DE2538225B2

DE2538225B2 - Tauspiegelhygrometer

Info

Publication number: DE2538225B2
Application number: DE19752538225
Authority: DE
Inventors: Eduard Ing.(Grad.) 4470 Meppen Schmeer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1975-08-28
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE2538225C3; DE2538225A1

Description

Die Erfindung betrifft e,n Taus^iegelhygrometer nach dem Oberbegriff des Patenlanipruchs I.

Ein derartiges Tauspiegelhygro .lelcr ist aus dem Aufsatz in Philips Technische Rundschau 21 (1959/60) Nr. 7. Seite 211—215 bekannt. Dieses Gerät ist jedoch relativ aufwendig, weil eine Einrichtung zur Bündelung einer von einer Glühlampe kommenden Strahlung und ein PhotowiderstanJ benötigt und eine Regeleinrichtung für die Leistung des Peltierelementes erforderlich ist.

Aus W. Lück »Feuchtigkeit«. München/Wien I960, Seite 141 — 144 und 187-189 ist bekannt, Infrarotstrahlen im Wellenlängenbcreich 4,5 < A < 7,5 μπι zum Nachweis von Wasser zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tauspiegelhygrometer zu schaffen, das im Vergleich zu den bekannten Geräten wesentlich einfacher aufgebaut und einfacher zu bedienen ist, sowie weniger Wartung erfordert.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs I beschriebenen Maßnahmen gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Der durch die Erfindung erzielte technische Fort schritt besteht darin, daß kein eigener Detektor (Photowiderstand) für die Taufilmbildung mit nachgeschaltetem Regler für das Kühlelemcnt mehr erforderlich ist. Weiterhin kann der Strahler sehr einfach aufgebaut sein. Die Herstellung des Tauspiegelhygrometers nach der Erfindung ist deshalb einfacher als bei vergleichbaren bekannten Geräten dieser Art. Weiterhin ist die Bedienung einfacher. Da kein Detektor für die Taufilmbildung erforderlieh ist, werden durch diesen bedingte Meßfehler vermieden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Ks zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schaltungsaufbatis eines selbstregelnden Tauspicgclhygromctcrs, Fig.2 die Reflektion von Wärmestrahlen bei Gold und Silber als Spiegelmaterial im Wärmestrahlenbereich λ > 0,2 μπι,

Fig.3 die Durchlässigkeit bzw. Absorption von Wasser im Wärmestrahlenbereich A > I μη-ι,

F i g. 4 den Schreibdiagrammauszug einer Vergleichsmessung.

Nach F i g. I sind als Bauelemente erforderlich:

Ein Tauspiegel 2 mit Temperaturmeßeinrichtung 6, ίο ein Kühlelement 1, z. B. eine Peltierbatterie mit Stromversorgung 5, eine Strahlenquelle für Wärmestrahlen 3, Umlenkspiegel 4. Durch die Art und Anordnung der benutzten Bauelemente stell: sich die "'"aupunkttemperatur selbstregelnd an der Spiegeloberfläche ein.

Der von dem Kühlelement 1 gekühlte Spiegel 2 wird von der Wärmestrahlung des Strahlers 3 beaufschlagt. Im Strahlengang befindet sich mindestens ein Umlenkspiegel 4 zur Absorption von Strahlung unerwünschter Wellenlänge.

Zur Messung der Spiegeloberflächentemperatur ist

entweder der Tauspiegel selbst als Thermoelement oder als Widerstandsthermometer ausgebildet, oder es ist dicht unter der Oberfläche ein solcher Meßfühler eingebaut.

Zum Verständnis .les Regelmechanismus ist erforderlich zu wissen, daß

a) Gold, Silber und andere Metalle Strahlung von Wellenlängen λ > I μπι nahezu vollständig reflek

in tieren (F ig. 2).

b) Wasser Strahlung z. B. von der Wellenlänge 5 < A < 7 μπι fast vollständig absorbiert (F i g. 3).

Das Einlaufen der Taupunktiemperatur erfolgt folgendermaßen: Der blanke Tauspiegel i reflektiert die

)? Wärmestrahlung und wird von dem Kühlelement 2 gekühlt. Ist die momentane Taupunkttemperatur erreicht, schlägt Wasser aus dem Umgebungsmedium auf dem Spiegel nieder. Der so entstandene Wasserfilm absorbiert die Wärmestrahlung. Das Wasser und mit

■"» ihm der Spiegel werden aufgeheizt. Da die absorbierte Energie von der Schichtdicke des Wasserfilms abhängt, stellt sich nun diejenige Schichtdicke bei Taupunkttemperatur ein, die gerade soviel Energie von der Strahlung absorbiert, wie das Kühlelement abpumpen kann.

•ti Würde mehr Energie abgepumpt als absorbiert, kühlt der Wasserfilm unter den Taupunkt ab. es wird mehr Wasser aus dem Umgebungsmedium auf dem Spiegel niederschlagen als vom Spiegel in die Umgebung verdampft wird. Folglich wird der Wasserfilm dicker

ίο und damit die absorbierte Energie größer. Würde weniger Energie abgepumpt als absorbiert, steigt die Temperatur, es wird mehr Wasser verdampft als niederschlägt, die Schicht wird dünner, das Gleichgewicht stellt sich wieder ein. Durch die auf den Tauspiegel

v> 2 gerichtete Quelle 3 für Wärmestrahlen im Wellenlängcnbereich 4,.'3 < A < 7,5 μπι, deren Intensität mit der Kühlleistung des Kühlelementcs I abgestimmt ist. nimmt die Dicke des sich auf dem Tauspiegcl 2 bildenden Taufilms einen endlichen stationären Wert

mi ein. Auf diese Weise regelt sieh der Taupunkt in kurzer Zeit ein, ohne daß eine aufwendige Regeleinrichtung für das Kühlelement 2 erforderlich ist. Beim Anmeldungsgcgensland erfolgt daher die Tempcraturcinslellung des Kühlelementes 2 durch Selbstregelung.

'>■> Das F.ncrglevcrhältnis zwischen dem Kühlelcment und der auf den Spiegel auftreffenden Strahlung sollte so eingestellt sein, daß in völlig trockener Luft die Spicgcltcmpcratiir des gekühlten Spiegels nach l"in

schalten des Strahlers gerade nicht oder nur unwesentlich ansteigt. Für die Stromversorgung ist eine nicht stabilisierte Gleichspannungsquelle von einigen 10 VA Leistung erforderlich.

Als Tauspiegel 2 können handelsübliche Tauspiegel verwendet werden. Der Strahler 3 kann beispielsweise als Kupferstab ausgebildet sein, der mittels einer Heizspirale aufgeheizt wird. Bei Versuchen er^ab sich, daß selbst bei Änderung des Leistungsverhältnisses zwischen Strahler 3 und Kühlelement 1 um 50% die Selbstregelung noch erfolgt Es ändert sich dabei lediglich die Dicke des Wasserfilms auf dem Tauspiegel 2. Sie kann theoretisch um 6 10-er-Potenzen, zwischen 50· 10-⁸cm (Moldurchmesser von Wasser) und 1 · 10 --cm variieren.

Das selbstregelnde Tauspiegelhygrometer ermöglicht die dem Tauspiegel eigene hohe Meßgenauigkeit bei einem technisch einfachen Aufbau mit geringer Wartung und hoher Lebendauer. Eine Vergleichsmessung in Form eines Schreiberdiagrammauszuges wurde mittels eines bekannten LiCI-Meßgerätes und eines erfindungsgemäßen selbstregelnden Tauspiegelhygrometers bei verschiedenen Raumtemperaturen im Klimaraum durchgeführt. Die Meßkurven sind in F i g. 4 aufgezeichnet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Tauspiegelhygrometer mit einem Tauspiegel aus Metall, einem Kühlelement, das diesen kühlt und einer Temperaturmeßeinrichtung zur Messung der Temperatur des Tauspiegels, gekennzeichnet durch eine auf den Tauspiegel (2) gerichtete Quelle (3) für Wärmestrahlen im Wellenlängenbereich 4,5 < A < 7,5 μπι, deren Intensität mit der Kühlleistung des Kühlelements (1) derart abgestimmt ist, daß die Dicke des sich auf dem Tauspiegel (2) bildenden Taufilms einen endlichen stationären Wert annimmt.

2. Tauspiegelhygromeier nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen Umlenkspiegel (4) für die Wärmestrahlung aus demselben Metall wie der Tauspiegel (2).

3. Tauspiegelhygrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauspiegel (2) und die Umlenkspiegel (4) aus Gold bestehen.

4. Tauspiegelhygrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauspiegel (2) und die Umlenkspiegel (4) aus Silber bestehen.

5. Tauspiegelhygrometer nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrahler aus einem mittels einer Heizspirafe aufheizbaren Kupferstab besteht.