DE102007058391B4

DE102007058391B4 - Vorrichtung zur Materialfeuchtebestimmung

Info

Publication number: DE102007058391B4
Application number: DE200710058391
Authority: DE
Inventors: Wilfried Spannagel; Sven Hollstein
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius Weighing Technology GmbH
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2027-12-04
Also published as: DE102007058391A1; WO2009071144A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung mit einem von einem Magnetron (5) erzeugten über einen Wellenleiter (4) einer Prüfkammer (2) zuführbaren Mikrowellenfeld, einem in der Prüfkammer (2) angeordneten Tuningstab (22), einem Probenträger (3), der mit einem der Prüfkammer (2) vorgelagerten Wägemodul (6) in Wirkverbindung steht, und mindestens einem Ventilator (19) in einem mit der Prüfkammer (2) in Verbindung stehenden Abluftkanal (18),
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Luftfeuchtesensor (30) im Abluftstrom und ein Mikrowellensensor (27) und/oder ein berührungslos messender Temperatursensor (25) in der Prüfkammer (2) angeordnet sind, und
dass mindestens ein Sensor (24) oberhalb des Probenträgers (3) an dem dem Probenträger (3) zugewandten freien Ende (23) des Tuningstabs (22) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung mit einem von einem Magnetron erzeugten über einen Wellenleiter einer Prüfkammer zuführbaren Mikrowellenfeld, einem in der Prüfkammer angeordneten Tuningstab, einem Probenträger, der mit einem der Prüfkammer vorgelagerten Wägemodul in Wirkverbindung steht, und mindestens einem Ventilator in einem mit der Prüfkammer in Verbindung stehenden Abluftkanal.
Hauptsächlich für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, aber auch in der Kosmetik-, Futtermittel- und Baustoffindustrie werden im Betriebslabor Verfahren und Vorrichtungen zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung eingesetzt.
Aus der US 6,247,246 B1 ist eine Vorrichtung zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung bekannt, die eine zylindrische Prüfkammer mit einem mit einem Wägemodul in Wirkverbindung stehenden Probenträger aufweist, auf den die zu messende Probe aufgebracht wird. Der Prüfkammer ist über einen Wellenleiter ein von einem Magnetron erzeugtes Mikrowellenfeld zur Trocknung der Probe zuführbar. Die der Probe entzogene Feuchtigkeit lässt sich über Öffnungen in der Kammerdecke, die in mindestens einem Abluftkanal enden, von Ventilatoren absaugen. Die bekannte Vorrichtung weist in der Kammerdecke mindestens einen Mikrowellensensor auf. Zudem können in der Kammerdecke ein Gas- bzw. Rauchsensor und ein Sensor zur Erkennung von Licht- bzw. Lichtblitzen angeordnet sein.
Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung, die sich grundsätzlich bewährt hat, ist, dass es noch relativ schwierig ist, das Ende des Trocknungsvorganges zu erkennen, um die Probe erneut zu wiegen. Dadurch müssen unerwünschte Zeitverluste in Kauf genommen werden und es kann zu einer Überlastung der Probe oder einzelner Komponenten der Vorrichtung kommen.
Die in der US 6,247,246 B1 vorgeschlagene Verwendung mehrerer Mikrowellensensoren führt praktisch nicht zu einer Verkürzung des Messvorganges. Während der Gassensor möglichen Rauch bei Überhitzen der Probe erkennen kann, kann der Lichtblitzsensor ein durch Überhitzung entstandenes Entflammen der Probe detektieren. Dadurch werden zwar Gefahren erkannt, eine frühzeitige Vorbeugung und ein schnellerer Messvorgang werden aber damit nicht erreicht.
Aus der US 6,227,041 B1 ist es bei einer Vorrichtung zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung bekannt, an der Kammerdecke mittig oberhalb des Probenträgers einen Sensor anzuordnen. Ein Hinweis auf die Verwendung oder Anordnung eines Tuningstabes ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannte Vorrichtung so zu verbessern, dass ein Verfahren zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung noch schneller und sicherer durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass ein Luftfeuchtesensor im Abluftstrom und ein Mikrowellensensor und/oder ein berührungslos messender Temperaturfühler in der Prüfkammer angeordnet sind, und dass mindestens ein Sensor oberhalb des Probenträgers an dem dem Probenträger zugewandten freien Ende des Tuningstabs angeordnet ist.
Durch die Anordnung unterschiedlicher Sensoren, die den eigentlichen Messvorgang unterstützen, wird die gleichzeitige Messung bzw. Überwachung der Feuchte indirekt über die Änderung des Mikrowellenfeldes in der Prüfkammer durch den Mikrowellensensor und die Messung der Luftfeuchte im Abluftstrom durch den Luftfeuchtesensor möglich. Dadurch kann das Ende des Trocknungsvorganges schneller erkannt und die Luftfeuchte der Probe schneller und sicherer ermittelt werden. Darüber hinaus führt der oberhalb des Probenträgers an dem dem Probenträger zugewandten freien Ende des Tuningstabs, also dicht oberhalb der Probe, angeordnete Sensor zu einem schnelleren Ergebnis. Auch führt ein am freien Ende des Tuningstabes angeordneter Sensor nicht zu einer unerwünschten Beeinflussung des Mikrowellenfeldes.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Magnetron ein Temperaturfühler vorgesehen
Durch den Temperatursensor kann eine mögliche Überlastung des Magnetrons früh erkannt und dieser beispielsweise durch eine Leistungsverminderung des Mikrowellenfeldes und/oder durch Zuschaltung weiterer Lüfter bzw. Steigerung der Lüfterleistung entgegengewirkt werden
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Tuningstab an der Kammerdecke mittig oberhalb des Probenträgers angeordnet, wobei an dem der Kammerdecke abgewandten freien Ende des Tuningstabs mindestens ein Sensor angeordnet ist.
Überraschenderweise führt der mittig oberhalb der Probe angeordnete Tuningstab zu einem ähnlich guten Mikrowellenfeld wie die bekannten seitlich der Probe am Prüfkammerboden als spezielle Mittel zur Beeinflussung des Mikrowellenfeldes angeordneten zwei Tuningstäbe.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wellenleiter fixiert, wobei der Probenträger um eine vertikale Drehachse über die er mit dem Wägemodul in Verbindung steht, drehbar ist. In der Kammerdecke sind Abluftöffnungen vorgesehen, über die ein von mindestens einem Ventilator erzeugter Abluftstrom aus der Prüfkammer nach Außen ableitbar ist.
Durch die gleichzeitige Messung bzw. Überwachung der Feuchte indirekt über die Änderung des Mikrowellenfeldes in der Prüfkammer und die Messung der Luftfeuchte im Abluftstrom kann das Ende des Trocknungsvorganges schneller erkannt und die Luftfeuchte der Probe schneller und sicherer ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich am Magnetron durch einen Temperatursensor die Temperatur überwacht und der ermittelte Überwachungswert zur Steuerung der Materialfeuchtebestimmung genutzt.
Dabei kann durch den Temperatursensor eine mögliche Überlastung des Magnetrons früh erkannt und dieser beispielsweise durch eine Leistungsverminderung des Mikrowellenfeldes und/oder durch Zuschaltung weiterer Lüfter bzw. Steigerung der Lüfterleistung entgegengewirkt werden. Die Leistung der Lüfter lässt sich zudem auch über eigene den Lüftern zugeordnete Sensoren steuern.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Heizleistung des Mikrowellenfeldes von mindestens einem der Sensoren gesteuert.
Insbesondere bei Einsatz der Invertertechnik lässt sich die Leistung des Mikrowellenfeldes und damit die Heizleistung über die von den Sensoren ermittelten Werte steuern. Auch lassen sich die Einstellungen von elektronischen Filtern, eine Messendeerkennung und eine Messendwertprognose von mindestens einem der Sensoren steuern.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:
1: eine räumliche Seitenansicht einer Prüfkammer ohne Abdeckhaube mit Wellenleiter im Schnitt und Ausriss,
2: eine räumliche Vorderansicht einer geöffneten Prüfkammer mit Abdeckhaube, Wellenleiter und Magnetron,
3: eine räumliche Vorderansicht, teilweise geschnitten mit nach oben geöffneter Abdeckung einer weiteren Vorrichtung zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung und
4: ein Blockschaltbild der Vorrichtung von 3.
Eine Vorrichtung 1 zur thermogravimetrischen Materielfeuchtebestimmung besteht im Wesentlichen aus einer Prüfkammer 2 mit einem Probenträger 3, einem Wellenleiter 4, einem Magnetron 5 und einem Wägemodul 6.
Die Prüfkammer 2 wird in vertikaler Richtung unten durch einen Kammerboden 7 und in vertikaler Richtung nach oben durch eine Kammerdecke 8 begrenzt. Seitlich wird die Prüfkammer 2 durch eine zylindrische Wandung 9 begrenzt. Die Prüfkammer 2 ist in vertikaler Richtung in ein Unterteil 10 und ein Oberteil 11 getrennt, wobei das Oberteil 11 zum Bestücken der Prüfkammer 2 über ein Scharnier 12 nach oben wegklappbar ist.
In dem Unterteil 10 ist der Probenträger 3 angeordnet, der über eine vertikale Drehachse 13, die durch den Kammerboden 7 geführt wird, mit dem Wägemodul 6 in Wirkverbindung steht. Über die Drehachse 13 ist der Probenträger 3 von einem Elektromotor 14 drehbar. Der Kammerboden 7 ist mit dem Wellenleiter 4, der Y-förmig ausgebildet ist, verbunden. Über den Wellenleiter 4 werden die von dem Magnetron 5 erzeugten Mikrowellen über in dem Kammerboden 7 angeordnete Portale 16 der Prüfkammer 2 zugeführt. In der Prüfkammer 2 bilden die Mikrowellen ein Mikrowellenfeld, das eine auf dem Probenträger 3 angeordnete Probe 20 bzw. das zu untersuchende Material erwärmt, so dass die in der Probe 20 vorhandene Feuchte infolge eines Trocknungsprozesses austritt. In der Kammerdecke 8 sind Öffnungen 17 ausgebildet, die in einem oder mehreren Abluftkanälen 18 münden, über den die der Probe 20 entwichene Feuchte von Ventilatoren 19 abgesaugt wird. Um das Mikrowellenfeld zur Probe 20 hin, die beispielsweise auf einer auf dem Probenträger 3 gelagerten Glassscheibe 21 oder einem Träger aus einem anderen mikrowellenbeständigen Material angeordnet ist, zu konzentrieren, ist an der Kammerdecke 8 ein Tuningstab 22 angeordnet, der mit seinem der Kammerdecke 8 abgewandten freien Ende 23 mittig oberhalb des Probenträgers 3 bzw. der Probe 20 angeordnet ist. An dem freien Ende 23 ist ein Sensor 24 angeordnet, der beispielsweise als ein berührungsloser Temperatursensor 25, im Beispiel ein Infrarotsensor, ausgebildet ist. In der Prüfkammer 2 ist an der Kammerdecke 8 ein zweiter Sensor 26 angeordnet, der beispielsweise als ein Mikrowellensensor 27 ausgebildet ist.
Im Abluftkanal 18, der zwischen der Kammerdecke 8 und einer Abdeckung 28 gebildet wird, ist ein weiterer Sensor 29 angeordnet, der beispielsweise als ein Luftfeuchtesensor 30 ausgebildet ist. Weiterhin ist am Magnetron 5 ein weiterer Sensor 31 angeordnet, der als ein Temperatursensor 32 ausgebildet ist.
Die von den Sensoren 24, 26, 29, 31 ermittelten Überwachungswerte werden einer Rechen- und Steuereinheit 33 zugeführt, die als ein Mikroprozessor ausgebildet ist der den gesamten Messvorgang überwacht, steuert und die Proben- bzw. Materialfeuchte berechnet.

1: Vorr. zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung
2: Prüfkammer
3: Probenträger
4: Wellenleiter
5: Magnetron
6: Wägemodul
7: Kammerboden
8: Kammerdecke
9: zylindrische Wandung
10: Unterteil
11: Oberteil
12: Scharnier
13: Drehachse
14: Elektromotor
16: Portal
17: Öffnung
18: Abluftkanal
19: Ventilator
20: Probe
21: Glasscheibe
22: Tuningstab
23: freies Ende von 22
24: Sensor
25: Temperatursensor
26: zweiter Sensor
27: Mikrowellensensor
28: Abdeckung
29: Sensor
30: Luftfeuchtesensor
31: Sensor
32: Temperatursensor
33: Rechen- und Steuereinheit

Claims

Vorrichtung (1) zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung mit einem von einem Magnetron (5) erzeugten über einen Wellenleiter (4) einer Prüfkammer (2) zuführbaren Mikrowellenfeld, einem in der Prüfkammer (2) angeordneten Tuningstab (22), einem Probenträger (3), der mit einem der Prüfkammer (2) vorgelagerten Wägemodul (6) in Wirkverbindung steht, und mindestens einem Ventilator (19) in einem mit der Prüfkammer (2) in Verbindung stehenden Abluftkanal (18), dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftfeuchtesensor (30) im Abluftstrom und ein Mikrowellensensor (27) und/oder ein berührungslos messender Temperatursensor (25) in der Prüfkammer (2) angeordnet sind, und dass mindestens ein Sensor (24) oberhalb des Probenträgers (3) an dem dem Probenträger (3) zugewandten freien Ende (23) des Tuningstabs (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Magnetron (5) ein Temperatursensor (32) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tuningstab (22) an der Kammerdecke (8) mittig oberhalb des Probenträgers (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (4) fixiert ist, dass der Probenträger (3) um eine vertikale Drehachse über die er mit dem Wägemodul (6) in Verbindung steht drehbar ist, und dass in der Kammerdecke (8) Abluftöffnungen (17) vorgesehen sind, über die ein von mindestens einem Ventilator (19) erzeugter Abluftstrom aus der Prüfkammer (2) nach außen ableitbar ist.