Cette invention concerne un humidimètre à hyperfréquences destiné à mesurer le taux d'humidité sur les surfaces et dans les régions intérieurs d'un matériau.
L'emploi d'hyperfréquences permet de détecter l'humidité dans les matériaux les plus divers et d'en mesurer de façon précise la teneur en eau. Citons à titre d'exemple leur emploi dans les domaines industriels suivants: textiles, industrie du papier, du bois, de l'alimentation, de la chimie, de la pharmacie et de l'agriculture. D'autre part, les hyperfréquences permettent également de mesurer, de manière non-destructive, la teneur en eau dans les murs des bâtiments et les matériaux de construction (brique, pierre, béton non-armé, etc.).
La mesure de la teneur en eau dans les matériaux peut être effectuée par deux méthodes: (1) transmission ou (2) réflexion.
La première méthode est basée sur la mesure de l'affaiblissement subi par un signal traversant le matériau dont on veut mesurer l'humidité: cet affaiblissement dépend de la quantité d'eau contenue dans le matériau, par suite deys pertes élevées dues à l'eau à ces fréquences. Cette méthode est couramment employée dans l'industrie et les laboratoires de recherche; elle nécessite un émetteur et un récepteur placés de part et d'autre de l'élément à mesurer. L'intérêt présenté par cette méthode est limité, du fait qu'elle ne donne qu'une valeur moyenne du taux d'humidité à travers le matériau: elle ne permet donc pas de déterminer la présence de concentrations d'humidité dans le matériau. Elle est de plus difficile à utiliser quand l'épaisseur de l'échantillon est grande ou sa teneur en eau élevée.
Les méthodes par réflexion font généralement usage d'une cavité hyperfréquences dont une ouverture est couplée au matériau à mesurer. Les champs électromagnétiques de la cavité pénètrent à l'intérieur du matériau et sont partiellement réfléchis, influençant ainsi la fréquence de résonance de la cavité et son facteur de surtension Q. La variation de ces deux grandeurs de la cavité est liée à la permittivité du matériau, elle-même fonction de son humidité. Les humidimètres développés à ce jour selon ce principe ne servent à mesurer le taux d'humidité que dans des matériaux en feuilles (papier, textiles) ou en surface de matériaux solides. ns font usage de cavités résonnantes relativement grandes, ne permettant ainsi de mesurer qu'une valeur moyenne du taux d'humidité, dans un volume de matériau proche de la surface difficile à définir.
Dans de nombreuses applications de mesure il est nécessaire de connaître non seulement la valeur moyenne de l'humidité, mais encore sa distribution précise en surface et en profondeur du matériau, par exemple la concentration locale, gradients d'humidité variant en fonction du temps. Aucun des humidimètres existants ne permet d'obtenir cette information.
L'appareil décrit ci-après, faisant usage d'une cavité en ligne coaxiale de petit diamètre, permet la mesure locale de l'humidité en surface; grâce à ses petites dimensions, le senseur peut facilement être introduit dans une ouverture pratiquée dans le matériau, en vue de déterminer l'humidité en profondeur. Le senseur est formé d'une cavité résonnante ouverte, seconde méthode décrite ci-dessus, les principaux inconvénients étant évités par la miniaturisation du dispositif obtenue par une conception originale de la cavité, de son système d'excitation et de son support. On peut ainsi profiter des avantages inhérents aux mesures en cavité: grande sensibilité et précision. De plus, les dimensions réduites permettent de réaliser une bonne stabilisation en température de la cavité sans avoir à recourir à des méthodes compliquées de compensation.
L'objet de la présente invention est un humidimètre à hyperfréquences, destiné à mesurer le taux d'humidité sur les surfaces et dans les régions intérieures d'un matériau, caractérisé par le fait qu'il comprend: - une sonde détectrice d'humidité comportant une cavité résonnante coaxiale, une trappe de signaux montée coaxialement au bout de ladite cavité, et un moyen mécanique pour fixer ladite cavité dans un tube de support; - un détecteur hyperfréquences; - une unité principale comportant un générateur hyperfréquences à fréquence variable, pour alimenter ladite cavité, un indicateur de résonance pour indiquer la résonance de ladite cavité, et un indicateur de fréquence.
ll faut préciser ici que la nouveauté de l'invention réside dans la conception de la partie correspondant à la sonde détectrice d'humidité et dans son mecanisme de montage. L'autre partie correspondant à l'alimentation de la cavité, à la détection et à l'affichage est classique est bien connue. Cependant, la combinaison des deux parties donne naissance à un nouvel humidimètre aux caractéristiques tout à fait originales.
Les dessins ci-joints, donnés à titre d'exemples, illustrent une forme d'exécution de l'humidimètre objet d'invention. La fig. 1 est une représentation schématique de l'humidimètre. La fig. 2 est une vue en perspective et coupe partielle de la sonde détectrice d'humidité de l'humidimètre. Les fig. 3, 4 et 5 montrent des résultats typiques de mesures d'humidité respectivement dans la brique, la molasse et le bois de pin. Les fig. 1 et 2 montrent une cavité résonnante en ligne coaxiale rigide 1 formée d'un conducteur intérieur 2 et d'un conducteur extérieur 3 coaxial avec ledit conducteur 2. La cavité présente une extrémité ouverte 4 qui est utilisée pour détecter l'humidité dans le matériau en test 32, l'autre extrémité étant courtcircuitée par une plaque métallique 5.
Lorsque la cavité résonnante coaxiale est alimentée et que son extrémité ouverte est mise en contact avec le matériau en test 32, les champs électromagnétiques existant à son ouverture interagissent avec ce dernier et provoquent la déviation de la fréquence de résonance, cette déviation dépendant du taux d'humidité dans la région proche de l'extrémité de la cavité.
Pour exciter la cavité en mode dominant TEM et pour détecter ensuite le signal transmis, deux sondes en forme de boucle sont montées dans la cavité 1. Une de ces sondes est appelée la sonde d'entrée 6 et l'autre la sonde de sortie 7. Les sondes 6 et 7 passent à travers deux trous percés dans la plaque métallique court-circuitante 5 et son disposées dans la cavité 1 de telle manière que leurs plans restent parallèles entre eux et à l'axe de la cavité 1. Les câbles semirigides 8 sont soudés à la plaque métallique 5. L'énergie hyperfréquence dans la bande de fréquence de 2450 MHz est fournie à la sonde d'entrée 6, un coupleur directionnel 27, un câble coaxial flexible 11 et des connecteurs coaxiaux 10.
La sonde de sortie 7 est connectée via un câble coaxial flexible 12 et des connecteurs coaxiaux 33 à un détecteur hyperfréquence 13 qui est connecté par un câble coaxial flexible 34 à un indicateur de résonance 14 constitué par un microampèremètre. La longueur active l de la cavité 1 est choisie de façon à avoir une résonance à la fréquence désirée pour la mesure. Par exemple, pour avoir une résonance à 2450 MHz, la longueur l doit être de 30,5 mm, soit un quart de longueur d'onde. Le diamètre intérieur du conducteur extérieur 3 de la cavité est 10 mm et le diamètre du conducteur intérieur est de 2,8 mm.
Le rapport des diamètres choisis est la valeur donnant le facteur de qualité maximum de la cavité non chargé, tout en évitant la possibilité d'exciter des modes d'ordres supérieurs qui pourraient perturber le fonctionnement.
La cavité 1 avec les sondes 6 et 7, les câbles 11 et 12 et les connecteurs 10 et 33, est montée concentriquement à l'extrémité d'un tube de support 15. Ce montage est réalisé en fixant le conducteur externe 3 de la cavité 1 au tube de support 15 par un cardan 16. Un ressort 17 entoure le tube de support 15 et s'appuie sur un anneau d'arrêt 18 fixé au tube de support 15. Un manche 19, conçu pour être bien en main entoure coaxialement ce ressort 17 et le tube 15. Pour obtenir des résultats précis et consistants du taux d'humidité dans les matériaux solides il faut établir un bon contact entre la sonde et la surface du matériau. Pour ce faire on place la sonde contre la surface de matériau à mesurer et on appuie sur le manche 19. Le cardan assure un positionnement de la sonde toujours perpendiculaire à la surface même si la force appliquée n'est pas elle-même perpendiculaire.
Le ressort fournit une force constante sur la sonde.
Quand cette cavité est couplée au matériau en test 32, les courants haute fréquence sont induits non seulement dans ce dernier, mais aussi dans le corps extérieur de la cavité 1 et dans son système de support mécanique. Les courants sont de ce fait réfléchis aux discontinuités et réintroduits en causant de sérieuses interférences avec les courants à l'intérieur de la cavité 1, réduisant le facteur de qualité Q, la sensibilité et la précision des mesures. On muni alors la cavité d'une trappe de signaux 20 qui permet d'empêcher ces courants d'interférence d'entrer à l'intérieur de la cavité 1.
En effet, le conducteur extérieur 21 de la trappe 20 et le conducteur 3 de la cavité 1 forment une paire de lignes coaxiales remplies d'un matériau diélectrique de fortes pertes 22 de constante diélectrique élevée, et court-circuitées à l'endroit fileté 23 à une distance égale à un quart de longueur d'onde dans la ligne coaxiale remplie de diélectrique à partir de son extrémité ouverte. Dans cette trappe 20, on a une impédance pratiquement nulle dans le plan du court-circuit 23 et une très haute impédance à l'extrémité ouverte 25 de la trappe 20. Cette haute impédance empêche les courants d'interférence d'entrer dans la cavité 1 et donc augmente considérablement la sensibilité, le facteur de la qualité de la cavité et la précision des mesures.
L'extrémité ouverte 25 de la trappe 20 est couverte d'une feuille mince de matériau diélectrique à faibles pertes 24 faite en Mylar de 0,1 mm d'épaisseur. Cette feuille de diélectrique 24 évite que de la vapeur d'eau, de la poussière ou d'autres particules libres n'entrent dans le volume de la cavité 1. La longueur X de la trappe 20 est de 8 mm, qui est un quart de longueur d'onde à 2450 MHz, quand la constante diélectrique du matériau remplissant le volume de la trappe 20 est de 15. La distance Ï entre l'extrémité ouverte 4 de la cavité 1 et l'extrémité ouverte 25 de la trappe 20 détermine la sensibilité de l'humidiniètre, et peut être choisie pour avoir des valeurs entre 0,1 et 2,0 mm.
Le diamètre extérieur de la trappe 20 est de 15 mm. Une alimentation stabilitée 26 est employée pour fournir l'énergie électrique au générateur hyperfréquence 9. Une partie de l'énergie hyperfréquence fournie à la cavité 1 est envoyée au moyen d'un coupleur directionnel 27 à un fréquencemètre 28 pour déterminer la fréquence d'oscillation de l'énergie hyperfréquence. Un stabilisateur de température 29 est utilisé pour maintenir à une valeur constante la température du générateur hyperfréquence 9 de façon à minimiser les variations de fré quence dues aux variations de la température ambiante. De plus la cavité 1 est construite en Invar dont le coefficient d'expansion en température est négligeable.
On donne ci-dessous un exemple de calibrage et de mesure du taux d'humidité avec l'humidimètre, objet de la présente invention. Un morceau de grandeur convenable du matériau en test 32 est séché complètement dans un four et son poids à sec est déterminé avec une balance de précision. ll est ensuite complètement imbibé d'eau sous vide. Le générateur hyperfréquence 9 est enclenché et on le laisse chauffer et se stabiliser.
La cavité 1 avec la trappe 20 est tout d'abord dirigée vers l'espace libre et la fréquence du générateur 9 est variée jusqu'à ce que la cavité 1 résonne, ce que l'on observe par une lecture de la déviation maximum à l'indicateur de résonance 14.
Cette fréquence de résonance est mesurée par le fréquencemètre 28 et utilisée comme fréquence de référence pour les calculs suivants. Ensuite l'extrémité ouverte 25 de la trappe 20 est placée en contact avec la surface du matériau en test 32 et pressée à l'aide du manche 19. La cavité 1, grâce au pivotement du cardan et à la pression du ressort 17, aura un contact ferme et perpendiculaire avec la surface du matériau en test 32. La fréquence du générateur hyperfréquence 9 est alors variée pour obtenir une nouvelle résonance de la cavité 1 indiquée par une déflexion maximum à l'indicateur de résonance 14, et cette fréquence est notée d'après l'indication du fréquencemètre 28. Le matériau en test 32 est immédiatement pesé dans une balance de précision et le poids total de l'eau dans le matériau en test 32 est déterminé.
On laisse alors perdre son eau au matériau en test 32 par évaporation naturelle et les variations de la fréquence de résonance de la cavité 1 dues aux variations successives du taux d'humidité dans le matériau en test 32 sont mesurées jusqu'à ce que le matériau soit complètement sec. On trace alors une courbe indiquant la déviation de la fréquence de résonance de la cavité 1 en fonction du pourcentage d'humidité dans le matériau en test 32.
Ceci donne la courbe de calibrage pour le matériau en test particulier 32 mesuré dans les conditions spécifiques. Les déviations de fréquence de la cavité 1 causées par différents échantillons du même matériau peuvent être directement rapportées à leur taux d'humidité à l'aide de cette courbe de calibrage. Les fig. 3, 4 et 5 représentent de telles courbes de calibrage déterminées à température ambiante (23 C) avec cet humidimètre, respectivement pour de la brique de densité 1,81 et de porosité 33,7%, de la molasse de densité 2,17 et de porosité 19,71% et du pin. Dans les fig. 3 et 4 les abcisses représentent le pourcentage en volume de l'humidité et les ordonnées représentent les déviations de la fréquence de résonance de la cavité.
Les courbes A correspondent au taux d'humidité mesuré à travers des trous à l'intérieur des matériaux et les courbes B correspondent aux mesures faites à la surface des matériaux. A la fig. 5, l'abcisse représente le pourcentage de l'humidité mesuré sur la base du poids à sec et l'ordonne représente les déviations de la fréquence de résonance de la cavité. La courbe A donne les résultats de mesures avec la sonde détectrice orientée parallèlement à la direction des fibres du bois de pin et la courbe B ceux obtenus avec la sonde détectrice orientée perpendiculairement à la direction des fibres.
Pour mesurer le taux d'humidité à l'intérieur du matériau en test 32, on doit percer un trou de diamètre adéquat et de profondeur requise dans ce dernier à l'endroit voulu. n est nécessaire dans ce cas de maintenir aussi plat que possible le fond de trou, car la précision et la répétabilité des résultats dépendent en premier lieu de la nature du contact entre l'extrémité ouverte 4 de la cavité 1 et la surface du matériau en test 32.
En plus des avantages brièvement mentionnés dans la partie générale de la description, l'humidimètre décrit représente les autres avantages suivants: la fréquence de résonance de la cavité détectrice d'humidité est extrêmement sensible aux taux d'humidité dans les matériaux et est caractérisée par une grande déviation de fréquence. Suivant l'importance du taux d'humidité à mesurer et la résolution requise, la sensibilité optimum de la cavité peut être obtenue en choisissant la valeur de Ï
Une seule cavité peut donc être utilisée pour mesurer le taux d'humidité dans n'importe quelle gamme. Le petit diamètre de la cavité est très avantageux pour mesure'le taux d'humidité à l'intérieur des matériaux.
De cette façon il est donc possible de relever les changements d'état de l'eau en fonction de la température et du temps, et le profil de la distribution d'humidité le long d'une surface donnée. Cet humidimètre peut également être utilisé pour la mesure du taux d'humidité dans des matériaux tels que feuilles, textiles, papier, films et autres.
n va de soi que diverses modifications pourront être apportées à l'humidimètre décrit sans s'écarter de l'esprit de l'invention; en particulier il peut être utilisé avec un dispositif plus élaboré pour la mesure de la résonance et du facteur de qualité.
A microwave moisture meter for measuring the moisture content on surfaces and in interior regions of a material.
The use of microwave frequencies makes it possible to detect humidity in a wide variety of materials and to precisely measure their water content. For example, their use in the following industrial fields: textiles, paper industry, wood, food, chemicals, pharmacy and agriculture. On the other hand, microwaves also make it possible to measure, in a non-destructive manner, the water content in the walls of buildings and construction materials (brick, stone, unreinforced concrete, etc.).
The measurement of water content in materials can be performed by two methods: (1) transmission or (2) reflection.
The first method is based on the measurement of the attenuation undergone by a signal passing through the material whose humidity is to be measured: this attenuation depends on the quantity of water contained in the material, as a result of high losses due to water at these frequencies. This method is widely used in industry and research laboratories; it requires a transmitter and a receiver placed on either side of the element to be measured. The interest presented by this method is limited, owing to the fact that it only gives an average value of the moisture content through the material: it therefore does not make it possible to determine the presence of moisture concentrations in the material. It is more difficult to use when the thickness of the sample is large or its water content high.
Reflection methods generally make use of a microwave cavity with an opening coupled to the material to be measured. The electromagnetic fields of the cavity penetrate inside the material and are partially reflected, thus influencing the resonant frequency of the cavity and its surge factor Q. The variation of these two sizes of the cavity is linked to the permittivity of the material , itself a function of its humidity. Moisture meters developed to date according to this principle are only used to measure the moisture content in sheet materials (paper, textiles) or on the surface of solid materials. They make use of relatively large resonant cavities, thus only making it possible to measure an average value of the humidity level, in a volume of material close to the surface which is difficult to define.
In many measurement applications it is necessary to know not only the average value of humidity, but also its precise distribution on the surface and in depth of the material, for example the local concentration, humidity gradients varying as a function of time. None of the existing moisture meters provide this information.
The apparatus described below, making use of a small diameter coaxial in-line cavity, allows local measurement of surface humidity; thanks to its small dimensions, the sensor can easily be inserted into an opening made in the material, in order to determine the humidity in depth. The sensor is formed by an open resonant cavity, the second method described above, the main drawbacks being avoided by the miniaturization of the device obtained by an original design of the cavity, its excitation system and its support. One can thus benefit from the advantages inherent in measurements in cavity: high sensitivity and precision. In addition, the reduced dimensions make it possible to achieve good temperature stabilization of the cavity without having to resort to complicated compensation methods.
The object of the present invention is a microwave humidity meter, intended to measure the humidity level on the surfaces and in the interior regions of a material, characterized by the fact that it comprises: - a humidity detection probe comprising a coaxial resonant cavity, a signal trap mounted coaxially at the end of said cavity, and mechanical means for securing said cavity in a support tube; - a microwave detector; a main unit comprising a microwave generator with variable frequency, to supply said cavity, a resonance indicator to indicate the resonance of said cavity, and a frequency indicator.
It should be noted here that the novelty of the invention lies in the design of the part corresponding to the humidity detection probe and in its mounting mechanism. The other part corresponding to the supply of the cavity, to the detection and to the display is conventional and is well known. However, the combination of the two parts gives birth to a new moisture meter with completely original characteristics.
The accompanying drawings, given by way of example, illustrate an embodiment of the moisture meter object of the invention. Fig. 1 is a schematic representation of the moisture meter. Fig. 2 is a perspective view and partial section of the humidity detection probe of the moisture meter. Figs. 3, 4 and 5 show typical results of moisture measurements in brick, molasse and pinewood, respectively. Figs. 1 and 2 show a rigid coaxial line resonant cavity 1 formed of an inner conductor 2 and an outer conductor 3 coaxial with said conductor 2. The cavity has an open end 4 which is used to sense moisture in the material. in test 32, the other end being short-circuited by a metal plate 5.
When the coaxial resonant cavity is supplied and its open end is brought into contact with the material under test 32, the electromagnetic fields existing at its opening interact with the latter and cause the deviation of the resonant frequency, this deviation depending on the rate d moisture in the region near the end of the cavity.
To excite the cavity in TEM dominant mode and then to detect the transmitted signal, two loop-shaped probes are mounted in cavity 1. One of these probes is called the input probe 6 and the other the output probe 7 The probes 6 and 7 pass through two holes drilled in the short-circuiting metal plate 5 and are arranged in the cavity 1 such that their planes remain parallel to each other and to the axis of the cavity 1. The semi-rigid cables 8 are soldered to the metal plate 5. Microwave energy in the 2450 MHz frequency band is supplied to the input probe 6, a directional coupler 27, a flexible coaxial cable 11 and coaxial connectors 10.
The output probe 7 is connected via a flexible coaxial cable 12 and coaxial connectors 33 to a microwave detector 13 which is connected by a flexible coaxial cable 34 to a resonance indicator 14 constituted by a microammeter. The active length l of the cavity 1 is chosen so as to have a resonance at the frequency desired for the measurement. For example, to have a resonance at 2450 MHz, the length l must be 30.5 mm, or a quarter wavelength. The inner diameter of the outer conductor 3 of the cavity is 10mm and the diameter of the inner conductor is 2.8mm.
The ratio of the diameters chosen is the value giving the maximum quality factor of the unloaded cavity, while avoiding the possibility of exciting higher order modes which could disturb operation.
The cavity 1 with the probes 6 and 7, the cables 11 and 12 and the connectors 10 and 33, is mounted concentrically at the end of a support tube 15. This assembly is carried out by fixing the external conductor 3 of the cavity 1 to the support tube 15 by a gimbal 16. A spring 17 surrounds the support tube 15 and rests on a stop ring 18 fixed to the support tube 15. A handle 19, designed to be well in hand surrounds coaxially. this spring 17 and the tube 15. To obtain precise and consistent results of the moisture content in solid materials it is necessary to establish good contact between the probe and the surface of the material. To do this, the probe is placed against the surface of the material to be measured and the handle 19 is pressed. The gimbal ensures that the probe is always positioned perpendicular to the surface even if the force applied is not itself perpendicular.
The spring provides a constant force on the probe.
When this cavity is coupled to the material under test 32, high frequency currents are induced not only in the latter, but also in the outer body of the cavity 1 and in its mechanical support system. The currents are therefore reflected at the discontinuities and reintroduced causing serious interference with the currents inside cavity 1, reducing the quality factor Q, the sensitivity and the precision of the measurements. The cavity is then provided with a signal trap 20 which makes it possible to prevent these interference currents from entering inside the cavity 1.
Indeed, the outer conductor 21 of the hatch 20 and the conductor 3 of the cavity 1 form a pair of coaxial lines filled with a dielectric material of high losses 22 of high dielectric constant, and short-circuited at the threaded location 23 at a distance equal to a quarter wavelength in the coaxial line filled with dielectric from its open end. In this trap 20, there is practically zero impedance in the plane of the short-circuit 23 and a very high impedance at the open end 25 of the trap 20. This high impedance prevents interference currents from entering the cavity. 1 and therefore considerably increases the sensitivity, the factor of the quality of the cavity and the precision of the measurements.
The open end 25 of the hatch 20 is covered with a thin sheet of low loss dielectric material 24 made of 0.1 mm thick Mylar. This dielectric sheet 24 prevents water vapor, dust or other loose particles from entering the volume of the cavity 1. The length X of the trap 20 is 8 mm, which is a quarter. wavelength at 2450 MHz, when the dielectric constant of the material filling the volume of the trap 20 is 15. The distance Ï between the open end 4 of the cavity 1 and the open end 25 of the trap 20 determines the sensitivity of the humidifier, and can be chosen to have values between 0.1 and 2.0 mm.
The outer diameter of the hatch 20 is 15 mm. A stabilized power supply 26 is employed to supply electrical energy to the microwave generator 9. Part of the microwave energy supplied to the cavity 1 is sent by means of a directional coupler 27 to a frequency meter 28 to determine the oscillation frequency. of microwave energy. A temperature stabilizer 29 is used to keep the temperature of the microwave generator 9 at a constant value so as to minimize the frequency variations due to the variations in the ambient temperature. In addition, cavity 1 is constructed from Invar, the temperature expansion coefficient of which is negligible.
An example of calibration and measurement of the humidity level with the moisture meter, object of the present invention, is given below. A suitably sized piece of test material 32 is dried completely in an oven and its dry weight determined with a precision balance. It is then completely soaked in water under vacuum. The microwave generator 9 is switched on and allowed to heat up and stabilize.
The cavity 1 with the hatch 20 is first of all directed towards the free space and the frequency of the generator 9 is varied until the cavity 1 resonates, which is observed by a reading of the maximum deviation at resonance indicator 14.
This resonant frequency is measured by the frequency meter 28 and used as a reference frequency for the following calculations. Then the open end 25 of the hatch 20 is placed in contact with the surface of the material under test 32 and pressed using the handle 19. The cavity 1, thanks to the pivoting of the gimbal and the pressure of the spring 17, will have a firm and perpendicular contact with the surface of the material under test 32. The frequency of the microwave generator 9 is then varied to obtain a new resonance of the cavity 1 indicated by a maximum deflection at the resonance indicator 14, and this frequency is noted according to the indication of the frequency meter 28. The material under test 32 is immediately weighed in a precision balance and the total weight of the water in the material under test 32 is determined.
The material under test 32 is then allowed to lose its water by natural evaporation and the variations in the resonant frequency of the cavity 1 due to the successive variations in the humidity level in the material under test 32 are measured until the material is completely dry. A curve is then drawn indicating the deviation of the resonant frequency of the cavity 1 as a function of the percentage of humidity in the material under test 32.
This gives the calibration curve for the particular test material 32 measured under the specific conditions. The frequency deviations of cavity 1 caused by different samples of the same material can be directly related to their humidity level using this calibration curve. Figs. 3, 4 and 5 represent such calibration curves determined at room temperature (23 C) with this moisture meter, respectively for brick with a density of 1.81 and a porosity of 33.7%, molasse with a density of 2.17 and porosity 19.71% and pine. In fig. 3 and 4 the abscissas represent the percentage by volume of humidity and the ordinates represent the deviations of the resonant frequency of the cavity.
Curves A correspond to the moisture content measured through holes inside the materials and curves B correspond to measurements made at the surface of the materials. In fig. 5, the abscissa represents the percentage of humidity measured on a dry weight basis and the ordinate represents the deviations of the resonant frequency of the cavity. Curve A gives the results of measurements with the detector probe oriented parallel to the direction of the pine wood fibers and curve B those obtained with the detector probe oriented perpendicular to the direction of the fibers.
To measure the moisture content inside the material under test 32, a hole of suitable diameter and required depth must be drilled in the latter at the desired location. In this case, it is necessary to keep the downhole as flat as possible, since the accuracy and repeatability of the results depend primarily on the nature of the contact between the open end 4 of the cavity 1 and the surface of the material in test 32.
In addition to the advantages briefly mentioned in the general part of the description, the described moisture meter represents the following other advantages: the resonant frequency of the humidity detecting cavity is extremely sensitive to the humidity levels in the materials and is characterized by a large frequency deviation. Depending on the importance of the humidity level to be measured and the resolution required, the optimum sensitivity of the cavity can be obtained by choosing the value of Ï
A single cavity can therefore be used to measure the humidity level in any range. The small diameter of the cavity is very advantageous for measuring the humidity level inside the materials.
In this way it is therefore possible to record the changes in the state of the water as a function of temperature and time, and the profile of the humidity distribution along a given surface. This moisture meter can also be used for measuring the moisture level in materials such as sheets, textiles, paper, films and others.
It goes without saying that various modifications can be made to the moisture meter described without departing from the spirit of the invention; in particular it can be used with a more elaborate device for measuring the resonance and the quality factor.