CH679525A5

CH679525A5 -

Info

Publication number: CH679525A5
Application number: CH2843/89A
Authority: CH
Inventors: Ari Lehto
Original assignee: Vaisala Oy
Priority date: 1988-08-03
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1992-02-28
Also published as: DE3925595C2; JPH0280945A; FI83269B; FI883637L; GB8917336D0; JP2760586B2; GB2221541B; DE3925595A1; FI83269C; FI883637A0; BR8903888A; GB2221541A; US5080494A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen des Taupunktes von Gasen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens dient.

Erhebliche Energieeinsparungen sind möglich bei industriellen Prozessen mittels der Optimierung der Vorgänge und Zustände von Trockenprozessen. Der Taupunkt ist ein wichtiger Parameter in Zusammenhang mit solchen Prozessen. Der gemessene Taupunkt kann z.B. der Taupunkt der Austrittsluft aus einer Trocknerhaube oder einer Papiermaschine oder der Säuretaupunkt von Rauchgasen eines kohlegefeuerten Kraftwerks sein.

Einige unterschiedliche Methoden sind derzeit für das Messen des Taupunkts einsetzbar. Die am weitesten verbreitete Art optischer Taupunktmessvorrichtungen kann als «Abschreckspiegel»-De-tektor bezeichnet werden, wobei auf eine kalte, spiegelpolierte Fläche auftreffende Feuchtigkeit eine Änderung des optischen Messsignals bewirkt. Diese Vorrichtung ist extrem genau unter sauberen Bedingungen, jedoch nicht kompatibel bei tatsächlich stattfindenden Kontaminationen unter Prozessbedingungen. Die direkte Messung des Taupunktes kann auch über eine Änderung der Kapazität oder des Widerstandes herbeigeführt werden, jedoch sind diese Methoden mit denselben Nachteilen unter Kontaminationsbedingungen verbunden wie der Abschreckspiegel.

Die indirekte optische Messung des Taupunktes basiert auf einer Absorption des Dampfes im UV-oder IR-Spektrum. Die Messung ergibt den absoluten Feuchtigkeitsgehalt, von dem der Taupunkt errechnet werden kann. Verunreinigungen und hohe Prozesstemperaturen machen den kontinuierlichen Einsatz dieser Messmethoden für industrielle Prozesse unbrauchbar. Andere Verfahren zur absoluten Feuchtigkeitsmessung basieren auf dem Gebrauch von Mikrowellen und akustischen Ausstrahlungen. Die vorgenannte Methode basiert auf einer Mikrowellenabsorption und/oder Änderung des dielektrischen Faktors von Luft, bedingt durch Wasserdampf. Die Mikrowellenmethode ist teuer in ihrer Durchführung, anderersejts bietet sie eine durchführbare Lösung. Ein Übertrager auf der Basis akustischer Ausstrahlung ist mit dem Nachteil grosser Abmessungen und den hohen Kosten für erforderliche Korrelationsverfahren behaftet.

Der Taupunkt kann auch mit Hilfe eines Messinstruments für relative Luftfeuchtigkeit bestimmt werden, wenn die Sensortemperatur bekannt ist. Der Taupunkt bekommt dann eine berechenbare Variable. Die direkte Messung des Taupunktes gibt eine bessere Alternative, da eine indirekt arbeitende Messvorrichtung einen berechenbaren Taupunkt ausgeben könnte, selbst wenn der Übertrager defekt wäre.

Ein Feuchtigkeitssensor nach den Merkmalen dieser Erfindung ist den Sensoren zur Taupunktmessung für industrielle Prozesse überlegen.

Die Erfindung basiert auf der Abkühlung des

Prozessgases bis zu seinem Taupunkt mit Hilfe eines Kältegases und der daran anschliessenden Feststellung des Taupunktes mittels Licht, das durch die Entwicklung von Nebel zerstreut und zurückgestrahlt wird oder den Nebel durchdringt.

Speziell ist das Verfahren durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 definiert.

Darüberhinaus ist die Vorrichtung nach der Erfindung im Kennzeichen des Anspruchs 2 dargestellt.

Die Erfindung bietet erhebliche Vorteile.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Lage, den Taupunkt von mehreren unterschiedlichen Gasen zu messen. In industriellen Prozessen könnte der zu bestimmende Taupunkt beispielsweise der Taupunkt von Wasserdampf oder Säuredampf sein. Die Ausrüstung kann aus Materialien gefertigt werden, die rauhen Einsatzbedingungen standhalten, und die Luft, welche durch die Vorrichtung hindurchtritt, dient gleichzeitig zur Reinigung dieser Vorrichtung, was ihre Installation unter den stärkst verunreinigenden Prozessbedingungen ermöglicht. Der optische Teil der Vorrichtung kann aus Stan-dardkomponenten gefertigt werden. Eine geeignete Lichtquelle ist die sogenannte superluminiszente LED, während der Detektor eine Standard-Photodi-ode sein kann. Die Temperatur innerhalb des Nebelerzeugungsbereichs kann mit Hilfe eines oder mehrerer Thermoelemente oder anderer geeigneter Sensoren gemessen werden.

Die Arbeitsweise der Erfindung und der Aufbau der Vorrichtung nach den Merkmalen der Erfindung wird nun im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens nach den Merkmalen der Erfindung und der grundsätzlichen Betriebsweise der Vorrichtung,

Fig. 2 einen schematischen Vorrichtungsaufbau nach den Merkmalen der Erfindung.

Die grundsätzliche Arbeitsweise der Vorrichtung nach den Merkmalen der Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Das heisse Prozessgas wird durch ein Vermischen mit kalter Luft gekühlt, wodurch Nebeltropfen oder Teilchen gebildet werden. Die Nebelerzeugung wird durch Licht 1 hoher Intensität illuminiert, so dass Licht 2 vom Nebel ausgehend sich verstreut oder, wahlweise, Licht 3 den Nebel durchdringt. Licht 2 und Licht 3 können erfasst werden. Mit einer Konzentrationszunahme der Nebelteilchen nimmt die Intensität des gestreuten oder verstreuten Lichts 2 zu, während die Intensität des durchdringenden Lichts 3 abnimmt.

Fig. 2 illustriert die Betriebsweise und den Aufbau der Vorrichtung. Eine zentrale Hülse oder Leitung 4 der Vorrichtung ist durch eine Trennwand 12 geführt und wird dahinter dem zu messenden Pro-zess ausgesetzt. Saubere Luft wird über eine Seitenleitung 5 in die zentrale Leitung 4 eingeleitet. Ein innerhalb der zentralen Leitung 4 stattfindender Luftstrom wird in etwa konstant gehalten. Das heisse und feuchte Prozessgas wird in die Vorrichtung über eine zweite Seitenleitung 6 eingebracht. Mittels eines Erwärmungs/Abkühlungselements 11 wird

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die saubere Luft gekühlt oder erwärmt, je nach der Notwendigkeit für eine geeignete Betriebstemperatur, welche geringer ist als die Taupunkttemperatur des Prozessgases. Das von der Leitung 6 her eintretende Prozessgas wird mit dem kalten Gas innerhalb des Messbereichs 7 gemischt, wodurch an dieser Stelle Nebelteilchen gebildet werden. Der Bereich 7 wird mittels einer Lichtemissionsdiode (LED) 8 illuminiert, und von den Nebelteilchen verteiltes oder gestreutes Licht sowie das durch den Nebel hindurchtretende Licht wird mittels eines Photodetektors 9 festgestellt. Das Licht wird von der Diode 8 zum Bereich 7 und dann von diesem Bereich 7 zum Detektor 9 über Lichtfasern 13 übertragen. Die Temperatur an dem Messbereich 7 wird mit Hilfe eines oder mehrerer Thermoelemente 10 oder anderer Temperatursensoren mit geringer thermischer Masse gemessen.

Die lichtemittierende Diode 8, der Photodetektor 9, das Erwärmungs/Kühlungselement 11 und die Seitenleitung 5 sind ausserhalb des stattfindenden Prozesses angeordnet. Die lichtemittierende Diode 8 und der Photodetektor 9 sind innerhalb der zentralen Leitung 4 vorgesehen. Die Seitenleitung 5 ist an die zentrale Leitung 4 in der Nähe der lichtemittierenden Diode 8 und des Photodetektors 9 angebracht. Das Erwärmungs/Kühlungselement 11 ist um die zentrale Leitung 4 angeordnet, und zwar nach der Seitenieitung 5 und vor der Trennwand 12. Somit werden den stattfindenden Prozessbedingungen lediglich ein Abschnitt der zentralen Leitung 4 einschliesslich ihres Kopfe 14 ausgesetzt, wobei dieser den Messbereich 7, die Seitenleitung 6 und auch die Lichtfasern 13 und einen Teil des Thermoelements bzw. der Thermoelemente 10 umfasst. Das bzw. die Thermoelemente 10 und die Lichtfasern 13 werden durch die Trennwand 12 innerhalb der zentralen Leitung 4 zu den Prozessbedingungen hingeführt. Das Ende 14 der zentralen Leitung ist rechtwinklig zu der gesamten zentralen Leitung 4 ausgerichtet und verläuft parallel zur Seitenleitung 6.

Alternative Konstruktionsformen, die sich von der obenbeschriebenen Ausführungsform unterscheiden, sind innerhalb des Erfindungsbereichs möglich. Die lichtemittierende Diode 8, der Photodetektor 9 und der Anschluss der Thermoelemente bzw. des Thermoelements können in einer separaten Einheit ausserhalb der zentralen Leitung 4 angeordnet werden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Messen des Taupunkts unterschiedlicher Gase, wobei das zu messende Gas mit Hilfe von Kühlgas bis zu dem Taupunkt gekühlt wird und der erzeugte Nebel optisch erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das kühlende Gas einem Messbereich (7) von ausserhalb des Prozesses zugeführt wird, vor der Zuführung des Kühlgases zum Messbereich (7) wird dieses Gas auf eine geeignete Temperatur unter dem Taupunkt des zu messenden Gases gebracht und der während des Kühlens des zu messenden Gases erzeugte Nebel durch Beleuchtung des Messbereichs (7) mittels einer Lichtquelle (8) ermittelt und das von dem Nebel abgestrahlte Licht (2) und/oder das durch den Nebel hindurchtretende Licht (3) mit Hilfe eines Photodetektors (9) gemessen wird.

2. Vorrichtung zur Taupunktmessung unterschiedlicher Gase, umfassend:

eine zentrale Leitung (4), durch welche das Kühlgas dem Messbereich (7) zuführbar ist,

eine erste seitliche Leitung (5), durch welche das

Kühlgas zur zentralen Leitung (4) führbar ist,

eine zweite seitliche Leitung (6), durch welche das zu messende Gas dem Messbereich (7) zuführbar ist,

eine lichtemittierende Quelle (8), mit welcher der Messbereich (7) illuminierbar ist,

einen Photodetektor (9), mit welchem das von dem Messbereich (7) zurückgestrahlte Licht erfassbar ist und einen Temperatursensor (10), mit dem die Temperatur des Messbereichs (7) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Erwärmungs/Kühlungselement (11) versehen ist, mit dem das Kühlgas auf eine geeignete Temperatur unterhalb des Taupunktes des zu messenden Gases gebracht wird und dass der Messbereich (7) am Ende (14) der zentralen Leitung (4) angeordnet ist, wo die zweite Seitenleitung (6) ebenfalls vorgesehen ist, um das zu messende Gas mit dem Kühlgas zu mischen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmungs/Kühlungselement (11) um die zentrale Leitung (4) herum angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (14) der zentralen Leitung (4) und die zweite Seitenleitung (6) senkrecht zur Achse der zentralen Leitung (4) ausgerichtet sind.

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