DE19725305A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Gegenständen, z. B. Papier oder Pappe.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art besteht darin, den Gegenstand zu trocknen, bis ein konstantes Gewicht erreicht ist um die ausgetriebene Feuchtigkeit zu messen. Dieses und andere Verfahren dieser Kategorie, wie z. B. die Destillation mit wasserfreien Lösungsmitteln, laufen aber auf eine Zerstörung der Probe hinaus. Wo keine Proben entnommen werden können, z. B. bei laufenden Produktionsprozessen, begnügt man sich mit einer überschlagsmäßigen Schnellbestimmung der Feuchtigkeit mittels einer elektrischen Messung. Dabei werden hochfrequente Ströme durch den Gegenstand geleitet. Schließlich ist es bekannt, die von der Feuchtigkeit abhängige Dielektrizitätskonstante kapazitiv zu messen.

Alle diese Verfahrens sind entweder unpraktikabel oder zu ungenau. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Gegenständen vorzuschlagen, das schnell und genau ist und keine Spuren am untersuchten Gegenstand zurückläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gegenstand einer ihn durchdringenden Mikrowellenstrahlung im Radarbereich ausgesetzt und die dadurch bewirkte Strahlungsabsorption gemessen wird. Diese Messung kann außerordentlich schnell und genau durchgeführt werden. Sie stellt eine Momentaufnahme dar und verändert den Feuchtigkeitsgehalt der untersuchten Stelle nicht, sofern die emittierte Energie so gering gehalten wird, daß sie nicht selbst zu einem Trocknungsvorgang führt. Möglich ist sowohl die Bestimmung des absoluten Feuchtigkeitsgehalts als auch die Erfassung der Abweichung der Feuchtigkeit von einem bestimmten Sollwert. Ein solches Meßsignal kann ohne weiteres regelungstechnisch weiterverwertet werden.

Ein wesentliche Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Frequenzabhängigkeit der Strahlungsabsorption untersucht und dadurch auf die Wechselwirkung zwischen dem Werkstoff des untersuchten Gegenstands und dem enthaltenen Wasser geschlossen wird. Es ist nämlich zu unterscheiden zwischen physisorbiertem und chemisorbiertem Wasser. Die chemische Bindung ist stärker. Die Moleküle des lediglich aufgesaugten oder an der Oberfläche absorbiertem Wasser haben mehr Freiheitsgrade, was für die erforderliche Ausheiztemperatur und Ausheizenergie im Fall eines Trocknungsvorganges von Bedeutung ist.

Im Wesentlichen kommen zwei Vorrichtungen zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens in Betracht. Zum einen wird vorgeschlagen, das ein aus einem Sender und einem Empfänger bestehendes Radar einer metallischen Reflexionsfläche gegenübersteht, so daß die reflektierte und empfangene Strahlung möglichst maximal ist, und das Raum zwischen dem Radar und der Reflexionsfläche zur Aufnahme eines zu untersuchenden Gegenstands eingerichtet ist. Bei Flachmaterial, z. B. Papier kann der Abstand recht klein sein. Die Auswerteelektronik des Radars muß etwa so ausgebildet sein, wie bei einem Interferometer, das zur genauen Längenmessung verwendet wird. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung wird jedoch der Abstand fest eingestellt und bleibt unverändert. Dabei bildet sich bekanntlich eine stehende Welle aus. Aufgrund der bekannten Mikrowellenabsorption durch das Wasser verringert sich die gemessene Amplitude der Welle, wenn der zu untersuchende Gegenstand in den Strahlungsweg eingebracht wird. Steht die Welle in ihrem linearen Teil des sinusähnlichen Verlaufes zur Verfügung, so kann auch die Veränderung der Steigung gemessen werden.

Eine quantitativ meßbare Dämpfung der Mikrowellenstrahlung tritt im Bereich von 1 bis 100 GHz auf mit einem Maximum bei 60 GHz.

Bei der anderen möglichen Variante der Meßvorrichtung ist ein Mikrowellensender (Radarsender) und ein getrennter Mikrowellenempfänger vorgesehen und der Raum zwischen beiden ist zur Aufnahme des zu untersuchenden Gegenstandes eingerichtet. Damit ist ebenfalls die vom Feuchtigkeitsgehalt abhängige Dämpfung beim Durchstrahlen des Gegenstandes meßbar. Ein Unterschied zur erstgenannten Vorrichtung besteht darin, daß der Gegenstand nur einmal und in einer Richtung durchstrahlt wird im Gegensatz zu einer zweimaligen Durchstrahlung in entgegengesetzten Richtungen.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es z. B. möglich, bei der Zellstoff- oder Papierherstellung den Abschluß eines Trocknungsvorganges genau zu registrieren.

Claims (4)

1. Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand einer ihn durchdringenden Mikrowellenstrahlung im Radarbereich ausgesetzt und die dadurch bewirkte Strahlungsabsorption gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzabhängigkeit der Strahlungsabsorption untersucht und dadurch auf die Wechselwirkung zwischen dem Werkstoff des untersuchten Gegenstandes und dem enthaltenen Wasser geschlossen wird.

3. Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Sender und Empfänger bestehendes Radar einer metallischen Reflektionsfläche gegenübersteht, so daß die reflektierte und empfangene Strahlung möglichst maximal ist, und daß der Raum zwischen dem Radar und der Reflexionsfläche zur Aufnahme eines zu untersuchenden Gegenstandes eingerichtet ist.

4. Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Mikrowellensender (Radarsender) und einem getrennten Empfänger besteht und der Raum dazwischen zur Aufnahme eines zu untersuchenden Gegenstandes eingerichtet ist.