DE2149256C3 - Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgrades eines Gases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgrades eines Gases mit Hilfe eines in einem Strömungskanal des Gases angeordneten Kondensators, dessen Platten im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung liegen.

Vorrichtungen /ur Messung des I euchtigkciisgrades. sogenannte 1 lygromeier, sind in verschiedenen Ausfuh rungsformen bekannt. Bei einer solchen, zum Stunde der Technik gehörenden Meßvorrichtung wird die Feuchtigkeitsmessung unter Verwendung eines im Strömungskanal des Gases strömungsparallel liegenden Plattenkondcnsators durchgeführt. Diese Meßvorrichtung /eigt jedoch den wesentlichen Nachteil, daß das Meßergebnis innerhalb weiter Grenzen von der Strömungsgeschwindigkeit der Gasströmung abhängt. Zum Stande der Technik gehören ferner Brückenschaltungen, die in Verbindung mit einem Meßkondensator zur Feuchtigkeitsmessung benutzt werden können.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus. eine Vorrichtung :'ur Messung des Feuchtigkeitsgrades eines Gases zu schaffen, welche die Nachteile der vorbekannten Kondensatoranordnungen überwindet und damit extrem genaue Messungen des Feuchtigkeitsgrades von Gasen bei geringer Ansprechträgheit ermöglicht Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin /u sehen, daß in dem Strömungskanal eine solche Einschnürung vorgesehen ist. daß für die Ciasströmung Schallgeschwindigkeit eintritt, und daß in dieser Ciasströmung in der Nähe der Einschnürung das elektrische Kondensatorelement angeordnet ist. Durch diese Mali nahms liegt das Kondensatorelement in einem bevorzugten Bereich konstanter Strömungsmenge, so daß eine genaue Messung durchgeführt werden kann.

Es kann ferner vorteilhaft sein, daß das Kondensatorelement in einer gemeinsamen Baueinheit aus einem ersten Kondensator besteht, dessen Dielektrikum die Gasströmung bildet, und aus einem zweiten, eine Bezugsgröße bildenden Kondensator, dessen Dielektrikum von der Gasströmung unabhängig ist. Dadurch werden zusätzliche Fehlereinflüsse ausgeschlossen. Der zweite Kondensator kann zweckmäßig wenigstens gegenüber einer Kondensatorplatte des ersten Kondensators gebildet werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann eine Platte des ersten Kondensators aus zwei metallischen Belägen bestehen, welche einseitig mit Isolierstoff überzogen sind, wobei die beiden überzogenen Oberflächen gegeneinander liegen und durch eine metallische Zwischenschicht getrennt sind, welche eine Elektrode des zweiten Kondensators bildet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß in Strömungsrichtung vor der Einschnürung ein rohrförmiger Auslaß in der Nähe dieser Einschnürung angeordnet ist, welcher einen Meßanschluß für die statische Druckmessung bildet. Die Meßvorrichtung kann somit vorteilhaft auch Mittel zur Bestimmung anderer Parameter enthalten, welche zusammen mit der Dielektrizitätskonstanten die Ermittlung des gewünschten Wertes der Wassermasse je Gasmasseneinheit ermöglichen.

Es kann ferner zweckmäßig an das Kondensatorelement ein Temperaturfühlerelement zur Messung der Gastemperatur angeschlossen sein.

Eine vorteilhafte konstruktive Anordnung kann in der Weise geschaffen werden, daß ein rohrförmiges Gehäuse vorgesehen ist, welches den Strömungskanal umgibt und gegenüber diesem einen geschlossenen Raum bildet, und daß elektronische Vorrichtungen in diesem geschlossenen Raum angeordnet sind, welche der Weiterverarbeitung der Meßwerte dienen, die vom Kondensaioreiement geliefert werden, wobei der elektrische Weg für die kleinen Differenzsignale, welche das Kondensatorelement hervorruft, möirliohs-i lair?

fch.illen ist. Das rohrförmige Gehäuse kann ferner vorteilhaft an einem Ende einer rohrförmigen Aufhängung angeordnet sein, an deren anderem Ende eine Ansaugausnehmung des Gases liegt.

In der Zeichnung ist ein Ausführ ngsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schemalisch dargestellt. Es ieigt

F i g. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Meßvorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Ansicht des Kondensatorelementes in gegenüber F i g. 1 vergrößertem Maßstab,

F i g. 3 eine weiter vergrößerte Schnittdarstellung von Bauelementen dieses Kondensatorelementes, welche /ur Verdeutlichung auseinandergezogen sind,

F i g. 4 ein elektrisches Schaltbild.

Die Meßvorrichtung gemäß der Erfindung besteht tus einem rohrförmigen Gehäuse 10 mit zylindrischer Außenfläche 11, dessen innere Fläche 12. ausgehend von einer Außenkante 13 einen ersten konvergierenden Rohrabschnitt 14 und daran anschließend einen zweiten konvergierenden Rohrabschnitt 15 bildet, welche mt einem weiteren, divergierenden Rohrabschnitt

16 eine Verengung 17 bilden, wobei der divergierende Rohrabschnitt 16 in den Innenraum 18 einer rohrförmigen Aufhängung 19 mündet, an der das rohrförmige Gehäuse 10 aufgehängt ist. Das Ansaugen erfolgt durch eine Ansaugausnehmung 20, welche an dem entgegengesetzten Ende des Innenraumes 18 vorgesehen ist, wodurch an der Verengung 17 und unmittelbi·' strömungsaufwärts von dieser Verengung eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit erzeugt wird.

Unmittelbar strömungsaufwärts von der Verengung

17 ist in der durch das rohrförmige Gehäuse 10 hervorgerufenen Strömung 21 ein Kondensatorelement 22 angeordnet, welches die Belegungen 23', 23², 23^J usw. (vgl. F i g. 2) aufweist. Die ungeradzahligen Belegungen werden von einem ersten Ständer 24 und die geradzahligen Belegungen von einem /weiten Ständer 25 getragen, wobei einer dieser Ständer, z. B. der Ständer 25, Masseanschluß aufweist.

Die ungeradzahligen Belegungen werden durch einfache zueinander parallele Metallplatten gebildet und sind elektrisch mit dem sie tragenden Ständer 24 verbunden. Die geradzahligen Belegungen sind zueinander und zu den ungeradzahligen Belegungen parallel. Sie umfassen einfache elektrisch mit dem sie tragenden Ständer 25 verbundene Metallplatten.

Eine oder einige dieser geradzahligen Platten werden jedoch durch zwei leitende Platten 26 und 27 gleicher Oberfläche (vgl. F i g. 3) gebildet, welche an einem Ende Ausnehmungen 28 bzw. 29 aufweiten, mit welchem sie an dem Ständer 25 angeschlossen und mit diesem elektrisch leitend verbunden sind. Auf ihren einander gegenüberliegenden Flächen 30 und 31 sind die Platten 26 bzw. 27 mit einer dielektrischen Schicht 32 bzw. 33, z. B. aus Siliziumoxyd, versehen, und diese dielektrischen Schichten weisen dünne metallische Überzüge 34 bzw. 35 auf. Die Überzüge 34 und 35 haben eine kleinere Fläche als die Platten 26 und 27, so daß sie gegenüber dem Ständer 25 isoliert sind.

Die von ihnen gebildete Platte, beispielsweise die Platte 23², erfüllt somit die Aufgabe einer Belegung und wirkt mit ihren Außenflächen 36 bzw. 37 mit den Nachbarplatten 23' und 23³ zur Bildung eines ersten Kondensators zusammen, dessen Dielektrikum durch das Strömungsmedium gebildet wird, in welches die Platten eintauchen, d h. im vorliegenden Fall durch die Gasströmung 21.

Ein zweiter Kondensator wird durch das Zusammenwirken des durch die beiden Überzüge 34 und 35 gebildeten Belages mit der Platte 26 einerseits und mit der Platte 27 andererseits gebildet. Das Dielektrikum besteht dabei aus den dielektrischen Schichten 32 und 33, und es sind Mittel vorgesehen, um die beiden Kondensatoren parallel zu schalten. Die Zahl der eine doppelte Aufgabe erfüllenden Platten 23 wird so gewählt, daß der erste Kondensator, bei dem das Dielektrikum durch die Gasströmung 21 gebildet wird, und der zweite Kondensator, bei dem das Dielektrikum durch die dielektrischen Schichten 32 und 33 gebildet wird, die gleiche Kapazität aufweisen.

Zweckmäßig sind die zusammengesetzten Platten über die ganze Höhe der Gasströmung 21 verteilt, um die verschiedenen Temperaturen zu berücksichtigen, welche in dieser herrschen können.

Der erste Kondensator 41, in welchem das Dielektrikum die Gasströmung 21 ist, und der zweite Kondensator 42, in welchem das Dielektrikum innerhalb der Platten liegt, sind in Zweige 45 und 46 einer Meßbrücke 43 eingeschaltet (vgl. F i g. 4), wobei ein gemeinsamer Abgriffpunkt 44 Masseanschluß aufweist. Die anderen Zweige der Meßbrücke werden durch Wicklungsabschnitte 47 und 48 einer Sekundärwicklung 49 eines Transformators 50 gebildet, dessen Primärwicklung 51 mit dem Ausgang eines Oszillators 52 verbunden ist.

Der den Wicklungsabschnitten 47 und 48 der Sekundärwicklung 49 gemeisame Schaltpunkt 53 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 54 verbunden, welcher auf die Frequenz des Oszillators 52 abgestimmt ist, und dessen Ausgang 55 an einem Synchrondetektor 56 liegt, dem zusätzlich über einen Kanal 57 unmittelbar die vom Oszillator 52 erzeugten Schwingungen zugeführt werden. Am Ausgang 58 des Synchrondetektors 56 sind die schwankenden Komponenten vorhanden, welche in einem Niederfrequenzverstärker 59 verstärkt werden. Am Ausgang 60 dieses Niederfrequenzverstärkers tritt die Informationsgröße auf, welche für die Änderung der Dielektrizitätskonstante des den ersten Kondensator umspülenden Gases kennzeichnend ist.

Innerhalb des rohrförmigen Gehäuses 10 liegen elektronische Vorrichtungen 61, 62, 63. Die Leiter oder Ausgangskabel sind innerhalb der rohrförmigen Aufhängung 19 angeordnet.

Falls der Apparat zur Benutzung in der Nähe einer bewegten Wasserfläche, z. B. des Meeres, bestimmt ist, wird das Vorderende des rohrförmigen Gehäuses 10 durch ein halbkugelförmiges Gitter 65 geschützt.

Ein rohrförmiger Auslaß 64 in dem konvergierenden Rohrabschnitt 14 ermöglicht, jederzeit die Bestimmung des statischen Druckes.

Wenigstens ein an einer Belegung des Kondensatorelements 22 befestigtes, rasch ansprechendes Thermoelement 66 ermöglicht die Messung der Temperatur des Gases.

Die Meßvorrichtung liefert somit alle Parameter für die gewünschten hygrometrischen Messungen. Ihr Meßbereich geht bis zu mehreren tausend Hertz.

Durch die besondere Ausbildung gemäß der Erfindung sind Präzisionsmessungen bei hoher Empfindlichkeit möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   1 Vorrichtung /ur Messung des Feuchtigkeitsgrades eines Gases mit Hilfe eines in einem Strö > mungskanal des Gases angeordneten Kondensators, dessen Platten im wesentlichen parallel /ur Strömungsrichtung liefen, dadurch ge kenn zeichnet, daß in dem Strömungskanal (16) eine solche Einschnürung (17) vorgesehen ist daß für die Gasströmung Schallgeschwindigkeit eintritt, und daß in dieser Gasströmung in der Nahe der Hinschnürung (17) das elektrische Kondensaioreiement (22) angeordnet ist.
2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatorelement (22) in einer gemeinsamen Baueinheit aus einem ersten Kondensator (41) besteht, dessen Dielektrikum die Gasströmung bildet, und aus einem /weilen, eine Bezugsgröße bildenden Kondensator (42), dessen Dielektrikum von der Gasströmung unabhängig ist.
3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (42) wenigstens gegenüber einer Kondensatorplatte des ersten Kondensators (41) gebildet ist.
4. 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte des ersten Kondensators (41) aus zwei metallischen Belagen besteht, welche einseitig mit Isolierstoff überzogen sind, wobei die beiden überzogenen Oberflächen gegeneinander liegen und durch eine metallische Zwischenschicht getrennt sind, welche eine Eiektrode des zweiten Kondensators (42) bildet.
5. 5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor der Einschnürung (17) ein rohrförmiger Auslaß (64) in der Nähe dieser Einschnürung (17) angeordnet ist, welcher einen Meßanschluß für die statische Druckmessung bildet.
6. 6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an das Kondensatorelement (22) ein Temperaturfühlelement (66) zur Messung der Gastemperatur angeschlossen ist.
7. 7. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiges Gehäuse (10) vorgesehen ist, welches den Strömungskanal (16) umgibt und gegenüber diesem einen geschlossenen Raum bildet, und daß elektronische Vorrichtungen (61. 62, 63) in diesem geschlossenen Raum angeordnet sind, welche der Weiterverarbeitung der Meßwerte dienen, die vom Kondensatorelement (22) geliefert werden, wobei der elektrische Weg für die kleinen Differen/signale. welche das Kondensatorelement (22) hervorruft, möglichst kurz gehalten ist.
8. 8. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gehäuse (10) an einem Ende einer rohrförmigen Aufhängung (19) angeordnet ist, an deren anderem Ende eine Ansaugausnehmung (20) des Gases liegt.

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