Verfahren zur Messung von Gasfeuchtigkeiten nach der Taupunktmethode
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Gasfeuchtigkeiten nach der Taupunktmethode.
In der Verfahrenstechnik ist häufig die Messung sehr geringer Gasfeuchtigkeiten erforderlich, die in der Grössenordnung von 1 bis 0,001 g/kg liegen. Die Einrichtungen, die für diesen Messbereich die günstigsten Voraussetzungen mitbringen, sind die Taupunkthygrometer, bei denen ein Spiegel abgekühlt wird, bis er sich beschlägt, und die Spiegeltemperatur im Betauungsmoment an einem Thermometer abgelesen wird. Infolge der Tatsache, dass die Spiegeltemperatur im Betauungsmoment und die Feuchte des den Spiegel umgebenden Gases von gemeinsamen physikalischen Gesetzmässigkeiten abhängen, lassen sich aus der Temperatur des Spiegels die Gasfeuchtigkeiten herleiten.
Im Laboratorium werden für den geschilderten Zweck Geräte benutzt, bei denen gut reflektierende Flächen unter Zuhilfenahme von verdampfendem Äther gekühlt werden. Die Temperaturmessung wird meist im Äther vorgenommen (Daniellsches und Regnaultsches Hygrometer).
Bei der Verwendung dieses Prinzips in der betrieblichen Messtechnik wurde das Auge des die Betauung Beobachtenden durch eine photoelektrische Einrichtung ersetzt, das heisst, es wurde ein Lichtstrahl über den Tauspiegel in eine Photozelle gelenkt. Sobald der Spiegel betaut, wird das Licht diffus gestreut und gelangt nicht mehr oder nur stark geschwächt in die Photozelle. Dieser Effekt kann zur Auslösung der Temperaturregistrierung verwendet werden. Der Nachteil dieser Einrichtungen ist, dass sie von der Alterung der Lichtquelle und der Photozelle abhängig sind, und dass es keinen scharf definierten Punkt des Betauungsgrades gibt, auf den das Gerät festgelegt werden kann.
Die weiterhin in der betrieblichen Messtechnik zur Feuchtemessung gebräuchlichen Geräte sind Tau punktmesser nach der hygroskopischen Methode sowie Wärmeleitfähigkeitsmesser. Bei den ersteren ist ein Widerstandsthermometer in ein Glasröhrchen eingebracht, auf dem sich aussen eine Lithiumchlorid- schicht befindet, über die ein Heizdraht gewickelt ist.
Diese Lithiumchloridschicht wird in das Gas eingebracht, dessen Feuchte zu bestimmen ist. Da Li thiumchlorid stark hygroskopisch ist und die Wärmeleitfähigkeit von der Feuchte der Schicht abhängt, lässt sich bei Beeinflussung der Schicht durch den Wassergehalt des umgebenden Gases eine Feuchtebestimmung durch Messung der Temperaturänderung am Widerstandsthermometer vornehmen. Der Nachteil dieser Geräte ist, dass mit ihnen Feuchtigkeiten unter 0,6 g/kg (Taupunkt-300) infolge der vorliegenden physikalischen Verhältnisse grundsätzlich nicht mehr messbar sind. Ferner arbeitet ein derartiges Gerät mit Verzögerungen in der Grössenordnung von 30 bis 120 Sekunden. Die Wärmeieitfähigkeitsmesser bestehen aus zwei Kammern, in denen jeweils ein Edelmetalldraht ausgespannt ist, der beheizt wird.
Durch die eine Kammer strömt das zu analysierende Gas, durch die andere getrocknetes Gas. Bei unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalten ist die Wärmeleitfähigkeit des zu analysierenden Gases eine andere als die des trockenen Gases. Aus diesem Grunde nehmen die Drähte eine unterschiedliche Temperatur bzw. unterschiedliche Widerstände an, die, über eine Brückenschaltung gemessen, zu einem Wert führen, der ein Mass für die Feuchte ist. Der Nachteil dieser Geräte besteht darin, dass der Trocknung des Vergleichsgases eine gewisse untere Grenze gesetzt ist, unterhalb der der Dampfdruck über dem zur Trocknung verwendeten Absorbens wirksam wird. Für die Verzögerungen gilt ähnliches wie bei dem oben beschriebenen Absorptionstaupunktmesser.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung arbeitet nach der Taupunktmethode und zeichnet sich dadurch aus, dass mit Hilfe einer Wechsellicht-Ver gleichsmethode der eine Strahl über den Tauspiegel und der andere über einen zweiten Spiegel auf die lichtempfindliche Schicht einer Photozelle gelenkt wird, und von der Photozelle ein Impuls ausgelöst wird, der zur Registrierung der im Betauungsmoment herrschenden Spiegeltemperatur und zur Umschaltung der Spiegelkühlung bzw. -heizung dient, wobei der Betauungsgrad des Spiegels, bei dem die Registrierung der Spiegeltemperatur bzw. die Umschaltung erfolgen soll, mit Hilfe einer regulierbaren Blende eingestellt wird, die in dem Lichtstrahl, der über den zweiten Spiegel führt, angeordnet ist.
Eine beispielsweise Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben.
1 ist die Lampe, 2 ein um die Lampe rotierender Lochzylinder und 3 eine feststehende Blende. Blende und Lochzylinder sind so aufeinander abgestimmt, dass der Lichtstrahl abwechselnd durch Öffnungen 4 und 5 austritt. Das austretende Licht wird dUrch die Linsen 6 bzw. 7 gebündelt. Der aus der Öffnung 4 austretende Strahl gelangt auf den Tauspiegel 8, von dem er über den Hilfsspiegel 9 in die Photozelle 10 gelenkt wird.
Der andere Strahl, der durch die Öffnung 5 austritt, wird durch den zweiten Spiegel 11 und den Hilfsspiegel 12 so reflektiert, dass er die lichtempfindliche Schicht der Photozelle 10 an der glei- chen Stelle trifft wie der aus der Öffnung 4 austretende Strahl. 13 ist die verstellbare Blende, die zur Einstellung der Intensität des über den Spiegel 11 abgelenkten Lichtes dient; ihre Spaltbreite kann zu diesem Zweck mit Hilfe der Stellschraube 14 verändert werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren ist eine trägheitslose Anzeige möglich. Die an der zu seiner Durchführung verwendeten photoelektrischen Einrichtung auftretenden Alterungserscheinungen an Lichtquelle und Photozelle werden durch Kompensation unwirksam gemacht. Das Messverfahren wird auf eine Nullmethode zurückgeführt, die gegenüber der Ausschlagmethode bekanntlich den Vorzug der grösseren Messsicherheit und damit der höheren Genauigkeit hat.
Das Licht wird auf zwei Wegen in die Photozelle geführt, und zwar einmal über den Tauspiegel und zum anderen über einen zweiten Spiegel, der unver ändert bleibt. Die Belichtung erfolgt mit Wechsellicht, das heisst, das Licht gelangt periodisch einmal über den Tau spiegel und das andere Mal über den zweiten Spiegel in die Photozelle, wobei neben den genannten Spiegeln noch Hilfsspiegei Verwendung finden können, die bewirken, dass die lichtempfindliche Schicht der Photozelle sowohl von dem einen wie auch von dem anderen Strahl an der gleichen Stelle getroffen wird. Eine in dem Strahlengang des über den zweiten Spiegel abgelenkten Strahles befindliche verstellbare Blende gestattet einen Abgleich des Systems.
Der Photostromverstärker ist über einen Transformator mit einem Anzeigegerät für den Betauungsgrad und bzw. oder mit einem Relais verbunden, wobei das letztere die Registrierung der vom vorstehend beschriebenen System unabhängig gemessenen Spiegeltemperatur auslöst und die Umschaltung der Spiegelkühlung bzw. -heizung bewirkt.
Setzt man voraus, dass die Lichtwirkung auf die Photozelle in Form einer Rechteckkurve erfolgt, so muss sich infolge der Amplitudenverschiebung bei ab geglichenem System ein Gleichstrom ergeben, der zur Folge hat, dass die über den Transformator angekoppelten Einrichtungen stromlos sind. Wird die Breite des Blenden spaltes der verstellbaren Blende gegen über dem abgeglichenen Zustand verringert, so wird die Intensität bzw. die Amplitude des durch die verstellbare Blende gehenden Lichtes geringer, und es resultiert auf Grund des durch den Tauspiegel abgelenkten und ungeschwächten Lichtes ein Wechselstrom mit Wechsellichtfrequenz. Setzt die Betauung des Tauspiegels ein, so geht die Intensität des über ihn abgelenkten Lichtes ebenfalls zurück.
Sind beide Intensitäten gleich, ergibt sich wiederum ein abgeglichenes System; der Strom hinter dem Ausgangstransformator des Photostromverstärkers wird Null, und dies kann als Impuls für die Registrierung der in diesem Moment herrschenden Spiegeltemperatur verwendet werden. Hieraus folgt, dass sich mittels der verstellbaren Blende eine überaus empfindliche Einstellung des Betauungsgrades vornehmen lässt, was die wichtigste Voraussetzung für ein einwandfrei arbeitendes automatisches Gerät dieser Art ist.