Fehler und schlechte Praktiken können dazu führen, dass Feuchtemessungen von den Erwartungen abweichen. Eine gute Probenahmetechnik ist entscheidend für genaue und zuverlässige Ergebnisse. Beim Entwurf eines Feuchteprobenahmesystems sollten Sie diese Elemente berücksichtigen:
- Materialdurchlässigkeit
- Adsorption und Desorption
- Probenschlauchlänge
- Totvolumen und eingeschlossene Feuchtigkeit
- Probenaufbereitung
- Kondensation und Lecks
- Probenschläuche und Länge
- Flussraten
Jeder dieser Punkte wird im Folgenden ausführlich behandelt.
Materialdurchlässigkeit und Feuchtigkeit
Alle Materialien sind durchlässig für Wasserdampf, da Wassermoleküle im Vergleich zur Struktur von Festkörpern extrem klein sind, selbst im Vergleich zur kristallinen Struktur von Metallen. Das folgende Diagramm zeigt den Taupunkt im Inneren von Rohren aus verschiedenen Materialien, wenn sie mit sehr trockenem Gas gespült werden, wobei sich die Außenseite des Rohrs in der Umgebung befindet.
Viele Materialien enthalten Feuchtigkeit als Teil ihrer Struktur, insbesondere organische Materialien (natürlich oder synthetisch), Salze (oder alles, was sie enthält) und alles, was kleine Poren hat. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass die verwendeten Materialien für die Anwendung geeignet sind.
>Ist der Wasserdampfpartialdruck an der Außenseite einer Druckluftleitung höher als an der Innenseite, drückt der atmosphärische Wasserdampf auf natürliche Weise durch das poröse Medium und lässt Wasser in die Druckluftleitung wandern. Dieser Effekt wird als Transpiration bezeichnet.
Adsorption und Desorption
Adsorption ist die Anhaftung von Atomen, Ionen oder Molekülen aus einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem gelösten Feststoff an der Oberfläche eines Materials, wodurch ein Film entsteht. Die Adsorptionsrate ist bei höheren Drücken und niedrigeren Temperaturen erhöht.
Desorption ist die Abgabe eines Stoffes von oder durch die Oberfläche eines Materials. Bei konstanten Umgebungsbedingungen verbleibt eine adsorbierte Substanz nahezu unbegrenzt auf einer Oberfläche. Mit steigender Temperatur steigt jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass eine Desorption stattfindet.
Praktisch gesehen werden bei schwankenden Umgebungstemperaturen Wassermoleküle von den inneren Oberflächen der Probenschläuche adsorbiert und desorbiert, was zu kleinen Schwankungen des gemessenen Taupunktes führt.
Probenschlauchlänge
Die Probenahmestelle sollte immer so nah wie möglich am kritischen Messpunkt liegen, um eine wirklich repräsentative Messung zu erhalten. Die Länge der Probenleitung zum Sensor oder Gerät sollte so kurz wie möglich sein. Verbindungsstellen und Ventile fangen Feuchtigkeit ein, so dass die Verwendung einer möglichst einfachen Probenahmeanordnung die Zeit verkürzt, die das Probensystem zum Austrocknen benötigt, wenn es mit trockenem Gas gespült wird.
Bei einer langen Leitungsführung wandert unweigerlich Wasser in jede Leitung ein, und die Auswirkungen von Adsorption und Desorption werden deutlicher. Aus dem oben gezeigten Diagramm wird deutlich, dass die besten Materialien, die der Transpiration widerstehen, Edelstahl und PTFE sind.
Totvolumina und eingeschlossene Feuchtigkeit
Tote Volumina (Bereiche, die sich nicht in einem direkten Strömungsweg befinden) in Probenleitungen halten Wassermoleküle fest, die langsam an das durchströmende Gas abgegeben werden; dies führt zu verlängerten Spül- und Ansprechzeiten und feuchteren Messwerten als erwartet. Hygroskopische Materialien in Filtern, Ventilen (z. B. Gummi von Druckreglern) oder anderen Teilen des Systems können ebenfalls Feuchtigkeit einschließen.
Probenkonditionierung
Die Probenkonditionierung ist oft notwendig, um zu vermeiden, dass empfindliche Messkomponenten Flüssigkeiten und anderen Verunreinigungen ausgesetzt werden, die je nach Messtechnik Schäden verursachen oder die Genauigkeit mit der Zeit beeinträchtigen können.
Partikelfilter werden zur Entfernung von Schmutz, Rost, Zunder und anderen Feststoffen eingesetzt, die sich im Probenstrom befinden können. Zum Schutz vor Flüssigkeiten sollte ein Koaleszenzfilter verwendet werden.
Der Membranfilter ist eine teurere, aber hocheffektive Alternative zu einem Koaleszenzfilter. Er bietet Schutz vor Flüssigkeitströpfchen und kann sogar den Durchfluss zum Analysator komplett stoppen, wenn ein großer Flüssigkeitsrest auftritt.
Kondensation und Leckagen
Um Kondensation zu vermeiden, ist es wichtig, die Temperatur der Rohrleitungen des Probensystems über dem Taupunkt der Probe zu halten. Jegliche Kondensation macht den Probenahmeprozess ungültig, da sie den Wasserdampfgehalt des gemessenen Gases verändert. Kondensierte Flüssigkeit kann die Feuchte an anderer Stelle verändern, indem sie abtropft oder zu anderen Stellen läuft, wo sie wieder verdampfen kann.
Die Unversehrtheit aller Anschlüsse ist ebenfalls ein wichtiger Gesichtspunkt, insbesondere bei der Probenahme von niedrigen Taupunkten bei erhöhtem Druck. Wenn ein kleines Leck in einer Hochdruckleitung auftritt, entweicht zwar Gas, aber durch Wirbel an der Leckstelle und eine negative Dampfdruckdifferenz kann auch Wasserdampf in die Strömung gelangen.
Durchflussraten
Theoretisch hat die Durchflussrate keinen direkten Einfluss auf den gemessenen Feuchtegehalt, aber in der Praxis kann sie unvorhergesehene Auswirkungen auf die Ansprechgeschwindigkeit und Genauigkeit haben. Die optimale Durchflussrate variiert je nach Messtechnik und ist immer im Handbuch des Gerätes oder Sensors zu finden.
Eine unzureichende Durchflussrate kann:
- Adsorptions- und Desorptionseffekte des Gases, das durch das Entnahmesystem strömt, akzentuieren.
- In einem komplexen Probenahmesystem können Taschen mit feuchtem Gas ungestört bleiben, die dann allmählich in den Probenstrom abgegeben werden.
- Erhöhen Sie die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination durch Rückdiffusion: Umgebungsluft, die feuchter ist als die Probe, kann aus dem Auslass zurück in das System strömen. Ein längeres Abgasrohr (manchmal auch Pigtail genannt) kann dieses Problem ebenfalls lindern.
- Verlangsamen Sie die Reaktion des Sensors auf Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts.
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