CN114930163A - 用于电容式确定材料中的物质的比例的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电容式确定材料中的物质的比例的装置和方法。该装置包括具有线圈和板式电容器的振荡电路，其中，该振荡电路可以被激发成在不同的频率或电感下振荡。根据本发明，提供了记录该振荡电路的频率响应或谐振频率并关于特性特征对其进行评估。基于可以指派给这些特性特征的频率，可以确定要测量的材料中的特定物质的比例。用于电容式确定材料中的物质的比例的方法具体地基于如下事实：在该方法中使用该物质的介电性质以确定要测量的材料中的物质的比例。

Description

用于电容式确定材料中的物质的比例的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于电容式确定材料中的物质的比例的装置和方法。该装置包括具有线圈和板式电容器的振荡电路，其中，该振荡电路可以被激发成在不同的频率或电感下振荡。根据本发明，提供了记录该振荡电路的频率响应或谐振频率并关于特性特征对其进行评估。基于可以指派给这些特性特征的频率，可以确定要测量的材料中的特定物质的比例。用于电容式确定材料中的物质的比例的方法具体地基于如下事实：在该方法中使用该物质的介电性质以确定要测量的材料中的物质的比例。

背景技术

在现有技术中已知的是，可以通过光学方法来确定要检查的材料中的物质的物质浓度或比例。在从现有技术中已知的这些常规方法中，具体地，使用要确定其比例的物质的光学性质来确定该比例。许多光学方法是基于如下事实：要确定其比例的物质溶解在液体中，并且照射所获得的溶液。记录照射的光学响应并以光谱的形式绘制。然后可以从被吸收和/或被反射的辐射的光谱中推断出物质的浓度。

例如，在DE 41 22 925 A1中描述了这样的光学测量方法。上述专利申请中描述的发明涉及光学光谱仪，该光学光谱仪具有耦合到至少一个光学波导的照射装置，该照射装置用于照射包含在测量样本室中的要进行光谱检查的物质，该光谱仪包括单色仪装置和检测器布置。如DE 41 22 925 A1中描述的光学方法的缺点是不得不使用光学部件来确定浓度。然而，光学部件的使用经常导致高成本和获得的测量装备的相当大的敏感性，以至于该测量装备无法在受保护的实验室气氛之外使用。在这个方面，在现实中以及具体地在具有高振动、噪音和/或污染可能性的位置中，例如在建筑工地，光学方法和基于这样的光学方法的装置的使用即使可能，也是非常受限的。

此外，光学方法伴有如下缺点：总是需要液体来溶解要测量的物质。然而，在某些情况下，这样的(优选地洁净的)溶剂液体并不总是可用的。具体地，需要对液体进行检查以确定光学测量系统与样本之间的折射率的转变或变化。由于对溶剂液体的要求，因此例如通过光学方法来确定在非液体可溶性物质中或在空气中的物质的比例是不可能的。

因此，本发明所基于的目标是克服上文描述的现有技术的缺点和缺陷并且提供一种用于电容式确定材料中的物质的比例的装置和方法。如果改进的方法和改进的装置还可以被用来确定非水溶性材料中的物质的比例并且如果还可以在空气中进行测量，则专家们将表示欢迎。还旨在使要提供的装置还可以在恶劣的环境中(比如在建筑工地等)使用，在这些恶劣的环境中，振动和严重的脏污通常是会被预料到的。具体地，旨在提供坚固、稳定和不敏感的装置。另一个关注点是使要提供的方法便宜并且使用方便。

该目的是通过独立权利要求的主题来实现。与独立权利要求的主题相关的有利实施例可以在从属权利要求中找到。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于电容式确定材料中的物质的比例的装置，该装置包括具有线圈和板式电容器的振荡电路。该装置的特征在于，该板式电容器可以用该材料作为电介质来填充，记录且评估该电介质的频率响应以便确定该材料中的物质的比例。

在第二方面，本发明涉及一种用于电容式确定材料中的物质的比例的方法。该方法的特征在于以下方法步骤：

a)提供提出的装置，

b)用该材料填充该装置的板式电容器，其中，将确定该材料中的物质的比例，

c)在该装置的振荡电路中设置不同的频率或电感，

d)记录该材料的频率响应或谐振频率，

e)通过搜索特性特征来评估该频率响应或这些谐振频率，

f)使用可以指派给这些特性特征的特性频率fc来确定该物质的比例。

本发明的一个应用领域是确定粉尘样本中的石英的比例。要测量的粉尘中的石英含量表示重要的信息，因为石英与比如硅肺或肺癌等疾病相关联。由于许多国家正在做出越来越多的努力以比以前更好地保护采矿或在建筑工地的工人使他们免受高水平的粉尘暴露和随之而来的负面健康影响，因此人们对用于检查粉尘的切实可行的、现实的且具成本效益的技术解决方案有很大的兴趣。如果可以产生可以快速地且可靠地确定要测量的粉尘中的石英含量的可能方式，以便能够对涉及到的工人采取合适的保护措施，专家们将表示特别欢迎。

因此可想象到的是使用提出的装置作为“粉尘剂量计”，该提出的装置可以由工人在建筑工地随身携带，并确定建筑工人在一天之中所暴露到的石英量。通过与辐射剂量计进行类比，提出的装置可以记录和保存所获取的数据或将这些数据传输到另一个装置以用于进一步处理。为了本发明的目的，还可能优选的是，提出的装置发射光学和/或声学警告信号，例如，这些警告信号向工人指示已经达到了或即将达到最大的石英日暴露量。为了本发明的目的，还可能优选的是，该装置布置在吸尘装置或空气净化器上，使得可以确定吸尘装置或空气净化器的周围区域中的粉尘中的石英含量。此外，为了本发明的目的，可能优选的是，该装置在比如电动工具的粉尘产生装置的周围区域中或在该粉尘产生装置上使用，以便直接在粉尘的起源点处检查粉尘的成分，并且具体地确定石英含量。

提出的方法和提出的装置的一个优点是可以无需昂贵且敏感的光学元件和测量装备。因此，本发明提供了廉价且不敏感的技术解决方案以用于确定要测量的材料(这里优选地是粉尘)中的物质的比例。这具体地是通过以下方式来实现的：电容式地执行用于确定物质的比例的方法和装置的使用，以及使用要确定其比例的物质的介电性质来确定粉尘中的物质的比例。为了本发明的目的，具体地优选的是，电容式地发生确定粉尘中的物质的比例。

为了本发明的目的，特别优选的是，在提出的方法的上下文中，在不同频率下测量要测量的材料的介电性或介电常数以便确定粉尘样本中的石英含量。为了这个目的，具体地测量频谱以便能够获得且评估粉尘样本的介电响应。为了本发明的目的，优选的是，在该方法开始时，向装置的电磁振荡电路施加短脉冲或下降沿。

为了本发明的目的，优选的是，以已知能量或电压的短脉冲给电容器充电。在已给电容器充电之后，突然地移除能量或电压，例如，这借助于例如跨电磁振荡电路的线圈的短路而成为可能。为了本发明的目的，优选的是，可以类似地执行振荡电路的激发。优选地，当正给板式电容器充电时或当正激发振荡电路时，激发的谐波分量在使得它们被设置成激发石英谐振的频率下被选择或设置。

响应于这种情况，振荡电路开始在其谐振频率下振荡。优选地可以用装置的控制单元记录该谐振频率。还可以借助二极管、电容二极管和/或电位器调整该频率，直到达到与石英相关的频率为止。要测量的材料的介电性或介电常数可以依据针对电感L设置的值来确定。为了本发明的目的，优选的是，例如粉尘中的石英含量与在谐振频率的范围内粉尘的介电性或介电常数的变化相关。换句话说，适用的关系是：“在谐振频率下介电性或介电常数的变化越大，粉尘中包含的石英就越多”。

本发明实现的另一个优点是，还可以测量不溶于水或不溶于液体的材料。具体地，提出的方法和提出的装置允许确定空气中的物质的比例。因此，本发明实现的优点具体地是，可以用机械不敏感的部件执行电容式测量，并且不需要液体溶液介质来执行测量。

在本发明的上下文中，提供了一种包括具有线圈和板式电容器的振荡电路的装置。为了本发明的目的，提供了该装置被设置成执行提出的方法。该线圈优选地可以是导线线圈，该导电线圈的性质优选地通过电感L来描述。为了本发明的目的，优选的是，取决于要检测的物质或要测量的材料而且取决于板式电容器的性质来选择要使用的线圈和该线圈的性质，该线圈与该板式电容器一起形成提出的装置的振荡电路。例如，可以选择大约100μH的值作为操作振荡电路的起点。本技术领域的技术人员知晓，这个值可以具体地随着装置的大小而有几个数量级的变化。

为了本发明的目的，优选的是，板式电容器包括两个板，可以在这两个板之间施加电压。可以使用两种替代性方法来执行提出的方法。根据第一方法，可以将正弦激发信号施加到装置的振荡电路(“正弦扫频”)，优选地使用恒定的电压振幅。响应于这个激发，记录跨电容器的电压降，就像电磁振荡电路是分压器一样。根据这个第一方法，将电压记录为在预定频率内的所测量的变量，这可以产生电压-频率图。图2通过示例示出了这样的图。

这个第一方法可以通过以下方法步骤被描述：

a)提供提出的装置，

b)用该材料填充该装置的板式电容器，其中，将确定该材料中的物质的比例，

c)在装置的振荡电路中设置不同的频率，

d)记录材料的频率响应，

e)通过搜索特性特征来评估频率响应，

f)使用可以指派给这些特性特征的特性频率fc来确定该物质的比例。

根据第二方法，提供了其中可以设置或“环接”不同大小的电感L的电磁振荡电路。在这个第二方法中，不同的电感L表示指定变量。然后激发电磁振荡电路进行振荡，谐振频率被记录为所测量的变量和/或相对于电感来绘制。由此可以获得频率-电感图。在这个第二方法的上下文中，优选的是，设计电磁振荡电路使得当设置第一电感时该电磁振荡电路在石英的第一谐振频率下振荡。这个设计具体地是通过设置特定的测量电感作为指定变量来实现的。然后可以针对可以环接在振荡电路中的不同电感来重复测量，在这个第二或每个进一步测量期间，振荡电路优选地在石英的第二或另一谐振下振荡。

这个第二方法可以通过以下方法步骤被描述：

a)提供提出的装置，

b)用该材料填充该装置的板式电容器，其中，将确定该材料中的物质的比例，

c)在装置的振荡电路中设置不同的电感，

d)记录材料的谐振频率，

e)通过搜索特性特征来评估谐振频率，

f)使用可以指派给这些特性特征的特性频率fc来确定该物质的比例。

为了本发明的目的，优选地是，使用足够大的电压振幅来激发振荡电路。为了本发明的目的，如果电压振幅被设置成激发振荡电路中的谐振，则该电压振幅被视为“足够大的”。

板式电容器的板优选地彼此基本上平行。为了本发明的目的，优选的是，板式电容器包括用于电压源和/或用于控制单元的连接。优选地可以取决于要检测的物质或取决于要测量的材料来选择板式电容器或其板的参数。例如，这些参数是板式电容器的板的大小或这些板距彼此的距离。板式电容器的几何参数优选地定义了要测量的粉尘可以作为电介质填充到其中的体积。

为了本发明的目的，优选的是，被测量且被引入到板式电容器的板之间的测量体积中的材料优选地被称为“要测量的材料”。在本发明的特别优选的示例性实施例中，要测量的材料是粉尘。例如，这种粉尘可能出现在建筑工地，具体地当用比如空心钻、锯、角磨机或切断研磨机或者锤钻等电动工具对墙、混凝土、石灰石等基材进行加工时，但不限于这些应用。具体地，混凝土或砖石中可能包含石英，使得当加工这类基材时可能会出现包含石英的粉尘。发明人已认识到，混凝土和石英的密度是近似地类似或相当的，使得这个事实可以用于电容式确定粉尘样本中的石英含量。

在本发明的上下文中，要确定其在要测量的材料中的比例的物质被称为“要确定其比例的物质”。在本发明的特别优选的示例性实施例中，要确定其比例的物质是石英。石英具有化学成分SiO₂，并且具体地采取晶格结构的形式。由于石英的结构，它可以被极化，如果在特性频率下测量和评估物质的介电常数，则物质的极化允许实现对物质的明确识别。对于本发明，石英的相关特性频率在10⁴Hz至10⁶Hz(即，大约10kHz至1000kHz)的范围内，而且可以毫无问题地对这些频率进行电测量。本发明人已认识到，物质(具体地是石英)的介电性质可以用于确定要测量的材料(比如粉尘)中的物质的比例。

在本发明的上下文中，将作为要测量的材料的粉尘作为板式电容器的板之间的电介质来引入。可以优选地利用是提出的装置的一部分的电磁振荡电路的电容C来描述板式电容器的性质。

在下一个步骤中，在装置的电磁振荡电路中设置不同的频率。

换句话说，可向振荡电路施加不同的频率。为了本发明的目的，优选的是，该装置包括被设置成激发振荡电路进行振荡的电压源。换句话说，振荡电路的振荡可以通过电压源来实施，优选地使电压源要提供的电压与线圈的电感L、电容器的电容C和要测量的材料的材料性质以及要确定其比例的物质相匹配。换句话说，取决于刚刚提到的变量来选择电压源要提供的电压。例如，要测量的材料和要确定其比例的物质的材料性质可以是密度、介电常数等。为了本发明的目的，具体地优选的是，电容式地发生确定粉尘中的物质的比例。

为了本发明的目的，优选地是，施加到电介质或板式电容器的(即，被测量的)频率在0kHz至1000kHz的范围内，优选地在10kHz至800kHz的范围内，最优选地在100kHz至500kHz的范围内。这些频率范围对于确定粉尘中的石英的比例是特别有利的且合适的，因为特定的测试装备中的石英在频率响应方面的特性特征是例如大约150kHz和250kHz。本领域的技术人员知晓，指定值可以取决于要测量的材料的大小、几何形状和/或含水量，这就是为什么为了本发明的目的优选的是：利用要使用的测量装备进行校准测量以便例如确定特性频率的位置。为了本发明的目的，优选的是，这些频率是振荡电路的谐振频率，以施加到振荡电路或其部件的不同变量传递这些谐振频率。为了本发明的目的，优选的是，可以由控制单元记录或测量电磁振荡电路的谐振频率，这在下文进一步解释，其中，控制单元可以是提出的装置的一部分。控制单元优选地可以形成为微控制器。为了本发明的目的，还优选的是，通过控制单元测量电磁振荡电路的质量。为了这个目的，由微控制器测量和评估跨线圈和电容器的电压降以及相位角。

为了本发明的目的，优选的是，电磁振荡电路的质量可以被用作校正变量以便排除当要确定其在材料中的比例的不同物质的谐振频率非常类似或在类似范围内时可能出现的测量误差。除了测量材料在特定频率下的介电性或介电常数外，还可以优选地使用电磁振荡电路的质量来将第一物质和第二物质的谐振或频率彼此区分开。

为了本发明的目的，特别优选的是，提出的装置的电磁振荡电路被激发为在不同频率下振荡，其中，随后记录且评估电介质(即，要测量的粉尘)的频率响应以确定要确定其比例的物质在粉尘中的比例。为了本发明的目的，这些步骤优选地还被称为“在装置的振荡电路中设置不同的频率”和“记录粉尘的频率响应”。

为了本发明的目的，优选的是，该装置包括被设置成记录电介质的频率响应的控制单元。该装置的控制单元优选地形成为微控制器。控制单元优选地是可以具有集成的外围功能的优选地可自由编程的处理器。为了本发明的目的，控制单元具体地被设置成控制提出的装置的传感器和/或记录装置。该控制单元还可以被设置成存储和/或评估用传感器和/或记录装置记录的所测量的值。

在本发明的上下文中，用微控制器记录且评估要测量的粉尘的频率响应。具体地，测量板式电容器的板之间的电压并相对于不同的频率来绘制，由此获得频率-电压图(见图2)。

为了本发明的目的，优选的是，控制单元还被设置成向电介质施加不同的频率。例如，这可以通过控制单元能够打开或关闭电压来实现。为了本发明的目的，还可能优选的是，由电压源激发电磁振荡电路。为了本发明的目的，最优选的是，使用受控制单元控制的电压源以便激发电磁振荡电路或向电介质施加不同的频率。

换句话说，微控制器还可以用于向提出的装置的电磁振荡电路施加不同的频率，在本发明的上下文中，记录且评估电介质对通过不同频率的反应以便确定粉尘中的物质的比例。

为了本发明的目的，最特别优选的是，以电压的形式记录要测量的材料的响应。例如，电介质(即，要测量的材料)的频率响应可以绘制成频率-电压图。在图的x轴上绘制施加到振荡电路的频率或被用于激发振荡电路的频率，而在图的y轴上绘制粉尘的频率响应。然后可以通过搜索曲线图中的特性特征来评估要测量的材料的频率响应。具体地，可以检查频率-电压图中的曲线的特性特征。根据替代性的第二种方法，可以优选地评估频率-电感图。换句话说，可以在频率-电压图中搜索特性峰值，这些峰值具体地通过特定材料的特性频率fc来确定。为了本发明的目的，这优选地意味着要测量的材料中的不同物质可以通过频率-电压图中的特性特征的位置来识别。例如，石英的这样的峰值是在近似地150kHZ和250kHZ的频率下。换句话说，在本发明的上下文中，如果在表示粉尘的频率响应的频率-电压图中在近似地150kHz和250kHz的频率下出现峰值或异常，则可以推断在要测量的粉尘样本中存在石英。为了本发明的目的，优选的是，在晶体材料的情况下，特性频率fc通常是由材料的晶格结构产生的。在本发明的优选的示例性实施例中，这在对粉尘样本中的石英的比例进行期望的确定时引起特性频率fc1≈150kHZ和fc2≈250kHZ。

为了本发明的目的，优选的是，通过设置不同大小的电感来实现频率的更大变化，电感描述振荡电路的线圈的性质。例如，继电器、模拟开关和/或回转器电路可以用于设置不同大小的电感。测试已表明，例如，模拟开关或回转器电路对振动特别不敏感。为了本发明的目的，因此优选的是，该装置包括用于在振荡电路中设置不同频率的继电器、模拟开关和/或回转器电路。优选地，以这种方式，可以改变振荡电路的线圈的电感，线圈的电感的变化有利地引起振荡电路的频率的变化。例如，可以通过电环接振荡电路的线圈来执行不同电感的设置。

为了本发明的目的，优选的是，通过设置不同大小的电容来实现频率的较小变化，例如，该电容描述可以与振荡电路的板式电容器串联或并联连接的电容二极管的性质。为了本发明的目的，优选的是，该装置包括用于在振荡电路中设置不同频率的电容二极管，这些电容二极管可与振荡电路的板式电容器串联或并联连接。因此，为了本发明的目的，优选的是，电容二极管的电容可以用于在振荡电路中设置不同频率。取决于振荡电路内所需的频率变化符号，电容二极管可以与振荡电路的板式电容器串联或并联连接。为了本发明的目的，优选的是，电容二极管表示电控制的电容，这些电容的控制优选地借助于控制单元发生。

为了本发明的目的，优选的是，由控制单元设置线圈的可变电感和二极管的电容。这个过程还优选地被称为环接。通过设置不同的电感和电容，提出的装置的电磁振荡电路的(谐振)频率发生变化并且向要测量的材料施加不同的频率。借助于电介质的材料的性质和/或借助于要确定其比例的物质的性质，因此可以基于电磁振荡电路的电参数来确定物质的想要的比例。

发明人已认识到，要测量的材料的相对电容率或介电常数与电容器的材料或粉尘体积中的石英含量很近似地成比例。因此，如果例如当测量不含石英的粉尘时测得的介电常数为1，并且当测量具有高石英含量的材料(其石英含量几乎为100％)时测得的介电常数为5，则当测量具有未知石英含量的粉尘时可以从测得的介电常数为3推断出这个粉尘样本中的石英含量在近似地50％的范围内。这个指派还基于石英和混凝土具有类似密度的知识。这个所确定的石英比例可以有利地与从中提取或滤出粉尘样本的空气体积相关，以便确定例如在建筑工地的工人的可呼吸空气中的石英含量。

为了本发明的目的，优选的是，通过设置不同的电感来引起频率的变化，该电感描述该装置振荡电路的线圈的性质。例如，继电器可用于设置不同大小的电感。为了本发明的目的，还优选的是，通过设置不同的电容来引起频率的变化，该电容描述可以与振荡电路的板式电容器串联或并联连接的电容二极管的性质。

在示例性实施例中，本发明涉及用于确定粉尘中的物质的比例的传感器装置，该传感器装置具有可以用粉尘作为电介质来填充的板式电容器，测量和评估该电介质的频率响应或频谱的移位以便确定粉尘中的物质的比例。为了本发明的目的，最特别优选的是，要确定其在粉尘中的比例的物质是石英。人们对关于粉尘样本中的石英比例的信息非常感兴趣，因为石英被认为具有对健康有害的性质。

为了本发明的目的，还可能优选的是，电容器不一定用要测量的材料来填充，但电容器从一侧对要测量的材料进行测量。要测量的材料可以空间上接近板式电容器，要测量的材料能够引起可以用电容器记录的所测量的变量的变化。可以用这个电容式测量方法检测和评估这些变化。

在本发明的进一步示例性实施例中，优选的是，使用具有可变频率的电磁振荡电路进行测量，经由线圈和电容器来测量电磁振荡电路的谐振频率、质量和电压降。另外，可以使用不同的电感和电容来调适电磁振荡电路的谐振频率。为了本发明的目的，优选的是，使用板式电容器来执行用于通过以下方式确定物质的比例的提出的方法：将要测量的材料(这里是粉尘样本)引入到板式电容器的板块之间。

为了本发明的目的，优选的是，可以使用第二电磁振荡电路，该第二电磁振荡电路的波形可以叠加在先前使用的板式电容器的波形上以改进测量。

换句话说，在提出的装置的上下文中，可能优选的是，该装置包括第二振荡电路，该第二振荡电路的测量值可以与第一振荡电路的测量值叠加以便进一步提高确定方法和装置的准确性和可靠性。

第二电磁振荡电路的提供考虑到了振荡电路的“理想”频率可能偏离实际出现的频率的知识。例如，这可能是由空气湿度或板式电容器的热膨胀造成，但此清单并非详尽的。因此，可以使用粉尘未填充到其中的第二电磁振荡电路。为了本发明的目的，优选的是，以基本上相同的方式且基本上同时激发第一振荡电路和第二振荡电路。取决于振荡电路之间的相位移位，两个振荡电路的电压值加起来的最大值是两个振荡电路中的一个的电压的值的两倍，或电压相互抵消，从而获得0V的总电压。如果第一电磁振荡电路填充有要测量的材料，则该第一电磁振荡电路的振荡频率优选地变化。在优选地波形电压曲线之间存在干扰，两个振荡电路的跳动频率有利地与填充到第一振荡电路的板式电容器中的材料的石英含量成比例。本发明的这个实施例的基本优点是，空气湿度或温度的任何影响都不在对干扰值或两个振荡电路的跳动的评估范围内，且不会伪造因此确定的石英含量。

在以下附图说明中可以发现进一步的优点。附图、说明书以及权利要求包含许多组合的特征。本领域技术人员还将方便地单独考虑这些特征并将它们进行组合以形成有用的进一步组合。

附图说明

在附图中，相同和类似的部件由相同的附图标记表示。在附图中：

图1示出了装置的优选实施例的示意图；

图2示出了所记录的电压相对于不同频率的曲线图，可以在振荡电路中设置这些不同频率以确定物质的想要的比例。

具体实施方式

图1示出了装置1的优选实施例的示意图。装置1包括电磁振荡电路2，该电磁振荡电路又包括线圈L和电容器C。电容器C形成为板式电容器。该板式电容器优选地具有两个板，在这两个板之间存在电场。比如粉尘等材料可以被填充到在板式电容器的板之间形成的体积中。为了本发明的目的，优选的是，检查这种材料的构成物质以及这些物质在材料中的比例。

可以向振荡电路2施加不同的频率。通过电压源3激发相应的振荡。电压源3优选地可以形成为频率发生器或正弦波发生器。为了本发明的目的，还可能优选的是，控制单元4和电压源3形成一个单元。

此外，装置1可以包括优选地形成为微控制器的控制单元4。为了本发明的目的，优选的是，控制单元4被设置成记录振荡电路2中的频率和该振荡电路的质量。此外，控制单元4可以被设置成电设置或“环接”振荡电路2的电容和电感。为了本发明的目的，优选的是，控制单元4包括用于电压测量的装置，例如，该装置可以形成为具有用于执行快速傅里叶变换的集成选项的示波器。为了本发明的目的，特别优选的是，控制单元4具体地旨在执行频率测量。

示波器优选地被设置成记录跨电容器C下降的频率的振幅。为了本发明的目的，优选的是，在提出的方法中，跨电容器C下降的频率的振幅表示所测量的变量。为了本发明的目的，特别优选的是，记录在正弦波频率内的振幅。这优选地意味着用可以由频率发生器产生的优选地正弦激发信号激发电磁振荡电路2。然后将空电容器C的电压的峰值与填充有包含粉尘的石英的电容器C的峰值进行比较。谐振频率可以通过频率-电感图或电压-频率图中的峰值的位置来确定。

图2示出了所记录的电压相对于不同频率的曲线图，可以在振荡电路2中设置这些不同频率以确定物质的想要的比例。图2的上部分a)示出了不含石英的粉尘的电压-频率图，而图2的下部分b)示出了包含石英的粉尘的电压-频率图。换句话说，图2的上部分a)中的要测量的材料是不含石英的粉尘，并且图2的下部分b)中的要测量的材料是包含石英的粉尘。在电压-频率图的x轴上，振荡电路的频率或谐振频率f以千赫兹(kHz)为单位来绘制，而在电压-频率图的y轴上，由控制单元4记录的电压U以伏特(V)为单位来绘制。图2中示出的图允许通过搜索特性特征来评估频率响应，如根据第一种评估方法使用电压-频率图所提出的。具体地使用可以指派给特性特征的特性频率fc来确定物质的比例。

图2的下部分b)清楚地示出了特性频率fc1和fc2，所述特性频率为近似地150kHz和250kHz。这些特性频率fc1和fc2的位置表明，在被检查的粉尘中存在石英，用该粉尘来填充装置1的板式电容器C。在图2中示出的本发明的示例中，石英是要确定其在要测量的材料(这里是灰尘)中的比例的物质。

附图标记列表

1 装置

2 振荡电路

3 电压源

4 控制单元

L 线圈

C 电容器

Claims (13)

1.一种用于电容式确定材料中的物质的比例的装置(1)，该装置包括具有线圈L和板式电容器C的振荡电路(2)，

其特征在于，

该板式电容器C可以用该材料作为电介质来填充，记录并评估该电介质的频率响应以便确定该材料中的物质的比例。

2.如权利要求1所述的装置(1)，

其特征在于，

该材料中的物质的比例的确定是以电容方式进行的。

3.如权利要求1或2所述的装置(1)，

其特征在于，

该装置(1)包括被设置成激发该振荡电路(1)进行振荡的电压源(3)。

4.如前述权利要求之一所述的装置(1)，

其特征在于，

该装置(1)包括被设置成记录该电介质的频率响应的控制单元(4)。

5.如权利要求4所述的装置(1)，

其特征在于，

该控制单元(4)还被设置成向该电介质施加不同频率。

6.如权利要求5所述的装置(1)，

其特征在于，

施加到该电介质的频率在从0kHz到1000kHz的范围内，优选地在从10kHz到800kHz的范围内且最优选地在从100kHz到500kHz的范围内。

7.如前述权利要求之一所述的装置(1)，

其特征在于，

该装置(1)包括用于在该振荡电路(2)中设置不同频率的电容二极管。

8.如权利要求7所述的装置(1)，

其特征在于，

这些电容二极管可以串联或并联连接到该振荡电路(2)的板式电容器。

9.如前述权利要求之一所述的装置(1)，

其特征在于，

该装置(1)包括用于在该振荡电路中设置不同频率的继电器、模拟开关和/或回转器电路。

10.一种用于电容式确定材料中的物质的比例的方法，

其特征在于以下方法步骤：

a)提供如前述权利要求之一所述的装置(1)，

b)用该材料填充该装置(1)的板式电容器C，其中，将确定该材料中的物质的比例，

c)在该装置(1)的振荡电路(2)中设置不同的频率或电感，

d)记录该材料的频率响应或谐振频率，

e)通过搜索特性特征来评估该频率响应或这些谐振频率，

f)使用可以指派给这些特性特征的特性频率fc来确定该物质的比例。

11.如权利要求10所述的方法，

其特征在于，

在该方法中，使用要确定其比例的物质的介电性质来确定该材料中的物质的比例。

12.如权利要求10或11所述的方法，

其特征在于，

通过设置不同的电感来引起这些频率的变化，该电感描述该装置(1)的振荡电路(2)的线圈L的性质。

13.如权利要求10至12之一所述的方法，

其特征在于，

通过设置不同的电容来引起这些频率的变化，该电容描述电容二极管的性质和/或该振荡电路(2)的板式电容器C的性质。

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