Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung und Regelung der Feuchtigkeit eines Schüttgutes im On-line-Betrieb, insbesondere für Nahrungs- oder Futtermittelkomponenten, wobei ein leichter Schüttgutstau und in diesem ein Mikrowellenfeld erzeugt und die Temperatur des Schüttgutes gemessen wird.
Es gibt bereits sehr zahlreiche Versuche und Vorschläge mittels Mikrowellen die Feuchtigkeit von Schüttgütern, besonders Nahrungsmittel, ganz besonders Getreide, zu messen und z.Bsp. die Befeuchtung oder Trocknung zu regeln. Keinem der bisherigen Ansätze ist aber bis heute ein durchschlagender Erfolg beschieden worden.
Die meist verbreitete Methode liegt darin, dass durch Messung der Mikrowellendämpfung und unabhängig davon die Dichte des feuchten Messgutes ermittelt wird. Der grosse Nachteil liegt darin, dass zwei völlig anders geartete Messmethoden angewendet werden müssen, die Mikrowellendämpfung einerseits und z.Bsp. Gammastrahlen oder ein Wägesystem für die Dichte anderseits. Die Folge davon ist, soweit der Anmelderin bekannt ist, dass für die Praxis von schlecht fliessfähigen Gütern wie frisch genetzten Weizen ganz besondere Messapparaturen entwickelt werden mussten.
Um diesem Problem zu begegnen, schlägt zum Beispiel die CH-PS Nr. 650 862 genau umgekehrt eine dichteunabhängige Mikrowellenmessung vor. Es ist dabei vorgesehen, die Messung in vier Schritten vorzunehmen, wobei als erster die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Mikrowellenapplikators ohne Messgut und als zweiter Schritt mit dem Messgut erfasst wird. Dabei wird z.Bsp. mit der Dämpfungs- und Phasenmessung der Mikrowellen-Reflexion und -Transmission die komplexe Dielektrizitätskonstante berechnet. Nach vorgegebener Formel wird ein Messwert ermittelt, dieser mit einer Eichkurve verglichen und daraus die relative Feuchtigkeit ermittelt.
Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass in jedem Fall der Mikrowellenapplikator ohne Material, etwa ähnlich der Taramessung bei der Waage erfasst werden muss. Bekannt ist, dass bereits ein dünner Belag auf den Wänden des Mikrowellenapplikators die Leermessung beeinflusst, sodass diese nicht mit der fabrikneuen Leerwertmessung übereinstimmt.
Bei einem weiteren bekannten Messverfahren wird vorgeschlagen, eine Mikrowellenführung mittels einer durch das Schüttgut hindurchgehenden Sonde auszunützen. Damit kann wohl das Mikrowellenfeld besser unter Kontrolle behalten und die Genauigkeit erhöht werden. Die Frage der schüttdichteabhängigen resp. -unabhängigen Messung ist aber auch hier nicht gelöst.
Der Erfindung wurde nun die Aufgabe gestellt, die Nachteile der bekannten Lösungen möglichst weitgehend zu beseitigen, insbesondere aber eine Mikrowellenmessung zu erlauben, die in der Praxis einfach anwendbar ist und weder eine Schüttdichtemessung noch eine jeweilige Mikrowellenmessung ohne Produkt erfordert.
Die erfindungsgemässe Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag und die Phase der transmittierten Mikrowellen im Schüttgut gemessen, daraus die Feuchtigkeit errechnet und mit dem errechneten Wert die Feuchtigkeit des Schüttgutes geregelt wird.
Grosse Messreihen z.Bsp. bei der Netzung von Getreide haben überraschenderweise gezeigt, dass mit der neuen Methode bessere Messresultate erzielbar sind gegenüber den bisher bekannten Methoden. Es hat sich aber als ein unumgängliches Erfordernis ergeben, die Messung innerhalb eines leichten Schüttgutstaues vorzunehmen. Allgemein wird anerkannt, dass die genaue Messung von frisch genetzten Schüttgütern der schwierigste Fall ist. Gerade hier aber zeigten sich sofort gute Resultate, selbst mit einer einfachen Versuchseinrichtung. Zum einen hat aber doch die Tatsache zum guten Gelingen geführt, die darin liegt, dass in der Nahrungsmittel- bzw. Futtermittelverarbeitung in der weitaus überwiegenden Mehrzahl der Fälle eine Konstanz des Ergebnisses gesucht wird. Dies bedeutet, dass in etwa der Müller bestrebt ist, die Netzung des Getreides immer innerhalb einer sehr engen Spanne haben möchte.
Die bisher ermittelten grossen Streuungen wurden aber ganz besonders dadurch verursacht, dass immer auch extreme in der Praxis durchaus, jedoch selten vorkommende Fälle bei der Suche nach geeigneten Gesetzmässigkeiten berücksichtigt werden mussten. Noch konkreter ausgedrückt, liegt der Sachverhalt darin, dass das Getreide in einer Mühle gegebenenfalls dreimal genetzt wird, eine Hauptnetzung sowie zwei Nachnetzungen. Die Nachnetzungen werden in aller Regel nicht aufgrund von Feuchtigkeitsmesswerten geregelt, sondern es wird aus Erfahrung z.Bsp. 0,1, 0,2 oder 0,3% Wasser zugegeben. Die eigentliche Regelung der Wasserzugabe findet nur einmal statt, bei der Hauptnetzung. Bei dieser wiederum soll ein Wert von z.Bsp. 14,5-17% Wassergehalt des befeuchteten Getreides eingehalten werden.
Dies bedeutet, dass das ganze Messverfahren nun auf die Messung Feuchtigkeitsva riierung von weniger als 3%, ganz besonders ausserhalb des untersten Extrems von der Zugabe nur eines geringen %-Satzes Wasser an trockenem Weizen. Als grosser Vorteil kann die Schüttdichtemessung entfallen, weil eben durch die leichte Stauung eine gewisse Konstanz bezüglich der Schüttdichte gefordert ist. Die leichte Stauung ist nun aber wiederum eine Bedingung, die in jedem Verarbeitungsprozess bzw. den Verarbeitungsmaschinen vielfach vorhanden ist oder ohne kostspielige Massnahmen erzeugt werden kann.
Die Erfindung erlaubt eine ganze Reihe weiterer Vorteile, so wird diese insbesondere für die "Feed-backward"-Regelung für die Netzung von Getreide oder für die Trocknung von Futtermittelkomponenten verwendet. Dabei wird der Betrag und die Phase der transmittierten Mikrowellen in dem behandelten Schüttgut gemessen.
Ein weiterer neuer Gesichtspunkt liegt darin, dass die Temperatur des unbehandelten Gutes gemessen wird.
Auf diese Weise lassen sich in vielen Fällen die Probleme des Temperatureinflusses von dem Netzwasser selbst bzw. die davon abhängigen Verdampfungs- und Kondensationsprobleme, die ebenfalls einen nachteiligen Einfluss auf die Messgenauigkeit haben können, vermeiden.
Die grösste Messgenauigkeit wird ferner dadurch erreicht, dass eine das Schüttgut durchdringende Antenne verwendet wird, die das Mikrowellenfeld im Schüttgut erzeugt und leitet, wobei ganz besonders bevorzugt das Mikrowellenfeld im letzten Abschnitt der Verfahrenszone innerhalb einer Schüttgutstauzone erzeugt wird.
Der Netzapparat selbst schafft damit die Stauzone in der unmittelbar nach Abschluss der Netzung und gleichmässigen Vermischung des Netzwassers die Feuchtigkeit gemessen wird.
Ganz besonders bevorzugt wird zur kontinuierlichen Netzung von Getreide in einem Durchlaufsystem in einem ersten Abschnitt das Schüttgut in eine intensive Verwirbelung gebracht, Wasser zugegeben und in einem zweiten Abschnitt eine gleichmässige Wasserverteilung durch Aufrechterhaltung eines Wirbelbettes erzeugt und in einem letzten Abschnitt ein verwirbelungsfreier Abschnitt gebildet, in dem ein leichter Stau erzeugt und darin das Mikrowellenfeld aufgebaut wird, und der abgeleitete bzw. errechnete Wassergehalt als Ist- mit einem Sollwert verglichen wird zur Regelung der Wasserzugabe an das Getreide.
Zur kontinuierlichen Trocknung von Futtermitteln wird dieses in einem senkrechten Fallschacht durch Schwerkraft von oben nach unten bewegt, wobei in der frei nach unten bewegten Produktschicht in der untersten Zone des Fallschachtes in einer leicht gestauten Zone das Mikrowellenfeld aufgebaut und der abgeleitete bzw. errechnete Wassergehalt als Istwert mit einem Sollwert verglichen und zur Regelung der Trocknungsluft und/oder der Durchlaufgeschwindigkeit der Futtermittel und/oder der Wasserzugabe bei der Futtermittelaufbereitung vor der Verpressung verwendet.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei diese einen ersten Behandlungsabschnitt sowie einen Abschnitt zur Erzeugung einer Schüttgutstauzone aufweist, und eine Mikrowellenmesseinrichtung, welche der Stauzone zugeordnet ist, sowie eine Regeleinrichtung zur Regelung eines bestimmten Schüttgutwassergehaltes in dem Behandlungsabschnitt im Sinne einer "Feed-back-ward"-Regelung.
In der Folge wird die Erfindung anhand eines Beispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. Dabei zeigt
die Fig. 1 den schematischen Aufbau des Mikrowellen-Messteils
und Fig. 2 eine Gesamtanordnung einer Getreidenetzeinrichtung.
Es wird nun auf die Fig. 1 Bezug genommen.
Eine Messstrecke 1 ist durch einen nach unten erweiterten Trichter 2 gebildet, wobei im oberen Teil ein Einlaufschieber 3 und im Auslassbereich ein Bodenschieber 4 angeordnet ist. Seitlich an dem Trichter ist in der linken Bildhälfte eine trichterförmige Antenne 5, welche durch einen Stab 6 mit einer gegenüberliegenden Empfangsantenne 7 verbunden ist. Der Stab 6 durchdringt dabei vollständig das in dem Trichter 2 befindliche Schüttgut. Durch den auf einen begrenzten Durchsatz eingestellten Bodenschieber 4 bleibt der Trichter 2 im Betriebszustand dauernd mit Produkt gefüllt. Dadurch entsteht in dem Bereich der Antenne 5 bzw. des Stabes 6 bzw. die Empfangsantenne 7 ein leichter Stau in dem Produkt.
Die Antenne 5 ist über eine Koaxialleitung 8 an einen Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen. Eine Auswertelektronik 10 berechnet aus den Mikrowellenmesswerten sowie der über eine Temperatursonde 11 ermittelten Guttemperatur die effektive Feuchtigkeit des Schüttgutes. Wesentlich ist dabei, dass von der Antenne 5 das transmittierte Mikrowellensignal über eine Koaxialrückleitung 12 für die Errechnung des Feuchtigkeitswertes bezüglich Betrag und Phase gemessen und in der Auswertelektronik 10 verarbeitet wird.
Über eine Steuerleitung 13 wird das für die Regelung erforderliche Signal weitergeleitet. Die für die Einheit erforderliche Energie wird über eine Stromanschlussleitung 14 zugespiesen.
Bevorzugt wird für die Einrichtung eine Schüttguttiefe von 5 bis 30 cm, wobei eine Mikrowellenfrequenz von 2 bis 12 Gigaherz gewählt wird, wobei die entsprechenden Mikrowellenübertragungselemente nach den einschlägigen Regeln der Frequenz angepasst werden. Wichtig ist ferner, dass das Messgut auch in den beiden anderen Raumrichtungen ebenfalls etwa in den angegebenen Dimensionen liegen.
In der Fig. 2 ist eine ganze Netzeinrichtung mit Regelung der Wasserzugabe dargestellt.
Das Schüttgut wird über eine Verbindungsleitung 20 sowie eine Einlauftrimelle 21 in den eigentlichen Netzapparat 22 geleitet. Der Netzapparat 22 besteht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Netzmantel 23, einem drehenden Rotor 24, welcher durch eine entsprechende Beschaufelung 25 eine Produktförderung nach oben sicherstellt. Der Rotor 24 wird über einen Übertrieb 26 sowie einen Antriebsmotor 27 angetrieben. Das Netzwasser wird über eine Verbindungsleitung 28 in einen ersten Abschnitt dem Netzapparat 22 zugeleitet, wobei die Wassermenge durch ein Regelventil 29 eingestellt wird. Die Temperatur des Getreides kann entweder in dem ersten Abschnitt des Netzapparates 22, vor der Zugabe des Netzwassers, und/oder in einem letzten Abschnitt des Netzapparates 22 an dem fertig befeuchteten Schüttgut gemessen werden.
Der oder die Temperaturwerte werden einem Rechner 30 übergeben, der die wesentliche Informationsverarbeitung für die Netzung durchführt.
Ein ganz besonders wesentlicher Punkt liegt in der Erfassung des effektiven Feuchtigkeitswertes des Schüttgutes. Dieser wird in dem Beispiel entsprechend der Fig. 1 erfasst und über eine Auswertelektronik 1 dem Rechner 30 mitgeteilt.
Weiterhin ist es möglich, die Stromaufnahme des Antriebsmotors 27 durch den Rechner 30 zu überwachen, sodass eindeutig zwischen dem Leerlaufbetrieb und dem Arbeitsbetrieb unterschieden werden kann.
Für den Betrieb können nun verschiedene Programme im Rechner 30 vorgesehen werden, sodass z.B. im Leerlauf die Wasserzuführung gesperrt ist. Über ein Anlaufprogramm kann bei zunehmendem Produktdurchsatz nach einer Erfahrungskurve Wasser zugegeben werden, bis sich nach einigen Minuten eine Konstanz aller Messwerte einstellt, und die genauen Messwerte für die Produktfeuchtigkeit gewonnen werden, sodass die Wasserzugabe durch die Mikrowellenmessung geregelt wird. Das Mikrowellenmessfeld wird in dem letzten Abschnitt des Netzapparates 22 aufgebaut, wofür der Netzmantel eine Erweiterung 31 mit einem Stauraum 32 aufweist. Das Schüttgut wird zu diesem Zweck von den Förderpaletten 25 in den Stauraum 32 gestossen. Am Stauraum 32 führt ein freier Überlauf 33 in einen Produktauslass 34, von wo es in die nächstfolgende Verfahrensstufe geleitet wird.
The invention relates to a method for the continuous detection and control of the moisture of a bulk material in on-line operation, in particular for food or feed components, wherein a slight bulk material build-up and in this a microwave field is generated and the temperature of the bulk material is measured.
There are already numerous experiments and suggestions by means of microwaves to measure the moisture of bulk goods, especially food, especially grain, and e.g. regulate humidification or drying. To date, none of the previous approaches has been a resounding success.
The most widespread method is that the density of the moist material to be measured is determined by measuring the microwave attenuation and independently of it. The big disadvantage is that two completely different measuring methods have to be used, the microwave attenuation on the one hand and e.g. Gamma rays or a weighing system for the density on the other hand. As far as the applicant is aware, the consequence of this is that very special measuring devices had to be developed for the practice of poorly flowable goods such as freshly wetted wheat.
In order to counter this problem, for example, CH-PS No. 650 862 proposes a microwave measurement which is independent of the density. It is envisaged to carry out the measurement in four steps, the mechanical and electrical properties of the microwave applicator being measured first without the measurement material and the second step with the measurement material. For example, with the attenuation and phase measurement of the microwave reflection and transmission, the complex dielectric constant is calculated. According to the given formula, a measured value is determined, this is compared with a calibration curve and the relative humidity is determined from this.
The disadvantage of this method is that in any case the microwave applicator must be recorded without material, similar to the tare measurement on the balance. It is known that even a thin coating on the walls of the microwave applicator influences the empty measurement, so that it does not match the factory-new empty value measurement.
In another known measuring method, it is proposed to use a microwave guide by means of a probe that passes through the bulk material. This will probably keep the microwave field under better control and increase accuracy. The question of bulk density dependent resp. Independent measurement is not solved here either.
The object of the invention was now to eliminate the disadvantages of the known solutions as far as possible, but in particular to allow a microwave measurement which is simple to use in practice and does not require a bulk density measurement or a respective microwave measurement without a product.
The solution according to the invention is characterized in that the amount and the phase of the transmitted microwaves in the bulk material are measured, the moisture is calculated therefrom and the moisture of the bulk material is regulated with the calculated value.
Large series of measurements e.g. in the wetting of cereals have surprisingly shown that better measurement results can be achieved with the new method than with the previously known methods. However, it has emerged as an essential requirement to carry out the measurement within a light bulk material jam. It is generally recognized that the precise measurement of freshly wetted bulk solids is the most difficult case. Here, however, good results were immediately apparent, even with a simple test facility. On the one hand, however, the fact that the fact that the vast majority of cases seek consistency of results in food and feed processing has led to good results. This means that the miller strives to always have the wetting of the grain within a very narrow range.
However, the large variations so far determined were particularly caused by the fact that extreme cases, which are rare in practice, had to be taken into account when searching for suitable laws. To put it more specifically, the fact is that the grain may be wetted three times in a mill, one main wetting and two post-wetting. As a rule, wetting is not regulated on the basis of moisture measurement values, but is based on experience, e.g. 0.1, 0.2 or 0.3% water added. The actual regulation of the water addition takes place only once, with the main wetting. This in turn should have a value of e.g. 14.5-17% water content of the moistened grain are maintained.
This means that the whole measuring process now measures moisture variation of less than 3%, especially outside the lowest extreme of adding only a small percentage of water to dry wheat. The bulk density measurement can be omitted as a great advantage because the slight congestion requires a certain consistency with regard to the bulk density. However, the slight stowage is again a condition that is often present in every processing or processing machine or that can be generated without costly measures.
The invention permits a whole series of further advantages, for example, this is used for the "feed-backward" regulation for the wetting of cereals or for the drying of feed components. The amount and phase of the transmitted microwaves in the bulk material being treated is measured.
Another new aspect is that the temperature of the untreated goods is measured.
In this way, the problems of the temperature influence of the network water itself or the dependent evaporation and condensation problems, which can also have a negative influence on the measurement accuracy, can be avoided in many cases.
The greatest measurement accuracy is also achieved by using an antenna which penetrates the bulk material and which generates and guides the microwave field in the bulk material, the microwave field being very particularly preferably generated in the last section of the process zone within a bulk material storage zone.
The network device itself creates the stowage zone in which the moisture is measured immediately after the completion of the wetting and uniform mixing of the network water.
For continuous wetting of grain in a continuous system, the bulk material is very particularly preferably brought into an intensive swirling in a first section, water is added and in a second section an even water distribution is generated by maintaining a fluidized bed and a swirl-free section is formed in a last section which creates a slight traffic jam and the microwave field is built up in it, and the derived or calculated water content is compared as an actual value with a target value for regulating the water addition to the grain.
For the continuous drying of animal feed, it is moved in a vertical chute by gravity from top to bottom, the microwave field being built up in the product zone moving freely downwards in the lowest zone of the chute in a slightly dammed zone and the derived or calculated water content as the actual value compared with a target value and used to regulate the drying air and / or the throughput speed of the feed and / or the addition of water during feed preparation before pressing.
The invention further relates to a device for carrying out the method, which has a first treatment section and a section for creating a bulk material storage zone, and a microwave measuring device which is assigned to the storage zone, and a regulating device for regulating a specific bulk material water content in the treatment section in the sense of a " Feedback ward "scheme.
The invention is explained in more detail below using an example. It shows
1 shows the schematic structure of the microwave measuring part
and FIG. 2 shows an overall arrangement of a grain network device.
Reference is now made to FIG. 1.
A measuring section 1 is formed by a funnel 2 widened downwards, an inlet slide 3 being arranged in the upper part and a bottom slide 4 being arranged in the outlet region. On the left side of the funnel is a funnel-shaped antenna 5, which is connected by a rod 6 to an opposite receiving antenna 7. The rod 6 completely penetrates the bulk material located in the funnel 2. Due to the bottom slide 4 set to a limited throughput, the funnel 2 remains permanently filled with product in the operating state. This creates a slight jam in the product in the area of the antenna 5 or the rod 6 or the receiving antenna 7.
The antenna 5 is connected to a high-frequency generator 9 via a coaxial line 8. An electronic evaluation system 10 calculates the effective moisture of the bulk material from the microwave measured values and the temperature of the goods determined via a temperature probe 11. It is essential here that the transmitted microwave signal is measured by the antenna 5 via a coaxial return line 12 for the calculation of the moisture value with respect to the amount and phase and processed in the evaluation electronics 10.
The signal required for the control is passed on via a control line 13. The energy required for the unit is fed in via a power connection line 14.
A bulk material depth of 5 to 30 cm is preferred for the device, a microwave frequency of 2 to 12 gigahertz being selected, the corresponding microwave transmission elements being adapted according to the relevant frequency rules. It is also important that the measured material also lies in the specified dimensions in the two other spatial directions as well.
2 shows an entire network device with regulation of the addition of water.
The bulk material is fed into the actual network apparatus 22 via a connecting line 20 and an inlet trim 21. The network apparatus 22 essentially consists of a tubular network jacket 23, a rotating rotor 24, which ensures product conveyance upwards by appropriate blading 25. The rotor 24 is driven by an overdrive 26 and a drive motor 27. The network water is fed via a connecting line 28 into a first section of the network apparatus 22, the amount of water being set by a control valve 29. The temperature of the grain can be measured either in the first section of the network device 22, before the addition of the network water, and / or in a last section of the network device 22 on the already moistened bulk material.
The temperature value or values are transferred to a computer 30 which carries out the essential information processing for the networking.
A very particularly important point is the recording of the effective moisture value of the bulk material. In the example in accordance with FIG. 1, this is recorded and communicated to the computer 30 via evaluation electronics 1.
Furthermore, it is possible to monitor the current consumption of the drive motor 27 by the computer 30, so that a clear distinction can be made between the idling mode and the working mode.
Various programs can now be provided for operation in the computer 30, so that e.g. the water supply is blocked at idle. With an increasing product throughput, water can be added via a start-up program, based on an experience curve, until all measured values become constant after a few minutes and the exact measured values for product moisture are obtained, so that the water addition is regulated by the microwave measurement. The microwave measuring field is built up in the last section of the network apparatus 22, for which purpose the network jacket has an extension 31 with a storage space 32. For this purpose, the bulk material is pushed into the storage space 32 by the conveying pallets 25. At the storage space 32, a free overflow 33 leads into a product outlet 34, from where it is directed to the next process step.