DE102018113671A1 - Method for determining the moisture content of a moisture-absorbing material - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Ermittlung des Feuchtegehalts eines Feuchtigkeit aufnehmenden Materials (8), insbesondere eines Textils, oder eines Feuchtigkeit enthaltenden Materials, insbesondere Haut, mit einem ein Heizelement (3) umfassenden Feuchtigkeitssensor (1), der mit einer Steuereinheit (5) und einer Auswerteschaltung gekoppelt ist, wird durch die zeitliche Steuerung und Analyse der Temperaturänderung des Heizelementes (3) unter Ausnutzung der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Wärmepulses im Material (8) sowie der unterschiedlichen Temperatureffekte aufgrund der unterschiedlichen Wärmekapazitäten je nach Feuchtegehalt der Abstand zu dem Heizelement (3), in dem der Feuchtegehalt gemessen wird, beeinflusst.In a method for determining the moisture content of a moisture-absorbing material (8), in particular a textile, or a moisture-containing material, in particular skin, comprising a moisture sensor (1) comprising a heating element (3) with a control unit (5) and a Evaluating circuit is coupled, by the timing and analysis of the change in temperature of the heating element (3) taking advantage of the finite propagation velocity of the heat pulse in the material (8) and the different temperature effects due to the different heat capacities depending on the moisture content of the distance to the heating element (3), in which the moisture content is measured, influenced.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Feuchtegehalts eines Feuchtigkeit aufnehmenden oder Feuchtigkeit enthaltenden Materials, insbesondere eines Textils, mit einem ein Heizelement umfassenden Feuchtigkeitssensor, der mit einer Steuereinheit, einer Energieversorgung und einer Auswerteschaltung gekoppelt ist.The invention relates to a method for determining the moisture content of a moisture-absorbing or moisture-containing material, in particular a textile, comprising a moisture sensor comprising a heating element, which is coupled to a control unit, a power supply and an evaluation circuit.
In vielen technischen Anwendungsbereichen ist die Kenntnis bezüglich des Feuchtegehalts von Materialien wichtig und wird gemessen, wobei sich die Messung in relativ dünnen Materialschichten häufig als problematisch erweist.In many technical applications, knowledge of the moisture content of materials is important and is measured, with measurement in relatively thin layers of material often proving problematic.
In der Literatur, beispielsweise in Materialfeuchtemessung:
Mit der gravimetrischen Methode ist eine Messung des Wassergehalts eines Materials möglich, bei der das Trockengewicht des Materials mit dessen Feuchtgewicht verglichen wird. Hierzu wird dem zu untersuchenden Material eine Probe entnommen und gegebenenfalls getrocknet, wobei sich die Probenentnahme in einigen Fällen schwierig gestaltet, da es nicht immer möglich ist, aus einem Gesamtsystem eine Probe herauszutrennen. Eine kontinuierliche Messung des Wassergehalts ist nahezu unmöglich, wobei Messergebnisse nicht den tatsächlichen Wassergehalt angeben, wenn die Probe nicht zeitnah gewogen werden kann, da ein Teil der in dem Material der Probe aufgenommenen Feuchtigkeit verdunstet. Gravimetrische Methoden sind beispielsweise in der
Im Weiteren sind elektrische Methoden, insbesondere die elektrische Widerstandsmessung und die Kapazitätsmessung, zur Bestimmung des Wassergehalts in einem Material, beispielsweise aus der
Bei thermischen Messmethoden wird die Materialfeuchte aufgrund der sich mit dem Wassergehalt ändernden thermischen Eigenschaften, wie zum Beispiel die Wärmleitfähigkeit oder Wärmekapazität, bestimmt, wobei diese Messmethoden in der Praxis wenig störanfällig sind und ihre Hauptanwendung im Bausektor liegt.In thermal measuring methods, the moisture content of the material is determined by the thermal properties, such as thermal conductivity or heat capacity, which change with the water content. In practice, these measurement methods are less susceptible to interference and their main application is in the construction sector.
Die
Aus der
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die eine Aussage bezüglich eines Feuchtegehalts in einem Feuchtigkeit aufnehmenden oder Feuchtigkeit enthaltenden Material ermöglichen, wobei der räumliche Messbereich variierbar ist und der Feuchtegehalt in einer dünnen Materialschicht bzw. in unmittelbarer Umgebung des Feuchtigkeitssensors messbar ist und wobei der räumliche Messbereich nicht durch eine körperliche Barriere, d. h. nicht aufgrund des Einflusses eines Umgebungsmaterials, beeinflusst wird.The invention has for its object to provide a method and an apparatus of the type mentioned above or make a statement about a moisture content in a moisture-absorbing or moisture-containing material, the spatial measurement range is variable and the moisture content in a thin Material layer or in the immediate vicinity of the moisture sensor is measurable and wherein the spatial measurement range is not affected by a physical barrier, d. H. not influenced by the influence of a surrounding material.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.According to the invention the object is solved by the features of the independent claims.
Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.The dependent claims represent advantageous embodiments.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird durch die zeitliche Steuerung und Analyse der Temperaturänderung des Heizelementes unter Ausnutzung der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Wärmepulses im Material sowie der unterschiedlichen Temperatureffekte aufgrund der unterschiedlichen Wärmekapazitäten je nach Feuchtegehalt der Abstand zu dem Heizelement, in dem der Feuchtegehalt gemessen wird, beeinflusst.In a method of the type mentioned by the timing and analysis of the change in temperature of the heating element by utilizing the finite propagation velocity of the heat pulse in the material and the different temperature effects due to the different heat capacities depending on the moisture content of the distance to the heating element in which the moisture content is measured , influenced.
Das Heizelement, ein Widerstandsheizelement, wird für einen kurzen definierten Zeitraum mit einem definierten elektrischen Strom zur Erwärmung beaufschlagt, wobei die Wärme durch das den Feuchtigkeitssensor umgebende Material aufgenommen und abgeleitet wird. Das Verfahren ermöglicht die Ermittlung des Feuchtegehalts in einem Material, das auch einen relativ dünnen Querschnitt aufweisen kann, beispielsweise ein Textil eines Bekleidungsstücks oder eines Schuhs oder dergleichen, mittels einer thermischen Methode, wobei die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Heizpulses und die damit einhergehende Begrenzung des Messvolumens genutzt wird. Die Temperatur des Heizelementes in Abhängigkeit von der Zeit und dem Feuchtegehalt beschreibt einen Temperaturverlauf, der zur Ermittlung des Feuchtegehalts ermittelt wird.The heating element, a resistance heating element, is subjected to heating for a short defined period of time with a defined electric current, wherein the heat is absorbed and dissipated by the material surrounding the moisture sensor. The method makes it possible to determine the moisture content in a material, which may also have a relatively thin cross-section, for example a textile of a garment or a shoe or the like, by means of a thermal method, wherein the finite propagation speed of a heating pulse and the associated limitation of the measuring volume used becomes. The temperature of the heating element as a function of time and the moisture content describes a temperature profile, which is determined to determine the moisture content.
Als Messwert für die Umgebungsfeuchte kann somit die durch den definierten Heizpuls erzeugte Temperaturänderung bzw. der zeitliche Temperaturverlauf verwendet werden. Da sich die Wärme mit endlicher Ausbreitungsgeschwindigkeit in die Umgebung ausbreitet, ist es möglich den räumlichen Einflussbereich, durch die Dauer des Heizpulses bzw. die Zeitpunkte der Temperaturmessungen zu definieren. Durch genaue Kontrolle des zeitlichen Ablaufs der Temperaturmessung wird das beeinflusste Messvolumen des zu untersuchenden oder zu überwachenden Materials wirksam begrenzt. Es ist weiterhin möglich, durch geschickte Wahl des zeitlichen Messfensters auch gezielt Bereiche zu vermessen, die mittelbar an den Sensor grenzen, d.h. man kann die Messung auf bestimmte diskrete Schichten fokussieren, die in einem definierten Abstand vom Sensor liegen. Somit ist es möglich den Wassergehalt in dünnen Schichten, insbesondere von textilem Material, das bei der Fertigung von Bekleidung Verwendung findet, zu messen ohne, dass die weitere Umgebung, wie physikalische Barrieren, das Messergebnis beeinflussen. Insbesondere ist das Verfahren geeignet, die Feuchte in dünnen Schichten zu bestimmen, deren Umgebung nicht näher definiert ist. Als Beispiel sind Textilschichten zu nennen, die in mehr oder weniger gut definierten Kontakt zum menschlichen Körper und/oder weiteren Textilschichten und/oder zur Umgebungsluft stehen.Thus, the temperature change produced by the defined heat pulse or the temporal temperature profile can be used as the measured value for the ambient humidity. Since the heat propagates at finite propagation velocity into the environment, it is possible to define the spatial influence range, by the duration of the heating pulse or the time points of the temperature measurements. By accurately controlling the timing of the temperature measurement, the affected measurement volume of the material to be examined or monitored is effectively limited. It is also possible to measure by skillful choice of the temporal measurement window also targeted areas that border indirectly to the sensor, i. you can focus the measurement on certain discrete layers, which are at a defined distance from the sensor. Thus, it is possible to measure the water content in thin layers, in particular of textile material used in the manufacture of clothing, without the wider environment, such as physical barriers, influencing the measurement result. In particular, the method is suitable for determining the moisture in thin layers whose environment is not defined in more detail. As an example, textile layers are mentioned, which are in more or less well-defined contact with the human body and / or other textile layers and / or the ambient air.
Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und der hohen Wärmekapazität von Wasser im Vergleich zu Luft ist die durch die Umgebung von dem Heizelement abgeführte thermische Energie stark abhängig von dem Wassergehalt dessen Umgebung.Due to the high thermal conductivity and high heat capacity of water compared to air, the thermal energy dissipated by the environment from the heating element is highly dependent on the water content of its environment.
Der Wärmestrom selbst kann während des Wärmepulses variieren, der Verlauf sollte jedoch für die einzelnen Messungen gleich sein. Es ist möglich den gesamten Temperaturverlauf während des Heizpulses zu analysieren oder aber auch an definierten Zeitpunkten. Wichtig ist, dass die Ausbreitungsfront der Wärme zum Zeitpunkt der Messung innerhalb des gewünschten Messvolumens verbleibt bzw. der Kontakt mit der Umgebung außerhalb des gewünschten Messvolumens noch nicht auf die Messung am Sensor zurückwirken kann.The heat flow itself may vary during the heat pulse, but the course should be the same for each measurement. It is possible to analyze the entire temperature profile during the heating pulse or at defined times. It is important that the propagation front of the heat remains within the desired measurement volume at the time of the measurement or that the contact with the environment outside the desired measurement volume can not yet have an effect on the measurement at the sensor.
Das Heizelement des Feuchtigkeitssensors ist durch eine dünne elektrisch nicht leitfähige Schicht von der Umgebung geschützt.The heating element of the humidity sensor is protected from the environment by a thin electrically non-conductive layer.
Als Temperatursensor kann das Heizelement selbst verwendet werden, in dem sein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand überwacht und ausgewertet wird, oder es ist ein direkt an dem Heizelement angebrachter Temperatursensor vorgesehen, der selbstverständlich ebenfalls mit der Auswerteschaltung und der Steuereinheit gekoppelt ist. Selbstverständlich kann die Steuereinheit neben Speicherelementen, Schnittstellen und CPU weitere elektronische Bauteile umfassen, insbesondere auch mit Eingabe- und/oder Ausgabeeinheiten gekoppelt oder zur drahtlosen Datenübertragung ausgebildet sein. Die Energieversorgung kann stationär über ein Netzteil oder aber auch in Form einer Batterie für z.B. mobile Anwendungen oder körpernahen Anwendungen erfolgen. Durch die Wahl der Wärmepulslänge, der Intensität oder auch der Häufigkeit einer Messung kann der Energieverbrauch an die jeweilige Situation angepasst werden.The heating element itself can be used as the temperature sensor, in which its temperature-dependent electrical resistance is monitored and evaluated, or a temperature sensor which is attached directly to the heating element and is of course also coupled to the evaluation circuit and the control unit is provided. Of course, in addition to memory elements, interfaces and CPU, the control unit can comprise further electronic components, in particular also be coupled to input and / or output units or be designed for wireless data transmission. The energy supply can be stationary via a power supply unit or also in the form of a battery for, for example, mobile applications or applications close to the body. By choosing the heat pulse length, the intensity or the frequency of a measurement the energy consumption can be adapted to the respective situation.
Das von dem Feuchtigkeitssensor unmittelbar erfasste Messvolumen kann aus dem auf seinen Feuchtigkeitsgehalt zu untersuchenden Material bestehen. Alternativ ist es möglich, den Feuchtigkeitssensor in ein mit dem zu untersuchenden Material in engem Feuchteaustausch stehendes Referenzmaterial einzubetten. Das auf seinen Feuchtigkeitsgehalt zu untersuchende Medium kann somit z.B. ein Textil selbst sein und unmittelbar auf den Feuchtigkeitssensor wirken oder aber mittelbar über das mit dem Feuchtigkeitssensor fest verbundene und feuchteaufnehmende Referenzmaterial, das in einem Feuchteaustausch mit der Umgebung steht. Ist die Wasseraufnahme im Referenzmaterial annähernd hysteresefrei sowie schnell genug im Vergleich zu der Änderung des Wassergehaltes der Umgebung, dann lässt sich der Feuchtegehalt im Referenzmaterial als Aquipotentialwert, der in der Bodenphysik oft als „Saugspannung“ bezeichnet wird, für die Umgebungsfeuchte annehmen.The measurement volume directly detected by the moisture sensor can consist of the material to be examined for its moisture content. Alternatively, it is possible to embed the moisture sensor in a reference material in close moisture exchange with the material to be examined. The medium to be examined for its moisture content can thus be used e.g. be a textile itself and act directly on the moisture sensor or indirectly via the humidity sensor sensor firmly attached and moisture-absorbing reference material, which is in a moisture exchange with the environment. If the water absorption in the reference material is virtually hysteresis-free and fast enough in comparison to the change in the water content of the environment, then the moisture content in the reference material can be taken as the Aquipotential value, which is often referred to in soil physics as "suction stress", for the ambient humidity.
Der zum Heizen und zur Temperaturmessung geeignete Feuchtigkeitssensor kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden und entsprechend in die Messumgebung integriert werden. Beim Aufbau des Feuchtigkeitssensors sollte darauf geachtet werden, dass die Wärmekapazität seiner Struktur gering ist und der Kontakt zu dem zu untersuchenden Material, das auch als Messkörper bezeichnet werden kann, zur Erfassung der Feuchte ausreichend gut ist.The moisture sensor suitable for heating and for temperature measurement can be realized in different ways and correspondingly integrated into the measuring environment. When installing the humidity sensor, care should be taken that the heat capacity of its structure is low and the contact with the material to be investigated, which can also be referred to as a measuring body, is sufficiently good for detecting the moisture.
Es ist möglich, eine Struktur des Feuchtigkeitssensors auf einem konventionellen Schaltungsträger, z. B. einer Leiterplatte, aufzubauen. Alternativ kann die Sensorstruktur auf einem flexiblen Schaltungsträger, z. B. einer Folie, oder einem flexiblen und dehnbaren Schaltungsträger, z. B. einer dehnbaren Folie, aufgebracht werden, so dass sich der Feuchtigkeitssensor eng an das zu überwachende bzw. zu untersuchende Material anschmiegen oder in das Material eingebaut werden kann, z. B. in ein Textil.It is possible to have a structure of the humidity sensor on a conventional circuit carrier, e.g. B. a circuit board to build. Alternatively, the sensor structure on a flexible circuit carrier, for. As a film, or a flexible and stretchable circuit carrier, for. As a stretchable film, are applied, so that the moisture sensor can closely conform to the monitored or to be examined material or incorporated into the material, for. B. in a textile.
Bevorzugt umfasst der Feuchtigkeitssensor ein Dünnschicht-Heizelement aus Gold, das auf ein dünnes, folienartiges Polyimid-Substrat aufgetragen ist. Der Wärmepuls breitet sich durch das Polyimid aus und reagiert anschließend auf die Feuchte der unmittelbaren Sensorumgebung.Preferably, the moisture sensor comprises a gold thin film heating element coated on a thin film-like polyimide substrate. The heat pulse propagates through the polyimide and then reacts to the humidity of the immediate sensor environment.
Als weitere Option kann die Struktur auch als Faden, Faser, Draht oder als leitfähiges Garn ausgebildet sein und entsprechend in z.B. textiles Gewebe, d.h. unmittelbar in Kleidung oder Schuhwerk, eingebunden werden. Hierdurch können Textilien mit weitgehend integrierter Sensorstruktur aufgebaut werden, die nicht den normalen Feuchtetransport des Textils bzw. des Kleidungsstücks stören, wodurch wesentliche Vorteile im Aufbau intelligenter Bekleidung erzielbar sind.As a further option, the structure can also be formed as a thread, fiber, wire or as a conductive yarn and can be correspondingly incorporated in e.g. textile fabric, i. immediately in clothing or footwear. As a result, textiles can be constructed with a largely integrated sensor structure, which does not disturb the normal moisture transport of the textile or the garment, whereby substantial advantages in the construction of intelligent clothing can be achieved.
Die thermische Feuchtemessmethode ist robust gegenüber vielerlei Störeinflüsse wie z.B. ionische Verunreinigungen, parasitäre Kapazitäten oder elektrische Störfelder, weshalb sie auch in einer harschen Umgebung, also insbesondere realitätsnah und unter besonderer Beanspruchung durch einen Träger der Bekleidung sowie Umwelteinflüsse, eingesetzt werden kann. Bei der thermischen Feuchtemessmethode handelt es sich darüber hinaus um eine zerstörungsfreie Methode, so dass der Feuchtigkeitssensor direkt am Material anwendbar ist, ohne dass eine Probe von dem Material abgetrennt werden muss. Durch den kurzen Wärmepuls oder Hitzepuls ist es möglich den Messbereich auf einen kleinen Bereich zu beschränken. Es ist also möglich dünne Schichten zu vermessen ohne eine größere Beeinflussung der weiteren Umgebung hinnehmen zu müssen.The thermal moisture measurement method is robust against many interferences such as e.g. ionic impurities, parasitic capacitances or electrical interference fields, which is why they can also be used in a harsh environment, ie in particular close to reality and under particular stress by a wearer of the clothing as well as environmental influences. In addition, the thermal moisture measurement method is a nondestructive method so that the moisture sensor is directly applicable to the material without having to separate a sample from the material. Due to the short heat pulse or heat pulse, it is possible to limit the measuring range to a small range. It is therefore possible to measure thin layers without having to accept a greater influence on the wider environment.
Im Gegensatz zu vielen anderen Messmethoden, wie z. B. der kapazitiven Feuchtemessung, ist die thermische Feuchtemessmethode auch in Bereichen mit sehr hoher Materialfeuchte sehr sensitiv. Wird der Feuchtigkeitssensor in Form einer fadenähnlichen Struktur in ein Textil eingearbeitet, können verschiedene Messaufgaben im Bereich Sport, Gesundheit, Ambient Assisted Living (AAL) relativ einfach gelöst werden, ohne den normalen Feuchtetransport zu beeinflussen. Ebenso ist es möglich Sensoren auf Basis von perforierten Folien aufzubauen, so dass der normale Feuchtetransport nicht behindert wird.Unlike many other measurement methods, such as. As the capacitive humidity measurement, the thermal moisture measurement method is very sensitive even in areas with very high moisture content. If the moisture sensor is incorporated into a textile in the form of a thread-like structure, various measurement tasks in the field of sports, health, ambient assisted living (AAL) can be solved relatively easily, without influencing the normal moisture transport. It is also possible to build sensors based on perforated films, so that the normal moisture transport is not hindered.
Aufgrund der robusten Arbeitsweise des Messprinzips ist der Feuchtigkeitssensor in körpernah getragenen Systemen verwendbar, beispielsweise in tragbaren Elektronikgeräten (Wearables) oder direkt in Textilien bzw. Bekleidung, insbesondere Funktions- oder Schutzbekleidung, um das Feuchteklima zu quantifizieren oder aber auch Ventilationssysteme aktiv zu steuern. Durch die sehr kurzen Heizpulse sind energiesparende kleine Systeme möglich. Die Ventilationssysteme selbst können aktiver oder passiver Natur sein, z.B. Klappen oder Ventilatoren.Due to the robust operation of the measuring principle, the moisture sensor can be used in systems worn close to the body, for example in portable electronic devices (wearables) or directly in textiles or clothing, in particular functional or protective clothing, in order to quantify the humidity climate or else to actively control ventilation systems. Due to the very short heating pulses, energy-saving small systems are possible. The ventilation systems themselves may be active or passive in nature, e.g. Flaps or fans.
Wesentlich ist die Möglichkeit der Steuerung des Abstandes vom Heizelement in dem die Messung des Feuchtegehaltes erfolgt. Dies geschieht über die zeitliche Steuerung des Heizpulses und unter Ausnutzung der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Wärmepulses im Material sowie der unterschiedlichen Temperatureffekte aufgrund der unterschiedlichen Wärmekapazitäten je nach Feuchtegehalt.Essential is the possibility of controlling the distance from the heating element in which the measurement of the moisture content takes place. This is done via the timing of the heating pulse and taking advantage of the finite propagation speed of the heat pulse in the material and the different temperature effects due to the different heat capacities depending on the moisture content.
Im einfachsten Fall kann man den räumlichen Messbereich begrenzen, dass so die Messung auf eine dünne Schicht um den Feuchtigkeitssensor begrenzt werden kann. Möglich ist auch eine Analyse von über die Laufzeit des Wärmepulses definierten Schichten in einem gewissen Abstand vom Heizelement. In the simplest case, the spatial measuring range can be limited so that the measurement can be limited to a thin layer around the moisture sensor. It is also possible to analyze layers defined over the duration of the heat pulse at a certain distance from the heating element.
Der Sensor kann unterschiedlich aufgebaut werden. Praktikable Ausführungsformen sind z.B. dünne Leiterbahnen aus Gold auf einer sehr dünnen Polyimidfolie oder aber auch als Halbleiterbauelement oder dünne leitfähige Fäden. Essentiell ist, dass die Wärmekapazität durch eine miniaturisierte Bauform, z.B. in Dünnschichttechnik oder Mikrotechnik, sehr klein gehalten werden kann, was die Sensorempfindlichkeit verbessert.The sensor can be structured differently. Practical embodiments are e.g. thin gold tracks on a very thin polyimide film or as a semiconductor device or thin conductive threads. It is essential that the heat capacity be reduced by a miniaturized design, e.g. in thin film technology or microtechnology, can be kept very small, which improves the sensor sensitivity.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations. The scope of the invention is defined only by the claims.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings.
Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, -
2 eine schematische Darstellung einer Wärmeverteilung, -
3 Diagramme zur Darstellung der Zusammenhänge zwischen der Heizleistung und der Temperatur über die Zeit in trockenem und feuchtem Material, -
4 ein Diagramm zur Darstellung der Eindringtiefe der Wärme in das Messmaterial und die Umgebung über der Zeit, -
5 ein Diagramm einer Feuchtigkeitsmessung, -
6 ein Diagramm einer Feuchtemessung, in dem die Widerstands- sowie die berechnete Temperaturänderung des Sensors über der Zeit aufgetragen sind, wobei unterschiedliche Feuchtezustände gezeigt sind (W=Wet, feucht; D=Dry, trocken).
-
1 1 shows a schematic representation of an arrangement for carrying out the method according to the invention, -
2 a schematic representation of a heat distribution, -
3 Diagrams to show the relationships between the heating power and the temperature over time in dry and moist material, -
4 a diagram showing the depth of penetration of the heat into the measuring material and the environment over time, -
5 a diagram of a moisture measurement, -
6 a diagram of a moisture measurement, in which the resistance as well as the calculated temperature change of the sensor are plotted over time, different moisture states being shown (W = wet, moist; D = dry, dry).
Der Feuchtigkeitssensor
Das Heizelement
Nach
Eine Darstellung der Eindringtiefe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1.1.
- Feuchtigkeitssensorhumidity sensor
- 2.Second
- Strukturstructure
- 3.Third
- Heizelementheating element
- 4.4th
- Anschlussconnection
- 5.5th
- Steuereinheitcontrol unit
- 6.6th
- Auswerteschaltungevaluation
- 7.7th
- Energiequelleenergy
- 8.8th.
- Materialmaterial
- 9.9th
- UmgebungSurroundings
- 10.10th
- Pfeilarrow
- 11.11th
- Linienverlaufcurve
- 12.12th
- KurveCurve
- 13.13th
- Kurve Curve
- Wärmestromheat flow
- tt
- ZeitTime
- TT
- Temperaturtemperature
- xx
- Eindringtiefepenetration depth
- MxMx
- Messbereichmeasuring range
- DD
- trockendry
- WW
- nasswet
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 4316384 A1 [0004]US 4316384 A1 [0004]
- US 4666007 A1 [0004]US 4666007 A1 [0004]
- US 4750143 A1 [0004]US 4750143 A1 [0004]
- US 4798252 A1 [0004]US 4798252 A1 [0004]
- US 4889201 A1 [0004]US 4889201 A1 [0004]
- US 5402075 A1 [0005]US 5402075 A1 [0005]
- US 6647782 B2 [0005]US 6647782 B2 [0005]
- US 6222376 B1 [0005]US 6222376 B1 [0005]
- US 5861758 A1 [0005]US 5861758 A1 [0005]
- EP 1844323 B1 [0007]EP 1844323 B1 [0007]
- EP 0981737 A1 [0008]EP 0981737 A1 [0008]
- US 3550439 A1 [0009]US 3550439 A1 [0009]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Grundlagen - Messverfahren - Applikationen - Normen, Kontakt & Studium, Band 513, Klaus Kupfer, Expert-Verlag, 1997 [0003]Basics - Measurement Methods - Applications - Standards, Contact & Study, Volume 513, Klaus Kupfer, Expert-Verlag, 1997 [0003]
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Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
CN111638165B (en) * | 2020-05-26 | 2023-03-21 | 浙江兴红建设工程检测有限公司 | Method for detecting durability of external wall energy-saving heat-insulating structure |
CN115281381A (en) * | 2022-08-16 | 2022-11-04 | 湖北中烟工业有限责任公司 | Electric heating cigarette preheating method |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3550439A (en) | 1968-09-30 | 1970-12-29 | Us Agriculture | Clothing hygrometer |
US4316384A (en) | 1979-09-04 | 1982-02-23 | General Mills, Inc. | Digital moisture meter and method for determining percent weight loss |
US4666007A (en) | 1985-05-11 | 1987-05-19 | Sartorius Gmbh | Drying balance with scale on top |
US4750143A (en) | 1984-11-21 | 1988-06-07 | Institut De Recherches Siderurgie Francaise | Apparatus for the rapid determination of the moisture content of a material |
US4798252A (en) | 1987-02-28 | 1989-01-17 | Sartorius Gmbh | Drying balance with temperature control |
US4889201A (en) | 1988-01-25 | 1989-12-26 | Sartorius Gmbh | Drying balance with evaluation circuit for determining the end of the drying |
US5402075A (en) | 1992-09-29 | 1995-03-28 | Prospects Corporation | Capacitive moisture sensor |
US5861758A (en) | 1995-03-07 | 1999-01-19 | Vdo Adolf Schindling Ag | Process and system for the operation of a resistive moisture sensor |
EP0981737A1 (en) | 1997-05-15 | 2000-03-01 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. | Sensor for determining moisture content |
US6222376B1 (en) | 1999-01-16 | 2001-04-24 | Honeywell International Inc. | Capacitive moisture detector and method of making the same |
US6647782B2 (en) | 2001-07-16 | 2003-11-18 | Denso Corporation | Capacitive humidity sensor |
WO2006081693A1 (en) * | 2005-02-02 | 2006-08-10 | Plantcare Ag | Device for measuring thermal properties in a medium and method for determining the moisture content in the medium |
DE102005017699A1 (en) * | 2005-04-07 | 2006-10-12 | Festo Ag & Co. | Humidity sensor device comprises heating system that heats, pulse-like, membrane whose temperature profile is recorded by temperature sensor arrangement |
DE102011076219A1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-11-22 | TU Chemnitz | Arrangement for performing contactless detection of moisture in e.g. commercial diaper, has oscillating circuit directly stitched on or into incontinence material that is releasably arranged on or in support material |
US20180144227A1 (en) * | 2014-11-07 | 2018-05-24 | 3M Innovative Properties Company | Wireless sensor for thermal property with thermal source |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3216241A (en) * | 1960-06-23 | 1965-11-09 | Lab For Electronics Inc | Moisture gauging system |
US3813927A (en) * | 1973-07-16 | 1974-06-04 | L Furgason | Moisture transducer |
DE3147195A1 (en) * | 1981-11-27 | 1983-06-09 | Central'nyj naučno-issledovatel'skij institut koževenno-obuvnoj promyšlennosti, Moskva | Method of determining the moisture content of fibrous materials and bulk goods and apparatus for performing it |
US4532797A (en) * | 1981-11-30 | 1985-08-06 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Instrumentation for sensing moisture content of material using a transient thermal pulse |
US4408482A (en) * | 1981-12-18 | 1983-10-11 | Tsentralny Nauchno-Issledovatelsky Institut Kozhevenno-Obuvnoi Promyshlennosti | Method and apparatus for the determination of moisture content of fibrous and granular materials |
JPH0650764Y2 (en) * | 1989-10-25 | 1994-12-21 | 矢崎総業株式会社 | Specific heat moisture sensor |
US5533393A (en) * | 1995-01-13 | 1996-07-09 | Honeywell Inc. | Determination of dew point or absolute humidity |
US7003404B2 (en) * | 2003-09-03 | 2006-02-21 | A&D Company Limited | Control method for moisture meter, control program for moisture meter, record medium recording control program for moisture meter and moisture meter |
-
2018
- 2018-06-08 DE DE102018113671.4A patent/DE102018113671B4/en active Active
-
2019
- 2019-05-26 WO PCT/EP2019/063558 patent/WO2019233793A1/en active Application Filing
Patent Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3550439A (en) | 1968-09-30 | 1970-12-29 | Us Agriculture | Clothing hygrometer |
US4316384A (en) | 1979-09-04 | 1982-02-23 | General Mills, Inc. | Digital moisture meter and method for determining percent weight loss |
US4750143A (en) | 1984-11-21 | 1988-06-07 | Institut De Recherches Siderurgie Francaise | Apparatus for the rapid determination of the moisture content of a material |
US4666007A (en) | 1985-05-11 | 1987-05-19 | Sartorius Gmbh | Drying balance with scale on top |
US4798252A (en) | 1987-02-28 | 1989-01-17 | Sartorius Gmbh | Drying balance with temperature control |
US4889201A (en) | 1988-01-25 | 1989-12-26 | Sartorius Gmbh | Drying balance with evaluation circuit for determining the end of the drying |
US5402075A (en) | 1992-09-29 | 1995-03-28 | Prospects Corporation | Capacitive moisture sensor |
US5861758A (en) | 1995-03-07 | 1999-01-19 | Vdo Adolf Schindling Ag | Process and system for the operation of a resistive moisture sensor |
EP0981737A1 (en) | 1997-05-15 | 2000-03-01 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. | Sensor for determining moisture content |
US6222376B1 (en) | 1999-01-16 | 2001-04-24 | Honeywell International Inc. | Capacitive moisture detector and method of making the same |
US6647782B2 (en) | 2001-07-16 | 2003-11-18 | Denso Corporation | Capacitive humidity sensor |
WO2006081693A1 (en) * | 2005-02-02 | 2006-08-10 | Plantcare Ag | Device for measuring thermal properties in a medium and method for determining the moisture content in the medium |
EP1844323B1 (en) | 2005-02-02 | 2008-09-17 | Plantcare AG | Device and method for determining the moisture content in a medium |
DE102005017699A1 (en) * | 2005-04-07 | 2006-10-12 | Festo Ag & Co. | Humidity sensor device comprises heating system that heats, pulse-like, membrane whose temperature profile is recorded by temperature sensor arrangement |
DE102011076219A1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-11-22 | TU Chemnitz | Arrangement for performing contactless detection of moisture in e.g. commercial diaper, has oscillating circuit directly stitched on or into incontinence material that is releasably arranged on or in support material |
US20180144227A1 (en) * | 2014-11-07 | 2018-05-24 | 3M Innovative Properties Company | Wireless sensor for thermal property with thermal source |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Grundlagen - Messverfahren - Applikationen - Normen, Kontakt & Studium, Band 513, Klaus Kupfer, Expert-Verlag, 1997 |
MATTANA, Giorgio; BRIAND, Danick: Recent advances in printed sensors on foil. In: Materials Today, 2016, 19. Jg., Nr. 2, S. 88-99. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102018113671B4 (en) | 2021-03-18 |
WO2019233793A1 (en) | 2019-12-12 |
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