Funktionsprinzip des Taupunktmessers
1. Taupunktmessgerät mit Kaltspiegel
Gase mit unterschiedlichem Wassergehalt treten bei unterschiedlichen Temperaturen an die Oberfläche. Der Taupunkt wird direkt mittels fotoelektrischer Detektion angezeigt, die die Tauschicht erkennt und die Temperatur bei deren Freilegung misst. Zur Kühlung des Spiegels stehen folgende Methoden zur Verfügung: Halbleiterkühlung, Flüssigstickstoffkühlung und Hochdruckluftkühlung. Das Taupunkt-Hygrometer mit Kühlspiegel ermöglicht eine direkte Messung. Es kann als Standard-Taupunkt-Hygrometer eingesetzt werden, sofern eine genaue Taupunktbestimmung, eine hohe Effizienz der Spiegelkühlung und eine präzise Messung der Taupunkttemperatur gewährleistet sind.
2. Elektrisches Taupunktmessgerät mit Sensor
Als Medium zur Erzeugung einer Kapazität oder eines Widerstands wird ein hydrophiles oder hydrophobes Material verwendet. Die Dielektrizitätskonstante bzw. die Leitfähigkeit des wasserhaltigen Gases ändert sich nach dessen Durchleitung entsprechend. Der zu diesem Zeitpunkt gemessene Kapazitäts- bzw. Widerstandswert ermöglicht die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts des Gases. Ein solcher Sensor, der in ein Taupunktmessgerät integriert ist, bildet einen elektrischen Taupunktanalysator .
3. Elektrisches Taupunktmessgerät
Der elektrochemische Mikrofeuchteanalysator, basierend auf einem System zur Messung des absoluten Feuchtegehalts, nutzt die Ladungsansammlung an der Elektrode durch Zersetzung in polare Moleküle nach Absorption von Phosphorpentoxid und anderen Substanzen. Derzeit liegt die weltweit höchste Präzision bei ±1,0 °C (Taupunkttemperatur), die gängigste bei ±3 °C. Das Verfahren erfordert hochreine Gase und kann auch korrosive Gase messen. Ein deutsches Unternehmen hat es bereits erfolgreich eingesetzt, die Anwendung in Deutschland ist jedoch noch gering.
4. Kristalloszillations-Taupunktmessgerät
Die Schwingungsfrequenz des Kristalls nach der Benetzung lässt sich verändern. Ein Schwingungs-Taupunktmessgerät kann entwickelt werden. Es handelt sich um eine relativ neue Technologie, die sich noch in der Entwicklungsphase befindet. Im Ausland existieren zwar ähnliche Produkte, diese weisen jedoch eine geringe Präzision und hohe Kosten auf. Beispiele hierfür sind CI-PC36 und GEN-25 der Firma Chang'ai.
5. Infrarot-Taupunkt
Das Infrarot-Taupunktmessgerät basiert auf der Absorption von Feuchtigkeit in Gasen im Infrarotspektrum. Derzeit ist die Messung niedriger Taupunkte mit diesem Gerät schwierig, hauptsächlich weil die maximale Nachweisgrenze des Infrarotdetektors nicht für die Absorption von Mikro-Wasser reicht und andere Gaskomponenten die Absorption im Infrarotspektrum stören. Dennoch handelt es sich um eine neue Technologie von großer Bedeutung für die berührungslose Online-Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts von Umgebungsgasen.
6. Taupunktmessgerät mit Halbleitersensor
Jedes Wassermolekül besitzt eine natürliche Schwingungsfrequenz. Dringt es in die Hohlräume des Halbleitergitters ein, erzeugt es eine Resonanz mit dem Gitter, das einer Ladungsanregung ausgesetzt ist. Die Resonanzfrequenz ist proportional zur Stoffmenge des Wassers. Durch die Resonanz des Wassermoleküls werden freie Elektronen aus dem Halbleiterübergang freigesetzt, wodurch die Leitfähigkeit des Gitters erhöht und die Impedanz verringert wird. Der Feuchtigkeitsgehalt bei einem Taupunkt von -100 °C kann mit einem Halbleiter-Taupunktmessgerät gemessen werden, das diese Eigenschaft nutzt.
Umfassende Bewertung des technologischen Fortschritts
Mit der Entwicklung moderner Wissenschaft und Technik wurden photoelektrische Technologien, neue Materialtechnologien, Infrarottechnologien, Mikrowellentechnologien, mikroelektronische Technologien, optische Fasertechnologien, akustische Wellentechnologien und sogar Nanotechnologien zur Messung der Feuchtigkeit in Gasen eingesetzt, wodurch das alte Gebiet der Feuchtigkeitsmessung wieder an Bedeutung gewinnt.
Die Messung von Spurenfeuchte in Gasen ist eine anspruchsvolle Technik. Bislang gibt es weltweit keine ausgereiften und perfekten technischen Verfahren, um die Mikrofeuchtemessung unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu lösen. Selbst mit modernen Technologien lässt sich die Mikrofeuchtemessung nur in bestimmten Umgebungen und mit bestimmten technischen Mitteln bis zu einem gewissen Grad (bezüglich Messbereich und Genauigkeit) durchführen. Daher ist das Entwicklungspotenzial der Mikrofeuchtemesstechnik sehr groß, und Fachleute haben noch einen langen Weg vor sich.
