WO2001011347A2 - Feuchtigkeitssensor - Google Patents
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- G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
Definitions
- the invention relates to a device and a method for determining the amount of at least one portion of a vaporous substance present in a given gas atmosphere, in particular the air humidity.
- Dew point hygrometer, psychrometer, absorption hygrometer and hair hygrometer are known, the basic functioning of which is shown, for example, in Kohlrausch, Textbook of Practical Physics, 12th edition 1914, p. 188 ff.
- the following features are provided in the device according to the invention: a semiconductor sensor with a capacitively sensitive surface that can be exposed to the gas atmosphere, an actuatable cooling device for cooling the semiconductor sensor, a cooling temperature sensor for determining the instantaneous temperature of the semiconductor sensor and in particular the temperature of the capacitively sensitive surface of the semiconductor sensor, a processing device which is connected to the semiconductor sensor, to the cooling device and to the cooling temperature sensor and is designed in this way, that the capacity of surface areas of the capacitively sensitive surface can be determined selectively, a temperature sensor connected to the processing device for determining the temperature of the gas atmosphere, - an output device connected to the processing device for outputting information determined by the processing device.
- Humidity in particular and the determination of the proportion of a vaporous substance in a given gas atmosphere are generally particularly easy to carry out.
- the method according to the invention provides for the semiconductor sensor with its capacitively sensitive
- Vapor voltage curve gives the highest possible vapor pressure, the saturation pressure P s .
- the saturation pressure p s can be found as a function of the temperature and the total pressure of a saturated steam table or a state variable table for saturated humid air.
- the steam is contained as saturated steam, in the unsaturated mixture as superheated steam.
- the temperature T s at which the saturation state occurs is determined according to the invention after cooling the gas atmosphere - or a part thereof. From a steam table one takes on this temperature s T is the absolute saturation humidity x s. Then you determine the absolute humidity x s , u for the initial temperature or
- the relative humidity ⁇ can be calculated from the degree of saturation ⁇ in accordance with the relationship given above, which in particular corrects the effect that the air in the vicinity of the cooled semiconductor sensor has compressed.
- the saturation vapor pressure p s from the vapor pressure table is required for this purpose, namely at the temperature T u of the gas atmosphere.
- a fan for moving the gas atmosphere can be provided in the region of the capacitively sensitive surface of the semiconductor sensor, which fan can be controlled in particular by the processing device.
- a fan it is possible to produce a stationary state in the area of the semiconductor sensor, in which the amount of heat that is supplied to the semiconductor sensor by the gas atmosphere is equal to the amount of heat that flows away from it due to the evaporation of the liquid condensed on the semiconductor sensor. It is precisely in such a quasi-steady state that a precise phenomenological observation can be made to calculate the proportion of a vaporous substance in the gas atmosphere.
- the processing device is designed such that the cooling device can be used to carry out cyclical cooling processes of the capacitively sensitive semiconductor sensor, with the method according to the invention, the repeated checking during cooling whether the capacitance changes at least on one surface area of the capacitively sensitive surface has to be carried out repeatedly in a loop. This results in repeated cooling and heating of the
- Such a loop-like repetition of cooling and warming-up processes of the semiconductor sensor can not only be used for continuously checking the gas atmosphere for changes in the proportion of the vaporous substance. Rather, iterations that get narrower can also be carried out, preferably around the last instantaneous temperature of the semiconductor sensor, if it has been found there that liquid has condensed out on the semiconductor sensor.
- the temperature range running through when cooling the semiconductor sensor is smaller than in the previous repetition.
- the device according to the invention also has a pressure sensor connected to the processing device for determining the total pressure of the gas atmosphere, which is used in the method according to the invention for more precise determination of the proportion of the vaporous substance in the gas atmosphere.
- the dielectric constant is present in the area of the surface area in question
- the dielectric constant of the substance can also be used to determine which substance or which mixture of substances has condensed on the semiconductor sensor.
- the proportions of several vaporous substances in a given gas atmosphere can advantageously be determined with a single measurement.
- the dielectric ratio of the condensed mixture of substances can be used to determine the proportions in which the substances are present. This also allows conclusions to be drawn about the proportions of the vaporous substances in the gas atmosphere if the corresponding state variables are available.
- a Peltier element is advantageously used to cool the semiconductor sensor, via which the air is cooled until liquid is deposited on the semiconductor sensor.
- the atmospheric humidity can be calculated from the air pressure and the temperature of the air.
- Figure 1 shows a perspective view of a semiconductor sensor according to the invention
- Figure 2 shows a schematic block diagram of a device according to the invention with the
- FIG. 1 shows a sensor 1 for use in a device according to the invention for determining the amount of a portion of a vaporous substance present in a given gas atmosphere.
- the sensor 1 is divided into a semiconductor sensor 2 with a substantially cuboidal outline, which has a capacitively sensitive surface 3 on its upper side.
- a large number of connecting lines 4 are provided on one end face of the semiconductor sensor 2, via which surface areas of the capacitively sensitive surface 3 (not shown in this view) can be scanned for their capacitances.
- the semiconductor sensor 2 is arranged on a Peltier element 5 and connected to it in a heat-conducting manner.
- the Peltier element 5 can be supplied with energy via connecting lines 6. When the Peltier element 5 is supplied with energy, it cools down, the semiconductor sensor 2 also being cooled.
- a cooling temperature sensor 7 is provided in the area of the semiconductor sensor 2 and the Peltier element 5, the signal of which can be tapped at a cooling temperature sensor connecting line 8. The instantaneous temperature of the semiconductor sensor 2 can be determined using the cooling temperature sensor 7.
- Figure 2 shows a schematic block diagram of the device according to the invention, which can be used in particular for determining the air humidity.
- the sensor 1 is part of the device according to the invention.
- the device according to the invention has a processing device 9 to which one
- Output device 10 a temperature sensor 11 for determining the temperature, the gas atmosphere (not shown in this view), a pressure sensor 12 for determining the total pressure p of the gas atmosphere and a fan 13 for circulating the gas atmosphere in the area of the sensor 1 are connected.
- the device according to the invention can be used as follows.
- the sensor 1 is introduced into the gas atmosphere in such a way that the capacitively sensitive surface 3 comes into contact with the gas atmosphere. Then the
- Processing device 9 the fan 13 in motion, which circulates the gas atmosphere in the region of the semiconductor sensor 2.
- the Peltier element 5 is supplied with energy via the connecting line 6, so that the semiconductor sensor 2 cools down. It is continuously scanned via the connecting lines 4 whether liquid condenses out at least at one point on the capacitively sensitive surface 3, the instantaneous temperature of the semiconductor sensor 2 being determined simultaneously by the cooling temperature sensor 7.
- a saturation temperature T s is reached, liquid 14 condenses on the capacitively sensitive surface 3, as can best be seen in FIG. 1.
- the temperature T s is determined by the cooling temperature sensor 7 and the temperature T SrU of the gas atmosphere.
- the result of the air humidity determined in this way is output via the output device 10.
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Abstract
Ein Halbleitersensor (2) mit einer kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3) ist im Bereich einer Gasatmosphäre vorgesehen. Der Halbleitersensor (2) ist durch eine Kühlvorrichtung (5) abkühlbar. Mit einem Kühltemperatursensor (7) wird die momentane Temperatur des Halbleitersensors (2) beim Auskondensieren von Flüssigkeit (14) auf der kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3) bestimmt. Damit und mit der Temperatur der Gasatmosphäre wird anschliessend die Luftfeuchte der Gasatmosphäre bestimmt.
Description
Beschreibung
Feuchtigkeitssensor
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Menge wenigstens eines in einer vorgegebenen Gasatmosphäre vorhandenen Anteils eines dampfförmigen Stoffs, insbesondere der Luftfeuchtigkeit.
Im Stand der Technik sind seit langem zur Bestimmung der
Luftfeuchtigkeit Taupunkthygrometer, Psychrometer, Absorptionshygrometer und Haarhygrometer bekannt, deren grundlegende Funktionsweise beispielsweise in Kohlrausch, Lehrbuch der praktischen Physik, 12. Auflage 1914, S. 188 ff., dargestellt ist.
Die im Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit erfordern einen hohen apparativen Aufwand und liefern ungenaue Ergebnisse.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach zu bedienende Vorrichtung und ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit sowie zur Bestimmung wenigstens eines in einer vorgegebenen Gasatmosphäre vorhandenen Anteils eines dampfförmigen Stoffs bereitzustellen, die eine einfache und genaue Auswertung erlauben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die folgenden Merkmale vorgesehen: - ein Halbleitersensor mit einer der Gasatmosphäre aussetzbaren, kapazitiv empfindlichen Oberfläche,
eine betätigbare Kühlvorrichtung zur Kühlung des Halbleitersensors, einen Kühltemperatursensor zur Bestimmung der momentanen Temperatur des Halbleitersensors und insbesondere der Temperatur der kapazitiv empfindlichen Oberfläche des Halbleitersensors, eine mit dem Halbleitersensor, mit der Kühlvorrichtung und mit dem Kühltemperatursensor in Verbindung stehende Verarbeitungseinrichtung, die so ausgebildet ist, daß die Kapazität von Oberflächenbereichen der kapazitiv empfindlichen Oberfläche selektiv bestimmbar ist, ein mit der Verarbeitungsvorrichtung verbundener Temperatursensors zu Bestimmung der Temperatur der Gasatmosphäre, - eine mit der Verarbeitungsvorrichtung verbundene Ausgabevorrichtung zur Ausgabe von durch die Verarbeitungsvorrichtung bestimmten Informationen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dabei das erfindungsgemäße Verfahren, nämlich das Bestirinen der
Luftfeuchtigkeit im Speziellen und das Bestimr.en des Anteils eines dampfförmigen Stoffs in einer vorgegebenen Gasatmosphäre im Allgemeinen besonders einfach durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, den Halbleitersensor mit seiner kapazitiv empfindlichen
Oberfläche der Gasatmosphäre auszusetzen. Anschließend wird die Kühlvorrichtung bestätigt, so daß der Halbleitersensor und insbesondere die kapazitiv empfindliche Oberfläche des Halbleitersensors gekühlt wird. Während des Abkühlens wird dabei ständig und wiederholt überprüft, ob sich wenigstens an einem Oberflächenbereich der kapazitiv empfindlichen Oberfläche die gemessene Kapazität verändert hat. Eine solche Veränderung der Kapazität würde darauf hindeuten, daß beim Abkühlen Flüssigkeit auf der kapazitiv empfindlichen Oberfläche auskondensiert ist. Beim Feststellen einer solchen Veränderung wird die momentane Temperatur des Halbleitersensors sowie die Temperatur der Gasatmosphäre
festgehalten und aus den gegebenen Meßgrößen der in der Gasatmosphäre vorhandene Anteil eines dampfförmigen Stoffs bestimmt .
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, jegliche Größe zu bestimmen, die angibt, welchen Anteil ein dampfförmiger Stoff in einer vorgegebenen Gasatmosphäre einnimmt. Im Zusammenhang mit Wasserdampf spricht man insbesondere von der relativen Feuchte φ, die sich als Verhältnis des im Gemisch vorliegenden Dampfteildruckes pD zu dem nach der
Dampfspannungskurve höchstmöglichen Dampfdruck, dem Stättigungsdruck Ps, ergibt. Der Sättigungsdruck ps ist in Abhängigkeit von der Temperatur und vom Gesamtdruck einer Sattdampftafel oder einer Zustandsgrößentafel für gesättigte feuchte Luft zu entnehmen. Ein Gas-Dampf-Gemisch ist gesättigt, wenn φ = 1 ist und ungesättigt, wenn φ < 1 ist. Im gesättigten Gemisch ist der Dampf darin als Sattdampf enthalten, im ungesättigten Gemisch als Heißdampf.
Für technische Rechnungen arbeitet man mit der absoluten
Feuchte x. Besteht das Gas-Dampf-Gemisch m aus der Dampfmasse IΓID und der Gasmasse IUG, SO ist x = mD / mG.
Schließlich ist als Größe für den Anteil eines dampfförmigen Stoffs in einer vorgegebenen Gasatmosphäre noch der
Sättigungsgrad ψ angebbar, nämlich als ψ = x / xs, als Quotient der absoluten Feuchte x des Gas-Dampf-Gemischs bei den vorgegebenen Bedingungen und der absoluten Feuchte xs der Gasatmosphäre im Sättigungszustand.
Der Zusammenhang zwischen der relativen Feuchte φ und dem Sättigungsgrad ψ ist durch die folgende Beziehung vorgegeben:
Umgebungstemperatur Tu der Gasatmosphäre. Danach ergibt sich der Sättigungsgrad ψ als Quotient der absoluten Feuchte xs bei der Kühltemperatur Ts und der absoluten Feuchte xs,u bei der Temperatur Tu der Gasatmosphäre zu ψ = xs / xs,u-
Schließlich kann man gemäß der obenstehend angegebenen Beziehung aus dem Sättigungsgrad ψ die relative Luftfeuchte φ berechnen, wodurch insbesondere der Effekt korrigiert wird, daß sich die Luft in der Nähe des gekühlten Halbleitersensors verdichtet hat. Hierzu wird der Sättigungsdampfdruck ps aus der Dampfdrucktafel benötigt, und zwar bei der Temperatur Tu der Gasatmosphäre.
In Weiterbildung der Erfindung kann im Bereich der kapazitiv empfindlichen Oberfläche des Halbleitersensors ein insbesondere durch die Verarbeitungsvorrichtung ansteuerbarer Ventilator zur Bewegung der Gasatmosphäre vorgesehen sein. Mit einem solchen Ventilator ist es möglich, einen stationären Zustand im Bereich des Halbleitersensors herzustellen, bei dem die Wärmemenge, die durch die Gasatmosphäre dem Halbleitersensor zugeführt wird, gleich derjenigen Wärmemenge ist, die durch die Verdunstung der auf dem Halbleitersensor kondensierten Flüssigkeit von ihm abfließt. Gerade in einem solchen quasi- stationären Zustand kann eine genaue phänomenologische Betrachtung zur Berechnung des Anteils eines dampfförmigen Stoffs in der Gasatmosphäre erfolgen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Verarbeitungsvorrichtung so ausgebildet, daß die Kühlvorrichtung zur Ausführung von zyklischen Kühlvorgängen des kapazitiv empfindlichen Halbleitersensors veranlaßbar ist, wobei bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das wiederholte Überprüfen während des Kühlens, ob sich wenigstens an einem Oberflächenbereich der kapazitiv empfindlichen Oberfläche die Kapazität verändert hat, schleifenartig wiederholt durchgeführt wird. Dadurch ergibt sich ein wiederholtes Abkühlen und Erwärmen des
Halbleitersensors, wobei in jedem Durchgang die momentane Temperatur Ts des Halbleitersensors sowie die Temperatur Tu der Gasatmosphäre festgehalten wird, wenn Flüssigkeit auf dem Halbleitersensor auskondensiert. Dann wird schleifenartig hintereinander bestimmt, wie groß der Anteil des dampfförmigen Stoffs in der gasförmigen Atmosphäre ist.
Ein solches schleifenartiges Wiederholen von Abkühl- und Aufwärmvorgängen des Halbleitersensors kann nicht nur zum fortlaufenden Überprüfen der Gasatmosphäre auf Veränderungen des Anteils des dampfförmigen Stoffs benutzt werden. Vielmehr können auch enger werdende Iterationen vorzugsweise um die letzte momentane Temperatur des Halbleitersensors durchgeführt werden, wenn dort festgestellt wurde, daß Flüssigkeit auf dem Halbleitersensor auskondensiert ist.
Dabei ist bei wenigstens einer Wiederholung der betreffenden Schritte des Verfahrens der durchlaufende Temperaturbereich beim Kühlen des Halbleitersensors kleiner als bei der vorhergehenden Wiederholung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist in einer Weiterbildung auch einen mit der Verarbeitungsvorrichtung verbundenen Drucksensor zur Bestimmung des Gesamtdrucks der Gasatmosphäre auf, der beim erfindungsgemäßen Verfahren zur genaueren Bestimmung des Anteils des dampfförmigen Stoffs an der Gasatmosphäre verwendet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beim Feststellen, daß sich wenigstens an einem Oberflächenbereich der kapazitiv empfindlichen Oberfläche des Halbleitersensors die Kapazität verändert hat, die Dielektrizitätszahl im Bereich des betreffenden Oberflächenbereichs vorhandenen
Substanz bestimmt. Dabei kann aus der Dielektrizitätszahl der Substanz auch bestimmt werden, welche Substanz bzw. welches Gemisch von Substanzen auf dem Halbleitersensor auskondensiert ist. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise mit einer einzigen Messung die Anteile von mehreren dampfförmigen Stoffen in einer vorgegebenen Gasatmosphäre bestimmen. Bei einem Gemisch von mehreren dampfförmigen Stoffen läßt sich nämlich aus der Dielektrizitätszahl des auskondensierten Gemisches der Substanzen feststellen, in welchen Mengenverhältnissen die Substanzen vorliegen. Damit lassen sich auch Rückschlüsse auf die Mengenverhältnisse der dampfförmigen Stoffe in der Gasatmosphäre schließen, wenn entsprechende Zustandsgrößentafein vorliegen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Kühlung des Halbleitersensors vorteilhafterweise ein Peltierelement verwendet, über das die Luft solange abgekühlt wird, bis sich Flüssigkeit auf dem Halbleitersensor abscheidet. Am Kondensationspunkt läßt sich aus dem Luftdruck und aus der Temperatur der Luft die Luftfeuchtigkeit errechnen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist von Vorteil, daß keine Verschleißteile vorhanden sind. Darüber hinaus kann die Verarbeitungsvorrichtung direkt auf dem Halbleitersensor ausgebildet werden, so daß eine direkte Ausgabe des entsprechenden Meßwerts möglich ist. Außerdem läßt sich der erfindungsgemäße Sensor kostengünstig herstellen. Durch das Verwenden eines Halbleitersensors, bei dem die Kapazität von Oberflächenbereichen der kapazitiv empfindlichen Oberfläche selektiv bestimmbar ist, kann dabei an jeglichem Ort auf dem Halbleitersensor, auf dem Wasser abgeschieden wird, das Erreichen des Kondensationεpunktes festgestellt werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Halbleitersensors und
Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem
Halbleitersensor Figur 1.
Figur 1 zeigt einen Meßfühler 1 zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Menge eines in einer vorgegebenen Gasatmosphäre vorhandenen Anteils eines dampfförmigen Stoffs. Der Meßfühler 1 gliedert sich in einen Halbleitersensor 2 mit im wesentlichen quaderförmigen Umriß, der auf seiner Oberseite eine kapazitiv empfindliche Oberfläche 3 aufweist. An einer Stirnseite des Halbleitersensors 2 sind eine Vielzahl von Anschlußleitungen 4 vorgesehen, über die in dieser Ansicht nicht dargestellte Oberflächenbereiche der kapazitiv empfindlichen Oberfläche 3 auf ihre Kapazitäten hin abtastbar sind.
Der Halbleitersensor 2 ist auf einem Peltierelement 5 angeordnet und wärmeleitend mit diesem verbunden. Das Peltierelement 5 kann über Anschlußleitungen 6 mit Energie versorgt werden. Bei einer Energieversorgung des Peltierelements 5 kühlt sich dieses ab, wobei der Halbleitersensor 2 mitgekühlt wird.
Weiterhin ist im Bereich des Halbleitersensors 2 und des Peltierelements 5 ein Kühltemperatursensor 7 vorgesehen, dessen Signal an einer Kühltemperatursensoranschlußleitung 8 abgegriffen werden kann. Mit dem Kühltemperatursensors 7 ist die momentane Temperatur des Halbleitersensors 2 bestimmbar.
Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die insbesondere zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit eingesetzt werden kann.
Wie man in Figur 2 besonders gut sieht, ist der Meßfühler 1 Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Verarbeitungsvorrichtung 9 auf, an die eine
Ausgabevorrichtung 10, ein Temperatursensor 11 zur Bestimmung der Temperatur, der in dieser Ansicht nicht gezeigten Gasatmosphäre, ein Drucksensor 12 zur Bestimmung des Gesamtdrucks p der Gasatmosphäre sowie ein Ventilator 13 zur Umwälzung der Gasatmosphäre im Bereich des Meßfühlers 1 angeschlossen sind.
Zur Bestimmung des Anteils eines dampfförmigen Stoffs in einer hier nicht gezeigten Gasatmosphäre kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie folgt vorgegangen werden.
Der Meßfühler 1 wird so in die Gasatmosphäre eingebracht, daß die kapazitiv empfindliche Oberfläche 3 mit der Gasatmosphäre in Kontakt tritt. Daraufhin setzt die
Verarbeitungsvorrichtung 9 den Ventilator 13 in Gang, der die Gasatmosphäre im Bereich des Halbleitersensors 2 umwälzt. Das Peltierelement 5 wird über die Anschlußleitung 6 mit Energie versorgt, so daß sich der Halbleitersensor 2 abkühlt. Dabei wird beständig über die Anschlußleitungen 4 abgetastet, ob an wenigstens einer Stelle der kapazitiv empfindlichen Oberfläche 3 Flüssigkeit auskondensiert, wobei gleichzeitig durch den Kühltemperatursensor 7 die momentane Temperatur des Halbleitersensors 2 bestimmt wird. Beim Erreichen einer Sättigungstemperatur Ts kondensiert Flüssigkeit 14 auf der kapazitiv empfindlichen Oberfläche 3 aus, wie am besten in Figur 1 zu sehen ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur Ts durch den Kühltemperatursensor 7 und die Temperatur TSrU der Gasatmosphäre bestimmt.
Zur Auswertung der gemessenen Daten wird zunächst die Dielektrizitätszahl der Flüssigkeit 14 bestimmt. Aus dieser
Auswertung ergibt sich, daß es sich bei der auskondensierten Flüssigkeit 14 um Wasser handelt. Es wird angenommen, daß die Temperatur Ts gleich 10°C ist, während die Temperatur TS U gleich 19°C ist. Der vom Drucksensor 12 gemessene Gesamtdruck p = 100 kPa. Aus einer Zustandsgrößentafel für gesättigte feuchte Luft ergibt sich dazu die absolute
Sättigungsfeuchtigkeit xs zu 7,727 g/kg, während die absolute Sättigungsfeuchte bei Umgebungstemperatur Ts,u gleich 13,966 g/kg ist.
Somit kann der Sättigungsgrad der Gasatmosphäre zu 7,727/13,966 = 55,32 % bestimmt werden. Unter der Kenntnis, daß bei Umgebungstemperatur Tu der Sättigungsdruck von Wasser gleich 2.195,7 Pa ist, ergibt sich eine korrigierte Luftfeuchtigkeit der Gasatmosphäre von ca. 60 % .
Das Ergebnis der so ermittelten Luftfeuchte wird über die Ausgabevorrichtung 10 ausgegeben.
Claims
1. Vorrichtung zur Bestimmung der Menge wenigstens eines in einer vorgegebenen Gasatmosphäre vorhandenen Anteils eines dampfförmigen Stoffs, die die folgenden Merkmale aufweist: einen Halbleitersensor (2) mit einer der Gasatmosphäre aussetzbaren, kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3), eine betätigbare Kühlvorrichtung (5) zur Kühlung des Halbleitersensors (2), einen Kühltemperatursensor (7) zur Bestimmung der momentanen Temperatur des Halbleitersensors (2) , eine mit dem Halbleitersensor (2) , mit der Kühlvorrichtung (5) und mit dem Kühltemperatursensor (7) in Verbindung stehende Verarbeitungseinrichtung (9) , die so ausgebildet ist, daß die Kapazität von Oberflächenbereichen der kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3) selektiv bestimmbar ist, ein mit der Verarbeitungsvorrichtung (9) verbundener Temperatursensor (11) zur Bestimmung der Temperatur der Gasatmosphäre, eine mit der Verarbeitungsvorrichtung (9) verbundene Ausgabevorrichtung (10) zur Ausgabe von durch die Verarbeitungsvorrichtung (9) bestimmten Informationen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3) des Halbleitersensors (2) ein insbesondere durch die Verarbeitungsvorrichtung (9) ansteuerbarer Ventilator (13) zur Bewegung der Gasatmosphäre vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsvorrichtung (9) so ausgebildet ist, daß die Kühlvorrichtung (5) zur Ausführung von zyklischen Kühlvorgängen des kapazitiv empfindlichen Halbleitersensors (2) veranlaßbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Verarbeitungsvorrichtung verbundener Drucksensor (12) zur Bestimmung des Gesamtdrucks der Gasatmosphäre vorgesehen ist.
5. Verfahren zur Bestimmung der Menge wenigstens eines in einer vorgegebenen Gasatmosphäre vorhandenen Anteils eines dampfförmigen Stoffs, das die folgenden Schritte aufweist :
Vorsehen einer Vorrichtung, die die folgenden Merkmale aufweist: einen Halbleitersensor (2) mit einer der Gasatmosphäre aussetzbaren, kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3), wobei die Kapazität von Oberflächenbereichen der kapazitiv empfindlichen Oberfläche (2) selektiv bestimmbar ist, eine betätigbare Kühlvorrichtung (5) zur Kühlung des Halbleitersensor (2) , einen Kühltemperatursensor (7) zur Bestimmung der momentanen Temperatur des Halbleitersensors (2), - ein Temperatursensor (11) zur Bestimmung der Temperatur der Gasatmosphäre, im Bereich der Gasatmosphäre derart, daß die kapazitiv empfindliche Oberfläche (3) der Gasatmosphäre ausgesetzt ist, - Kühlen des Halbleitersensors (2) durch Betätigen der Kühlvorrichtung (5) , wobei während des Kühlens wiederholt überprüft wird, ob sich wenigstens an einem Oberflächenbereich der kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3) die Kapazität verändert hat und wobei beim Feststellen einer solchen Veränderung die momentane Temperatur des Halbleitersensors (2) sowie die Temperatur der Gasatmosphäre festgehalten wird, wobei in diesem Fall ferner der in der Gasatmosphäre vorhandene Anteil eines dampfförmigen Stoffs bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Schritte:
Kühlen des kapazitiv empfindlichen Halbleitersensors (2) durch Betätigen der Kühlvorrichtung (5), wiederholtes Überprüfen während des Kühlens, ob sich wenigstens an einem Oberflächenbereich der kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3) die Kapazität verändert hat, wobei beim Feststellen einer solchen Veränderung die momentane Temperatur des Halbleitersensors (2) sowie die Temperatur der Gasatmosphäre festgehalten wird und wobei in diesem Fall ferner der in der
Gasatmosphäre vorhandene Anteil eines dampfförmigen Stoffs errechnet wird, schleifenartig wiederholt durchgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einer Wiederholung der betreffenden
Schritte des Verfahrens der durchlaufene
Temperaturbereich beim Kühlen des Halbleitersensors (2) kleiner als bei der vorhergehenden Wiederholung gewählt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Feststellen, daß sich wenigstens an einem
Oberflächenbereich der kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3) des Halbleitersensors (2) die Kapazität verändert hat, die Dielektrizitätszahl der im Bereich des betreffenden Oberflächenbereichs vorhandenen Substanz (14) bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Dielektrizitätszahl der im Bereich des betreffenden Oberflächenbereichs vorhandenen Substanz (14) bestimmt wird, welche Substanz (14) bzw. welches Gemisch von Substanzen vorliegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasatmosphäre im Bereich der kapazitiv empfindlichen Oberfläche (3) des Halbleitersensors (2) insbesondere durch einen Ventilator (13) in Bewegung gehalten wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens des Gesamtdrucks der
Gasatmosphäre mit wenigstens einem Drucksensor (12) vorgesehen ist.
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