DE102006033252B4 - Method and device for measuring humidity and dew point in a hydrogen peroxide-laden environment - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung der Partialdrücke (pH2O und pH2O2) von Wasserdampf und Wasserstoffperoxid in einem Messgas umfassend 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 relative Feuchte (rF), wobei der berechnete erhöhte Partialdruck (pW) die Summe der Partialdrücke (pH2O, pH2O2) des im Messgas enthaltenen Wasserdampfes und Wasserstoffperoxides repräsentiert.
(D) Berechnen der einzelnen Partialdrücke (pH2O, pH2O2) des im Messgas enthaltenen Wasserdampfes und Wasserstoffperoxides aus dem erhöhten Partialdruck (pW) und einem weiteren Parameter, der das Verhältnis der Partialdrücke (pH2O, pH2O2) des im Messgas enthaltenen Wasserdampfes und Wasserstoffperoxides repräsentiert.Method for determining the partial pressures (p H2O and p H2O2 ) of water vapor and hydrogen peroxide in a measuring gas, comprising the following steps:
(A) measuring a temperature (T) of the measurement gas,
(B) measuring a relative humidity (RH) with a moisture sensor (3) with a reducing protective cap (1), the measured relative humidity (RH) being an amount of moisture resulting from reduction of hydrogen peroxide present in the sample gas to water vapor, is increased,
(C) calculating an increased partial pressure (p W ) of water vapor from the measured values for the temperature and relative humidity (rF), wherein the calculated increased partial pressure (p W ) is the sum of the partial pressures (p H2O , p H2O2 ) of the measured gas represented contained water vapor and hydrogen peroxide.
(D) Calculation of the individual partial pressures (p H2O , p H2O2 ) of the water vapor contained in the sample gas and hydrogen peroxide from the increased partial pressure (p W ) and another parameter, the ratio of the partial pressures (p H2O , p H2O2 ) contained in the sample gas Water vapor and hydrogen peroxide represents.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Feuchte in Wasserstoffperoxidbeladener 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.The The invention relates to a method and a device for Measurement of moisture in hydrogen peroxide loaded environment with catalytically reducing protective filter and an evaluation unit to correct the measured values for the humidity and the calculation of the mixed dew point and others variables derived from moisture. The Invention is in the field of sensor technology and more specifically in the field of moisture measurement under problematic environmental conditions, by which damages the sensors and / or the measured values are corrupted can be.
Ein solcher problematischer Umwelteinfluss ist beispielsweise der Anteil von Wasserstoffperoxid (H2O2) in einem Messgas, dessen Feuchtigkeitsgehalt gemessen werden soll. Wasserstoffperoxid ist eine Substanz, die vorzugsweise zur Sterilisation im Produktionsprozess der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Pharmazie eingesetzt wird.Such a problematic environmental influence is, for example, the proportion of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) in a measuring gas whose moisture content is to be measured. 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 pharmacy.
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 unbeschichteten Platte werden bei dem Verdampfungsvorgang rund fünf bis zehn Prozent des Waserstoffperoxids aufgrund der katalytischen Wirkung der Metallplatte zu Wasser und Sauerstoff umgesetzt. Bei einer beschichteten Platte ist dieser Anteil geringer, im Falle einer Teflonbeschichtung vernachlässigbar gering.at these processes are transformed into a dry carrier gas stream (usually compressed air) a commercial hydrogen peroxide solution introduced by evaporation. Process-related solutions are usually with a hydrogen peroxide content of 15 to 60 mass percent used. The evaporation typically occurs on a hot metal plate. An uncoated plate will be in the evaporation process around five to ten percent of the hydrogen peroxide due to the catalytic Effect of metal plate converted to water and oxygen. at a coated plate, this proportion is lower, in the case a Teflon coating negligible.
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 vermieden 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.Around To make the process optimal, it is important to have moisture and hydrogen peroxide content in the sterilization process to know and if necessary to regulate. About that In addition, usually a condensation of the material to be sterilized be avoided. For this reason, it is particularly important that Determine the dew point of the air / water / hydrogen peroxide mixture to be able to. The gas mixture of carrier gas and evaporated water / hydrogen peroxide solution is hereinafter referred to as Measuring gas called.
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.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. Conventional and cheaper to implement measuring devices, usually with capacitive humidity sensors, have the disadvantage that these sensors have cross sensitivities to hydrogen peroxide or even destroyed by this.
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).To protect the humidity sensors from harmful environments, protective caps are known, 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. In the case of measuring the moisture content in gases which also contain hydrogen peroxide, the hydrogen peroxide is to be reduced by the protective cap to water and oxygen (2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 ).
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.It turns out that the effect of this measure is not optimal and the production of such a protective cap with a chemical reservoir is expensive and thus the response time of the sensor can be increased. In addition, with such a solution, the measurement result can be falsified. In the case of the measurement of the moisture content in H 2 O 2 laden environment is naturally generated by the catalytic process on the cap additionally water, which increases the moisture content within the cap and the measurement result is falsified accordingly.
Die
Druckschriften
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 fernhalten zu können, und andererseits in der Lage ist, die durch diese Schutzkappe bewirkten Folgen bzw. Rückwirkungen entsprechend zu kompensieren.Of the present invention is based on the object, a measuring device to disposal to ask which with as possible low financial and constructive effort a protective cap of the above type realized to unwanted substances, in particular Hydrogen peroxide, to be able to keep away from the sensor, and on the other hand in the Location is the effects caused by this cap consequences or repercussions accordingly to compensate.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 5 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved by a method according to claim 1 and a device solved according to claim 5, advantageous embodiments and developments are the subject the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht unter anderem eine einen 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.The inventive device sees, among other things, a protective cap surrounding a humidity sensor with finely distributed through openings in front, on the surfaces of a Active substance (catalyst) is arranged. The openings are big enough so that the sample gas to be analyzed (for example, air) in sufficient Dimensions The protective cap can pass and reach the sensor. The However, hydrogen peroxide contained in the sample gas is so strong with the catalyst in contact, creating a chemical reaction takes place, through which the hydrogen peroxide in water and oxygen is converted. By this catalytic reduction, the hydrogen peroxide practically completely eliminated when passing through the cap.
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 Schutzkappe in unmittelbaerer Nähe des Feuchtigkeitssensors angeordnet sein kann. Ist die Messstelle jedoch zu heiß für den Feuchtesensor, d. h. ab Temperaturen von über 180°C, 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.Furthermore, 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. Within the protective cap, the total moisture is greater by that amount than outside the protective cap created by catalysis as the fluid passes 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. For the above calculation, a measured value for the temperature of the measuring gas at the measuring point and the temperature of the humidity sensor is additionally necessary. For this purpose, a temperature sensor is arranged in the vicinity of the humidity sensor. Normally, the measuring point, ie the point at which the moisture is to be determined, and the humidity sensor the same temperature and it is sufficient a temperature sensor, the z. B. may also be disposed within the cap in the immediate vicinity of the moisture sensor. However, if 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.
Um auf die anteilige Zusammensetzung von Wasser und Wasserstoffperoxid außerhalb der Schutzkappe schließen zu können, 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.Around on the proportionate composition of water and hydrogen peroxide outside Close the protective cap to be able to is additional yet another parameter necessary. This parameter can either metrologically determined from several the real states of the Measuring gas calculated descriptive parameters, or, if it is off another source is manually entered into the evaluation unit become. This further parameter essentially corresponds to the relationship the partial pressures of water vapor and hydrogen peroxide at the measuring point or one directly derived therefrom.
Mögliche Größen, welche dieses Verhältnis der Partialdrücke beeinflussen können ist zum Beispiel der Feuchtegehalt des Trägergasstromes. 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.Possible sizes which can influence this ratio of the partial pressures is, for example, the moisture content of the carrier gas stream. In the simplest case, 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, for. B. from the mass fraction of hydrogen peroxide in the vaporized water / hydrogen peroxide solution can be calculated. By weighing a certain volume of the H 2 O 2 solution to be evaporated, 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. Depending on the type of application considered, 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.
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.The already mentioned Evaluation unit is designed to be within the protective cap determined measured value for Total humidity and temperature and the other parameters mentioned Proportions of water and hydrogen peroxide outside the protective cap as partial pressures, Calculate volume fractions or other derivable quantities.
Mit Kenntnis der tabellierten Dampfdruckkurven für das Stoffgemisch Wasser/Wasserstoffperoxid oder Luft/Wasser/Wasserstoffperoxid kann zum Beispiel aus dem Partialdrücken der Taupunkt des Gemisches ermittelt werden. Alternativ zu den Tabellenwerten kann der Taupunkt auch mit Hilfe von Modellgleichungen ermittelt werden. Eine Möglichkeit dazu ist beispielsweise das NRTL-Modell, welches im Bereich der technischen 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.With Knowledge of the tabulated vapor pressure curves for the substance mixture water / hydrogen peroxide or air / water / hydrogen peroxide, for example, from the partial pressures of Dew point of the mixture can be determined. Alternative to the table values The dew point can also be determined with the aid of model equations become. A possibility this is, for example, the NRTL model, which in the field of technical chemistry is widely used and the thermodynamic Balance of multiphase systems with the help of few parameters can describe efficiently. Interpolate in Tables is for the usual device hardware often too memory intensive, the use of the NRTL model often too computationally intensive, so that the inventive method with an approximate solution a simple polynomial sentence used. It is first of the model a mixture of two ideal gases and in a last Step the ideal gas behavior on the real gas behavior with help a polynomial approximation approach displayed.
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 Partialdruckverhältnis von Wasser und Wasserstoffperoxid) sämtliche dieser daraus abgeleiteten Größen berechnet werden.By way of the particle sizes, preferably their partial pressures, of water or hydrogen peroxide, all other relevant parameters can be calculated. These sizes are different depending on the application For example, it is 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. In principle, 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).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures embodiments explained in more detail. It demonstrate:
Für andere Anwendungen können als Aktivstoffe alternativ andere Katalysatoren eingesetzt werden, wie beispielsweise Edelmetalle (zum Beispiel Platin, Gold und Silber) zur Umsetzung von Stickoxiden und Wasserstoffperoxid, außerdem Metalloxide und auch Enzyme (zum Beispiel Katalase). Zusätzlich oder 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.For others Applications can as active ingredients alternatively other catalysts are used, such as for example precious metals (for example platinum, gold and silver) for the conversion of nitrogen oxides and hydrogen peroxide, also metal oxides and also enzymes (for example catalase). Additionally or alternatively, indicators as active substances in the protective body which are used to display the ph value and other chemical quantities, for example, sensor impairments like damage or Indicate consumption of catalysts or the expiration of the useful life or filter functionality to signal.
In
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 Partialdrücke
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 Massenanteilen in Prozent für Wasser rMH2O und Wasserstoffperoxid rMH2O2 und bekannter Dichte von Wasserdampf ρH2O und Wasserstoffperoxid ρH2O2 erfolgt die Berechnung nach der Gleichung - (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 Die Magnus-Koeffizienten für Wasser C1W, C2W und C3W können je nach Wertebereich angepasst werden. Beispielsweise ist C1W = 6,1078 hPA, 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 Wasserdampf pW innerhalb der Schutzkappe und dem weiteren Parameter V. Der Partialdruck für Wasserdampf pH2O und für für Wasserstoffperoxid pH2O2 ergibt sich aus den folgenden Gleichungen - (6) Berechnen von aus den Partialdrücken (pH2O, pH2O2) von Wasserdampf und Wasserstoffperoxid abgeleiteten Größen wie beispielsweise den für reale Gase korrigierten Gemischtaupunkt TPKorr.
- (1) Reading a measured value for the temperature T of the measuring gas
- (2) Reading in an uncorrected measured value for the relative humidity RH within the protective cap.
- (3) Determining another parameter V. This is known a priori and represents the ratio of the partial pressures of water vapor and hydrogen peroxide in the sample gas outside the protective cap
1 , For simplicity, the volume ratio of water vapor and hydrogen peroxide of the vaporized water-H 2 O 2 mixture can also be used for the further parameter V. For known mass fractions in percent for water rM H2O and hydrogen peroxide rM H2O2 and known density of water vapor ρ H2O and hydrogen peroxide ρ H2O2 is calculated according to the equation - (4) Calculate the partial pressure p W for water vapor inside the protective cap from the measured values for the temperature T and the relative humidity rF. There are several known ways, such. For example, the calculation using the Magnus formula The Magnus coefficients for water C 1W , C 2W and C 3W can be adjusted depending on the value range. For example 1W C = 6.1078 hPa, C 2W 3W = 17.08085 and C = 234.175 ° C. An equivalent possibility would be the use of the Antoine equation.
- (5) Calculation of the partial pressure of water vapor p H2O and the partial pressure of hydrogen peroxide p H2O2 in the sample gas outside the protective cap
1 from the partial pressure of water vapor p W within the protective cap and the further parameter V. The partial pressure for water vapor p H2O and for hydrogen peroxide p H2O2 is given by the following equations - (6) Calculating quantities derived from the partial pressures (p H2O , p H2O2 ) of water vapor and hydrogen peroxide, such as the mixed dewpoint TP corr . Corrected for real gases.
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 Die Konstanten C1WP, C2WP und C3WP sind dabei die Magnus-Koeffizienten für Wasserstoffperoxid.
- (2) Berechnen eines äquivalenten Sättigungsdampfdruckes pWäqui als Summe aus dem Sättigungsdampfdruck für Wasserdampf bei der Wasserstoffperoxid-Taupunkttemperatur TPH2O2 und dem ermittelten Wasserdampf-Partialdruck pH2O entsprechend der Magnus-Formel:
- (3) Berechnen des Gemisch-Taupunktes TPGem für ideale Gase aus dem äquivalenten Sättigungsdampfdruck pWäqui für Wasserdampf nach folgender Gleichung:
- (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 TPKorr berechnet werden kann.
- (1) Calculate the hydrogen peroxide dew point TP H2O2 from the partial pressure of hydrogen peroxide p H2O2 . With the help of the Magnus formula, TP H2O2 is obtained for the hydrogen peroxide dew point The constants C 1WP , C 2WP and C 3WP are the Magnus coefficients for hydrogen peroxide.
- (2) calculating an equivalent saturation vapor pressure p Wäqui as the sum of the saturation vapor pressure for water vapor at the hydrogen peroxide dew point temperature TP H2O2 and the determined water vapor partial pressure p H2O according to the Magnus formula:
- (3) Calculate the mixture dew point TP Gem for ideal gases from the equivalent saturation vapor pressure p Wäqui for water vapor according to the following equation:
- (4) Correction of the value determined for the assumption of ideal gases for the water vapor dew point TP Gem via a polynomial theorem as a function of the value itself and the further parameter so that a mixture dew point TP Korr corrected for real gases can be calculated.
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.above approach delivers a good match in the technically interesting area with the results according to the NRTL model, with deviations smaller 0.5 K absolute or 0.7% relative to the mixed dew point. Thus, the accuracy is essentially influenced by the measurement data acquisition and the correctness of the further parameter. Optimal results can be achieved through an adjustment can be achieved at the operating point.
- 11
- Schutzkappeprotective cap
- 22
-
geschlossenes
Ende von
1 closed end of1 - 33
- Sensorsensor
- 44
- Sockelbase
- 1010
- Auswerteeinheitevaluation
- TT
- Temperaturtemperature
- rFrh
- Messwert für die relative Feuchtereading for the relative humidity
- pW p W
-
Wasserdampf-Partialdruck
innerhalb von
1 Water vapor partial pressure within1 - rMH2O rM H2O
- Massenanteil an Wasser in Prozentmass fraction percent of water
- rMH2O2 rM H2O2
- Massenanteil an Wasserstoffperoxid in Prozentmass fraction percent of hydrogen peroxide
- VV
- Volumenverhältnis Wasser/WasserstoffperoxidVolume ratio of water / hydrogen peroxide
- pH2O p H2O
- Wasserdampf-Partialdruck außerhalb im MessgasWater vapor partial pressure outside in the sample gas
- pH2O2 p H2O2
- Wasserstoffperoxid-Partialdruck im MessgasHydrogen partial pressure in the sample gas
- TPH2O2 TP H2O2
- Wasserstoffperoxid-TaupunktHydrogen peroxide dewpoint
- TPGem TP Gem
- Gemisch-TaupunktMixture dewpoint
- TPKorr TP Corr
- korrigierter Gemisch-Taupunktcorrected Mixture dewpoint
- pWäquiv p Wäquiv
- Sättigungsdampfdruck von Wasserdampf im MessgasSaturation vapor pressure of water vapor in the sample gas
- C1W, C3W, C3W C 1w, C3 W, C3 W
- Magnuskoeffizienten für WasserMagnus coefficient for water
- C1WP, C3WP, C3WP C 1WP , C3 WP , C3 WP
- Magnuskoeffizienten für WasserstoffperoxidMagnus coefficient for hydrogen peroxide
Claims (5)
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