DD216109A1

DD216109A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR HUMIDITY MEASUREMENT

Info

Publication number: DD216109A1
Application number: DD24907883A
Authority: DD
Inventors: Peter Zacharias; Frank Pudel
Original assignee: Univ Magdeburg Tech
Priority date: 1983-03-23
Filing date: 1983-03-23
Publication date: 1984-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung in Schuettguetern, vorzugsweise in Kristallzucker mit geringem Feuchteanteil. Ziel ist eine Schaltungsanordnung mit erweitertem Anwendungsbereich, niedrigem Realisierungsaufwand sowie hoher Qualitaet der Messwerterfassung. Die Schaltungsanordnung soll wenige einfache Baugruppen sowie lineare Wandlerkennlinien besitzen, stoerunempfindlich u. automatisierungsfreundlich sein. Erfindungsgemaess besteht die Schaltungsanordnung aus einem Feuchtesensor, zwei invertierenden Verstaerkern, einer Einrichtung steuerbarer Verstaerkung, einem Referenzfrequenzgenerator sowie einer Einrichtung zur Bildung einer Differenzfrequenz. Der Ausgang des Feuchtesensors ist mit der Reihenschaltung der zwei invertierenden Verstaerker verbunden, deren Ausgang gleichzeitig an den Eingang der Einrichtung steuerbarer Verstaerkung und an einen Eingang der Einrichtung zur Bildung einer Differenzfrequenz fuehrt, deren zweiter Eingang am Ausgang des Referenzfrequenzgenerators liegt. Der Ausgang der Einrichtung steuerbarer Verstaerkung fuehrt zum Eingang des Feuchtesensors. Der Feuchtesensor besteht aus paarweise gegenueberstehenden Flaechenelektroden und einer die Flaechenelektroden von ihnen isoliert umgebenden leitenden Huelle.The invention relates to a circuit arrangement for measuring moisture in Schuettguetern, preferably in granulated sugar with a low moisture content. The aim is a circuit arrangement with extended scope, low implementation costs and high quality of data acquisition. The circuit arrangement should have a few simple modules and linear transducer characteristics, insensitive to interference u. be easy to automate. According to the invention, the circuit arrangement consists of a humidity sensor, two inverting amplifiers, a device of controllable amplification, a reference frequency generator and a device for forming a difference frequency. The output of the humidity sensor is connected to the series connection of the two inverting amplifiers, the output of which simultaneously leads to the input of the controllable amplification device and to an input of the differential frequency forming means whose second input is at the output of the reference frequency generator. The output of the controllable amplifier leads to the input of the humidity sensor. The humidity sensor consists of paired surface electrodes and a conductive cover surrounding the surface electrodes.

Description

Titel der Erfindung. . . ./,..Title of the invention. , , . / ..

Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung ^ ' , Circuit arrangement for measuring moisture ^ ',

Anwendungsgebiet der Erfindung . ' ; 'Field of application of the invention. '; '

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Feuehtemessung in Schüttgütern, vorzugsweise in Kristallzucker mit geringem Feuchteanteil. · T" > The invention relates to a circuit arrangement for Feuethemessung in bulk materials, preferably in granulated sugar with a low moisture content. · T ">

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

' .'I··. ; ·' '.. -. ' . . . . .. ' . '" :'.'I ··. ; · '' .. -. '. , , , .. '. '":

Es sind Schaltungsanordnungen zur Peuchtemessung bekannt, die auf der Grundlage der Kapazitätsänderung; einer Schwingkreiskapazität den Wasseranteil im feuchten Gut bestimmen (DE-OS 2 613 403). Mit' dieser Methode lassen .sich jedoch bei Schüttgütern nur .Feuchteanteile> 1 % ermitteln, da die Schüttdichte hohen Einfluß auf das Meßergebnis ausübt, wenn die relative Dielektrizitätskonstante des Trockengutes von · Eins* verschieden ist. Schaltungsanordnungen mit, iTeutronenquellen sind nur geeignet für Güter, in denen Wasserstoff nicht bereits in irgendeiner Form stoffverbunden ,auftritt. Sie sind somit für die FeuchtebeStimmung in Sacharose und weiteren Klassen von Gütern ungeeignet (WP 45 868). Beide genannten Anordnungen also haben den ITachteil eines eingeschränkten ..Anwendungsbereiches·' ,Circuitry for wet measurement is known based on the capacitance change; a resonant circuit capacitance determine the water content in the wet Good (DE-OS 2,613,403). With 'this method, however, only .fum particles> 1 % can be determined for bulk solids, since the bulk density exerts a high influence on the measurement result if the relative dielectric constant of the dry material differs from · one *. Circuit arrangements with, iTeutronenquellen are only suitable for goods in which hydrogen is not already material-connected in any way occurs. They are therefore unsuitable for moisture determination in sucrose and other classes of goods (WP 45 868). Both of these arrangements therefore have the disadvantage of a limited 'application area',

Weitere Anordnungen zur Feuchtebestimmung benutzen spezielle chemische Reaktionen, z.B. Azetylenentwicklung bei Zugabe von Kalziumkarbid,, Karl-Fischer-Titration u.a.. HierbeiOther arrangements for moisture determination use special chemical reactions, e.g. Acetylene evolution with the addition of calcium carbide, Karl Fischer titration, etc. Here

entsteht jedoch 'ein erheblicher Aufwand an Laborarheit bzw. ist eine automatisierte Probenwechselung erforderlich, wodurch ebenfalls ein'hoher Realisierungsaufwand entsteht. Diethermische Trocknung einer Probe und der Schluß auf die Materialfeuchte aus der Massedifferenz yor und nach der Trocknung ist'die klassische Feuchtigkeitsbestimmungsmethode und für viele Güter Standardverfahren. Pur eine kontinuierliche Qualitätskontrolle zum ZvZeCk₁ einer Anlagensteuerung ist ,dieses Meßyerfahren kaum geeignet, da zwischen Probenaufnahme und Meßwertermittlung erhebliche Zeiträume liegen.However, 'creates a considerable amount of laboratory work or an automated sample change is required, which also ein'hher realization effort. Diethermic drying of a sample and the conclusion on the material moisture from the mass difference yor and after drying is the classical method of moisture determination and for many goods standard method. Pur is a continuous quality control to ZvZeCk ₁ a plant control, this Messyerfahren hardly suitable because there are considerable periods of time between sampling and measurement.

Die Methode der PeuchtebeStimmung durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit ist bekannt und weit verbreitet. Dabei werden einerseits stärk hydroskopische Feuchtesensoren eingesetzt (DS-OS 2 '644 164, PE-OS 3 110 047) oder die.leit- ' fähigkeit der Güter direkt bestimmt (DD-WP 141 950, DD-WP 118 175-, DE-OS T 798 362). Anordnungen hierzu sind insbesondere für geringe Gutfeuchten gut geeignet (DE-OS 2 121 645, DE-OS 2 623· 168). Allerdings treten bei diesen Schaltungsanordnungen in sehr trockenen Materialien infolge der hohen zu messenden Widerstände in der Praxis Schwierigkeiten auf, da die empfindlichen Schaltungsanordnungen durch niederfrequente Streufelder stark gestört werden. Die Kennlinie dieser Meßwandler ist gleichzeitig stark nichtlinear. Damit wird der ..Anwendungsbereich in der Feuchtigkeitsüberwachung und Prozeßsteuerung stark eingeschränkt und die Qualität' der Meßwerterfassung ist unzureichend. ... 'The method of determining the level of dust by measuring the electrical conductivity is known and widely used. On the one hand strengthening hydroscopic humidity sensors are used (DS-OS 2 '644164, PE-OS 3110047) or die.leit-' capability of the goods directly determined (DD-WP 141 950, DD-WP 118 175-, DE- OS T 798 362). Arrangements for this purpose are particularly well suited for low moisture content (DE-OS 2,121,645, DE-OS 2,623 · 168). However, difficulties arise in practice with these circuit arrangements in very dry materials as a result of the high resistances to be measured, since the sensitive circuit arrangements are severely disturbed by low-frequency stray fields. The characteristic of these transducers is at the same time strongly nonlinear. This severely restricts the field of application in moisture monitoring and process control, and the quality of the measured value acquisition is inadequate. ... '

Ziel der Erfindung ) ^! ' '·.'.Object of the invention) ^! '' ·. '.

Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung zu schaffen, deren Anwendungsbereich bei niedrigem Realisierungsaufwand¹ und hoher Qualität der Meßwerterfassung·'bedeutend erweitert ist. ' ' 'The aim of the invention is to provide a circuit arrangement for moisture measurement, the scope of which is significantly expanded with low implementation effort ¹ and high quality of the measured value acquisition. '''

Darlegung des-Wesens der Erfindung .Explanation of the essence of the invention.

Ss besteht'die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung zu entwickeln, die aus einer geringen Anzahl einfacher Baugruppen aufgebaut ist, einen linearen Zusammenhang zwischen Ausgangsgröße und Gutfeuchte besitzt, unemg pfindlich ist gegenüber Störfeldern sowie sich gut in die ' Anlagenautomatisierung 'einbeziehen läßt. Erfindungsgemäß ' wird die Aufgabe dadurch, gelöst, daß,die Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung aus einem Feuchtesensor, zwei invertierenden Verstärkern, einer Einrichtung 'steuerbarer Verstärkung, einem Referenzfrequenzgenerator und ein<£r Einrichtung zur Bildung einer Differehzfrequenz besteht. Der Ausgang des Feuchtesensors ist mit dem Eingang eines der invertierenden Verstärker verbunden", dessen Ausgang mit dem Eingang des zweiten invertierenden Verstärkers verbunden ist.It is the task to develop a circuit arrangement for moisture measurement, which is composed of a small number of simple modules, has a linear relationship between the output variable and the moisture content, is immaterial to interference fields and can be well integrated into 'system automation'. According to the invention, the object is achieved in that, the humidity measuring circuit consists of a humidity sensor, two inverting amplifiers, a controllable amplification device, a reference frequency generator and a device for forming a differential frequency. The output of the humidity sensor is connected to the input of one of the inverting amplifiers, whose output is connected to the input of the second inverting amplifier.

Der Ausgang des zweiten, invertierenden Verstärkers ist mit ' \ dem Eingang einer Einrichtung steuerbarer Verstärkung verbunden, deren Ausgang an den,: Eingang des Feuchte sensors an-.: geschossen ist. Der Ausgang des. zweiten invertierenden Verstärkers ist gleichzeitig mit einem der Eingänge;der Einrichtung zur Bildung einer Differenzfrequenz verbunden, während der andere Eingang mit dem Ausgang des Referenzfrequenzgenerators verbunden ist.The output of the second inverting amplifier is connected to the input of a controllable gain device whose output is connected to the: input of the humidity sensor. The output of the second inverting amplifier is simultaneously connected to one of the inputs, the differential frequency forming means, and the other input is connected to the output of the reference frequency generator.

Der erfindungsgemaße:Feuchtesensor besteht aus vorzugsweise paarweise.gegenüberstehenden Flächenelektroden, zwischen denen denen sich das feuchte Gut befindet, sowie einer die Flächenelektroden von ihnen isoliert umgebenden leitende Hülle. Dabei ist jeweils' eine Flächenelektrode'mit dem Eingang und ' eine Flächenelektrode^ mit dem Ausgang des Feuchtesensors verbunden,, während die die Flachenelektroden umgebende.leitende Hülle auf einem Bezugspotential, '-vorzugsweise Masse-. potential, liegt. . . . ' ^Λ -V. . VThe moisture sensor according to the invention preferably consists of pairs of opposing surface electrodes, between which the moist material is located, and a conductive shell which surrounds the surface electrodes in isolation from them. In this case, in each case 'a Flächenelektrode'mit the input and ' a Flächenelektrode ^ connected to the output of the humidity sensor, while the surface electrodes surrounding.leitende envelope on a reference potential, 'preferably Masse-. potential, lies. , , , ' ^Λ -V. , V

Der Feuchtesensor wirkt 'mit'den beiden invertierenden Verstärkern und der Einrichtung steuerbarer Verstärkung so. zu- .'The humidity sensor works with the two inverting amplifiers and the means of controllable amplification. to- '

säumen, daß .die Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers schwingt« Die Einrichtung steuerbarer Verstärkung dient , hierbei zur Stabilisierung dieser Schwingung.·. that the output voltage of the second amplifier oscillates. The device of controllable amplification serves to stabilize this oscillation.

Der überraschende Effekt, besteht in einer nahezu linearen Abhängigkeit der Frequenz dieser Schwingungen von der / Materialfeuchte auch bei geringer Größe dieser Feuchte. Der Refe'renzfrequenz'generator sowie die Einrichtung zur Bildung einer Differenzfrequenz dienen der Kalibrierung'der Gesamt--, anordnung. . , . · .The surprising effect consists in a nearly linear dependence of the frequency of these vibrations on / material moisture even with small size of this moisture. The reference frequency generator and the means for forming a difference frequency are used to calibrate the overall arrangement. , ,. ·.

Ι. .' ' ' Der Verteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt in der-hohen Sensibilität gegenüber auch geringen Feuchteänderungen bei, gleichzeitiger, weitgehender Linearität und geringem Aufwand. Gleichzeitig ist es prinzipiell möglich, die Feuchte auch berührungslos zu bestimmen. Durch die Erzeugung eines der Feuchte proportionalen Frequenzsignals besteht die problemlose Möglichkeit der Weiterverarbeitung durch analoge oder digitale Automatisierungseinheiten· Außerdem ist die Schaltungsanordnung unempfindlich' gegen niederfrequente Störfelder. ' . ' ·.· '.-..Ι. . ' '' The distribution of the solution according to the invention is in the-high sensitivity to even small changes in humidity at the same time, extensive linearity and little effort. At the same time, it is possible in principle to determine the moisture without contact. By generating a frequency signal proportional to the humidity, there is the problem-free possibility of further processing by analog or digital automation units. In addition, the circuit arrangement is insensitive to low-frequency interference fields. '. '·. ·' .- ..

Ausführungsbeispiel - \ : Example of implementation - \:

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Die Erfindung soll an einem nachstehenden Ausführungsbei-.spiel näher erläutert werden« Die zugehörigen Zeichnungen· zeigen in ' ,The invention will be explained in more detail in the following embodiment. The accompanying drawings show in FIG.

Fig, 1: dia .Prinzipschaltung der 'erfindungsgemäßen Schal- · tungsanordnung zur Feuchtemessung,·. Fig. 1: dia. Basic circuit of the circuit according to the invention for measuring moisture,.

Fig. Zi. eine mögliche Ausführung'des Feuchte sensors'-and Fig. 3: das Ersatzschaltbild des Feuchtesensors.Fig. Zi. A possible execution'des Humidity sensor'-and Fig. 3: the equivalent circuit diagram of the humidity sensor.

Die in Fig. "1 dargestellte Prinzipschaltung einer Schaltungsanordnung zur Feuchtemessung besteht aus-einem Feuchtesensor T, zwei invertierenden Verstärkern 2; 3> einer Einrichtung steuerbarer Verstärkung 4, einem Referenzfrequensgene-1 comprises a humidity sensor T, two inverting amplifiers 2, 3 and a device 4 for controllable amplification, a reference frequency generator.

rator .5 und einer Einrichtung zur Bildung einer Differenzfrequenz 6. Der Feuchtesensor 1, die invertierenden Verstärker 2; 3 und die Einrichtung zur Bildung'einer Differenzfrequenz 6 bilden einen in sich geschlossenen Kreis· Durch das zu¹untersuchende Gut, das sich innerhalb des Feuchtesen~ sors 1 befindet, wird ein inhomogenes Dielektrikum gebildet, das aufgrund der.Eigenleitfähigkeit des Gutes verlustbehaftet ist. Die dadurch verursachte Phasenverschiebung ist feuchte- und frequenzabhängig. Zusammen/mit der Phasenver-5 and means for forming a difference frequency 6. The humidity sensor 1, the inverting amplifiers 2; 3 and the means for forming a difference frequency 6 form a self-contained circle. The material to be examined ¹ , which is located inside the moisture sensor 1, forms an inhomogeneous dielectric, which is lossy due to the inherent conductivity of the material. The resulting phase shift is moisture and frequency dependent. Together / with the phase

verschiebung der invertierenden.Verstärker 2; 3 ergibt sich ein Hegelkreis, der durch die Einrichtung steuerbarer Verstärkung 4, die der Amplitudenregelung dient _r an der Stabilitätsgrenze arbeitet. Das bedeutet, daß der Regelkreis mit einer Frequenz schwingt, die überraschenderweise nahezu linear von der Gutfeuchte abhängt. Da Kapazität und Leitwert des\Feucht-esensors 1. in der Regel sehr gering sein werdeny ist zv/eckmäßigerweise für den invertierenden Verstärker 2 ein ΐνρ mit hohem Eingangswiderstand zu verwenden. ^shift of the inverting amplifier 2; 3 results in a Hegelkreis which works by the device controllable gain 4, which serves the amplitude control _r at the stability limit. This means that the control loop oscillates at a frequency that, surprisingly, depends almost linearly on the moisture content. Since capacitance and conductance of the humidifier 1. will generally be very low, it is necessary to use for the inverting amplifier 2, for example, a ΐνρ with a high input resistance. ^

Durch:Differenzfrequenzbildung"zu einer Referenzfrequenz,By: difference frequency formation "to a reference frequency,

. . . · , .( ... " . ' .. .· , , , ·,. (... ".

die vom Referenzfrequenzgenerator 5 geliefert wird, erhält .man,ein vielseitig für Anzeige- und Steuerzwecke weiterverwendbares Signal. Die Differenzfrequenzbildung kann sowohl durch eine entsprechende digitale Schaltung als auch durch eine-Mischung der Frequenzen mit analögen Schaltungen vorgenommen werden. Der Feuchtesensdr 1 besitzt gem. Fig* 2 folgenden Aufbau: '- ^: ' '{ :^r :" · ^: which is supplied by the reference frequency generator 5 receives .man, a versatile reusable for display and control purposes signal. The difference frequency formation can be made both by a corresponding digital circuit and by a mixing of the frequencies with analogous circuits. The Feuchtesensdr 1 has gem. Fig * 2 following structure: '- ^: ''{: ^r : " · ^:

Eine Flächenelektrode 7 und eine γ/eitere Flächenelektrode stehen'sich gegenüber 'und sind mit Eingang 9 und Ausgang des Feuchtesensors 1 verbunden. Eine leitende Hülle 11 umgibt die sich gegenüberstehenden Flächenelektroden 7; 8" und isfc mit Massepotential verbunden. , .' Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild;:des Feuchtesensors 1.A surface electrode 7 and a γ / eitere surface electrode are 'opposite' and are connected to input 9 and output of the humidity sensor 1. A conductive shell 11 surrounds the opposing surface electrodes 7; 8 "and isfc connected to ground potential., . 3 shows the equivalent circuit diagram: of the humidity sensor 1.

Claims

invention claim

Circuit arrangement for measuring moisture, characterized in that the circuit arrangement comprises a humidity sensor (1), two inverting amplifiers (2; 3), a controllable amplification device (4), a reference frequency generator (5) and a. Institution for education. a difference frequency (6), wherein the output (10) of the humidity sensor XD is connected to the input of one of the inverting amplifiers (2) whose output leads to the input of the second inverting amplifier (3), while the output of the second inverting amplifier (3) at the same time, to the input of the controllable gain device (4) and an input of: means for forming a difference frequency (6) whose second input leads to the output of the reference generator (5) that. the output of the device controllable amplification (4) to the input (9) of the humidity sensor (1) is placed and that finally the humidity sensor (1) preferably in pairs: opposing surface electrodes (7} 8), between which Is well, and one of the surface electrodes, (T; 8) isolated from them surrounding electrically conductive sheath (11), wherein in each case a surface electrode (7) with the input (9) and. a surface electrode (8) is connected to the output (10) of the humidity sensor - (1) and the, -electrically conductive baffle (Ή) is at a reference potential, "preferably ground potential. '-' ...

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