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Anordnung zur Feuchtemessung an strömungsfähigen Materialien Zusatz
zum Patent: 1175467 Die Erfindung bezieht sich auf eine Weiterbildung einer Anordnung
zur Feuchtemessung an Materialien gemäß Patent 1175467, bei der ein auf das zu untersuchende
Material einwirkendes Mikrowellensignal ständig mittels einer Oberflächenwellenführung
beispielsweise in Form eines Stabes oder Drahtes geführt ist und das zu untersuchende
Material sich außerhalb der Führung in dem Feld der geführten Oberflächenwelle befindet
und bei der eine Meßeinrichtung zum Feststellen des von diesem Material absorbierten
Anteils der Mikrowellenenergie vorgesehen ist.
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Um diese Anordnung nach dem Hauptpatent nicht nur zum Feuchtemessen
an festen Materialien verwenden zu können, sondern auch bei strömungsfähigen Materialien
schlägt die Erfindung, ausgehend von dieser Anordnung nach dem Hauptpatent, vor,
daß die Oberflächenwellenführung von einem eine Führung für ein strömungsfähiges
Untersuchungsmaterial bildenden Führungsrohr umgeben ist. Durch diese erfindungsgemäße
Weiterbildung des Vorschlages nach dem Hauptpatent wird es möglich, auch strömungsfähige
Materialien in besonders einfacher Weise auf ihren Feuchtigkeitsgehalt hin zu messen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt das bei der erfindungsgemäßen Anordnung angewendete
Meßprinzip; F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Wenn sich Mikrowellenenergie längs einer Wellenführung und eines
Körpers aus festem Material, z. B.
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Iängs einer Papierbahn, die in unmittelbarer Nähe der Wellenführung
angeordnet ist, fortpflanzt, zeigt es sich, daß die von der Papierbahn mitgeführte
Feuchtigkeit einen Energieverlust hervorruft, der ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt
der Bahn bildet. Der Ausdruck »Mikrowellen« bezeichnet im folgenden Hochfrequenzwellenlängen
in der Größenordnung von einigen Metern oder darunter. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird insbesondere mit Wellenlängen von 2,5 cm oder weniger innerhalb des
Hochfrequenzspektrums gearbeitet. Es wurde entdeckt, daß die längs einer Wellenführung
ausgesandte Mikrowellenenergie bei bestimmten kritischen Frequenzen im Mikrowellenbereich,
z. B. bei 22235 MHz, von der Dicke der Papierbahn verhältnismäßig unbeeinflußt bleibt,
während sie für den Feuchtigkeitsgehalt des Körpers in kritischer Weise empfindlich
ist. Diejenigen kritischen Frequenzen, bei denen die auf die Feuchtigkeit oder einen
anderen
Bestandteil zurückzuführende Absorption ein Maximum ist, werden nachstehend
als »Resonanzabsorptionsfrequenzen« bezeichnet.
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In Fig. 1 ist dieses Meßprinzip schematisch angedeutet. Bei der gezeigten
Einrichtung wird Mikrowellenenergie durch eine geeignete Quelle 10 erzeugt und mit
Hilfe einer Wellenführung 11 an eine geeignete Kopplungs- oder Wellenzuführungseinrichtung
13 abgegeben, damit die Energie längs einer offenen Wellenführung 15 abgestrahlt
wird. Die Wellenführung 15 kann aus einem Draht bestehen, dessen Außenfläche vorzugsweise
einen guten elektrischen Leiter bildet und nicht etwa einen Halbleiter oder Isolator.
Der Draht kann z. B. aus gehärtetem Stahl bestehen und sich in gleitender Berührung
mit einer laufenden Papierbahn 17 befinden. Alternativ kann die Wellenführung einen
aus Metall hergestellten Leiter umfassen, der mit einem dünnen Überzug aus verschleißfestem
Material versehen ist, welcher in gleitender Berührung mit der Bahn steht; ein geeignetes
Überzugsmaterial ist ein keramischer Aluminiumoxydkörper, der unter der Bezeichnung
»Rockide« erhältlich ist. Bei einer derartigen durch einen offenen Draht gebildeten
Wellenführung umgibt
die Mikrowellenenergie die Führung bis zu
einem Abstand von etwa einer Wellenlänge von der Außenseite der Führung.
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Um eine elektrische Anzeige der von der Papierbahn 17 absorbierten
Energiemenge und damit eine Anzeige des Feuchtigkeitsgehaltes der Papierbahn zu
erhalten, kann man geeignete Fühlmittel 20 und 21 für Mikrowellenenergie so anordnen,
daß sie mit der Wellenführung 15 gekoppelt sind, wobei sie unter Berücksichtigung
des zu messenden Energieverlustes in einem geeigneten Abstand angeordnet sind. Als
solche Fühlmittel kann man Bolometer, Kristalldetektoren od. dgl. verwenden, die
mit der sich längs der Wellenführung fortpflanzenden Mikrowellenenergie kapazitiv
oder induktiv gekoppelt sind. Die Ausgangssignale der Fühlmittel 20 und 21 können
durch beliebige geeignete elektrische Mittel verglichen werden, damit man ein Maß
für die durch den Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn absorbierte Energie erhält.
Man kann die Ausgangssignale der Fühlmittel 20 und 21 z. B. an ein geeignetes Quotientenmeßgerät
oder eine Brückenschaltung anlegen, wie man sie gewöhnlich zum Messen der Verhältnisse
von stehenden MikrowelIen benutzt. Als Beispiel für ein geeignetes handelsübliches
Gerät sei der Quotientenmesser Hewlett-Packard Model 416 A genannt. Jenseits des
zweiten Fühlgeräts 21 kann man geeignete Absorptionsmittel 25, z. B. Wasser, anordnen,
um eine Reflexion der Mikrowellenenergie zu verhindern. Ein geeignetes Meßgerät
ist bei 23 schematisch angedeutet; es kann mit einer geeigneten Skala versehen sein,
um einen zahlenmäßigen Wert anzuzeigen, der in Beziehung zu der von der Papierbahn
absorbierten Energie steht, z. B. einen Unterschied oder ein Verhältnis zwischen
dem Ausgangssignal der Fühlmittel 20 und dem Ausgangssignal der Fühlmittel 21. Man
kann das Meßgerät eichen, indem man Mikrowellenenergie längs der Wellenführung 15
fortleitet, während keine feuchte Papierbahn 17 vorhanden ist oder nachdem man diese
durch eine vollständig trockene Bahn ersetzt hat.
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F i g. 2 zeigt eine geeignete Anordnung zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts
od, dgl. bei einem strömungsfähigen Material, das sich in ein geeignetes Rohr 26
z. B. aus dielektrischem Material einschließen läßt. Man kann eine oder mehrere
jeweils aus einem einzigen Leiter 27 bestehende Oberflächenwellenführungen parallel
zur Achse des Rohrs 26 anordnen, um den Feuchtigkeitsgehalt des dem Draht benachbarten
Materials dadurch zu fühlen, daß man Mikrowellenenergie längs des Drahtes aussendet,
wie es in F i g. 1 dargestellt ist. Wie bereits erwähnt, kann der Leiter 27 aus
Metall, z. B. Kupfer oder Stahl,
bestehen, und längs dieses Leiters wird die Mikrowellenenergie
in der gleichen Weise wie in Fig. 1 ausgesandt. Die in das Rohr 26 eintretende und
es wieder verlassende Mikrowellenenergie kann in der gleichen Weise gemessen werden
wie in Fig. 1, um ein Maß für die Energie zu erhalten, die von dem Material absorbiert
wird, das den Leiter 27 innerhalb des Rohrs 26 umgibt. In manchen Fällen kann man
den massiven metallischen Leiter 27 auch durch ein festes Material hindurchführen,
um ebenso, wie es für ein strömungsfähiges Material beschrieben wurde, ein Maß für
den Feuchtigkeitsgehalt od. dgl. des festen Materials zu erhalten.
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Die Mikrowellenenergie kann frequenzmoduliert sein, um die Wirkungen
von stehenden Wellen u. dgl. auszumitteln.
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Ferner sei bemerkt, daß man bei sämtlichenAusführungsbeispielen vorzugsweise
Mikrowellenenergie mit einer Resonanzabsorptionsfrequenz verwendet, um das Vorhandensein
des betreffenden Bestandteils in der Probe festzustellen. In jedem Fall erhält man
ein elektrisches Maß für die von der Probe absorbierte Energie, und diese Energie
kann je nach Art der benutzten Fühlmittel amplituden- oder impulsmoduliert sein.
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Die Erfindung läßt sich natürlich zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehalts
od. dgl. von ruhenden sowie von sich bewegenden Körpern benutzen. Allgemein richtet
sich die Erfindung auf die Feststellung des Feuchtigkeitsgehalts od. dgl. von nichtmetallischen
anorganischen und organischen Stoffen. Eine besondere Anwendbarkeit der Erfindung
dürfte bei Getreideerzeugnissen, getrockneten Nahrungsmitteln, Mehl, Nährmitteln,
Backzutatengemischen, getrockneten Proteinen, Kohlehydraten, Zellulosematerialien,
flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen, Petroleumerzeugnissen u. dgl. gegeben
sein.