repräsentiert.
(D) Berechnen der einzelnen Partialdrücke (pκ20/ PH202) des im Messgas enthaltenen Wasserdampfes und Wasserstoffper- oxides aus dem erhöhten Partialdruck (pw) und einem weiteren Parameter, der das Verhältnis der Partialdrücke (PH2O/ PH202) des im Messgas enthaltenen Wasserdampfes und Wasserstoffperoxides oder eine daraus abgeleitete Größe repräsentiert .
2. Verfahren nach Anspruch 1, das zusätzlich folgenden Korrekturschritt umfasst :
(E) Berechnen des eines für reale Gase korrigierten Gemisch- Taupunktes (TPKorr) aus dem Partialdrücken (pH20/ PH202) von Waserdampf und Wasserstoffperoxid und dem Messwert für die Temperatur (T)
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Korrekturschritt (E) folgende Teilschritte umfasst :
(E.1) Berechnen des Wasserstoffperoxid-Taupunktes (TPH202) aus dem Partialdruck von Wasserstoffperoxid (pH2O2) und dem Messwert für die Temperatur (T)
(E.2) Berechnung eines äquivalenten Sättigungsdampfdruckes (Pwägui) als Summe aus Sättigungsdampfdruck für Wasserdampf bei der Wasserstoffperoxid-Taupunkttemperatur (TPH2O2) und dem ermittelten Wasserdampf-Partialdruck •
(E.3) Berechnen eines Gemisch-Taupunktes (TPGem) aus dem ä- quivalenten Sättigungsdampfdruck (pwäqui) für Wasserdampf unter der Annahme eines idealen Gases . (E.5) Berechnen eines für reale Gase korrigierten Gemisch- Taupunktes (TPKθrr) mit Hilfe einer Polynom- Interpolation.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die in Schritt (E) durchgeführte Berechnung mit Hilfe des NRTL-Modells durchge- führt wird.
5. Messeinrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes eines H2O2-hältigen Fluids mit folgenden Komponenten: ein kapazitiver Feuchtesensor (3) , - ein Temperatursensor, eine Schutzkappe (1) , welche den Feuchtesensor (3) umschließt,
Auswerteeinheit (10), welches dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 auszuführen, wobei die Schutzkappe (1) fein verteilte durchgehende Öffnungen aufweist, an deren Oberflächen ein Aktivstoff angeordnet ist, der beim Durchtreten des Fluids das darin enthaltene H2O2 beinahe vollständig eliminiert.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014191619A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Vaisala Oyj A dual gas sensor structure and measurement method
RU2607825C2 (ru) * 2014-09-29 2017-01-20 Павел Евгеньевич Александров Твердотельный электрохимический датчик определения парциальных давлений паров воды в произвольно выбранной газовой смеси

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843867A (en) * 1987-12-30 1989-07-04 American Sterilizer Company System for monitoring sterilant vapor concentration
EP0916937A2 (de) * 1997-11-14 1999-05-19 Ethicon, Inc. Verfahren zum Messen der Konzentration von Wasserstoffperoxiddampf
WO2003006963A1 (en) * 2001-07-10 2003-01-23 Steris Inc. Monitor and control using mid-infrared spectroscopy for vapor hydrogen peroxide processing technics
US6653095B1 (en) * 1999-08-12 2003-11-25 Alan Gwy Hydrogen peroxide monitoring

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001183326A (ja) * 1999-12-27 2001-07-06 Shibuya Kogyo Co Ltd チャンバ内の過酸化水素蒸気の濃度測定方法及びその装置
US6953549B2 (en) * 2003-07-15 2005-10-11 Steris Inc. System and method for determining concentration of sterilant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843867A (en) * 1987-12-30 1989-07-04 American Sterilizer Company System for monitoring sterilant vapor concentration
EP0916937A2 (de) * 1997-11-14 1999-05-19 Ethicon, Inc. Verfahren zum Messen der Konzentration von Wasserstoffperoxiddampf
US6653095B1 (en) * 1999-08-12 2003-11-25 Alan Gwy Hydrogen peroxide monitoring
WO2003006963A1 (en) * 2001-07-10 2003-01-23 Steris Inc. Monitor and control using mid-infrared spectroscopy for vapor hydrogen peroxide processing technics

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014191619A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Vaisala Oyj A dual gas sensor structure and measurement method
US9927412B2 (en) 2013-05-30 2018-03-27 Vaisala Oyj Dual gas sensor structure and measurement method
RU2607825C2 (ru) * 2014-09-29 2017-01-20 Павел Евгеньевич Александров Твердотельный электрохимический датчик определения парциальных давлений паров воды в произвольно выбранной газовой смеси

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