DE1130622B - Messkondensator zum Bestimmen des Wassergehaltes von Schuettgut - Google Patents

Description

• Meßkondensator zum Bestimmen des Wassergehaltes von Schüttgut Die vorliegende Erfindung betrifft einen MeS kondensator zur Bestimmung des Wassergehaltes bei vorgegebenen Gewichtsmengen von gleichartigen Schüttgütern unterschiedlichen Schüttvolumens.
• Es ist an sich bekannt, den Wassergehalt von Schüttgut der verschiedensten Art durch die Ermittlung der Kapazität eines Meßkondensators zu bestimmen, indem das Schüttgut als Dielektrikum eingebracht wird. Derartige Bestimmungen sind besonders wichtig bei der Ernährung dienenden Schüttgütern, wie z. B. Getreidearten aller Art, Hülsenfrüchten u. dgl. m., da der Wassergehalt nicht nur für den Preis, sondern unter anderem für die Lagerfähigkeit derartiger Schüttgüter von Bedeutung ist. Daher muß beispielsweise auch ein Einkäufer in der Lage sein, mittels eines einfachen aber zuverlässigen Gerätes den Wassergehalt möglichst genau zu bestimmen. Ein derartiges Meßgerät ist auch für derartige Schüttgüter verarbeitende Betriebe von Bedeutung, wenn es gilt, den Feuchtigkeitsgehalt vor der Verarbeitung auf einen bestimmten Wert einzustellen.
• Je nach der betreffenden Sorte und den Wachstumsbedingungen des betreffenden Körnergutes oder der Hülsenfrüchte ergeben sich bei in Prozent Wassergehalt geeichten Instrumenten, deren Meßkondensatoren jeweils mit einer vorgegebenen, stets gleichbleibenden Gewichtsmenge des zu messenden Schüttgutes beschickt werden, teilweise erhebliche Meßabweichungen, die - wie man weiß - durch die verschiedenen Schüttvolumina der zur Messung gelangenden Schüttgüter gleicher Kategorie bedingt sind.
• Man weiß, daß das Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten von Schüttgütern gleicher Kategorie keineswegs gleich, sondern etwa umgekehrt proportional den Verhältnissen der entsprechenden Schüttvolumina angepaßt ist, weshalb bei hohen Genauigkeitsanforderungen besondere Korrekturwerte durch besondere Messungen und Rechnungen ermittelt werden müssen, was recht zeitraubend ist.
• Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, derartige Hilfsmessungen und Rechnungen überflüssig zu machen und eine selbsttätige Kompensation des Schüttvolumeneinflusses auf das Meßergebnis zu erzielen, so daß es innerhalb von vorgegebenen Fehlergrenzen bleibt.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei dem Kondensator, der vorzugsweise als Zylinderkondensator ausgebildet ist, an mindestens einer Elektrode unterhalb der durch die geringstmögliche Schütthöhe gegebenen Horizontalebenen ein Flachenanteil beliebiger Form ausgespart ist, der gleich ist einem Rechteck, das sich über die gesamte Breite bzw. über den gesamten Umfang der Elektrode erstreckt, und dessen Höhe H durch die Gleichung H= ht l)-h2(e2- (E1 - 1) e1 -bestimmt ist, in der hl und h2 die unterschiedlichen Füllhöhen für die gleichbIeibenden Einwaagen und £t und £2 deren unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten sind.
• Die theoretischen und rechnerischen Grundlagen für die Entwicklung des Meßgerätes gemäß der Erfindung beruhen auf den nachstehenden Überlegungen, wobei der Einfachheit halber von einem quaderförmigen Meßkondensator ausgegangen wird, an dessen Stelle selbstverständlich ohne weiteres auch ein zylinderringförmiger Kondensator treten kann.
• Ein quaderförmiger Meßkondensator mit zwei parallelen, einander im Abstand dgegenüberliegenden Belägen, deren Breiteb und deren Höhe I sei, hat leer die Kapazität C = b # l # #0/d , wobei £0 die Dielektrizitätskonstante der Luft sei.
• Setzt man - wie dies üblicherweise geschieht -an Stelle des Bruches - die Bezeichnung k ein, so d ergibt sich für die Kapazität des Meßkondensators C k b 1.
• Wenn dieser Meßkondensator bis zur Höhe h mit einem Meßgut von der Dielektrizitätskonstanten E gefüllt wird, so erhöht sich die Kapazität des Meßkondensators auf den Wert c = k b [h (F l)$!J.
• Wird in diesem Meßkondensator unterhalb der Horizontalebene der jeweils niedrigsten Schütthöhe die vertikale Länge der Beläge im Bereich des Meßgutes mit der Dielektrizitätskonstanten E um den Betrag x vermindert, so wird die Kapazität des Meßkondensators C = k b [lt ( - 1)+ I -oder - nach entsprechender Umstellung innerhalb der eckigen Klammer -: C = k b b fr (h - x) + 1 - h].
• Nun ergibt sich für die gleiche Gewichtsmenge von Meßgütem mit gleichem prozentualem Wassergehalt, aber voneinander verschiedenem Schüttvolumen eine verschieden große Schütthöhe h, wobei das Verhältnis der verschiedenen Schüttvolumina und daher der Schütthöhen h etwa umgekehrt proportional ist den Dielektrizitätskonstanten dieser verschiedenen Meßgüter gleicher Kategorie.
• Da das Meßgut mit geringerem Schüttvolumen eine größere Dichte aufweist, wird auch dessen Dielektrizitätskonstante größer. Diese Zunahme ist aber wie wie umfangreiche Messungen erwiesen haben - keineswegs genau proportional der Abnahme der Schütthöhe.
• Um nun diese die Erzielung exakter Meßwerte störenden, einander entgegenstehenden Faktoren auszuschalten, muß, um bei gleichem prozentualem Wassergehalt das gleiche Meßresultat zu erhalten, die Kapazität des Meßkondensators in beiden Fällen gleich groß sein. Versieht man die entsprechenden Werte, die sich auf das eine Meßgut beziehen, mit dem Index 1 und die sich auf das andere Meßgut der gleichen Kategorie beziehenden Werte mit dem Index 2, so ergibt sich aus dem vorstehend Gesagten, daß für die Erzielung einer selbsttätigen Kompensation des Meßgerätes C1 = C2 sein muß.
• Damit ergibt sich also für ein Meßgerät mit selbsttätiger Kompensation der verschiedenen Schüttvolumina die Gleichung kl - (El 1 - x = h2'(E2 - 1) $ 1 - x F2.
• Aus dieser Gleichung errechnet sich für den Wert x, um den die Kondensatorbeläge in der Höhe verkürzt werden müssen, h1 # (#1 - 1) - h2 # (#2 - 1) x = .
• #1 - #2 Erfindungsgemäß muß also bei einem quaderförmigen Meßkondensator, dessen Beläge die Breite b und die Höhe h haben, bei mindestens einem der Beläge unterhalb der Horizontalen, die der niedrigsten Schütthöhe eines Schüttgutes der betreffenden Kategorie entspricht, eine Fläche von der Größe x b ausgespart sein, wobei es gleichgültig ist, welche Form diese Fläche aufweist.
• Analog liegen die Verhältnisse bei einem Meßkondensator mit zylinderringförmigem Meßraum.
• Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der eine Meßvorrichtung gemäß der Erfindung mit zylindrischem Meßkondensator in einem Vertikalschnitt mehr oder minder schematisch dargestellt ist.
• Der Meßbehälter besteht aus dem Metallzylinder 1, der die Außenelektrode des Meßkondensators bildet.
• Der BodenS des Meßbehälters besteht aus einem Isolierstoff mit kleiner Dielektrizitätskonstante. Im Innern des Meßbehälters befindet sich koaxial der massive metallische Innenzylinder 2, der die Innenelektrode des Meßkondensators bildet. An der unteren Bodenfläche des Innenzylinders 2 ist die stabförmige metallische Zuleitung7 angebracht, die oberhalb des Meßbehälterbodens 5 von dem den gleichen Durchmesser wie der Innenzylinder 2 aufweisenden Isolierstoffzylinder 4 umgeben ist, dessen Höhe für die in Frage kommende Kategorie von Meßgut in der vorstehend beschriebenen Weise experimentell bestimmt wird. Auf der oberen Bodenfläche des Innenzylinders 2 befindet sich der als Verteiler für das einzubringende Schüttgut dienende aus Isolierstoff bestehende Kegel 3, dessen Bodenfläche gleich der oberen Bodenfläche des Zylinders 2 ist.
• Oberhalb des Meßbehälters und etwa koaxial zu ihm befindet sich der Fülltrichter6, der durch den Bodenschieber 8 verschlossen ist. Nach Zurückziehen des Bodenschiebers fällt das zuvor in den Trichter 6 eingefüllte Meßgut in den Meßbehälter.
• Für die Durchführung von Messungen wird jeweils eine vorgegebene und stets gleichbleibende Gewichtsmenge, beispielsweise 200g, des zu messenden Schüttgutes in den Meßkondensator eingebracht.
• Zur Erläuterung des Verfahrens sei angenommen, daß zwei verschiedene Meßgüter A und B verwendet werden, wobei das Meßgut A ein geringes Schüttvolumen mit der Schütthöhe a aufweist, während bei der gleichen Gewichtsmenge das Schüttgut B mit größerem Schüttvolumen die größere Schütthöhe b aufweist.
• Da von den beiden angenommenen Schüttgütern gleichen prozentualen Wassergehaltes das Schüttgut A infolge seines geringeren Schüttvolumens eine höhere Dielektrizitätskonstante besitzt als das Meßgut B, anderseits aber die wirksame - d.h. zwischen die Beläge des Meßkondensators zu liegen kommende, allein für die Messung herangezogene - Schütthöhe a entsprechend kleiner ist als die wirksame Schütthöhe b des den gleichen prozentualen Wassergehalt, aber ein größeres Schüttvolumen aufweisenden MeßgutesB, so ist die gemessene Kapazität bei nach den vorangegangenen Anweisungen »richtig« bemessener Höhe h des Isolierstoffzylinders 4 gleich, wodurch eine von dem Schüttvolumen des Meßgutes unabhängige und einwandfreie Messung des prozentualen Wassergehaltes durchgeführt werden kann.
• Wenn man auch im allgemeinen für die verschiedenen Meßgutkategorien jeweils verschiedene auswechselbare Innenzylinder2/4 verwenden kann, ist es auch möglich, die Höhe h des Isolierstoffzylinders 4 beispielsweise durch Höhenverstellung mittels Schraubgewinde od. dgl. veränderbar zu machen, wobei die Höhe h für die betreffende Schüttgutkategorie mittels einer Kontrollmarke längs einer Skala od. dgl. eingestellt werden kann. Schließlich ist es auch möglich, eine Meßzelle zu verwenden, bei der die Höhe h des Isolierstoffzylinders 4 dem größten vorkommenden Wert entspricht und die Anpassung an die für das zu messende Schüttgut erforderliche Höher durch entsprechend gekennzeichnete Einlagekörper vorzunehmen, die vorzugsweise die gleiche Grundfläche aufweisen wie die Meßzelle, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel also Zylinderringe sind.
• Selbstverständlich kann zur Verminderung des Streufeldes im Meßkondensator der Meßkondensator so ausgebildet sein, daß nicht nur ein Belag um eine Fläche von der Größe h b verringert wird, sondern beide Beläge um jeweils einander gegenüberliegende kongruente Flächenteile von der Größe h h vermindert werden.
• Um eine möglichst weitgehende Deckung der in einem KapazitätsFeuchtigkeits-Diagramm verlaufenden Eichkurven zu erzielen, können in mindestens einem der Beläge des Meßkondensators noch zusätzliche, beispielsweise dreieckige oder trapezförmige Aussparungen angebracht werden, deren Form und Lage sich mit Hilfe an sich bekannter Annäherungsverfahren bestimmen läßt.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Meßkondensator zur Bestimmung des Wassergehaltes bei vorgegebenen Gewichtsmengen von gleichartigen Schüttgütern unterschiedlichen Schüttvolumens, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Kondensator, der vorzugsweise als Zylinderkondensator ausgebildet ist, an mindestens einer Elektrode unterhalb der durch die geringstmögliche Schütthöhe gegebenen Horizontalebene ein Flächenanteil beliebiger Form ausgespart ist, der gleich ist einem Rechteck, das sich über die gesamte Breite bzw. über den gesamten Umfang der Elektrode erstreckt und dessen Höhe H durch die Gleichung H = h1 (ei - 1) h2 (e2 - 1) ei - e2 bestimmt ist, in der h1 und h2 die unterschiedlichen Füllhöhen für die gleichbleibenden Ein- waagen und ei und e2 deren unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle ein Zylinderkondensator ist, dessen die eine Elektrode bildender metallischer Mittelzylinder im unteren Teil durch einen Isolierteil von der HöheH gleicher Länge ersetzt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Meßbehälter aus einem metallischen Hohlzylinder (1) besteht, der den Außenmantel eines zylinderringförmigen Topfes bildet, dessen Boden (5) aus einer Isolierplatte mit niedriger Dielektrizitätskonstante besteht, auf der koaxial zu dem den Außenbelag des Meßkondensators bildenden Hohlzylinder (1) ein Metallzylinder (2) sitzt, dessen unterer Teil durch einen vorzugsweise den gleichen Durchmesser aufweisenden Zylinder (4) aus Isolierstoff von geringer Dielektrizitätskonstante gebildet ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem metallischen Innenzylinder (2) ein kegelförmiger Aufsatz (3) aus Isolierstoff von geringer Dielektrizitätskonstante sitzt, dessen Basisfläche gleich der oberen Grundfläche der inneren zylinderförmigen Elektrode (2) ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Isolierstoff bestehende Bodenplatte (5) eine zentrale, dem Querschnitt des Isolierstoffzylinders (4) entsprechende Aussparung aufweist, dergestalt, daß die LängeH des im Innern des Meßkondensators befindlichen Isolierstoffzylinders (4) nach den Regeln des Anspruchs 1, beispielsweise durch Schrauben, variiert werden kann.
6. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Variierung der effektiven Höhe H des Isolierstoffzylinders (4) in der Meßzelle geeignet gekennzeichnete Einsatzkörper aus Isolierstoff verwendet werden, die die gleiche Grundfläche wie die Meßzelle besitzen.