Elektrisch-akustischer Sensor für Binärgase und Gasfeuchte

Moderne Industrieprozesse erheben den Anspruch, ressourcenschonend zu arbeiten. Dies betrifft einerseits einen sparsamen Rohstoffeinsatz und anderseits einen möglichst geringen Energiebedarf. Um die vorgegebenen Ziele zu erreichen, sind die Prozesse möglichst exakt auf einem definierten Arbeitspunkt zu führen. Dabei kommt zwangsläufig Regelungstechnik zum Einsatz, die eine geeignete Sensorik benötigt. Industrielle Trocknungsprozesse sind sehr energieaufwendig und haben vielfach noch Optimierungspotential. Häufig sind jedoch keine Sensoren verfügbar, die kontinuierlich Messwerte unter den meist widrigen Bedingungen liefern. Die kontinuierliche und langzeitstabile Messung von Hochfeuchte bei Temperaturen > 100 °C ist gegenwärtig nur mit wenigen Verfahren möglich. Somit werden immer noch viele Prozesse aufgrund von Erfahrungswerten und mit energetischem Überschuss betrieben. Der hier vorgestellte elektrisch-akustische Sensor nutzt als Messeffekt die isentrope Schallgeschwindigkeit des Messgases. Dieser Messeffekt unterliegt weder Alterung noch Drift durch Beladung mit Staub oder hochmolekularen Fremdstoffen. Mit Hilfe eines mit Messgas gefüllten Hohlraumresonators wird die Schallgeschwindigkeit bestimmt und aus dieser mit der bekannten Messgastemperatur das Mischungsverhältnis berechnet. Der elektrisch-akustische Binärgassensor ist multivalent einsetzbar. In einer ausgiebigen Fehlerbetrachtung werden mögliche Einsatzbereiche jenseits der Gasfeuchtemessung betrachtet und deren Grenzen aufgezeigt. Das hier vorgestellte Messverfahren ist nicht gasselektiv, weshalb das Gasgemisch qualitativ bekannt sein muss. Die frei programmierbare Sensorelektronik kann problemlos auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Der modulare Aufbau von Primärsensor und Sensorelektronik ermöglicht vielfältige Varianten für spezielle Anwendungsfälle. Mit der hier vorliegenden Arbeit wird erstmals ein Binärgassensor vorgestellt, der in stehenden Medien unter widrigsten Bedingungen und bei erhöhten Temperaturen langzeitstabil einsetzbar ist. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig, jedoch ist der Haupteinsatzbereich die industrielle Trocknung mit hoher Staubeladung.