Glossar | Feuchtemessung in Gasen | Wiki

Absolute Feuchte

Absolute Feuchte

Absolute Luftfeuchte wird auch als Wasserdampfdichte bezeichnet und beschreibt die Masse des Wasserdampfes in einem bestimmten Luftvolumen (g/m³).

Biogas / Gärgas

Biogas / Gärgas

Gärgas bzw. Biogas entsteht bei der Vergärung von Biomasse aller Art. Biogas ist ein sehr feuchtes Mischgas, bestehend aus CH4, CO2, N2, O2, H2S, H2 sowie NH3 und besteht demzufolge aus brennbaren und nichtbrennbaren Komponenten. Das Gas kann zur Erzeugung von elektrischer Energie, zum Betrieb von Fahrzeugen oder zur Einspeisung in ein Gasversorgungsnetz eingesetzt werden. Um Erdgasqualität zu erhalten, muss eine energieaufwendige Gasaufbereitung stattfinden um Staub, Wasserdampf sowie diverse Spurenanteile weitestgehend zu entfernen.

Chlorgas Cl | Chlorwasserstoff HCl

Chlorgas Cl | Chlorwasserstoff HCl

Taupunkttransmitter auf Aluminiumoxid-Basis reagieren extrem empfindlich auf korrosive Bestandteile im Gas. Chlorgas und andere saure Gase schädigen die Sensoren in sehr kurzer Zeit irreversibel. In Anwesenheit von Wasser bilden sich Säuren, welche die Strukturen des kleinen Sensorelements auf Al2O3-Basis zerstören. Unsere AQUATRACE®-Sensoren werden seit Jahren erfolgreich, zuverlässig und langzeitstabil in Chemiebetrieben eingesetzt.

Coulometrischer Feuchtesensor

Coulometrischer Feuchtesensor

Es handelt sich um ein absolutes Messverfahren, da Phosphorpentoxid (P2O5) zu 100% selektiv auf Wasser reagiert. Es gibt keine Querempfindlichkeiten. Neben der sehr schnellen Ansprechzeit von Trocken auf Feucht, liegen wesentliche Vorteile der AQUATRACE® -Sensoren in ihrer Robustheit und in ihrer Eigenschaft, auch korrosive Bestandteile in Gasen problemlos zu tolerieren (Cl2, HCl, F2, HF). Sie neigen außerdem nicht zum Abdriften des Messwertes bei hohen Feuchteereignissen. Die Sensoren lassen sich einfach regenerieren. Die untere Nachweisgrenze der AQUATRACE®-Sensoren liegt bei 0,001 ppmV bzw. bei 1 ppbV. Phosphorpentoxid (P2O5) hat eine hohe Affinität Wasser zu absorbieren, um in Tetrametaphosphorsäure überzugehen. Es ist ein extrem hygroskopisches Salz. Damit eignet es sich hervorragend, einen feuchtesensitiven Sensor aufzubauen. Das Verfahren geht auf die 1956 entwickelte KEIDEL-Messzelle zurück. Im Umterschied zur KEIDEL-Messzelle ist die sensitive Schicht bei unserem AQUATRACE®-Sensor außen aufgebracht. An zwei Pt-Elektroden liegt eine Zersetzungsspannung größer 2V an, welche die Metaphosphorsäure elektrolysiert. Dabei wird Wasserstoff und Sauerstoff freigesetzt und das Phosphorpentoxid steht wieder zur Absorption von Wassermolekülen zur Verfügung. Damit fungiert das P2O5 quasi als Katalysator für die Elektrolyse von Wassermolekülen. Der entstandene Wasserstoff und Sauerstoff wird durch den Gasstrom aus dem System ausgetragen. Der gemessene Zersetzungsstrom IM ist gemäß des Faraday'schen Gesetzes ein direktes Maß für die Feuchte. Der Volumenstrom muss für eine präzise Messung konstant gehalten werden.

Die Methode eignet sich nicht für die Feuchtebestimmung in NH3 (Ammoniak).

Abb.: Coulometrischer Feuchtesensor DKS-Entwicklung

Dichtheitsprüfung - Heliumlecktest

Dichtheitsprüfung - Heliumlecktest

Beim sogenannten Heliumlecktest wird das zu überprüfende Teil mit dem leichten Inertgas Helium geflutet. Um den Prüfling wird ein Vakuum erzeugt. Ein Heliumdedektor erkennt die geringsten Konzentrationen an Helium, welches z. Bsp. durch kleinste µ-Risse am Prüfteil entweichen konnte.

Drucktaupunkt

Drucktaupunkt

Siehe auch Taupunkttemperatur. Der Drucktaupunkt ist eine Temperatur und bezieht sich auf ein unter Druck stehendes Gas (z.B. Druckluft) mit einem bestimmten Druck über oder unter Normaldruck.

Erdgas

Erdgas

Erdgas ist ein natürlich entstandenes, brennbares Gasgemisch, welches hauptsächlich aus Methan besteht. Meist ist eine Aufbereitung des Rohgases erforderlich, um giftige, korrosive oder nicht brennbare Bestandteile zu extrahieren. Zudem muss Erdgas entfeuchtet werden. In der Umgangssprache meint man mit dem Begriff Erdgas das verbrauchsfertige Medium.

Formiergase

Formiergase

Durch Formiergase wie H2 in N2 sollen Reaktionen erzeugt werden. So wirken Formiergase reduzierend auf Metalloxide und verhindern so die Oxidation. In der Industrie kommen sie als Schutzgas bei der Wärmebehandlung von Metallen zum Einsatz (Schweißen, Löten, Walzen, usw.).

Glove-Boxes

Glove-Boxes

Glove-Boxen werden für Arbeiten unter Schutzgas eingesetzt. Wenn es darum geht, Materialien vor Umwelteinflüssen zu schützen oder die Umwelt vor den schädlichen Auswirkungen bestimmter Stoffe zu schützen, werden Glove-Boxes sowohl für die Produktion als auch für die Forschung eingesetzt. Der klassische Fall für den Einsatz von Handschuhboxen ist, wenn oxidationsempfindliche Stoffe oder Produkte behandelt oder verarbeitet werden sollen. Dies erfolgt normalerweise durch Erzeugen einer Argon- oder Stickstoffatmosphäre. Um sicherzustellen, dass diese Atmosphäre den Anforderungen an die Reinheit entspricht, ist es notwendig, das Schutzgasregime in der Box kontinuierlich auf seine verbleibenden Verunreinigungen an Feuchtigkeit und Sauerstoff zu überwachen. Über die verfügbaren Schnittstellen (RS232, TTL, 4 - 20mA, 0-10V) können die Daten ausgegeben und in die Steuerung der Glove-Box integriert werden. Auf diese Weise erhält der Kunde einen Überblick über die Bedingungen, unter denen ein Test oder ein Produktionszyklus ausgeführt wird. Diese Schnittstellen können nach Kundenwunsch konfiguriert werden. Unser Transmitter ist auch als Ersatz für alte, in die Jahre gekommene Sensorik einsetzbar und kann in die vorhandene Steuerung eingebunden werden. Alle AQUATRACE® Sensoren können Sie selber Regenerieren. Somit fallen fast keine Folgekosten beim Einsatz unserer Sensorik an. Wir können alle Flansch-Varianten ermöglichen. Standard ist KF25 und KF40.

Abb.: Glovebox

Industrie 4.0

Industrie 4.0

Der Begriff Industrie 4.0 wurde erstmalig auf der Hannover Messe im Jahre 2011 verwendet. Vertreter aus Wirtschaft und Industrie sowie des Digitalverbandes BITKOM und des Bundesministeriums gründeten die „Plattform Industrie 4.0“. Die Definition des Begriffes wurde wie folgt festgelegt: „…bezeichnet die intelligente Vernetzung von Maschinen und Abläufen in der Industrie mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologie.

Inertgase

Inertgase

Durch reaktionsträge Inertgase wie Argon oder Stickstoff sollen Reaktionen verhindert werden. Oft werden diese Gase zum Explosionsschutz in Industrieanlagen eingesetzt. Weitere Beispiele für Inertgase: Kohlendioxid, Helium, Neon, Xenon, Krypton, Radon

Internet of Things | IoT

Internet of Things | IoT

Durch die zunehmende Automatisierung, steigende Qualitätsanforderungen sowie die voranschreitende Globalisierung, müssen immer mehr Prozessparameter durch Sensorik erfaßt werden. Transmitter übertragen die Messgrößen an übergeordnete Stellen. Schon lange geht es nicht mehr nur darum die Messdaten zentral zusammenzufassen und wieder zu verteilen. Es wird eine direkte und intelligente Machine to Machine (M2M)-Kommunikation forciert. Der Begriff "Internet of Things" oder kurz IoT dient als Oberbegriff für die Verbindung von elektronischen und mechanischen Bestandteilen mit dem Internet und Intranet. Morderne Transmitter sollen es ermöglichen, dass Aktoren direkt mit der Sensorik kommunizieren können. Durch die stetige Verkleinerung und Leistungsverbesserung von elektronischen Bauteilen (zum Bsp. Arduinos) wird es ermöglicht, dass jeder Transmitter seine eigene Website bekommen kann. Des Weiteren können über Ethernet so einfach Kommandos, Abfragen etc. über HTTP/HTTPS stattfinden. Darüberhinaus kann durch das Einscannen eines QR-Codes am Gerät ein Gerätestatus abgefragt werden. Eine Konfiguration des Transmitterst erfolgt beispielsweise über ein Tablet oder Mobiltelefon, indem eine geschützte WLAN-Verbindung zwischen beiden hergestellt wird. Durch Einbau von "Künstlicher Intelligenz" kann sich der Transmitter selbst bemerkbar machen, wenn er Wartung benötigt oder einfach verschlissen ist. Möglicherweise ist das auch der Weg zu einem einheitlichen Standard bezüglich der derzeit unzähligen Varianten an Bussystemen in der Industrie.

Durch die Speicherung von Messdaten in der Cloud bzw. in Datenbanken, entstehen durch Algorithmen und das in Relationen setzen von verschiedenen Parametern vollig neue Möglichkeiten der Qualitätskontrolle und Vorhersage.

Auch die Fehlersuche im Falle eines Störungsfalles kann so vereinfacht werden. Mußte bisher ein Servicetechniker im Störfall anreisen, kann durch "Augmented Reality" eine Fehlersuche mit Hilfe einer 3D-Brille und eben intelligenter Sensorik sowie Cloud-Daten erfolgen. Eine Analyse wird wesentlich vereinfacht. Getrieben wird diese Entwicklung durch den Wunsch Kosten der Unternehmen zu senken, dabei aber gleichzeitig den Service zu verbessern.

Magnus-Formel

Magnus-Formel

Ein Ansatz der Feuchtemessung ist die Bestimmung der Temperatur, bei der der Sättigungsdampfdruck von Wasserdampf z.B. über Eis erreicht wird. Die Magnus-Formel wurde von einem deutschen Physiker und Chemiker namens Heinrich Gustav Magnus abgeleitet, welche den physikalischen Punkt beschreibt, der flüssige, feste und gasförmige Aggregatzustand eines Stoffes im Gleichgewicht befinden.

 

Ei(t) = E0 * exp ((22,46 * t) / (272,62°C + t))

 

Ei(t) … Sättigungsdampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur

t … ist der Taupunkt DP in°C -65°C = t = 0,01°C

E0 … 6,112 hPa

Metalloxid-Taupunktsensoren

Metalloxid-Taupunktsensoren

Hier kommt am häufigsten Al2O3 (Aluminiumoxid) zum Einsatz. Aufgrund seiner Wechselwirkungen mit Wasser gilt das Oxid als sensitive Schicht und wird für Feuchtesensoren eingesetzt. Das Wasser lagert sich an der Oberfläche des Metalloxides an. Der Sensor ist zweischichtig aufgebaut. Die Basiselektrode ist aus Aluminium auf welchem die poröse Oxid-Schicht aufgebracht ist. Am ehesten könnte man den Sensor mit einem Kondensator vergleichen. Auf der Gegenelektrode wird eine wasserdampfdurchlässige Dünnschicht Gold aufgebracht. Die sensitive Schicht muss möglichst großflächig sein, um eine hohe Empfindlichkeit aufweisen zu können. Der Wasserdampf gelangt durch die Goldschicht in die Poren der sensitiven Schicht und lagert sich an. Durch die chemische Sorption erfolgt die Trennung der Wassermoleküle an der Oberfläche zu einer Hydroxylgruppe. Durch Van-der-Waals-Kräfte können nun weitere Wassermoleküle an die Hydroxylgruppen gebunden werden. Die gebundenen Wassermoleküle stehen nun in einem Gleichgewicht mit der umgebenden Luftfeuchtigkeit und beeinflussen die Kapazität und damit wiederum die Leitfähigkeit des „Kondensators“. Einen Messwert erhält man dann durch eine vergleichsweise einfache Impedanzmessung. Es besteht eine gute Korrelation zur absoluten Feuchte. Alterungseffekte der sensitiven Schicht erfordern eine regelmäßige Kalibrierung, die nicht vom Endkunden vorgenommen werden kann. Auch ist das Verfahren nicht für aggressive Gase geeignet.

Partialdruckgefälle

Partialdruckgefälle

Der Partialdruck ist ein Teildruck eines bestimmten Gases in einem Gasgemisch. Die Gaskomponenten in einem System unterschiedlicher Druckgefälle sind stets um Ausgleich bestrebt. Das Daltonsches Gesetz, welches 1805 von John Dalton formuliert wurde, besagt, dass die Summe aller Partialdrücke bei idealen Gasen gleich dem Gesamtdruck des Gasgemisches ist.

Wasserdampf, verhält sich ebenfalls wie ein ideales Gas, deshalb lautet das Dalton’sche Gesetz:

pges = pN2 + pO2 + pAr + ...+ eH2O = ptL + eH2O,

wobei eH2O ... Wasserdampfpartialdruck und ptL ... Partialdruck der trockenen Luft

Parts per billion (ppbV)

Parts per billion (ppbV)

Volumenmischungsverhältnis 10-9 = 1 Milliardstel = 1 ppbV (part per billion)

Beispielsweise bedeutet 1000 ppbV H2O in N2 = 1 µl H2O pro Liter Stickstoff.

Parts per million (ppmV)

Parts per million (ppmV)

Volumenmischungsverhältnis 10-6 = 1 Millionstel = 1 ppmV (part per million)

Beispielsweise bedeutet 1 ppmV H2O in N2 = 1 µl H2O pro Liter Stickstoff.

Parts per trillion (pptV)

Parts per trillion (pptV)

Volumenmischungsverhältnisse 10-12 = 1 Billionstel = 1 pptV (part per trillion)

Beispielsweise bedeutet 1000 pptV H2O in N2 = 0,001µl H2O pro Liter Stickstoff.

P2O5 / Phosphorpentoxid

Phosphorpentoxid

Phosphorpentoxid ist eine chemische Verbindung mit der Summenformel P4O10,wobei der gebräuchliche Name von der Summenformel P2O5 abgeleitet ist. Dieser weiße kristalline Feststoff ist das Anhydrid der Phosphorsäure. Es ist ein starkes Trocken- und Dehydratisierungsmittel.

Phosphorpentoxid kristallisiert in mindestens vier Varianten. Die bekannteste umfasst Moleküle von P4O10. Schwache Van-der-Waals-Kräfte halten diese Moleküle in einem hexagonalen Gitter zusammen. Die Struktur des P4O10-Käfigs erinnert an Adamantan mit Td-Symmetriepunktgruppe. Es ist eng verwandt mit dem entsprechenden Phosphorsäureanhydrid P4O6. Letzterem fehlen terminale Oxogruppen. Seine Dichte beträgt 2,30 g / cm³. Es siedet bei 423 ° C unter atmosphärischem Druck; Wenn es schneller erhitzt wird, kann es sublimieren. Diese Form kann durch schnelles Kondensieren des Phosphorpentoxiddampfes hergestellt werden. Das Ergebnis ist ein extrem hygroskopischer Feststoff.

Abb.: Strukturformel Phosphorpentoxid

Relative Feuchte

Relative Feuchte

Der Wasseranteil unserer normalen Umgebungsluft wird allgemein als relative Luftfeuchtigkeit angegeben. Relativ deswegen, weil damit das prozentuale Verhältnis zwischen momentanen Dampfdruck des Wassers und dem Sättigungsdampfdruck des Wassers auf einer reinen und ebenen Wasseroberfläche bei gegebener Temperatur beschrieben wird. Sie gibt an, in welchem Grade die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist.

Saure Gase

Saure Gase

Saure Gase sind im allgemeinen Gase die in Verbindung mit Wasser eine Säure bilden. Diese Gase sind meist stark ätzend, korrosiv und giftig bis hochgiftig. Derartige Gase können natürlichen Ursprungs sein, aber auch in chemischen Prozessen als erwünschte und unerwünschte Reaktionsgase entstehen. Mit unserer AQUATRACE®-Geräteserie können wir in nahezu allen Gasen die Restfeuchte bestimmen (außer NH3).

Schwingquarzsensoren - QCM

Schwingquarzsensoren - QCM

Hier wir ein Schwingquarz mit einem Polymer beschichtet, welches feuchteempfindlich ist. An dieser Schicht lagert sich Feuchte an. Durch die veränderte Masse ändert sich die Resonanzfrequenz des Quarzes. Diese geringen Änderungen können mit hohem Aufwand registriert werden. Dies funktioniert sogar bis in den ppb-Bereich. Um das zu erreichen, muss die Temperatur sehr genau geregelt werden, da die Grundfrequenz durch die Temperatur maßgeblich beeinflusst wird. Es gibt natürlich maßgebliche Querempfindlichkeiten zu allen Verschmutzungen, die sich auf der Polymerschicht ablagern können. Eine hohe Reinheit des Mediums muss also vorausgesetzt werden.

Spurenfeuchte

Spurenfeuchte

Geringe Mengen an Feuchte ( <1% ) werden als Spurenfeuchte, Restfeuchte bzw. Feuchtespuren bezeichnet, welche in ppmV (Teile pro Millionen), ppbV (Teile pro Milliarden) oder pptV (Teile pro Billion) angeben werden.

Abb.: Spurenfeuchte Analysator AQUATRACE® IV Portables Gerät

Taupunkttemperatur

Taupunkttemperatur

Für Luft z.B. beschreibt der Taupunkt bzw. die Taupunkttemperatur einen Temperaturpunkt, der bei einer bestimmten relativen Luftfeuchtigkeit und konstantem Druck unterschritten werden muss, damit das im Gas enthaltene Wasser kondensiert. An eben diesem Punkt beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100%, d.h. die Luft ist mit Wasserdampf gesättigt. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen, der Taupunkt liegt also höher. In kalter Luft verhält es sich umgekehrt. Das merken wir in den warmen Sommer- und umgekehrt in den kalten Wintermonaten.

Taupunktspiegelhygrometer

Taupunktspiegelhygrometer

Die Messmethode beruht auf einem Spiegel, welcher langsam und kontrolliert abgekühlt wird, bis auf diesem Kondensat nachgewiesen werden kann. Der Wasserdampfpartialdruck am Taupunkt des strömenden Gases ist durch den Wert auf der Dampfdruckkurve gegeben. Das Messverfahren ist sehr aufwendig und zeitintensiv. Eine sorgfältige Messung setzt voraus, dass Gleichgewichtsbedingungen erreicht werden. Das kann nur dadurch erreicht werden, dass der Taupunkt approximativ mit dem Temperaturregime angefahren und mehrfach wiederholt wird. Mit entsprechendem Aufwand ist eine Genauigkeit von +/-0,1°C erzielbar. Ein wesentlicher Vorteil zu allen anderen Messmethoden, welche hier vorgestellt worden sind ist der, dass es einen direkten Bezug zu thermodynamischen Daten gibt und diese Messmethode als Referenzmessmethode verwendet werden kann. Nachteile der Methode sind ganz klar der Zeitaufwand, sowie die Größe der Messapparatur und der Anschaffungspreis. Wir nutzen den Taupunktspiegel als Prüfwerkzeug für unsere AQUATRACE® P2O5-Sensoren.

Abb.: Taupunktspiegelhygrometer AMS CMH-RPC

Verpackungsgase

Verpackungsgase

Verpackungsgase werden in der Lebensmittelproduktion zur Verhinderung von Fäulnisprozessen von verpackten Lebensmitteln eingesetzt. Hier kommt hauptsächlich Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid zum Einsatz.

 

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