DE1598800C3 - Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes einer viskosen Masse durch Messung der Dämpfung von die Masse durchsetzenden Mikrowellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes einer viskosen Masse.

Eine Vorrichtung der vorgenannten Art gehört durch die amerikanische Patentschrift 2 659 860 zum Stand der Technik. Dabei können sich die Mikrowellen innerhalb der Meßkammer frei bewegen, wodurch die Meßgenauigkeit beeinträchtigt wird.

Es gehört weiterhin durch »Industrie-Elektrotechnik«, 1961, Heft 4, S. 7 und 8 zum Stand der Technik, den Wassergehalt von Erdöl mittels einer Meßbrücke unter Anwendung von Mikrowellen zu messen. Auch hierbei können sich innerhalb des Erdöl führenden Rohres die Mikrowellen frei bewegen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die innerhalb der Meßzelle selbst eine Wellenführung aufweist, um eine größere Meßgenauigkeit zu erreichen. Durch eine solche Konstruktion wäre es möglich, bei hohem kontinuierlichem Durchsatz gute Meßergebnisse zu erzielen.

ίο Eine derartige Vorrichtung wäre insbesondere für Einrichtungen wünschenswert, bei denen beispielsweise durch Mischen, Kneten oder eine ähnliche mechanische Handlung die Homogenität eines Erzeugnisses verbessert werden soll. Dieses Problem stellt sich beispielsweise bei der Herstellung von Seife, wobei die teilweise behandelte Seifenbase in eine Kammer eingeführt wird, um dann aus dieser Kammer durch kleine öffnungen gepreßt zu werden, um das austretende Material für einen nachfolgenden Misch-Vorgang kleinteilig zur Hand zu haben.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im kennzeichnenden Teil ^-_fi des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. (. JS

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der

as Hohlleiter einen rechteckigen Querschnitt auf und sind die Platten mit den beiden längeren Hohlleiterflächen verbunden. Die Platten erstrecken sich also hochkant in Richtung des Materialflusses und bilden eine Wellenführung für die Mikrowellen, wobei die Platten dieser Wellenführung für die fließende viskose Masse und die Mikrowellen selbst undurchdringlich sind und somit der Feuchtigkeitsgehalt der viskosen Masse auf Grund der erhaltenen Signale mit hoher Genauigkeit ausgewertet werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die in der Meßkammer angeordneten Platten eine halbkreisförmige Wellenführung. Diese halbkreisförmige Wellenführung ist dann mit ihren Enden jeweils an einen Hohlleiter angeschlossen. Die Wellenführung kann in der Meßkammer über einen Teil ihrer Länge schräg geführt sein. Da die Wellenführung parallel zum Materialfluß ausgerichtet ist, wird der Materialfluß kaum behindert.
Vorzugsweise erstrecken sich die Platten zwischen einem einzigen äußeren Hohlleiter und einer reflektierenden Wand. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die reflektierende Wand durch die gegenüberliegende Wandung der Meßkammer gegeben sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enden die Platten im freien Innenraum vor der gegenüberliegenden Wandung der Meßkammer und weisen dort die reflektierende Wand auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß der Abstand zur reflektierenden Wand in Abhängigkeit von dem zu erwartenden Feuchtigkeitsgehalt des Materials gewählt werden kann.

In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann es zweckmäßig sein, zur Verkleinerung der von Masse durchflossenen Meßstrecke einen Teil des von den Platten begrenzten Raumes mit festem dielektrischem Material auszufüllen.

Für die räumliche Anordnung der Wellenführung innerhalb der Meßkammer gibt es viele Möglichkeiten. Bei einer zylindrischen Meßkammer kann die Wellenführung diametral durch die Meßkammer laufen oder auch nur als eine Art Sehne außerhalb des Durchmessers. Bei einer rechteckigen oder mehrwinkligen Meßkammer kann die Wellenführung die

einander gegenüberliegenden Wände miteinander verbinden oder vorzeitig im freien Innenraum in der reflektierenden Wand enden.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt im Ausschnitt durch eine zylindrische Meßkammer,

F i g. 2 einen Radialschnitt gemäß II-II der F i g. 1,

Fig.3 bis6 in schematischer Darstellung unterschiedliche Ausführungsformen der Wellenführung und

F i g. 7 und 8 in schematischer Darstellung zwei alternative Schaltungen, die zur Erzeugung der Mikro- \vellen angewendet werden können.

Die in F i g. 1 und 2 gezeigte hohlzylindrische Meßkammer 1 wird bei der Herstellung von Seife verwendet. Sie ist als Strangpresse bekannt und besteht aus der zylindrischen Wand 2, die zwischen zwei Scheiben 3 und 4 befestigt ist. Eine teilweise behandelte Seifenblase wird in Form einer viskosen Masse durch die scheibenförmige Platte 3 eingeführt und durch nicht gezeigte öffnungen unter hohem Druck aus der Platte 4 herausgepreßt. Die Transportrichtung der viskosen Masse erfolgt parallel zur Achse der zylindrischen Wand 2.

Die Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Feuchtigkeitsgehaltes der viskosen Masse besteht aus einem Paar von Wellenführungen 5,6 mit einem rechteckigen Querschnitt. Die Wellenführungen sind radial zwischen den Scheiben 3 und 4 so befestigt, daß sich ihre inneren Enden 7 und 8 durch die Wand 2 erstrecken. Die Wellenführungen haben rechteckige Einsätze 9, die Hohlleiter 10 und 11 von rechteckigem Querschnitt aufweisen. An den innenliegenden Enden der Wellenführungen sind zwei Anschläge 12, 13 vorgesehen, die für das Einsetzen von geeigneten Packungen dienen. Diese Packungen sind beispielsweise aus Blei und dienen als Dichtung für Fenster 14, die für elektromagnetische Strahlung durchlässig sind. Diese Fenster können beispielsweise aus Quarz oder aus einem Quarzglas oder einem anderen geeigneten Plastikmaterial hergestellt sein. Die Fenster werden durch den Einsatz 9 gegen die Anschläge 12, 13 angedrückt, welcher seinerseits mittels eines Flansches 16 gehalten wird. Die Flansche 16 weisen eine rechteckige öffnung auf und sind an Flanschen 17, 18 der Wellenführungen 5,6 befestigt. Innerhalb der Meßkammer 1 sind an der inneren Oberfläche der Anschläge 12, 13 zwei teilzylindrische Platten 20, 21 angeschweißt, die konzentrisch in einem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei der Abstand gleich der kleineren Abmessung der Hohlleiter 10, 11 entspricht. Die Platten 20, 21 bilden somit eine Wellenführung für die Mikrowellen, die über einen der Hohlleiter 10, 11 eingeführt und über den anderen Hohlleiter herausgeführt werden. Die Enden der Platten 20, 21 verlaufen parallel zu den radialen Ebenen, in denen die Hohlleiter 10, 11 angeordnet sind. Abgesehen von den Platten 20, 21 weist die Wellenführung keine Begrenzung für die Wellen auf, so daß sie in Richtung auf die Scheiben 3 und 4 der Strangpresse offen ist und das Material in einer Richtung parallel zu den Achsen der Platten fließen kann. Die Platten 20, 21, an denen — wie es der Pfeil A in F i g. 2 zeigt — das viskose Material vorbeifließt, sind vorzugsweise in der Durchflußrichtung angespitzt, um den Eintritt des Materials in den Durchgang zwischen den Platten zu erleichtern. Dies ist in F i g. 2 durch die Bezugsziffern 22 und 23 angedeutet. Entsprechend können die hinteren Endkanten der Platten 20, 21 angespitzt sein.
An den Flansch 16,18 einer der Wellenführungen 10,11 wird eine Einrichtung zur Erzeugung hochfrequenter, elektromagnetischer Wellen (Mikrowellen) angeschlossen, während an den anderen Flansch eine Einrichtung für die Messung der austretenden Mikrowellen angeschlossen wird. Die Mikrowellen werden entsprechend dem Feuchtigkeitsgehalt des durch die Platten 20, 21 hindurchfließenden Materials gedämpft, und diese Dämpfung wird mittels der Meßeinrichtung gemessen. Die für die elektromagnetischen Wellen durchlässigen Fenster 14, 15 können die Dämpfung nicht beeinflussen, sie verhindern jedoch ein Eindringen des zu messenden Materials in die Wellenführungskanäle 10,11.
Nachfolgend werden die in den Fig.3 bis6 gezeigten abgewandelten Ausführungsformen der Wellenführung besprochen.

Gemäß F i g. 3 erstrecken sich zwei parallele Platten 30 diametral durch die Meßkammer 32, wobei eine Wellenführung 34 und ein Fenster 36 vorgesehen ist. An der Stelle, an welcher die Platten 30 an die gegenüberliegende innere Wand 32 anstoßen, ist eine die Mikrowellen reflektierende Oberfläche 38 vorgesehen.

F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform für die Messung nach dem Reflektionsprinzip. Die parallelen Platten 40 erstrecken sich vor der Wellenführung 44 und dem Fenster 46 und enden vor der gegenüberliegenden Begrenzungswand der Kammer 42. Zum Reflektieren der Signale ist eine reflektierende Platte 48 vorgesehen, die an den Platten 40 befestigt ist und von diesen getragen wird.

Die in den F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen ähneln der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Es soll allerdings festgestellt werden, daß bei diesen Ausführungsformen lediglich eine reflektierende Wand zusätzlich erforderlich wäre, um auch bei diesen Ausführungsformen eine Messung mittels Rückstrahlung vornehmen zu können.

Gemäß F i g. 5 erstrecken sich die parallelen Platten 50 diametral durch die Meßkammer 52 zwischen zwei Wellenführungen 54, 55 und Fenstern 56, 57. Entsprechendes gilt für die Ausführungsform gemäß F i g. 6, bei welcher gleiche Teile gleiche Bezugszeichen tragen, bei welcher jedoch die Enden der Platten 60 mit einem axialen Abstand voneinander in der Wand der Meßkammer 62 enden. Eine entsprechende axiale Verschiebung kann auch bei den in F i g. 1 und 2 gekrümmten Platten vorgenommen werden. In allen Ausführungsbeispielen sind die Fenster, die zwischen den Wellenführungen und den parallelen Platten vorgesehen sind, in oder in der Nähe der inneren Wandung der Meßkammer, und zwar in einer Ebene parallel zum umgebenden Bereich der Wandung gezeigt. Auf Grund dieser Voraussetzung wird eine Störung im Fluß des viskosen Materials vermieden.

Unter bestimmten Voraussetzungen kann es erforderlich sein, nicht die volle Länge der parallelen Platten auszunutzen. In einem solchen Fall kann der Raum zwischen den Platten mit einem Stopfen aus einem dielektrischen Material ausgefüllt werden, wie es mit der Bezugsziffer 59 in Fig.5 angedeutet ist. Vorzugsweise wird dieser Stopfen mit einer stromli-

nienförmigen' Oberfläche'-äusgebildet, um Störungen im Fluß des viskosen Materials zu vermindern. Das dielektrische Material -kann vorzugsweise in Form einer Verlängerung eines der . Fenster ausgebildet sein, wie es in F i g. 5--gezeigt ist. * -¹" -' Ausfuhrungsbeispiele yori-Schaltungen, die für die Rückstrahlmessung oder Durchstrahlmessung eingesetzt werden können, sind in den Fig.7 und8 gezeigt. ' Diese Schaltungen sind beispielsweise für die Ausführungen"gemäßFig.3 und5 einsetzbar.

Tn Fig.7 bildet die Wellenführung 34 einen der beiden koaxialen Arme eines T-Stückes'71, wobei der andere koaxiale-Arm 72 als eine Bezugswellenführung ausgebildet ist. Dieser Arm weist eine veränderbare Dämpfdngseinrichtung 73 und einen veränderbaren·Reflektorkreis"74 auf. Ein Querarm 75 des T-Stückes ist an' einen Mikrowellengenerator 76 angeschlossen, während der andere Querarm 77 den Kriställdetektor 78 aufweist.'· ·^: ■ -■'". ·" " '

Bei Betrieb Werden die Mikrowellen· vom Generator 76 dem T-Stück zugeführt, wobei sich ein'Teil der Energie entlang der Welle'nführung-34 in die von den Plätten 30 gebildete Wellenführung fortpflanzt, dann von'der Oberfläche'38-reflektiert.Wird und schließlich wieder irr' die Wellenführurtg 34 eintritt. Ein anderer Teil der'Energie" des-Generatorzweiges 75 wird entlang-der Wellenführung 72 geführt uhÜ'wird von dem Reflektorkreis 74 reflektiert. Hierdurch werden stehende Wellen einmal auf der"einen Seite'durch die Wellenführung 34 und die Platten 30 und zum andereii auf der anderen 'Seite in der Wellenführung 72 erzeugt. Die reflektierten"- Wellen erreichen das T-Stück' 71 "und interferieren miteinander, indem sie Wellen in der Abzweigung 77-erzeugen, die eine Energie aufweisen, die gleich der-'Differenz zwischen den zwei Energien der beiden reflektierten Wellen ist. Das Signal,-das m dem Detektor 78 erzeugfwird, ist somit von dieser Energiedifferenz abhängig.
" Wenn die Dämpfung in der Wellehführung 72 auf einem festen Wert gehalten wird, kann das Differenzsignal des Detektors 78 verwendet werden, um eine direkte Anzeige, der Dämpfung 'zu" erhalten, die zwi- ■ sehen den Platten 30 entsteht, und somit ergibt sich eine direkte Anzeige für den Feuchtigkeitsgehalt des durch die Meßkammer 32 fließenden Materials.

Alternativ kann der Ausgang des Detektors an ein Servosystem angeschlossen werden, das zur Steuerung der Veränderung der Dämpfungseinstellung 73 dient, so daß das System stets im Gleichgewicht gehalten wird, d. h. der Ausgang am Detektor wird auf einem Wert annähernd Null gehalten. In einem solchen System kann der mechanische Ausgang der Servosteuerung zur Anzeige der zwischen den Platten 30 auftretenden Dämpfung ausgenutzt werden.

Gemäß F i g. 8 werden Signale einer Mikrowellenquelle 81 mittels der Wellenführung 54 auf die von den Platten 50 gebildete Wellenführung in der Kammer 52 übertragen. Eine weitere Wellenführung 55 führt die austretenden Signale dem Kristalldetektor 82 zu, dem eine veränderbare Dämpfung 83 vorgeschaltet ist. An den Eingang der Wellenführung 54 mittels eines Richtungskopplers 84 ist eine Bezugswellenführung 85 angeschlossen, in welcher eine veränderbare Dämpfung 86 und ein Detektor 87 angeordnet sind. Die Ausgänge aus den beiden Detektoren 82, 87 werden einem Differenzverstärker 88 zugeführt, in dem sie verglichen werden und ein Differenzsignal erzeugt wird, das an einen Steuerverstärker 89 angelegt wird, der ein Registrier- bzw. Aufzeichnungsgerät enthalten kann. Der elektrische Ausgang aus dem Steuerverstärker wird dann einem Servomechanismus 90 zugeführt, der die Dämpfung 83 steuert.

In diesem Ausführungsbeispiel vergleicht der Differenzverstärker 88 kontinuierlich ein Bezugssignal, das von der Quelle 81 durch die Führung 85 geführt wird mit einem Signal, das durch die Kammer 52 zu der Wellenführung 55 geleitet wird. Wenn Material durch diese Führung gepreßt wird, wird die Dämpfung 83 durch den Steuerverstärker 89 automatisch eingestellt, in dem das Signalverhältnis der Detektoren 82, 87 auf einer vorgegebenen Höhe konstant gehalten wird. Die einstellbare Dämpfung 86 kann für die Kalibrierung verwendet werden, um die Nulloder Gleichgewichtseinstellung der veränderbaren Dämpfung 83 zu verändern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes einer durch eine Meßkammer fließenden, viskosen Masse durch Messung der Dämpfung von die Masse durchsetzenden Mikrowellen, die mittels Hohlleitern in die Meßkammer bzw. aus dieser geleitet werden, wobei die Hohlleiter gegenüber dem Innern der Meßkammer durch mikrowellendurchlässige Dichtungen abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Meßkammer (1) zwei im Abstand einander gegenüberstehende Platten (20, 21, 30, 40, 50, 60) als Wellenführung angeordnet sind, welche sich in Richtung des Materialflusses erstrecken und die Hohlleiter (10, 11, 34, 44, 54) miteinander verbinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (10, 11, 34, 44, 54) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und die Platten (20, 21, 30, 40, 50, 60) mit den beiden längeren Hohlleiterflächen verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Meßkammer (1) angeordneten Platten (20, 21) eine halbkreisförmige Wellenführung bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Platten (30, 40) zwischen einem einzigen äußeren Hohlleiter (33, 34) und einer reflektierenden Wand (38, 40) erstrekken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Wand (38) die gegenüberliegende Wandung der Meßkammer (l)ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (40) vor der gegenüberliegenden Wandung der Meßkammer (1) im freien Innenraum enden und dort die reflektierende Wand (48) aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkleinerung der von Masse durchflossenen Meßstrecke ein Teil des von den Platten (50) begrenzten Raumes mit festem dielektrischem Material (59) ausgefüllt ist.