DE1798030A1 - Method for measuring the water content in solid or liquid material layers and device for carrying out this method - Google Patents

Method for measuring the water content in solid or liquid material layers and device for carrying out this method

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DE1798030A1
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Andrzej Kraszewski
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Description

DR. EULE DR. BERG DIPL.-ING. STAPFDR. EULE DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

8 MÜNCHEN 2, HILBLESTRASSE8 MUNICH 2, HILBLESTRASSE

Dr. Eule Dr, Berg Dipl.-Ing. Stapf, 8 München 2, HilblestraSe 20 ·Dr. Owl Dr, Berg Dipl.-Ing. Stapf, 8 Munich 2, HilblestraSe 20

Unser ZeichenOur sign

17 566 Do""" L 9t AUg. 196817 566 Thu "" "L 9t AUg. 1968

Anwaltsakte Hr0 17 '566 Attorney's file Mr. 0 17 '566

OTIPAN ·OTIPAN

Zak^ad Doswiadczalny Budowy Aparatury Waukowej Przedsiebiorstwo Panstwowe Warszawa / PolenZak ^ ad Doswiadczalny Budowy Apiculture Waukowej Przedsiebiorstwo Panstwowe Warszawa / Poland

Verfahren zur Messung des Wassergehaltes in festen oder flüssigen Stoffschichten und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens,Method for measuring the water content in solid or liquid material layers and device for Implementation of this procedure,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen und kontaktlosen Messung des Wassergehaltes in festen oderThe invention relates to a method for continuous and contactless measurement of the water content in solid or

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flüssigen St off schichten unter Verwendung vo.n Mikrowellen, d.h. Wellen mit Wellenlängen von 1 m bis 1 mm, und bei welchem die Abhängigkeit der Phase und der Amplitude der zweimal durch den zu prüfenden Stoff durchgehenden elektromagnetischen Welle vom Wassergehalt dieses Stoffes, ausgewertet wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens, bei welchem die Phasenverschiebung und Änderung der Amplitude der zweimal ' durch den zu prüfenden Stoff durchgehenden elektromagnetischen Welle gemessen werden.layers of liquid material using microwaves, i.e. waves with wavelengths from 1 m to 1 mm, and at which the dependence of the phase and the amplitude of the electromagnetic passing twice through the substance to be tested Wave of the water content of this substance is evaluated. The invention also relates to a device to apply this method, in which the phase shift and change in amplitude of twice '' be measured through the electromagnetic wave passing through the substance to be tested.

Die bekannten Verfahren zur Bestimmung des Wassergehaltes beruhen auf der Auswertung entweder der Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes des zu prüfenden Stoffes vom Wassergehalt oder auf der Abhängigkeit der komplexen dielektrischen Permeabilität des zu prüfenden "Stoffes vom Wassergehalt, oder auf der Abhängigkeit der Strahlungsabsorption ρ bzw,f vom Wassergehalt des zu untersuchenden Stoffes, oder auf der Abhängigkeit der Neutronenbremsung vom Wassergehalt des zu untersuchenden Stoffes, endlich auch auf der Abhängigkeit der elektromagnetischen Strahlungsabsorption des zu prüfenden Stoffes vom Fassergehalt„ Das erste dieser Verfahren kennzeichnet eine eingeschränkte Genauigkeit und während der Wassergehaltmessung muß die zu prüfende Substanz sich in physischem Kontakt mit den Elektroden der MessungsanordnungThe known methods for determining the water content are based on the evaluation of either the dependence of the electrical resistance of the substance to be tested on Water content or on the dependence of the complex dielectric Permeability of the "substance to be tested" from Water content, or on the dependence of the radiation absorption ρ or, f on the water content of the one to be examined Substance, or on the dependence of the neutron braking on the water content of the substance to be examined, finally also on the dependence of the electromagnetic radiation absorption of the substance to be tested on the barrel content “The first of these processes characterizes limited accuracy and during the water content measurement the substance to be tested must be in physical contact with the electrodes of the measurement arrangement

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befinden. Ähnliche Mangel.besitzt auch das Verfahren der Auswertung der komplexen dielektrischen Permeabilität des zu prüfenden Stoffes in Abhängigkeit vom Wassergehalt. Das Verfahren, welches auf der Abhängigkeit der Strahlungsabsorption β bzw.Y vom Wassergehalt des zu prüfenden Stoffes beruht, erfordert die Verwendung von starken Strahlungsquellen mit beendeter Halbzerfallzeit und wird durch hohes Beharrungsvermögen gekennzeichnet, ähnlich wie das Verfahren zur Auswertung der Neutronenbrem-. " sung, bei welchem die Trägheit aus der Notwendigkeit der Heutronenzählung während längerer Zeitdauer resultiert, was die Anwendung dieses Verfahrens in bezug auf Messungen von kontinuierlichem Verlauf und in automatisch regulierten Systemen begrenzt. Das Verfahren für die Auswertung der Abhängigkeit der elektromagnetischen Strahlungsabsorption vom Wassergehalt des zu prüfenden Stoffes besitzt einen begrenzten Meßungsbereich. Dieses Verfahren ist somit z.B. zur Messung von Stoffen mit geringem Wassergehalt, also von λ geringer Feuchtigkeit und dünnen Schichten nicht geeignet. Bei der Auswertung der Absorption der elektromagnetischen Oberflächenwellen ist, um genaue Ergebnisse zu erhalten, ein unmittelbarer Kontakt zwischen der zu prüfenden Substanz und dem Wellenleiter unbedingt erforderlich, wodurch eine Begrenzung der Anwendungsmöglichkeit auftr-tt und zwar in jenen Fällen, bei welchen der techno-"> ogische Prozeß bei hoher Temperatur oder bei hohen oderare located. The method of evaluating the complex dielectric permeability of the substance to be tested as a function of the water content has similar deficiencies. The method, which is based on the dependence of the radiation absorption β or Y on the water content of the substance to be tested, requires the use of strong radiation sources with an ended half-decay time and is characterized by high persistence, similar to the method for evaluating the neutron braking. "Solution in which the inertia results from the necessity of counting heutrons over a long period of time, which limits the application of this method in relation to measurements of continuous progress and in automatically regulated systems The test substance has a limited measuring range. This method is therefore not suitable for measuring substances with a low water content, i.e. λ low humidity and thin layers. When evaluating the absorption of electromagnetic surface waves, direct contact is required in order to obtain precise results between the substance to be tested and the waveguide is absolutely necessary, whereby a limitation of the possible application occurs in those cases in which the techno - "> ogischen process at high temperature or at high or

109848/064?109848/064?

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niedrigen Drücken vorsichgeht.low pressures.

Die Erfindung verfolgt den Zweck die Messung sowie die Kontrolle des Wassergehaltes vorzugsweise in schichtförmigen flüssigen oder festen Stoffen, wie Papier, Karton, Pappe, Gewebe, Sperrholz, Holzbretter, Spanplatten, Faserplatten, Kunststoff in Platten und Tafeln usw. auch während des Fertigungsprozesses dieser Stoffe durchführen zuThe invention pursues the purpose of measuring and controlling the water content, preferably in layered form liquid or solid materials such as paper, cardboard, cardboard, fabric, plywood, wooden boards, chipboard, fibreboard, Plastic in plates and panels etc. also carry out these substances during the manufacturing process

ρ können, wobei die Messung auf kontaktlosem Wege erfolgt und kontinuierlich sowie stichprobenweise durchgeführt werden kanne Dabei sollen die Anzeigen des Messungssystems hauptsächlich vom Wassergehalt in den zu prüfenden Stoffen, keinesfalls aber von anderen Eigenschaften dieser Stoffe, wie Konzentration der Wasserstoffionen, Gehalt, an Verschmutzungen, Flächengewicht, Dicke bzw. Oberflächenstruktur abhängen. Die Messungen sollen in einem weiten Bereich von Wassergehalten durchführbar sein, wobei auch ganz unwesentliche Feuchtigkeiten in den zu prüfenden Stoffen meßbar sein sollen.ρ can, whereby the measurement takes place in a contactless way and can be carried out continuously as well as randomly. The displays of the measurement system should mainly on the water content in the substances to be tested, but under no circumstances on other properties of these substances, such as concentration of hydrogen ions, content, pollution, The basis weight, thickness or surface structure depend on. The measurements should be in a wide range be feasible from water contents, with very insignificant moisture levels in the test Substances should be measurable.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine Auswertung der Abhängigkeit sowohl der Phase, als auch der Amplitude der durch den im freiräumlichen Messungsgebiet - welches, durch das Strahlungssystem für Hochfrequenzenergie und dem die Energie rückstrahlenden Reflektor gebildet wurde - angeordneten zu prüfenden StoffThe essential feature of the invention is that an evaluation of the dependence of both the phase, as also the amplitude of the by the in the open space measurement area - which, by the radiation system for High frequency energy and the reflector reflecting the energy was formed - arranged substance to be tested

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zweimal durchgehenden elektromagnetischen Welle vorgenommen wird, sowie darin, daß ein empfindliches Mikrowellensystem zum Nachweis der Änderungen der Eingangsimpedanz ' ■ dieses Messungsgebietes, die durch die Einführung des zu prüfenden Stoffes in das Messungsgebiet hervorgerufen wurde, angewendet wird. Am Ausgang des Mikrowellensystems kann ein elektrisches Signal erhalten werden, das über einen weiten Bereich von Wassergehalten des in das Messungsgebiet eingeführten Stoffes, proportional ist. Auf ' % diese Weise werden die Einflüsse aus chemischer Zusammensetzung, Verschmutzungen, Wasserstoffionenkonzentration und Temperatur des zu prüfenden Stoffes auf das Messungsergebnis, bei Einhaltung einer sehr kleinen Zeitkonstante des Messungssystems und kontaktlosen Messungsbedingungen, wesentlich herabgesetzt.twice continuous electromagnetic wave is carried out, as well as in that a sensitive microwave system is used to detect the changes in the input impedance of this measurement area caused by the introduction of the substance to be tested into the measurement area. At the output of the microwave system an electrical signal can be obtained which is proportional over a wide range of water contents of the substance introduced into the measurement area. To '% this manner, the influences of chemical composition, contamination, hydrogen ion concentration and temperature are substantially reduced of the test substance on the measurement result, while maintaining a very small time constant of the measuring system and contactless measurement conditions.

Die aus der Anwendung der Erfindung hervorgehenden technischen Vorteile beruhen auf der Möglichkeit der Durchführung und Genauigkeit s erhöhung der Wassergehaltsmessungen in schichtförmigen, flüssigen und festen Stoffen, sowohl in laborverhältnissen als auch bei der Überwachung von technologischen Prosessen. Dank der hohen Empfindlichkeit des Systems (die in dB auf Wassergehalt-^ ausgedrückt wird) sowie der hohen Genauigkeit dieser Messungsmethode, ist die Messung von sehr geringen Wassergehaltswerten, also ·The technical advantages resulting from the application of the invention are based on the possibility of implementation and Accuracy s Increase in water content measurements in layered, liquid and solid substances, both in laboratory conditions as well as the monitoring of technological processes. Thanks to the high sensitivity of the System (which is expressed in dB on water content- ^) as well as the high accuracy of this measurement method, the measurement of very low water content values, i.e.

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von geringfeuchten und sehr dünnen Stoffen, gleichzeitiger einseitiger und kontinuierlicher sowie kontaktloser Ausführung möglich, wobei das Messungsergebnis über einen weiten Bereich von Verlagerungen des zu prüfenden Stoffes in bezug auf das Messungssyetem, von der Oberflächenwellung des Prüfstoffes sowie auch von dessen anderen Eigenschaften mit Ausnahme des Wassergehaltes unabhängig ist. Die Wassergehaltmessung erfolgt unverzüglich, und das Ausgangssignal des Messungssystems kann zur Steuerung des technologischen Prozesses genutzt werden.of low moisture and very thin fabrics, simultaneous one-sided and continuous as well as non-contact Execution possible, with the measurement result over a wide range of displacements of the test Of the substance in relation to the measurement system, of the surface corrugation of the test substance as well as of its other properties with the exception of the water content is independent. The water content measurement takes place immediately, and the output signal of the measurement system can be used to control the technological process.

Die Erfindung wird nachfolgend unter bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawings explained in more detail.

fig. la, Ib, Ic zeigen Diagramme des Informationswandlers bei Wassergehaltwänderungen ( J^ W) im Prüfstoff.fig. la, Ib, Ic show diagrams of the information converter for changes in water content ( J ^ W) in the test substance.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß Erfindung zur Messung des Wassergehaltes.Fig. 2 shows the block diagram of an embodiment according to the invention for measuring the water content.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild als Beispiel der Lösung einer Detektionsanordnung in einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Erfindung.Fig. 3 shows a block diagram as an example of the solution a detection arrangement in a device for applying the method according to the invention.

Figo 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für obige Detektionsanordnung.Figo 4 shows a further embodiment for the above Detection arrangement.

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Fig« "5 zeigt illustriert die empirisch ermittelte Abhängigkeit des Ausgangssignals der Vorrichtung gemäß Erfindung von mittels einer Wiegemethode bestimmten Wassergehalt in im Mes ungsgebietuntergebrachten Stoffen und zwar von Pappe und Papier.FIG. 5 illustrates the empirically determined dependency of the output signal of the device according to the invention determined by means of a weighing method Water content in materials housed in the measurement area, namely cardboard and paper.

In Fig. la ist ein Diagramm für die Abhängigkeit der Komponenten der komplexen dielektrischen Permeabilität £ und tg 8 des Probestoffes vom Wassergehalt W in diesem f Stoff dargestelltö Fig. Ib zeigt die Abhängigkeit der Komponente der imaginären Eingangsimpedanz Zwe des Messungsgebietes - in welchem der zu prüfende Stoff untergebracht wurde - von den Komponenten der dielektrischen Permeabilität £ deses Stoffe». Figc Ic zeigt ein Diagramm für die Abhängigkeit des Ausgangssignals A von der Komponente der imaginären Eingangsimpedanz Im Zwe des Messungsgebietes mit dem zu prüfenden Stoff. Somit wird die unter Einfluß der Wassergehaltsänderung hervorgerufene Änderung derIn Fig. La a diagram is shown for the dependence of the components of the complex dielectric permeability £ and tg 8 of the sample material on the water content W in this f material Substance was housed - from the components of dielectric permeability £ deses substances ». Figc Ic shows a diagram for the dependence of the output signal A on the component of the imaginary input impedance Im Zwe of the measurement area with the substance to be tested. Thus, the change caused under the influence of the change in water content becomes the

• j• j

dielektrischen Permeabilität des Prüfstoffes im Mikro- ^dielectric permeability of the test substance in the micro ^

wellenumwandler in die Änderung der Eingangsimpedanz des Messungsgebietes umgesetzt, wobei diese Änderung, die proportional zum Wassergehalt im Prüfstoff ist, im Messungssystem gemäß Erfindung in ein elektrisches Signal, welches proportional zum Wassergehalt in diesem Prüfstoff ist, umgewandelt wird.wave converter in the change in input impedance of the Measurement area implemented, this change, which is proportional to the water content in the test substance, in the measurement system according to the invention in an electrical signal which is proportional to the water content in this test substance is converted.

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In Jig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der Vorrichtung für die Durchführung der Wassergehaltmessung nach Erfindung0 Das durch ein Niederfrequenzsignal modulierte, aus dem Generator 1 gelieferte Mikrowellensignal, wird im angepaßten Mikrowellenachtpol 2 in zwei Signale aufgeteilt, von welchen das eine zur Einspeisung in das Korrektionssystem 3» welches die Signalenergie reflektiert,In jig. 2 is a simplified block diagram showing the apparatus for carrying out the water content measurement according to the invention 0 The modulated by a low frequency signal, supplied from the generator 1 microwave signal is split into two signals, the matched Mikrowellenachtpol 2 of which the one to be fed to the correction system 3 "which the signal energy reflects,

^ dient und das zweite die Mikrowellenantenne 4 speist» Das durch die Antenne 4 ausgestrahlte Signal durchdringt den zu prüfenden Stoff 5, wird von dem in einer bestimmten Entfernung hinter dem Prüfstoff vorgesehenen Reflektor 6 reflektiert, durchdringt den Prüfstoff 5 ein zweitesmal und strahlt durch die Strahlungsantenne 4 zurück zum Achtpol 2. Auf diese Weise gelangen zum angepaßten Mikrowellenachtpol 2 zwei Reflexionssignale, und zwar ein Signal vom Korrektionssystem 3, welches eine Regelung der Amplitude und Refle&onsphase ermöglicht, und das zweite, vom Re-^ serves and the second feeds the microwave antenna 4 »Das The signal emitted by the antenna 4 penetrates the substance to be tested 5, is determined by the in a certain Reflector 6 provided at a distance behind the test material, penetrates the test material 5 a second time and radiates through the radiation antenna 4 back to the eight-pole 2. In this way one arrives at the adapted microwave eight-pole 2 two reflection signals, namely a signal from the correction system 3, which regulates the amplitude and reflection phase, and the second, from the re-

r flektor 6 reflektierte Signal, dessen Amplitude und Phase von den elektromagnetischen Eigenschaften des Prüfstoffes abhängig ist, welche Eigenschaften wiederum vom Y/assergehalt des Prüfstoffes abhängen. Das als Ergebnis der Vektorenaddition dieser zwei Reflexionssignale entstandene ■ Mikrowellensignal, das das Maß des Wassergehaltes im Prüfstoff darstellt, geht weiter.zur vierten, seinen Ausgang bildenden Abzweigung des Achtpoles 2. Am Ausgang dieserr reflector 6 reflected signal, its amplitude and phase depends on the electromagnetic properties of the test substance, which properties in turn depend on the Y / water content depend on the test substance. That as a result of the Vector addition of these two reflection signals generated ■ microwave signal, which is the measure of the water content in the test substance to the fourth junction of the figure-eight pole 2, which forms its exit. At the exit of this

— Q — '109848/0642 - Q - '109848/0642

Abzweigung ist ein veränderliches auf Dämpfungszahlen geeichtes Hikrowellendämpfungsglied 7 angeordnet, und an dessen Ausgang ist wiederum das Detektionssystem angeschlossen, welches die Aufgabe hat, die in dem an seinen Eingang gelangenden Mikrowellensignal enthaltenen Informationen umzuwandeln und zu verbildlichen. Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für eine Detektionsanordnung 8 zur unmittelbaren Wassergehaltmessung nach Erfindung. Das modulierte Mikrowellensignal dessen Amplitude proportional zum Wassergehalt des Prüfungsstoffes 5 ist, wird zur Halbleiter-Detektionsdiode 9 geleitet, wo es einer -demodulation unterliegt. Das demodulierte Uiederfrequenzsignal wird durch den Bandverstärker 10 linear und nachfolgend durch den Verstärker 11 logarithmisch verstärkt. Auf diese Weise wird die lineare Abhängigkeit zwischen der Ausgangsspannung des Verstärkers 11 und dem Wassergehalt im Prüfstoff 5 erhalten. Die Ausgangsspannung des logarithmischen Verstärkers 11 wird mittels einer mit Expander ausgerüsteten Skala gemessen, und nachfolgend zum elektromagnetischen AusschlagmelSgerät 15» sowie zum Registriergerät 14- geleitet. Das parallel am Eingang des Voltmeters 12 angelegte Toleranzsignalgerät signalisiert mit Hilfe der Alarmanordnung 17, zum Beispiel einem Leuchtsignal, jede Überschreitung der angeforderten Toleranz im Wassergehalt des Prüfstoffes 5« DieA variable microwave attenuator 7 calibrated to attenuation numbers is arranged at the junction, and on its output is in turn connected to the detection system, which has the task of being in the at its To convert and visualize the information contained in the microwave signal received. Fig. 3 shows a block diagram of an embodiment for a detection arrangement 8 for direct water content measurement according to invention. The modulated microwave signal has its amplitude proportional to the water content of the test material 5 is passed to the semiconductor detection diode 9, where it is subject to demodulation. That demodulated The low frequency signal is generated by the band amplifier 10 linearly and subsequently amplified logarithmically by the amplifier 11. This way the linear dependency becomes between the output voltage of the amplifier 11 and the water content in the test substance 5. The output voltage of the logarithmic amplifier 11 is by means of measured on a scale equipped with an expander, and then to the electromagnetic deflection detector 15 » as well as to the registration device 14- directed. The parallel on Input of voltmeter 12 applied tolerance signal device signals with the help of the alarm arrangement 17, for example a light signal, any exceedance of the requested Tolerance in the water content of the test substance 5 «Die

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das Mikrowellensignal im Mikrowellengenerator 1 modulierende Spannung sowie die Ausgleichspannung für das Toleranzsingalgerät 16 werden vom gemeinsamen Niederfrequenz-Sinusspannungsgenerator 15 geliefert.modulating the microwave signal in the microwave generator 1 The voltage and the compensation voltage for the tolerance singal device 16 are provided by the common low-frequency sinusoidal voltage generator 15 delivered.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für die Betektionsanordnung 8 für die Kompensationsmethode der Wassergehaltbestimmung nach Erfindung» Das 4 shows a block diagram of an exemplary embodiment for the detection arrangement 8 for the compensation method of the water content determination according to the invention »Das

P *P *

mittels Niederfrequenzspannung modulierte Mikrowellensignal, dessen Amplitude proportional zum Wassergehalt des Prüfstoffes 5 ist, wird zur Halbleiter-Detektionsdiode 9 geleitet, wo es einer Demodulation unterliegt. Das demodulierte Niederfrequenzsignal wird durch den Bandverstärker 10 linear verstärkt und steuert über den Anpasungsverstärker 18 den elektromechanischen Hegelmechanismus Das auf der Achse der Regelanordnung 19 erhaltene Drehmoment wird zum Antrieb der einschlägigen Mikrowellenelemente, zum Beispiel der Komponentenelemente des Korrektionssystems 3, welche die änderung der Phase oder der Amplitude der Reflexionswelle dieses Zweiges ermöglichen, ausgenutzt. Mit dem Moment der Kompensation des durch Brückenungleichgewicht hervorgerufenen Mikrowellensignals, wird die Tätigkeit des Regelsystems unterbrochen, bis wieder ein Mikrowellensignal am Eingang der Detektionsdiode 9 erscheinto A microwave signal modulated by means of a low-frequency voltage, the amplitude of which is proportional to the water content of the test substance 5, is passed to the semiconductor detection diode 9, where it is subject to demodulation. The demodulated low frequency signal is linearly amplified by the band amplifier 10 and controls the electromechanical control mechanism via the matching amplifier 18 The torque obtained on the axis of the control arrangement 19 is used to drive the relevant microwave elements, for example the component elements of the correction system 3, which change the phase or the The amplitude of the reflection wave of this branch make it possible to be exploited. As soon as the microwave signal caused by the bridge imbalance is compensated, the activity of the control system is interrupted until a microwave signal appears again at the input of the detection diode 9 or the like

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Das Verfahren der Messung von Wassergehalten gemäß Erfindung beruht auf der Bestimmung der Amplitude des durch das Ausschlagmeßgerät 13 angegebenen Ungleichgewichtssignales der Mikrowellenbrücke, oder auf der Bestimmung des durch das Dämpfungsglied 7 verursachten Dämpfungswertes, der für den Erhalt des erforderlichen Ausschlages notwendig ist, oder auch auf der Bestimmung der Eingangsimpedanz des Korrektionssystems 3, die zum Ausgleich der Eingangsimpedanz des Messungsgebietes mit Prüfstoff in der Brücke erforderlich ist. Mit der Kenntnis einer dieser Größen, kann über den Wert des Wassergehaltes im Prüfstoff, aufgrund des Eichungsdiagramms, bei welchem der Wassergehalt mittels konventioneller Methoden, z.B. durch Abwägen, bestimmt wird, geurteilt werden. Zur Veranschaulichung zeigt Figo5 die Eichungsdiagramme des Ausgangssignals A in Abhängigkeit vom Wassergehalt W, die auf empirischen Wege - für Pappe mit einem Flächengewicht von 630 g/m /Diagramm A/ und für Papier mit einem Flächengewicht von 70 g/m /Diagramm B/ - unter Anwendung des unmittelbaren Verfahrens nach Erfindung ermittelt wurden.The method of measuring water contents according to the invention is based on the determination of the amplitude of the through the deflection measuring device 13 indicated imbalance signal of the microwave bridge, or on the determination of the attenuation value caused by the attenuator 7, which is necessary for obtaining the required deflection is, or on the determination of the input impedance of the correction system 3, which is used to compensate for the input impedance of the measurement area with test substance in the bridge is required. With the knowledge of one of these quantities, can be based on the value of the water content in the test substance of the calibration diagram, in which the water content is determined using conventional methods, e.g. by weighing will be judged. To illustrate, Figo5 shows the calibration diagrams of the output signal A as a function of the water content W, which empirically - for Cardboard with a basis weight of 630 g / m / diagram A / and for paper with a basis weight of 70 g / m / diagram B / - using the immediate procedure were determined according to the invention.

■ .- 12 Patentansprüche ■ .- 12 claims

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Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Messung des Wassergehaltes in festen oder flüssigen Stoffschichten, bei welchem die Eigenschaften der durch den Prüfstoff durchgehenden elektromagnetischen Wellen, die von der dielektrischen Permeabilität abhängen, welche wiederum abhängig ist vom Wassergehalt des1. Procedure for measuring the water content in solid or liquid layers of fabric in which the properties the electromagnetic passing through the test substance Waves that depend on the dielectric permeability, which in turn depends on the water content of the fe Prüfstoffes, gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Welle zv/eimal durch einen PrUfstoff durchdringt, der an einer entsprechenden Stelle eines freiräumlichen Messungsgebietes angeordnet ist, welches durch eine Mikrowe'ilenenergie-Strahlungsanterine und einen in entsprechender Entfernung angeordneten die Energie reflektierendem und mit der restlichen Messung sanordnung mechanisch nicht verbundenen Reflektor gebildet wird, wobei der Prüfstoff im Messungsgebiet in senkrechter Ebene zur Portpflanzungsrichtung der durch denfe test substance, are measured, characterized that the electromagnetic wave once through a test substance penetrates, which is arranged at a corresponding point of a free-space measurement area, which by means of a micro-wave energy radiation generator and a correspondingly distant die Energy-reflecting reflector that is not mechanically connected to the rest of the measurement order is formed the test substance in the measurement area in a vertical Level for the port planting direction of the ' Prüfstoff durchgehenden elektromagnetischen V/elle verlagert wird, und sich vom die Mikrowellenenergie reflektierenden -ftefleKtor in einer Entfernung befindet, die gleich der Entfernung des ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge ist, die durch den Mikrowellengenerator erzeugt wird.'' Test substance moved through electromagnetic waves and is at the same distance from the reflector reflecting the microwave energy is the odd multiple of a quarter wavelength distance generated by the microwave generator. • • 2. Verfahren zur Messung des Wassergehaltes nach Anspruch 1,2. A method for measuring the water content according to claim 1, 109848/0642 bad OHQWAL109848/0642 bad OHQWAL - Si -- Si - dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Eingangsimpedanz; des freiräumlichen Messungsgebietes, welche durch die Einführung der Prüfstoffe in dieses Messungsgebiet • hervorgerufen wird, gemessen wird.characterized in that the change in input impedance; of the open measurement area, which is caused by the introduction of the test substances into this measurement area • is caused, is measured. 5. Verfahren zur Messung des Wassergehalts nach Anspruch 1 oder 2,. dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Eingangsimpedanz des freiräumlichen Messungsgebietes mittels einer Mikrowellenbrücke gemessen wird. ' % 5. A method for measuring the water content according to claim 1 or 2 ,. characterized in that the change in the input impedance of the free space measurement area is measured by means of a microwave bridge. ' % 4. Verfahren zur Messung-des Wassergehalts nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Ungleiehgewichtsignals der Mikrowellenbrücke gemessen wird, welches aufgrund der Einführung des Prüfstoffes in das Messungsgebiet entsteht.4. Method for measuring the water content according to one of the Claims 1 to 3, characterized in that the size the imbalance signal of the microwave bridge is measured, which is due to the introduction of the test substance arises in the measurement area. .5-e Verfahren zur Messung des Wassergehalts nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Eingangsimpedanz eines des Zweiges bezogen auf die Liikrowellenbrücke gemessen wird, die erforderlich ist um die Änderung der Eingangsimpedanz des Messungsgebietes, die durch die Einführung des Prüfstoffes in dieses Gebiet hervorgerufen wurde, zu kompensieren..5-e method for measuring the water content according to one of the Claims 1 to 3> characterized in that the change the input impedance of one of the branches is measured relative to the li-wave bridge that is required the change in the input impedance of the measurement area caused by the introduction of the test substance into this area was caused to compensate. 6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung - des Wassergehalts in festen oder flüssigen Btoffschichten6. Arrangement for carrying out the method of measurement - the water content in solid or liquid layers of nitrogen . ■ . ■ . : ;.■ ■■'.■■■■' - 13 - :. ■. ■. : ;. ■ ■■ '. ■■■■' - 13 -: 1 09848/G6A21 09848 / G6A2 nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Mikrowellengenerator, der einen angepaßten Mikrowellen-Achtpol mit kollinearen Armen speist, wobei an den ersten Arm ein Mikrowellen-Zweipol mit veränderlicher die Mikrowellenenergie reflektierenden Eingangsimpedanz angeschlossen ist, an den zweiten Arm eine die Mikrowellenenergie ausstrahlende Antenne angeschlossen ist, und an den vierten Arm des· Achtpols ein Mikrowellendetektor angeschlossen ist, zu welchem das Mikrowellensignal gelangt, welches die Vektorensumme der vom Mikrowellen-rZweipol von veränderlicher Eingangsimpedanz und vom, hinter dem Prüfstoff angeordnetem Reflektor reflektierten Signale darstellt und das Maß des Wassergehaltes im Prüfstoff bildet und eine am Ausgang des Detektoren angeordneten Detektorenschaltung zur Umwandlung und Verbildlichung der im Ausgangssignal enthaltenen Informationen.according to one of claims 1 to 5, characterized by a microwave generator that has a matched microwave octopole feeds with collinear arms, with a microwave dipole with variable on the first arm the input impedance reflecting the microwave energy is connected, to the second arm the microwave energy A radiating antenna is connected, and a microwave detector is connected to the fourth arm of the eight-pole is to which the microwave signal arrives, which is the vector sum of the from the microwave r dipole of variable input impedance and signals reflected by the reflector located behind the test material and forms the measure of the water content in the test substance and a detector circuit arranged at the exit of the detector for converting and visualizing the information contained in the output signal. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den angepaßten Mikrowellen-Achtpol speisende Mikrowellengenerator durch ein Niederfrequenzsignal moduliert wird ο7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the microwave generator feeding the adapted eight-pole microwave modulated by a low frequency signal will ο 8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellen-Zweipol von veränderlicher Eingangsimpedanz ein Absorptionselement von veränderlicher Dämpfung 8. Arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the microwave two-pole of variable input impedance is an absorption element of variable attenuation - 14 109848/0642 - 14 109848/0642 /S/ S zwecks Änderung der Reflexionswellen-Amplitude sowie ein verstellbares Reflex!onselement zwecks Änderung der Reflexionswellenphase aufweist«for the purpose of changing the reflection wave amplitude and a adjustable reflex element for the purpose of changing the reflection wave phase having" 9. Anordnung■nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn-■. zeichnet, daß die am Detektorenausgang angeordnete Detektionsschaltungeinen linearen Verstärker, einen logarithmischen Verstärker, ein mit einer Expanderskala versehenes Voltmeter, ein Ausschlagmeßgerät sowie ein Registriergerät aufweist.9. Arrangement ■ according to one of claims 6 to 8, thereby marked ■. shows that the detection circuit arranged at the detector output is one linear amplifier, a logarithmic amplifier, one provided with an expander scale Voltmeter, a deflection measuring device and a recording device having. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal aus der Detektionsschaltung ausgenutzt wird für die automatische Herstellung einer Gleichgewichtslage 'der Mikrowellenbrücke durch Änderung der Eingangsimpedanz des Mikrowellen-Zweipols von "verändernoner Eingangsimpedanz ausgenützt wird, deren Wert beim Grleichgewichtszustand der Brücke dem Maß des Wassergehaltes im Prüfstoff entspricht.10. Arrangement according to one of claims 6 to 9, characterized in that the output signal from the detection circuit is used for the automatic establishment of an equilibrium position 'of the microwave bridge Change of the input impedance of the microwave dipole of "altering input impedance is used, whose The value for the equilibrium state of the bridge corresponds to the level of water content in the test substance. ο Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Toleranzuberschreitungsanzei- ο Arrangement according to one of claims 6 to 10, characterized in that this has a tolerance excess display ' ger besitzt, der die Überschreitung der geforderten Grenzwerte des Wassergehaltes im Prüfstoff signalisiert. 'ger that signals that the required limit values for the water content in the test substance have been exceeded. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch ge-12. Arrangement according to one of claims 6 to 11, characterized in that : - 15 -: - 15 - 109 848/064 2109 848/064 2 kennzeichnet, daß das Ausgangs signal der Deteictionsschaltung für die Steuerung von Trocknungs- oder Änfeuchtungsprozessen des Prüfstoffes ausgenutzt wird«indicates that the output signal of the detection circuit is used for the control of drying or moistening processes of the test substance « 13ο Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Toleranzüberschreitungsanzeigers für die Steuerung von Trocknungs- oder Anfeuchtungsprozes sen des Prüfstoffes ausgenutzt wird,13ο arrangement according to claim 11, characterized in that the output signal of the tolerance excess indicator for controlling the drying or moistening process the test substance is used, 14- Abart der Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des eine Expanderskala- besitzenden Voltmeters, für die automatische Herstellung der Gleichgewichtslage der kikrowellenbrücke - auf elektrischem oder mechanischem Wege - durch Änderung der Eingangsimpedanz des Mikrowellen-Zweipoles von veränderlicher Eingangsimpedanz, deren- V/ert deu Haß des Wassergehaltes im Prüfstoff entspricht, ausgenutzt
k wird.14- variant of the arrangement according to one of claims 9 to 13,
characterized in that the output signal of the voltmeter, which has an expander scale, for the automatic establishment of the equilibrium position of the microwave bridge - by electrical or mechanical means - by changing the input impedance of the microwave two-pole of variable input impedance, the V / ert deu hatred of the water content in the Test substance, used
k will. 109848/0R4?· BAD ORIGINAL109848 / 0R4? · BAD ORIGINAL
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