DD264152A1 - SELF-CONTROLLING DEVICE FOR GAS HUMIDIFICATION - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstregelnde Vorrichtung zur Gasfeuchtebestimmung mittels rotierender, schneller Ionen und besteht aus einem Detektor in Form einer drehbaren mit einer axialen, evakuierten Bohrung (3), von der zwei durchgehende, schraege Bohrungen (4 a und 4 b) ausgehen, versehenen Achse (1), die aus elektrisch nichtleitendem Material besteht, deren Mantelflaeche (9) mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckt ist und ausserdem Detektionsspalte (10) aufweist. Die Achse (1) ist mit einem elektrisch nichtleitenden hohlen Rotationskoerper (2), dessen Radius groesser ist als der Radius der Achse (1), gasdicht so verbunden, dass die schraegen Bohrungen (4 a und 4 b) der als Detektor wirkenden Achse (1) im evakuierten Hohlraum (7) des Rotationskoerpers (2) muenden. In den schraegen Bohrungen (4 a und 4 b) sind bekannte Ionisationseinrichtungen (6 a und 6 b) und elektrische Felder (8 a und 8 b) enthalten. Die erfindungsgemaesse Vorrichtung (11), Messgeraete (12), Computer (13) sowie eine Spannungsquelle (14 a) und ein Motor (14 b) bilden einen Regelkreis, um die Einhaltung einer Genauigkeits- und Aufloesungskonstanz zu gewaehrleisten. Somit lassen sich Gasfeuchten automatisch bestimmen und beispielsweise Trockner hinsichtlich ihres Energiebedarfes optimieren oder die Einhaltung optimaler Luftfeuchten fuer Produktionsprozesse kontrollieren. Fig. 1The invention relates to a self-regulating device for determining the gas moisture by means of rotating, fast ions and consists of a detector in the form of a rotatable with an axial, evacuated bore (3), from the two continuous, slanted bores (4 a and 4 b) go out, provided axis (1), which consists of electrically non-conductive material, whose lateral surface (9) is covered with an electrically conductive layer and also has detection gaps (10). The axis (1) is connected to an electrically nonconductive hollow body (2), whose radius is greater than the radius of the axis (1), gas-tight so connected that the Schraegen holes (4 a and 4 b) acting as a detector axis ( 1) in the evacuated cavity (7) of the rotary body (2). In the screw holes (4 a and 4 b) known ionization devices (6 a and 6 b) and electric fields (8 a and 8 b) are included. The inventive device (11), measuring devices (12), computer (13) and a voltage source (14 a) and a motor (14 b) form a control loop to ensure compliance with an accuracy and resolution constancy. Thus, gas humidities can be automatically determined and, for example, to optimize dryers with regard to their energy requirements or to control the maintenance of optimum humidities for production processes. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Feuchte von Gasen und Ablüften unterschiedlicher Zusammensetzung sowie von in den gasförmigen Zustand gebrachten Festkörpern mittels rotierender, schneller Ionen. Anwendungsgebiete der Erfindung sind demzufolge beispielsweise die Bestimmung der absoluten und/oder relativen Feuchte oder des x-Wertes von AbKiften von Trocknern, die in den unterschiedlichsten Industriszweigen Verwendung finden oder von technischen Gasen in der Chemieindustrie oder von Brenn· und Heizgasen oder von in den gasförmigen Zustand gebrachten Festkörpern aufgrund labormäßig betriebener Spurenanalyse und/oder durch automatische meteorologische Stationen.The invention relates to a device for determining the humidity of gases and Ablüften different composition and brought into the gaseous state solids by means of rotating, fast ions. Accordingly, fields of application of the invention are, for example, the determination of the absolute and / or relative humidity or the x-value of driers of driers used in a wide variety of industrial branches or of industrial gases in the chemical industry or of combustion and hot gases or of gaseous Condition brought solids due to laboratory-based track analysis and / or automatic meteorological stations.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß die absolute Gasfeuchte unter Ausnutzung der Schwingungsresonanz mechanischer Resonatoren ermittelt werden kann (DDP-PS WP 246624). Größere Temperaturänderungen während des Meßvorganges verursachen jedoch erhebliche Fehler.It is known that the absolute gas moisture can be determined by exploiting the vibration resonance of mechanical resonators (DDP-PS WP 246624). Larger temperature changes during the measurement process, however, cause significant errors.

Fluidisch-elektrische Sensoren zur Lösung des Problems reagieren sehr empfindlich auf gasverunreinigende ßeimengungen, wie z.B. organische Dämpfe und können daher nicht ohne Vorbehalt verwendet werden (DDR-Patentschrift WP G 01 N/29/02,Fluidic-electric sensors for solving the problem are very sensitive to gaseous contaminants such as e.g. organic vapors and therefore can not be used without reservation (DDR patent WP G 01 N / 29/02,

Die Ermittlung der Feuchte mittels Tauspiegelhygrometer bringt große Ungenauigkeiten mit sich, da die Spiegeloberflächa unter industriellen Meßbedingungen sehr schnell verschmutzt.The determination of the humidity by means of Tauspiegelhygrometer brings large inaccuracies with it, since the Spiegeloberflächa dirty very fast under industrial measuring conditions.

Die Feuchtebestimmung mittels Trocken- und Feuchttemperatur bei Trockentemperaturen über 5O⁰C ist mit großen Meßunsicherheiten behaftet, da die Aßmannkonstante nur bis etwa 50⁰C exakt bekannt ist und Feuchttemperaturen im genannten Temperaturbereich sehr schlecht gemessen werden können.The determination of moisture by means of dry and wet temperature at drying temperatures above 5O ⁰ C is subject to large uncertainties, since the Aßmannkonstante only to about 50 ⁰ C is known exactly and moist temperatures in the temperature range can be measured very poorly.

Bei Anwendung von schnellen Neutronen zur Feuchtebestimmunp von Gasen ist ein umfangreicher Strahlenschutz notwendig (DDR-Patentschrift WP 236598).Extensive radiation protection is necessary when using fast neutrons to determine the humidity of gases (DDR patent WP 236598).

Die Feuchtebestimmung unter Ausnutzung der Feuchteabhängigkeit der Linsenbrennweite ist auf den Bereich der Niedrigfeuchte beschränkt.Moisture determination utilizing the moisture dependence of the lens focal length is limited to the range of low humidity.

Die Feuchtebestimmiing unter Ausnutzung des inneren Photoeffektes ist störanfällig, da der Photoleiter schnell verschmutzt (DDR-Patentr,chrift WP 248661).The determination of moisture by taking advantage of the internal photoelectric effect is susceptible to interference, since the photoconductor quickly becomes contaminated (DDR patent, chrift WP 248661).

Wird die Feuchte durch optische Wellenlängenmessung von Ultraschallwellen ermittelt, so können durch Gasverunreinigungen Meßfehler entstehen (DDR-Patentschrift WP 246624).If the humidity is determined by optical wavelength measurement of ultrasonic waves, then gas errors can lead to measurement errors (DDR patent WP 246624).

Massenspektrometrische Feuchtebestimmung mittels einer aus Zylinderkondensatoren aufgebauten Vorrichtung erfordern die Einhaltung definierter Gasdrücke. Dies stößt auf nicht unerhebliche Schwierigkeiten (DDR-Patentschrift WP 242966).Mass spectrometric moisture determination by means of a built-up of cylindrical capacitors device require compliance with defined gas pressures. This encounters not insignificant difficulties (DDR patent WP 242966).

Massenspektrometrische Feuchtebestimmung mittels sehr schnell rotierender Detektoren (100 U/s) erfordern umfangreiche sicherheitstechnische Maßnahmen sowie die Verwendung von Turbomolekularpumpe, die ausschließlich im NSW hergestellt werden.Mass spectrometric moisture determination by means of very fast rotating detectors (100 U / s) requires extensive safety measures as well as the use of turbomolecular pumps, which are manufactured exclusively in the NSW.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, mittels einer Vorrichtung die Feuchte von gasförmigen Stoffen und Ablüften unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung zu bestimmen.It is the object of the invention to determine by means of a device, the humidity of gaseous substances and exhaust of different origin and composition.

-2- 264152 fe Darlegung des Wesens der Erfindung '._f -2- 264152 fe Explanation of the essence of the invention '. _f

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der absoluten und/oder relativen Feuchte von gasförmigen Stoffen unterschiedlicher Herkunft und/oder Ablüften von Trocknern mittels rotierender, schneller Ionen zu schaffen, wobei beispielsweise mit Hilfe dieser Feuchtewerte verschiedene Prozeßgrößen eines Trockners geregelt bzw. Aussagen hinsichtlich des Trockengehaltes technischer Gase oder kleinster Mengen in den gasförmigen Zustand gebrachten Festkörper aufgrund labormäßig betriebener Spurenanalyse oder der atmosphärischen Luft getroffen werden können.The invention has for its object to provide a device for measuring the absolute and / or relative humidity of gaseous substances of different origin and / or venting of dryers by means of rotating, faster ions, for example, with the help of these moisture values different process variables of a dryer regulated or Statements regarding the dry content of industrial gases or small amounts of solid state brought into the gaseous state can be made on the basis of laboratory-based trace analysis or atmospheric air.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die selbstregelnde Vorrichtung zur Gasfeuchtebestimmung mittels rotierender, schneller Ionen am Abluftkanal des Trockners bzw. am Zu- oder Ableitungsrohr eines Sammelbehälters für technische Gase bzw. unmittelbar am Ort der Erzeugung kleinster Mengen in den gasförmigen Zustand gebrachten Festkörper aufgrund labormäßig betriebener Spurenanalysn bzw. in einer automatischen meteorologischen Station angeordnet ist.According to the invention the object is achieved in that the self-regulating device for determining the gas moisture by means of rotating, faster ions at the exhaust duct of the dryer or at the inlet or outlet pipe of a sump for technical gases or directly at the place of production of the smallest amounts in the gaseous state brought solid Laboratory operated trace analysis or is arranged in an automatic meteorological station.

Diese besteht aus einem Detektor, der durch ein« drehbare, mit einer axialen Bohrung, von der zwei durchgehende Bohrungen ausgehen, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung geneigt sind, versehenen elektrisch nichtleitenden Achse mit einem Radius r dargestellt wird. Die Achse, deren Mantelfläche z.T. großflächig mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckt ist, ist mit einem elektrisch nichtleitenden, hohlen Rotationskörper, dessen Radius R größer ist als der Radius r der Achse, gasdicht so verbi nden, daß die beiden schrägen Bohrungen, die unter einem Winkel von 45" oder > 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung geneigt sind, der als Detektor fungierenden Achse im Hohlraum des Rotationskörpers münden. In den beiden sch ägen Bohrungen, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung geneigt sind, sind lonisationseinrichtungen in Form von z. B. Exoelektronen aussendenden Proben und bekannte elektrisch positiv oder negativ vorgespannte Gitter enthalten.This consists of a detector provided with a radius which is rotatable with an axial bore from which two through bores are inclined at an angle of 45 ° or 135 ° to the perpendicular axial bore r is displayed. The axis whose outer surface z.T. is covered over a large area with an electrically conductive layer is, with an electrically non-conductive, hollow body of revolution whose radius R is greater than the radius r of the axis, gas-tight so verbi NEN that the two oblique holes, at an angle of 45 "or> The two bore holes, which are inclined at an angle of 45 ° or 135 ° to the perpendicular axial bore, are ionization devices in the form of, for example, samples emitting exoelectrons and known electrically positive or negatively biased gratings.

Die Räume der axialen und schrägen Bohrungen sowie der Hohlraum des Rotationskörpers sind mittels einer geeigneten Vakuumpumpe evakuiert.The spaces of the axial and oblique holes and the cavity of the rotary body are evacuated by means of a suitable vacuum pump.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung kabe,mäßig verbunden nachgeordnet sind bekannte Meßgeräte, ein bekannter Computer und eine bekannte Spannungsquelle mit einem bekannten Motor.The inventive device kabe, moderately connected downstream are known measuring devices, a known computer and a known voltage source with a known motor.

Die zu untersuchende gasförmige Probe \ /ird in bekannter Weise in die axiale Bohrung der Achse eingeführt, von wo sie in dieThe gaseous sample to be examined is introduced in known manner into the axial bore of the axis, from where it enters the

beiden schrägen Bohrungen, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung geneigt >both inclined bores inclined at an angle of 45 ° or 135 ° to the vertical axial bore>

sind, gelangt. Da die Achse rotiart, werden die Gasatome bzw. die Gasmoleküle beschleunigt. jare, arrived. As the axis rotates, the gas atoms or the gas molecules are accelerated. j

Gleichzeitig werden sie ionisiert, z. B. durch die ionisierende Wirkung der Exoelektronen aussendenden Proben, und durch elektrische Felder, die zwischen den beiden elektrisch positiv oder negativ vorgespannten Gittern in den schrägen Bohrungen,At the same time they are ionized, z. B. by the ionizing effect of the exoelectrons emitting samples, and by electric fields between the two electrically positive or negative biased grids in the oblique holes,

die unter einem Winkel von 45° oder Ί35° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung geneigt sind, existieren, in Richtung ^: which are inclined at an angle of 45 ° or Ί35 ° to the perpendicular axial bore, exist in the direction of ^:

Mantelfläche beschleunigt, so daß üie Ionen die Achse verlassen und in den Hohlraum des Rotationskörpers gelangen, wobei auf Surface area accelerates, so that üie ions leave the axis and get into the cavity of the rotating body, where on

die Ionen im Raum zwischen den beiden elektrisch positiv oder negativ vorgespannten Gittern nur die elektrische Kraft wirkt, da ithe ions in the space between the two electrically positively or negatively biased gratings only the electric force acts because i

aufgrund der relativ geringen Teilchenmasse die Gravitationskraft vernachlässigt werden kann. :due to the relatively low particle mass, the gravitational force can be neglected. :

Die Trennung der H₂0-Moleküle vor. den anderen Molekülen bzw. Ionen der zu untersuchenden (jasförmigen Probe läßt sich wie !The separation of the H ₂ 0 molecules before. The other molecules or ions of the (jasförmigen sample to be examined can be like!

folgt erklären:explain follows:

Die rotierenden Teile der Vorrichtung drehen sich mit der Winkelgeschwindigkeit ω. '. The rotating parts of the device rotate at the angular velocity ω. '.

Solange sich die gasförmigen Atome und Moleküle in den schrägen Bohrungen befinden und keines der elektrisch positiv oder negativ vorgespannten Gitter, wohl aber die Exoelektronen aussendender. Proben erreicht haben, sind sie der Wirkung der Zentrifugal- und Coriolisbeschleunigung und der elektrischen Beschleunigung ausgesetzt.As long as the gaseous atoms and molecules are in the oblique holes and none of the electrically positive or negative biased lattice, but the exoelectrons emitting. Samples are exposed to the effect of centrifugal and Coriolis acceleration and electrical acceleration.

Gelangen die Ionen in den Raum zwischen den elektrisch positiv oder negativ vorgespannten Gittern, so bewegen sie sich gleichmäßig beschleunigt — analog dem Wurf oder Schuß lotrecht aufwärts auf der sich drehenden Erde — in Richtung Mantelfläche der Achse, so daß die positiven Ionen schließlich die Achse mit der Geschwindigkeit ν verlassen und in den Hohlraum des Rotationskörpers gelangen.If the ions enter the space between the electrically positively or negatively biased gratings, they move uniformly accelerated - in a similar way to the throw or shot vertically upwards on the rotating earth - toward the lateral surface of the axis, so that the positive ions finally reach the axis leave the velocity ν and enter the cavity of the body of revolution.

Wenn die Geschwindigkeit ν im Hohlraum des Rotationskörpers den Wert Null erreicht hat, wird die Bewegungsrichtung des H₂O-Moleküls bzw. des Ions umgekehrt, da der z.T. großflächig mit einor elektrisch leitenden Schicht bedeckte Teil der Mantelfläche auf MasseDotential liegt, und es fällt auf die Achse zurück.When the velocity ν in the cavity of the rotating body has reached zero, the direction of movement of the H ₂ O molecule or the ion is reversed, since the part of the lateral surface which is partially covered by an electrically conductive layer is at ground potential, and it is incident the axis back.

Diese Bewegung ist aber durch die in den schrägen Bohrungen, die unter einem Winkel von 46° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung geneigt sind, wirkenden Coriolis- und Zentrifugalbeschleunigungen gestört. Das hat zur Folge, daß die Ionen auf der Achse nicht im Durchstoßpunkt der gedachten Mittellinie der schrägen Bohrungen, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung geneigt sind, durch die Mantelfläche auftreffen, sondern um einen bestimmten Betrag y oberhalb oder unterhalb dieses Punktes, je nach Drehrichtung der Achse (in völliger Übereinstimmung mit der Nord-Süd-Abweichung beim Wurf lotrecht aufwärts auf der sich drehenden Erde). Die Abweichung y kann durch exakte Integration des entsprechenden Differentialgleichungssystems erhalten werden:However, this movement is disturbed by the acting in the oblique holes, which are inclined at an angle of 46 ° or 135 ° to the perpendicular axial bore acting Coriolis and centrifugal accelerations. This has the consequence that the ions do not impinge on the axis at the piercing point of the imaginary center line of the oblique bores, which are inclined at an angle of 45 ° or 135 ° to the perpendicular axial bore, through the lateral surface, but by a certain amount y above or below this point, depending on the direction of rotation of the axis (in complete agreement with the north-south deviation when throwing vertically upwards on the rotating earth). The deviation y can be obtained by exact integration of the corresponding differential equation system:

_ 2 V⁴Ci)² si η φ cos (pm^{3 v} _ 2 V ⁴ Ci) ² si η φ cos (pm ^{3 v}

Es bedeuten:It means:

m Masse des Ionsm mass of the ion

e_o elektrische Elementarladunge _o electrical elementary charge

E elektrische Feldstärke zwischen den elektrisch positiv oder negativ vorgespannten Gittern in den radialen Bohrungen ω WinkelgeschwindigkeitE electric field strength between the electrically positive or negative biased grids in the radial bores ω angular velocity

ν Geschwindigkeit, mit der die Ionen die schrägen Bohrungen, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrechtν speed at which the ions pass the oblique holes, which are at an angle of 45 ° or 135 ° to the perpendicular

verlaufende axiale Bohrung geneigt sind, verlassen φ Winkel, unter dom die Ionen die Achse gegen die Normale der Mantelfläche verlassenextending axial bore inclined leave φ angle, under which the ions leave the axis against the normal of the lateral surface

Di 3 Abweichung ist somit eine Funktion der lonenmasse m, der Winkelgeschwindigkeit ω, der elektrischen Feldstärke E zwischen ^Di 3 deviation is thus a function of the ion mass m, the angular velocity ω, the electric field strength E between ^

dun elektrisch positiv oder negativ vorgespannten Gittern in der. schrägen Bohrungen, die unter einem Winkel von 45° oder 135° r dun electrically positive or negatively biased gratings in the. oblique holes that are at an angle of 45 ° or 135 ° r

gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung geneigt sind, des Winkels φ, unter dem die Ionen die eben beschriebenen l· are inclined towards the vertical axial bore, the angle φ, under which the ions, which are just described, are inclined .

schrägen Bohrungen der gegen die Normale der Mantelfläche verlassen und der Geometrie der Vorrichtung. Für konstante Größen ω, E, φ und ν ist der Abstand y für das Wassermolskül H₂O mit der Massonzahl 18 ebenfalls konstant. Die geometrischen Orte auf der Mantelfläche, die irr; Bereich Ay = y ± y, (y, ist eine endliche Größe) liegen, sind durch Spalte, die in die Achüe eingelassen sind, charakterisiert. Die ionisierten Wassermoleküle, und nur diese, treffen also auf einem Mantelabschnitt der Länge Ay auf, der bei φ = 4S° bzw. 135° ein Maximum aufweist.oblique holes leave the normal to the lateral surface and the geometry of the device. For constant quantities ω, E, φ and ν, the distance y for the water molecule H ₂ O with the mass number 18 is also constant. The geometric locations on the lateral surface, the irr; Range Ay = y ± y, (y, is a finite size) are characterized by gaps that are embedded in the Achüe. The ionized water molecules, and only these, thus strike a shell section of length Ay, which has a maximum at φ = 4 ° or 135 °.

Die ionisierten Wassermoleküle erfahren zusätzlich noch eine Abweichung, so daß die Ionen auf der Achse nicht im Durchstoßpunkt der gedachten Mittellinie der schrägen Bohrungen durch die Mantelfläche auftreffen, sondern um einen bestimmten Betrag χ rechts oder links neben diesem Punkt, je nach Drehrichtung der Achse (in völliger Übereinstimmung mit der Westabweichung beim Wurf lotrecht aufwärts auf der sich drehenden Erde). Durch geeignete Wahl von Winkelgeschwindigkeit ω, elektrischer Feldstärke E und Geschwindigkeit v, mit der die Ionen die schrägen Bohrungen verlassen, kann erreicht werden, daß diese Abweichung χ sehr klein gegen die Abweichung y wird und somit vernachlässigt werden kann. Die Detektion der ionisierten Wassermoleküle erfolgt auf bekannte Weise z. B. durch elektrische Registrierung.The ionized water molecules also experience a deviation, so that the ions do not impinge on the axis at the piercing point of the imaginary center line of the oblique holes through the lateral surface, but by a certain amount χ right or left of this point, depending on the direction of rotation of the axis (in complete agreement with the West deviation when throwing vertically upwards on the turning earth). By a suitable choice of angular velocity ω, electric field strength E and velocity v, with which the ions leave the oblique bores, it can be achieved that this deviation χ becomes very small against the deviation y and thus can be neglected. The detection of the ionized water molecules takes place in a known manner z. B. by electrical registration.

Um die erforderliche Genauigkeits- und Auflösungskonstanz einzuhalten, ist es vorteilhaft. Spannung U und Drehzahl /eier erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels Meßgeräte ständig automatisch zu messen und diese Meßwerte mit den im Computer gespeicherten Sollwerten zu vergleichen. Besteht zwischen Meßwerten und den zugehörigen Sollwerten eine Differenz, werden Spannungsquelle und Motor vermöge Steuersignale des Computers nachgestellt, so daß die für die erfindungsgemäße Vorrichtung nötigen Größen (Spannung U und Drezahl f) die Sollwerte annehmen.To comply with the required accuracy and resolution constancy, it is advantageous. Voltage U and speed / egg device according to the invention by means of measuring devices constantly automatically to measure and to compare these measurements with the setpoints stored in the computer. If there is a difference between the measured values and the associated setpoint values, the voltage source and the motor are readjusted by means of control signals from the computer, so that the quantities required for the device according to the invention (voltage U and speed f) assume the setpoint values.

AusführungsbeispiolAusführungsbeispiol

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment.

In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:

Fig. 1: Prinzipskizze der Vorrichtung selbstregelnden zur Gasfeuchtebestimmung mittels rotierender, schneller Ionen Fig. 2: Draufsicht der o.g. Vorrichtung Fig.3: Blockschaltbild1: schematic diagram of the device self-regulating for determining the gas moisture by means of rotating, fast ions Fig. 2: top view of the o.g. Device Fig.3: Block diagram

Die selbstregelnde Vorrichtung zur Gasfeuchtebestimmung mittels rotierender, schneller Ionen besteht aus einem, in der Figur 1 nicht gezeigten gasdichten Gehäuse, in dem sich eine drehbare, mit einer axialen Bohrung 3, von der zwei durchgehende schräge Bohrungen 4a und 4 b ausgehen, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung 3 geneigt sind, versehenen und aus elektrisch nichtleitendem Material bestehende als Detektor wirkende Achse 1 mit dem Radius r befindet.The self-regulating apparatus for determining the gas moisture by means of rotating, fast ions consists of a gas-tight housing, not shown in the figure 1, in which a rotatable, with an axial bore 3, from the two continuous oblique holes 4a and 4 b emanating from a Angle of 45 ° or 135 ° are inclined against the perpendicular axial bore 3, provided and acting from electrically non-conductive material acting as a detector axis 1 with the radius r is located.

Die Achse 1, deren Mantelfläche 9 z.T. großflächig mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckt ist, ist mit einem elektrisch nichtleitenden hohlen Rotationskörper 2, dessen Radius R größer ist als der Radius r der Achse 1, gasdicht so verbunden, daß die beiden schrägen Bohrungen 4a und 4 b, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung geneigt sind, der als Detektor fungierenden Achse 1 im Hohlraum 7 des Rotationskörpers 2 münden. In den beiden schrägen Bohrungen 4a und 4b sind lonisationseinrichtungen 6a und 6b in Form von Exoelektronen aussendenden Proben, die also keine Radioaktivität aufweisen und bekannte elektrisch positiv oder negativ vorgespannte Gitter 5a, 5 b, 5c und 5d enthalten. Die Volumina der axialen und schrägen Bohrungen 3,4a und 4b sowie des Hohlraumes 7 des Rotationskörpers 2 sind mittels einer geeigneten bekannten Vakuumpumpe evakuiert bis auf einen Druck von 10"⁴Pa (10~⁶ Torr).The axis 1, the lateral surface 9 is partly covered over a large area with an electrically conductive layer is connected to an electrically non-conductive hollow body of revolution 2 whose radius R is greater than the radius r of the axis 1, gas-tight so connected that the two oblique holes 4a and 4 b, which are inclined at an angle of 45 ° or 135 ° to the perpendicular axial bore, which act as a detector acting axis 1 in the cavity 7 of the rotary body 2. In the two oblique bores 4a and 4b are ionisation 6a and 6b in the form of exoelectrons emitting samples, which thus have no radioactivity and known electrically positive or negative biased grids 5a, 5 b, 5c and 5d included. The volumes of the axial and oblique holes 3,4a and 4b and the cavity 7 of the rotary body 2 are evacuated by means of a suitable known vacuum pump to a pressure of 10 ^"4 Pa (10 ^-6 Torr).

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 kabelmäßig verbunden nachgeordnet sind bekannte Meßgeräte 12, ein bekannter Computer 13 und eine bekannte Spannungsquelie I4a mit einem bekannten Motor 14b.Downstream of the device 11 according to the invention are known measuring devices 12, a known computer 13 and a known Spannungsquelie I4a with a known motor 14b.

Die zu untersuchende Probe (gasförmig) wird in bekannter Weise in die axiale Bohrung 3 der Achse 1 eingefünrt, von wo sie in die beiden schrägen Bohrungen 4a und 4b, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung 3 gsneigt sind, gelangt. Da die Achse 1 rotiert, werden die Gasatome bzw. Gasmoleküle beschleunigt. Gleichzeitig werden sie ionisiert, z.B. durch die ionisierende Wirkung einer Exoelektronen aussendenden Probe 6a und 6b und durch elektrische Felder 8a und 8b, die zwischen den beiden elektrisch positiv oder negativ vorgespannten Gittern 5a, 5 b, 5c und 5d in den schrägen Bohrungen 4a und 4b, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung 3 geneigt sind, existieren, in Richtung Mantelfläche 9 der Achse 1 beschleunigt, wobei auf die Ionen im Raum zwischen den beiden elektrisch positiv oder negativ vorgespannten Gittern 5a, 5b, 5cund5d nur die elektrische Kraft wirkt, da aufgrund der relativ geringen Teilchenmasse die Gravitationskraft vernachlässigt werden kann, so daß die Ionen die Achse 1 verlassen und in den Hohlraum 7 des Rotationskörpers 2 gelangen.The sample to be examined (gaseous) is injected in a known manner in the axial bore 3 of the axis 1, from where it in the two oblique holes 4a and 4b, at an angle of 45 ° or 135 ° against the perpendicular axial bore. 3 gsneigt, arrived. As the axis 1 rotates, the gas atoms or gas molecules are accelerated. At the same time they are ionised, e.g. by the ionizing action of a sample 6a and 6b emitting exoelectrons and by electric fields 8a and 8b formed between the two electrically positive or negative biased gratings 5a, 5b, 5c and 5d in the oblique holes 4a and 4b, which are at an angle of 45 ° or 135 ° are inclined against the perpendicular axial bore 3 exist, accelerated towards the lateral surface 9 of the axis 1, wherein the ions in the space between the two electrically positive or negative biased gratings 5a, 5b, 5c and 5d, only the electric force acts because due to the relatively low particle mass, the gravitational force can be neglected, so that the ions leave the axis 1 and enter the cavity 7 of the rotating body 2.

Die Trennung der Wassermoleküle von den anderen Molekülen bzw. Ionen der zu untersuchenden gasförmigen Probe läßt sich wie folgt erklären:The separation of the water molecules from the other molecules or ions of the gaseous sample to be examined can be explained as follows:

Die rotierenden Teile 1 und 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 drehen sich mit der Winkelgeschwindigkeit ω. Solange sich die gasförmigen Atome und Moleküle bzw. Ionen in den schrägen Bohrungen 4a und 4b befinden, und noch keines der elektrisch positiv od .r negativ vorgespannten Gitter 5a, 5b, 5c und 5d, wohl aber die Exoelektronen aussendenden Proben 6a und 6b erreicht haben, sind sie der Wirkung der Zentrifugal- und Coriolisbeschleunigung und der elektrischen Beschleunigung ausgesetzt. Gelangen die Ionen in den Raum zwischen den elektrisch positiv oder negativ vorgespannten Gittern 5a, 5b, 5c und 5d und damit in den Wirkungsbereich der elektrischen Felder 8a und 8b, so bewegen sie sich gleichmäßig beschleunigt — analog dem Wurf oder Schuß lotrecht aufwärts auf der sich drehenden Erde — in Richtung Mantelfläche 9 der Achsel, so daß die Ionen schließlich die Achse 1 mit der Geschwindigkeit ν verlassen und in den Hohlraum 7 des Rotationskörpers 2 gelangen. Wenn die Geschwindigkeit ν im Hohlraum 7 des Rotationskörpers 2 den Wert Null erreicht hat, wird die Bewegungsrichtung des Wasserions umgekehrt, da der Teil der Mantelfläche 9, der z. T. großflächig mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckt ist, auf Massepotential liegt, und es fällt auf die Achse 1 zurück. Diese Bewegung ist aber durch die in den schrägen Bohrungen 4a und 4 b, die unter einem Winkel von 45" oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung 3 geneigt sind, wirkenden Coriolis- und Zentrifugalbeschleunigungen gestört. Das hat zur Folge, daß die Ionen aof der Achse 1 nicht im Durchstoßpunkt derThe rotating parts 1 and 2 of the device 11 according to the invention rotate at the angular velocity ω. As long as the gaseous atoms and molecules or ions are in the oblique bores 4a and 4b, and have none of the electrically positive or. Negatively biased grids 5a, 5b, 5c and 5d, but have reached the exoelectron emitting samples 6a and 6b , they are exposed to the effect of centrifugal and Coriolis acceleration and electrical acceleration. If the ions enter the space between the electrically positively or negatively biased gratings 5a, 5b, 5c and 5d and thus into the area of action of the electric fields 8a and 8b, they move uniformly accelerated - analogously to the throw or shot vertically upwards on itself rotating earth - in the direction of the lateral surface 9 of the armpit, so that the ions finally leave the axis 1 at the speed ν and enter the cavity 7 of the rotating body 2. When the velocity ν in the cavity 7 of the rotary body 2 has reached zero, the direction of movement of the water ion is reversed, since the part of the lateral surface 9, the z. T. is covered over a large area with an electrically conductive layer, is at ground potential, and it falls back to the axis 1. However, this movement is disturbed by the Coriolis and centrifugal accelerations acting in the oblique holes 4a and 4b which are inclined at an angle of 45 ° or 135 ° to the perpendicular axial bore 3. As a result, the ions aof the axis 1 not in the puncture point of

gedachten Mittellinie der schrägen Bohrungen 4a und 4b, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht Jimaginary center line of the oblique holes 4a and 4b, which at an angle of 45 ° or 135 ° to the perpendicular J

verlaufende axirle Bohrung 3 geneigt sind, durch die Mantelfläche 9 auftreffen, sondern um einen bestimmten Betrag y oberhalb f ; extending axirle bore 3 are inclined to impinge through the lateral surface 9, but by a certain amount y above f;

oder unterhalb dieses Punktes, je nach Drehrichtung der Achse (in völliger Übereinstimmung mit der Nord-Süd-Abweichung jor below this point, depending on the direction of rotation of the axis (in complete agreement with the north-south deviation j

beim Wuri'lotrecht oufwärts auf der rsich drehenden Erde). at Wuri'lotrecht on the turning earth).

Die Abweichung γ beträgt 63,00mm für einfach ionisierte Wassermoleküle mit der Massenzahl 18 für eine Drehzahl f= 250 U/s, Beschleunigungsspannung U = 0,01V, die zwischen den Gittern 5a und 5b sowie 5c und 5d wirkt, für einen Abstand I = 70mm zwischen den vorgenannten Gitterr 5a und 5b sowie 5c und 5d. Mit den gleichen Parametern beträgt die Abweichung y für ein einfach ionisiertes Teilchen der Ma ssenzahl 19 66,43 mm, also 3,43 mm mehr und für ein ei ifach ionisiertes Teilchen der Massenzahl 17 59,67mm, also 3,43mm weniger.The deviation γ is 63.00mm for single ionized water molecules with the mass number 18 for a speed f = 250 U / s, acceleration voltage U = 0.01V acting between the gratings 5a and 5b as well as 5c and 5d, for a distance I = 70mm between the aforementioned Gitterr 5a and 5b and 5c and 5d. With the same parameters, the deviation y for a singly ionized particle of the mass number 19 is 66.43 mm, ie 3.43 mm more, and for an ionized particle with a mass number of 17 59.67 mm, that is, 3.43 mm less.

Das Auffangen der Wassermolekülspezies geschieht in der Weise, daß an o. g. Auftreffsteil 3 auf der Mantelfläche 9 der verschiedenen H₂O-Molaküle Dstektionsspalte 10 von 2,00mm Breite angebracht sind. Dies ist möglich, da die verschiedenen h^O-Moleküle aufgrund des guten Auflösungsvermögens einen gegenseitigen Abstand von 3,43mm aufweisen. Die Detektion der ionisierten Wassermolekül6 erfolgt auf bekannte Weise, z. B. durch elektrische Registrierung. Eine Verbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 mit einer bekannten Turbomolekularpumpe ist mögl ch, aber nicht notwendig. Zur .The interception of the Wassermolekülspezies done in such a way that are attached to the above-mentioned impact part 3 on the lateral surface 9 of the various H ₂ O Molaküle Dstektionsspalte 10 of 2.00 mm width. This is possible because the different h ^ O molecules have a mutual distance of 3.43 mm due to their good resolution. The detection of the ionized Wassermolekül6 is carried out in a known manner, for. B. by electrical registration. A connection of the device 11 according to the invention with a known turbomolecular pump is possible, but not necessary. To.

.Hinhaltung einer Genauigkeits- i.nd Auflösungskonstanz ist es vorteilhaft, die Spannung J und die Drehzahl y"der erfindungsgemäl on Vorrichtung 11 mittels bokannter Meßgeräte 12 ständig automatisch zu messen und diese Meßwerte ^r/iit _v der. im Computer 13 gespeicheiten Sollwerten zu vergleichen..Hinhaltung a resolution accuracy i.nd Konstanz, it is advantageous to continuously measure the voltage and the rotating speed J y "of erfindungsgemäl on device 11 by means bokannter measuring devices 12 automatically and these measured values ^r / iit _v of. Comparing in the computer 13 gespeicheiten setpoints ,

Besteht zwischen Meßwerten und den zugehörigen Sollwerten eine Differenz, werden Spannungsquelln 14a und Motor 14b vermöge Steuersignale des Computers 13 nachgestellt, so daß die für die erfi.ndungsgemäße Vorrichtung 11 nötigen Größen (Spannung U und Drehzahl y) die Sollwerte annehmen.If there is a difference between measured values and the associated desired values, voltage sources 14a and motor 14b are readjusted by means of control signals from computer 13, so that the quantities required for erfi.ndungsgemäße device 11 (voltage U and speed y) take the set values.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 liegen u. a. darin, daß Trocken- unci Feuchttemperaturen der zu untersuchend jn gasförmigen Probe nicht in das Meßergebnis eingehen und somit auch nicht gemessen zu werden brauchen.The advantages of the device 11 according to the invention are u. a. The fact that dry and wet temperatures of the gaseous sample to be examined do not enter into the measurement result and therefore do not need to be measured.

Weiterhin wirken sich Verschmutzungen des zu untersuchenden Gases nicht auf das Meßergebnis aus, da nur Wassermoleküle mitderMassei'zahl 18bzw. 17 oder 19 detcktiert werden.Furthermore, contaminants of the gas to be examined do not affect the measurement result, since only water molecules with the mass number 18 and 18, respectively. 17 or 19 be detcktiert.

Des weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 11 in Verbindung mit den Meßgeräten 1?, dem Computer 13 und der Spannungsquelle 14a und dem Motor 14b ausschließlich aus Teilen aufgebaut werde i, die in der DDR gefertigt werden. Eine teure Turbomolekularpumpe ist nicht mehr notwendig. Dank der AusnuVung des o.g. Effektes (die Drehzahl γ geht quadratisch in das Moßergebnis ein) beträgt die Drehzahl nur noch jf = 250 U/s = 15000U/M. Diese Drehzahlen lassen sich mühelos mit bekannten Motoren erzeugen und werden seit vielen Jahren z.B. in Ultrazentrifugen (Hersteller: Fa.Janetzky, Leipzig-Markkleeberg) realisiert.Furthermore, the device 11 according to the invention, in conjunction with the measuring devices 1 ', the computer 13 and the voltage source 14a and the motor 14b, can be constructed exclusively of parts manufactured in the GDR. An expensive turbomolecular pump is no longer necessary. Thanks to the design of the o.g. Effect (the speed γ is a square in the Moßergebnis), the speed is only jf = 250 U / s = 15000U / M. These speeds can be easily produced with known motors and have been used for many years e.g. in ultracentrifuges (manufacturer: Fa.Janetzky, Leipzig-Markkleeberg) realized.

Wie aus dem Bericht über das Ergebnis der vorläufigen Prüfung der Neuheit und der' echnisch-ökonomischen Effektivität unter :As from the report on result of preliminary check of novelty and 'echnical-economic efficiency under:

Punkt 1 aufgeführten Literatur zu entnehmen ist, wecdiän Genauigkeit, Meßbereich und Auflösungsvermögen der o.g.Point 1 listed literature, wecdiän accuracy, range and resolution of the o.g.

erfi.ndungsgemäßen Vorrichtung, die mit einem Massenspektrometer eng verwandt ist, von keinem anderen Verfahren auch nur annähernd erreicht (ppm-Bcreich). Die erfindungsgemäße Vorrichtung registriert jedes einzelne Wassermolekül. Durch Verwendung von Exoelektronen aussendenden Proben als lonisationseinrichtung isi keine störende Radioaktivität vorhanden.inventive device, which is closely related to a mass spectrometer, by no other method even approximately reached (ppm range). The device according to the invention registers each individual water molecule. By using exoelectron emitting samples as ionization isi no interfering radioactivity is present.

Des weiteren beträgt die Drehzahl der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur noch die Hälfte der Drehzahl vergleichbarer Vorrichtungen.Furthermore, the speed of the device according to the invention is only half the speed of comparable devices.

Claims (1)

Selbstregelnde Vorrichtung zur Gasfeuchtebestimmung mittels rotierender, schneller Ionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer axialen Bohrung (3), von der zwei durchgehende schräge Bohrungen (4a und 4b) ausgehen, die unter einem Winkel von 45° oder 135° gegen die senkrecht verlaufende axiale Bohrung (3) geneigt sind, und in denen sich elektrisch positiv oder negativ vorgespannte Gitter (5a, 5b, 5c und 5d) befinden, deren gegenseitiger Abstand 7cm beträgt, ebenso zwei lonisationseinrichtungen (6a und 6b) in Form von Exoelektronen aussendenden Proben, versehenen und als Detektor wirkenden Achse (1) mit dem Radius r > 7cm, deren Mantelfläche (9) großflächig mit einer elektrisch leitenden Schicht, die auf Massepotential gelegt ist, bedeckt ist und die mit einem elektrisch nichtleitenden, hohlen Rotationskörper (2), dessen Radius R größer ist als der Radius r der Achse (1), gasdicht so verbunden ist, daß die beiden schrägen Bohrungen (4a und 4b) der als Detektor fungierenden Achse (Dim Hohlraum (7) des Rotationskörpers (2) münden, besteht und die Volumina der Bohrungen (3), (4a), (4b) und der Hohlraum (7) evakuiert sind, wobei sich der Rotationskörper '2) und die mit dem Rotationskörper (2) fest verbundene Achse (1) mit einer Drehzahl Y = 25^r J/sumai. gemeinsame, gedachte Achse in axialer Richtung drehen und der Vorrichtung (11) kabelmäßig verbunden Meßgeräte (12), Computer (13), Spannungsquelle (14a) und Ivlotor (14b) nachgeordnet sind.Self-regulating apparatus for determining gas moisture by means of rotating, fast ions, characterized in that the apparatus consists of an axial bore (3) from which two continuous oblique bores (4a and 4b) extend at an angle of 45 ° or 135 ° to the perpendicular extending axial bore (3) are inclined, and in which there are electrically positive or negative biased grids (5a, 5b, 5c and 5d) whose mutual distance is 7cm, as well as two ionisation devices (6a and 6b) in the form of exoelectron emitting samples , provided and acting as a detector axis (1) with the radius r> 7cm, the lateral surface (9) over a large area with an electrically conductive layer which is grounded, covered and with an electrically non-conductive, hollow body rotation (2), whose radius R is greater than the radius r of the axis (1), gas-tight manner is connected so that the two oblique holes (4a and 4b) of the detector or acting axis (Dim cavity (7) of the rotating body (2) open, and the volumes of the bores (3), (4a), (4b) and the cavity (7) are evacuated, wherein the rotational body '2) and the axis (1) firmly connected to the rotary body (2) at a speed Y = 25 ^r J / sumai. rotate common, imaginary axis in the axial direction and the device (11) connected by cable gauges (12), computer (13), voltage source (14a) and Ivlotor (14b) are arranged downstream. Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings