DE10319429A1

DE10319429A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Feuchtebestimmung

Info

Publication number: DE10319429A1
Application number: DE10319429A
Authority: DE
Inventors: Manfred Ludwig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2004-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feuchtebestimmung einer Probe mit einem Probenraum zur Aufnahme einer Probe und einem Feuchtesensor, die Mittel aufweist, um eine im Probenraum angeordnete Probe unter Druck zu setzen, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Feuchtebestimmung. DOLLAR A Mit dem Verfahren ist eine schnelle Bestimmung der Feuchte einer Probe bei sehr hoher Genauigkeit möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Feuchtebestimmung von Proben.
Bekannt sind zum einen Verfahren, bei denen die Feuchte einer Probe durch Trocknung und Messung des Gewichtsverlustes bestimmt wird. Mit dieser Vorgehensweise ist die sehr genaue Bestimmung des Feuchtegehaltes einer Probe möglich.
Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass die Trocknung sehr zeitaufwendig ist. Zur schnelleren Trocknung ist es möglich, die Probenmenge zu reduzieren, diese Vorgehensweise hat aber wiederum den Nachteil, dass bei inhomogen verteiltem Probenmaterial die Messgenauigkeit sinkt. Selbst diese Verfahren, beispielsweise mit einer Probenmenge von nur 20g, dauern so lange, dass eine on-line Messung parallel zu einer laufenden Anlage in dem meisten Fällen nicht möglich ist.
Bekannt aus der Praxis sind ferner Messsonden, insbesondere Mikrowellenmesssonden, die es erlauben, in kurzer Zeit, auch parallel zu einem laufenden Prozess zerstörungsfrei den Feuchtegehalt von Proben zu bestimmen.
Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist die geringe Genauigkeit solcher Messverfahren.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren bereitzustellen, mit der beziehungsweise dem eine Feuchtemessung bei hoher Messgenauigkeit in kurzer Messzeit möglich ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in überraschend einfacher Weise durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 20 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Feuchtebestimmung einer Probe mit zumindest einem Probenraum zur Aufnahme einer Probe und zumindest einem Feuchtesensor vorgesehen, wobei die Vorrichtung Mittel aufweist, um eine im Probenraum angeordnete Probe unter Druck zu setzen.
Zur Messung der Feuchte wird ein bekannter Sensor verwendet. Dazu eignen sich zum Beispiel Hochfregenz-Sensoren, aber auch andere Sensoren sind denkbar, auch durch Messung des elektrischen Widerstandes der Probe. Die Probe kann in einem beliebig ausgebildeten Probenraum, der darüber hinaus auch eine völlig andere Funktionen, zum Beispiel funktionelles Element eines Verarbeitungsprozesses, haben kann, angeordnet werden. Durch ein unter Druck Setzen des Probenraums und die damit einhergehende Druckbeaufschlagung der Probe ist die Messgenauigkeit um ein vielfaches besser als ohne Druckbeaufschlagung. Die Höhe des Druckes kann dabei je nach verwendetem Probenmaterial und Feuchte variiert werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Probenraum verschließbar. So lassen sich auch weiche Proben mit hohem Wassergehalt oder sogar flüssige Proben untersuchen. Je nach Art der Probe kann der Probenraum gasdicht oder gasdurchlässig ausgestaltet sein. Bei festen Materialien bietet sich zum Beispiel ein gasdurchlässiger Probenraum an. So können in der Probe eingeschlossene Gase, die die Messung verfälschen könnten, austreten.
Besonders vorteilhaft für Feuchtemessungen sind Hochfrequenzsensoren, insbesondere Mikrowellensensoren. Diese Sensoren haben eine hohe Messgenauigkeit.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist einen kapazitiven Feuchtesensor auf.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Probe manuell, hydraulisch, pneumatisch, hydropneumatisch oder mittels eines Elektromotors unter Druck gesetzt. Eine manuelle Druckbeaufschlagung ist besonders einfach und kostengünstig. Eine hydraulische, pneumatische, hydropneumatische oder mittels eines Elektromotors durchgeführte Druckbeaufschlagung hat vor allem den Vorteil, dass so ein automatisiertes Messen möglich wird.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung mit einer Skala zur Anzeige des Druckes oder eines mit dem Druck in Beziehung stehenden Wertes ausgestattet. So ist für die Bestimmung des Druckes kein zusätzliches Messgerät nötig. Der Druck kann zum Beispiel in bar oder auch in einem anderen in Beziehung zum Druck stehenden Wert angegeben werden. Dabei kann zum Beispiel auch eine nicht lineare Einteilung der Skala vorteilhaft sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Sollwert für den Druck voreinstellbar. So ist der Druck für den jeweilig durchzuführenden Messzyklus vorab festgelegt. Bedienerfehler können so vermieden werden. Auch die Voreinstellung von mehreren Sollwerten, etwa für verschiedene Materialien, ist denkbar. Die Einstellung des Sollwertes kann sowohl mechanisch, zum Beispiel über eine Rutschkupplung, als auch durch eine elektrische Schaltung oder Ähnliches erfolgen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Gewindespindel vorgesehen, über die eine Kraft ausgeübt werden kann und so die Probe unter Druck setzt. So ist der Druck sehr fein regulierbar, darüber hinaus ist dies eine einfache und robuste Bauweise.
Nach einer Weiterbildung vorgenannter Ausführungsform ist zusätzlich zur Gewindespindel eine Feder, zum Beispiel eine Schraubenfeder vorgesehen, über die die von der Spindel ausgeübte Kraft weitergeleitet wird. So ist eine homogene Druckbeaufschlagung auch bei inkompressiblen Proben möglich.
Nach einer zu bevorzugenden Ausführungsform ist die Gewindespindel manuell über ein Handrad bedienbar. Diese Ausführungsform ist einfach, robust und leicht zu reinigen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Probenraum zylinderförmig, insbesondere kreiszylinderförmig ausgebildet. Ein solcher Raum nimmt bei kleiner Bauweise ein maximales Volumen auf, ist für eine homogene Druckverteilung günstig und ist leicht zu reinigen.
Als besonders günstige Probenraumgröße hat sich ein Volumen zwischen 100 und 3000 ml erwiesen. Für die meisten Materialien ist eine Größe von 750 und 1500 ml ideal. So können je nach Probenmaterial ca. 1000g in die erfindungsgemäße Vorrichtung verbracht werden. Diese Menge ist in den meisten Fällen ausreichend, um die Streuung der Messwerte durch Inhomogenität des zu untersuchenden Materials gering zu halten.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung im wesentlichen dreiteilig mit einem Kopfteil mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung, einem Mittelteil mit dem Probenraum und einem Bodenteil zur Aufnahme des Sensors ausgebildet. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass die Vorrichtung zur Reinigung leicht zerlegbar ist. Das Mittelteil mit dem Probenraum kann auch zum Beispiel maschinell und chemisch gereinigt werden, während das Kopfteil mit der empfindlicheren Mechanik zur Druckbeaufschlagung nicht gereinigt werden muss.
In besonders vorteilhafter Weise sind die drei Teile modulartig, insbesondere mittels Schnellverschlüssen zusammenfügbar. So lassen sich die Teile besonders schnell und einfach auseinandernehmen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist Vorrichtung im wesentlichen aus Edelstahl ausgebildet. So ist die Vorrichtung resistent gegen Umwelteinflüsse und gut zu reinigen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist an die Vorrichtung eine Auswerteeinheit anschließbar. Die Auswerteeinheit kann zum Beispiel ein Computer sein, mit dem die Messwerte weiterverarbeitet werden. Auch ein auf die Vorrichtung speziell abgestimmtes Auswert- und Anzeigegerät ist denkbar.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zur Übermittlung von Messwerten und/oder zur Eingabe von Sollwerten eine Schnittstelle vorgesehen. So kann die Vorrichtung beispielsweise über einen Computer gesteuert werden.
Vorzugsweise ist die Schnittstelle als Ethernet-, serielle, Funk-, insbesondere blue tooth, oder IR-Schnittstelle ausgebildet. Derartige Schnittstellen sind kompatibel zu bekannten Systemen.
Eine Weiterbildung der Erfindung weist eine interne und/oder externe Auswerteeinheit auf. So kann zum Beispiel auf der Vorrichtung eine Anzeige mit der gemessenen Feuchte vorgesehen sein. Auch eine Auswertung in einer externen Einheit ist denkbar. In der Auswerteeinheit können beispielsweise die Messwerte gespeichert werden. Auch können Kalibierungskurven für verschiedene Probenmaterialien etc. dort abgelegt sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Feuchtebestimmung einer Probe, wobei zumindest eine Probe bereit gestellt wird und die Feuchte der Probe mit zumindest einem Sensor bestimmt wird und wobei vor und/oder während der Bestimmung der Feuchte die Probe unter Druck gesetzt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es erstmalig möglich, mit ausgesprochen hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit eine Feuchtemessung vorzunehmen.
Idealerweise wird die Probe homogen unter Druck gesetzt. So ist eine maximale Messgenauigkeit erreichbar.
Besonders bei gleichartigem Probenmaterial ist es vorteilhaft, die Probe mit einem Druck-Sollwert oder einem mit dem Druck in Beziehung stehenden Sollwert unter Druck zu setzen. Durch die so immer gleichen Messbedingungen wird die Genauigkeit weiter verbessert.
Eine ideale Genauigkeit wird mit dem Verfahren dann erreicht, wenn in dem Verfahren gewonnenen Werte durch eine Vergleichsmessung mit einem anderen Verfahren, insbesondere durch Gewichtsdifferenzbestimmung nach Trocknung, kalibriert werden. Es wird dem Verfahren also ein zusätzlicher Verfahrensschritt, zum Beispiel das bekannte Trocknungsverfahren, vorgeschaltet. So kann das Verfahren auf ein bestimmtes Probenmaterial und einen bestimmten Druck kalibriert werden. Es ist eine Genauigkeit von unter +/–0,3% erreichbar. Es können für verschiedene Probematerialien Kalibrierungskurven aufgenommen und gespeichert werden.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Vorrichtung 1 ist im wesentlichen kreiszylinderförmig ausgestaltet und aus drei Modulen aufgebaut. Zu erkennen ist der Bodenteil 11 mit dem Sensor 3. Der Sensor 3 ist hier ein Mikrowellensensor, der mit einer Frequenz von 433 MHz arbeitet. Das Bodenteil 11 ist mit Schnellverschlüssen 12 vom Mittelteil abnehmbar. Das Mittelteil 10 besteht im wesentlichen aus einem Zylinder, der den Probenraum 2 einschließt. Der Probenraum 2 hat ein Volumen vom 680 cm³. An das Mittelteil 10 ist ebenfalls mit Schnellverschlüssen 12 das Kopfteil 9 mit der Einrichtung zur Druckbeaufschlagung anbringbar. Die Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung besteht aus einer Gewindespindel 6, die von einem im Kopfteil angebrachten Gewinde und einem kurzen Führungskolben 13 geführt wird. An diesem Führungskolben 13 ist eine Schraubenfeder 7 angeordnet, die über einen Kolben 14 die im Probenraum 2 angeordnete Probe (nicht zu sehen) unter Druck setzen kann. Die Spindel 6 kann mit einem Handrad 8 gedreht werden. In der Ansicht ist die Spindel 6 schon so weit nach unten gedreht, dass der Kolben 14 weit in das Mittelteil 10 mit dem Probenraum 2 hineinragt. Am Kolben ist eine Skala 4 angeordnet, die aus dem Kopfteil 9 herausragt. Daneben ist ein ebenfalls aus dem Kopfteil 9 herausragenden Zeiger 5 am Führungskolben 13 angeordnet.
Wird nun die in dem Probenraum 2 befindliche Probe durch das Hineindrehen der Spindel 6 mit Druck beaufschlagt, wird auch die Feder 7 zusammengedrückt. Dadurch ändert der an der an dem Führungskolben 13 angeordnete Zeiger 5 seine Position zu der am Kolben 14 angeordneten Skala 4. Der Druck kann so abgelesen werden. Die Feder 7 hat zudem die Funktion für einen gleichbleibenden Druck während Messung besonders bei inkompressiblen Materialien zu sorgen. Die Messzeit liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei unter 5 s. Auch ungeübte Bediener können mit dem Gerät eine Messung in deutlich unter zwei Minuten durchführen. Die Genauigkeit liegt, abhängig vom Feuchtebereich, bei etwa ± 0,3%. So kann mit hoher Genauigkeit parallel zu einem laufenden Prozess gemessen werden. Die Vorrichtung besteht überwiegend aus leicht zu reinigendem Edelstahl und ist robust und einfach aufgebaut. Die Auswertung der Messdaten erfolgt bei diesem Ausführungsbespiel über eine externe Auswertungseinheit (nicht zu sehen). In der Auswertungseinheit sind Kalibrierungskurven für verschiedene Probenmaterialien gespeichert. Der Feuchtegehalt der Probe kann so an der Auswertungseinheit direkt abgelesen werden.

Claims

Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) einer Probe mit zumindest einem Probenraum (2) zur Aufnahme einer Probe und zumindest einem Feuchtesensor (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel aufweist, um eine im Probenraum (2) angeordnete Probe unter Druck zu setzen.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenraum (2) verschließbar ist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Hochfrequenzsensor, insbesondere einen Mikrowellensensor ausweist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen kapazitiven Feuchtesensor aufweist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeschlossene Probe manuell, hydraulisch, pneumatisch, hydropeumatisch oder mittels eines Elektromotors unter Druck setzbar ist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Skala (4) zur Anzeige des Druckes oder eines mit dem Druck in Beziehung stehenden Wertes aufweist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sollwert für den Druck voreinstellbar ist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Gewindespindel (6), über die die Probe unter Druck setzbar ist, aufweist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Gewindespindel aufgebrachte Kraft über eine Feder (7) die Probe unter Druck setzt.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel manuell über ein Handrad (8) bedienbar ist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenraum (2) zylinderförmig, insbesondere kreiszylinderförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenraum (2) ein Volumen zwischen 100 und 3000 ml, bevorzugt zwischen 500 und 2000 ml und besonders bevorzugt zwischen 750 und 1500 ml aufweist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im wesentlichen dreiteilig mit einem Kopfteil (9) mit der Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung, einem Mittelteil (10) mit Probenraum (2) und einem Bodenteil (11) zur Aufnahme des Sensors (3) ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile modulartig, insbesondere mittels Schnellverschlüssen (12) zusammenfügbar sind.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im wesentlichen aus Edelstahl ausgebildet ist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Vorrichtung eine Auswerteeinheit anschließbar ist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Übermittlung von Messwerten und/oder zur Eingabe von Sollwerten eine Schnittstelle aufweist.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schnittstelle um eine Ethernet-, serielle, Funk-, insbesondere blue tooth, oder IR-Schnittstelle handelt.
Vorrichtung zur Feuchtebestimmung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine interne und/oder externe Auswerteeinheit aufweist.
Verfahren zur Feuchtebestimmung einer Probe, wobei zumindest eine Probe bereit gestellt wird und die Feuchte der Probe mit zumindest einem Sensor (3) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder während der Bestimmung der Feuchte die Probe unter Druck gesetzt wird.
Verfahren zur Feuchtebestimmung einer Probe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe homogen unter Druck gesetzt wird.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe mit einem Druck-Sollwert oder einem mit dem Druck in Beziehung stehenden Sollwert unter Druck gesetzt wird.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in in dem Verfahren gewonnenen Werte durch eine Vergleichsmessung mit einem anderen Verfahren, insbesondere durch Gewichtsdifferenzbestimmung nach Trocknung, kalibriert werden.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Bestimmung der Feuchte ein verschließbarer Probenraum (2) bereit gestellt wird, in dem die Probe angeordnet wird.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchte der Probe mit einem kapazitiven Feuchtesensor bestimmt wird.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Feuchte der Probe mit einem Hochfrequenzsensor, insbesondere einem Mikrowellensensor bestimmt wird.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeschlossene Probe manuell, hydraulisch, pneumatisch, hydropeumatisch oder mittels eines Elektromotors unter Druck gesetzt wird.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der Probe ein zylinderförmig, insbesondere kreiszylinderförmig ausgebildeter Probenraum (2) bereit gestellt wird.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens ein Probenvolumen zwischen 100 und 3000 ml, bevorzugt zwischen 500 und 2000 ml und besonders bevorzugt zwischen 750 und 1500 ml verwendet wird.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit, insbesondere ein Rechner bereitgestellt wird, mit dem gewonnene Werte ausgewertet werden.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gewonnene Werte und/oder weiterverarbeite Werte, insbesondere ein Wert der ein Maß für den Feuchtegehalt der Probe ist, über eine Schnittstelle übertragen werden.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sollwerte über eine Schnittstelle eingegeben und übertragen werden.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung über eine eine Ethernet-, serielle, Funk-, insbesondere blue tooth, oder IR-Schnittstelle erfolgt.
Verfahren zur Feuchtebestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gewonnene Werte in einer internen und/oder externen Auswerteeinheit ausgewertet werden.