DE2135253B2 - Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Blattmaterial mittels eines Mikrowellen-Hohlleiters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Blattmaterial mittels eines Mikrowellen-Hohlleiters, der aus zwei einander gegenüber anzuordnenden und jeweils mit einem spiralförmigen Kanal versehenen Teilen besteht, wobei die Kanäle spiegelbildlich zueinander ausgebildet ^t;"d, die beiden Teile zwischen ihren parallel zueinander angeordneter. Oberflächen einen Abstand bilden und die beiden Enden des durch die Kanäle gebildeten Hohlleiters mit Öffnungen für die Einkoppelung bzw. Auskoppelung von Mikrowellen versehen sind.

Mit einer derartigen Vorrichtung (USA.-Patentschrift 3 460 031) ist es möglich, den Feuchtigkeitsgehalt von Blattmaterial dadurch zu messen, daß Mikrowellen mit einem Generator erzeugt und durch den Hohlleiter geführt werden, in dem ein Teil des Blattmaterials angeordnet ist. Der Feuchtigkeitsgehalt kann dann aus dem Dämpfungsgrad berechnet werden, den die Mikrowellen innerhalb des Hohlleiters erfahren, wenn sie durch das Blattmaterial hindurchtreten.

Die bekannten Hohlleiter bestehen im allgemeinen aus einem U-förmigen Kanal, der mit einem Querschlitz versehen ist, in den das Blattmaterial hineingeführt wird. Dabei künnen manchmal ungenaue Messungen eintreten, da die Orientierung der Fasern des Blattmaterials relativ zur Orientierung der Längsmittellinie des Hohlleiters den Dämpfungsgrad der Mikrowellen ändern kann. In Textilien liegen die Fasern im allgemeinen in zwei Richtungen rechtwinklig zueinander, währet bei Papier zwar eine re-

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⁶⁰ gellose Orientierung der Fasern vorliegt, der größere Teil jedoch parallel zu derjenigen Richtung liegt, in der der Papierbrei in der Papiermaschine geflossen ist. Bei der Anwendung der bekannten Meßvorrichtungen liegen unterschiedlich orientierte Fasern bei jedem getesteten Blatt parallel zu Teilen des Hohlleiters unterschiedlicher Längen, so daß abhängig von der Orientierungsrichtung der Fasern oder von den meisten Fasern eines Blatts die durch den Hohlleiter geleiteten Mikrowellen mehr oder weniger gedämpft werden.

Die eingangs genannte bekannte Vorrichtung hat zwar den Vorteil, genaue Messungen unabhängig von der Orientierungsrichtung der Fasern des Blattmaterials zu ermöglichen. Ihre maschinelle Herstellung ist jedoch nur sehr schwer möglich, da sich der Radius des spiralförmigen Kanals kontinuierlich ändert und deshalb komplizierte Werkzeuge und Maschinen nötig sind, um den spiralförmigen Verlauf einwandfrei auszubilden.

Eine mögliche Bauform, bei welcher der Mikrowellen-Hohlleiter spiralförmig ausgebildet ist, könnte z. B. so verwirklicht werden, daß der Hohlleiter durch eine Aneinanderreihung halbkreisförmiger Kanäle gebildet ist, wobei der Radius der aufeinanderfolgenden halbkreisförmigen Kanalabschr.itte jeweils um einen bestimmten Betrag vergrößert wird. Durch die sprunghafte Änderung des Radius von einem Kanalabschnitt zum nächsten wäre aber auch die maschinelle Herstellung einer derart aufgebauten Vorrichtung ziemlich schwierig und aufwendig. Auch wäre ein derartiger Verlauf des Hohlleiters ungünstig für die Wellenausbreitung.

Die Aufgabe der Erdindung besteht nun darin, eine Vorrichtung der bekannten Art so zu verbessern, daß sie alle Vorteile aufweist, die sich durch einen spiralförmig ausgebildeten Mikrowellen-Hohlleiter ergeben, trotzdem aber einfach und ohne großen Aufwand maschinell hergestellt werden kann.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfind-ngsgemäß derart ausgebildet, daß ein angenäherter, spiralförmiger Verlauf der Kanäle durch abwechselnd aufeinanderfr'qende, konzentrische, halbkreisförmige Kanalabschnitte und geradlinige Kanalabschnitte gebildet ist.

Die kurzen, geradlinigen Kanalabschnitte, die die jeweils gegenüberliegenden Enden der gegeneinander versetzten, konzentrisch angeordneten halbkreisförmigen Kanal&bsehnitte miteinander verbinden, verlaufen jeweils tangential zu den halbkreisförmigen Kanalabschnitten, weiche sie miteinander verbinden. Dadurch wird ein leichtes Neueinstellen der Schneidemaschine nach Schneiden eines halbkreisförmigen Kanalbsdinitts ermöglicht. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß trotz der einfachen maschinellen Herstellung keine abrupte Änderung des Kanalverlaufs auftritt, so daß die Wellenausbreitung im Hohlleiter durch dessen Verlauf nicht beeinträchtigt wird.

Der Hohlleiter kann zumindest ein temperaturempfindliches Element, beispielsweise einen Thermistor, enthalten, der ei.i Ausgangssignal liefert, welches eine Funktion der jeweils einwirkenden Temperatur ist. Dieses Signal wird der Meßschaltung zugeführt, die dem Hohlleiter zugeordnet ist, so daß deren Meßwert der Dämpfung der Mikrowellen temperaturkompensiert ist. Beispielsweise können Änderungen der Umgebungstemperatur und/oder die Eingabe eines zu prüfenden Blatts in den Hohlleiter

Änderungen der Meßwerte zur Folge haben, die durch eine derartige Temperaturkompensation vermieden werden. Temperarurkompensalionen sind in der elektronischen Technik bekannt und gehören nicht unmittelbar zur vorliegenden Erfindung. Sie erweisen sich dabei jedoch als sehr vorteilhaft, wenn der Hohlleiter aus Metall besteht.

Der Hohlleiter kann ein Dämpfungselement enthalten, welches Reflexionen an den Enden des Hohlleiters unterdrückt. Derartige Reflexionen können die Meßgenauigkeit beeinträchtigen. Da der Kanal des Hohlleiters aus halbkreisförmigen Kanalabschnitten, die durch geradlinige Vertiefungen miteinander verbunden sind, besteht, wird das Dämpfungselement vorzugsweise in einem der geradlinigen Kanalabschnitte angeordnet. Ein geeignetes Dämpfungseiement erzeugt zweckmäßig eine Dämpfung von 3 dB.

Jeder Teil des Hohlleiters kann aus einer Metallplatte bestehen, in deren eir.;r Oberfläche der Kanal gebildet ist. Die Bildung des Kanais kann beispielsweise durch Guß oder durch Einschnitt erfolgen. Die Teile des Hohlleiters können jedoch zweckmäßig aus nichtmetallischem Material bestehen, wobei die Oberflächen der Kanalabschnitte metallisiert sind. Dies kann beispielsweise galvanisch oder durch Besprühen erfolgen.

In einer anderen Ausführungsform ist jeder Teil des Hohlleiters als Preßstück aus Metallblech gebildet.

Die beiden Teile der Hohlleiten können durch Abstandselemente an zumindest einem Ende mit Abstand zueinander gehalten werden. Auch können sie an zumindest einem Ende mit gegenseitigem Abstand dauerhaft miteinander verbunden sein.

Die Verbindung der beiden Teile des Hohlleiters kann in vorteilhafter Weise durch ein Scharnier erfolgen. Dabei ist vorzugsweise ein Anschlag vorgesehen, der die beiden Scharnierteile in einem vorbestimmten Abstand zueinander hält, wenn sie aufeinander zu bewegt werden.

Das Scharnier kann aus zwei jeweils an einem Teil des Hohlleiters befestigten Elementen bestehen, von denen mindestens eines mit einer Bohrung zur Führung eines die Elemente vebindenden Bolzens versehen ist.

Eine Gruppe der Kar.alabschnitte kann einen halbkreisförmigen Kanalabschnitt mehr als die andere Gruppe aufweisen, um die längere Abmessung der Spirale in Richtung parallel zu den geradlinigen Kanalabschnitten als in Richtung quer zu diesen zu kompensieren. Die Länge der geradlinigen Kanalabschnitte kann so bemessen sein, daß eine ausreichende Kompensation für alle praktischen Anwendungsfälle gewährleistet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Draufsicht auf einen der Teile des Hohlleiters, in dem ein Kanal in Form von die Kanalabschnitte bildenden Vertiefungen vorgesehen ist, und

F i g. 2 den Querschnitt durch die Hohlleiteranordnung gemäß der Linie 2-2 in F i g. 1.

In den Figuren sind die beiden Hohlleiterteile 1 und 2 dargestellt, deren Oberflächen 3 und 4 zueinander einen Abstand haben und einen Spalt IA miger Vertiefungen 6A bis 6C und TA bis IC und Kanal 5 versehen. In der dargestellten Ausführungsform besteht der Kanal 5 eines jeden Hohlleiterteils aus

Li₃ zwei Gruppen konzentrischer und halbkreisförmiger Vertiefungen 6A bis 6 C und TA bis 7C und einer äußeren Vertiefung 6 D, die um weniger als 180° gebogen ist. Die Kanalteile der beiden Gruppen haben gemeinsame Krümmungsmittelpunkte 6 X und TX.

Die Vertiefungen6A bis 6C und TA bis 7C sind gegeneinander versetzt und abwechselnd derart miteinander verbunden, daß das Ende II der Vertiefung 6 A der einen Gruppe mit dem Ende II der Vertiefung 7 A der anderen Gruppe und das andere Ende I der Vertiefung 7 A der anderen Gruppe mit dein Ende I der Vertiefung 6 B des nächstgrößeren Radius verbunden ist usw. Dadurch ergibt sich ein kontinuierlicher und fortlaufender Kanal 5 mit weitgehender Spiralform. Die Enden der Vertiefungen der beiden Gruppen sind miteinander durch kurze, geradlinige Vertiefungen 8 verbunden. Die Vertiefung 6 D ist über einen Bereich von weniger als 180° gekrümmt und bildet das äußere Ende des Kanals 5. Einer der Hohlleiterteile ist an den beiden Enden des Kanak mit Bohrungen 9 und 10 versehen, durch die hindurch der Kanal von der Außenseite des Hohlleiters her zugänglich ist und an die ein Mikrowellengenerator und ein Mikrowellenmesser angeschlossen werden. Ein Dämpfungselement 11 ist in einer der geradlinigen Vertiefungen 8 angeordnet, ein Thermistor 12 sitzt in der Kanalwindung 5. Die beiden Hohlleiterteile 1 und 2 sind durch ein Scharnier 13 miteinander verbunden, dessen Elemente 13 A und 13 B mit quer verlaufenden, länglichen Bohrungen 14 für einen Bolzen 15 versehen sind, so daß die Hohlieiterteüe 1 und 2 auseinanderbewegt werden können und in geöffneter Lage in flacher Stellung angeordnet sind.

In der praktischen Durchführung einer Messung wird ein Blatt, dessen Feuchtigkeitsgehalt zu messen ist, in den Spalt 1 A zwischen den Flächen 3 und 4 eingeschoben.

Bei einer Leitung von Mikrowellen längs des Hohlleiters durch die kontinuierlich sich ändernde Fortpflanzungsrichtung der Wellen in dem spiralförmigen Kanal ist die Dämpfung für einen vorgegebenen Feuchtigkeitsgehalt unabhängig von der Richtung der Orientierung der Fasern des jeweiligen Blattes, da die Wellen in dem spiralförmigen Ausbreitungsweg in jeder möglichen Richtung die Ebene des Blattes durchdringen. Der Thermistor 12 ermöglicht eine Einstellung der Ablesung der Meßvorrichtung derart, daß Änderungen infolge der Temperatur im Hohlleiter kompensiert sind. Dazu gehören auch Änderungen der Temperatur im Hohlleiter, die durch die Eingabe eines Blattmaterials verursacht werden, dessen Temperatur gegenüber derjenigen des Hohlleiters unterschiedlich ist. Das Dämpfungselement 11 unterdrückt Reflexionen, die an den Enden des Hohlleiters erzeugt werden. Die Ablesung des Feuchtigkeitsgehaltes ergibt daher einen genauen Wert, der unabhängig von der Art der Eingabe der jeweiligen Probe oder von der Umgebungstemperatur oder von der Temperatur der Probe ist. Der spiralförmige Kanal ist vorteilhaft in Form mehrerer Windungen ausgebildet, so daß die beiden Enden des Kanals, an denen die Mikrowellen eintreten bzw. austreten voneinander durch zumindest eine Windung getrennt sind, wodurch sichergestellt wird, daß die Fasern aller Orientierungsrichtungen in gleicher Weise von Mikrowellen durchsetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Blattmaterial mittels eines Mikrowellen-Hohlleiters, der aus zwei einander gegenüber anzuordnenden und jeweils mit einem spiralförmigen Kanal versehenen Teilen besteht, wobei die Kanäle spiegelbildlich zueinander ausgebildet sind, die beiden Teile zwischen ihren parallel zueinander angeordneten Oberflächen einen Abstand bilden und die beiden Enden des durch die Kanäle gebildeten Hohlleiters mit Öffnungen für die Einkopplung bzw. Auskoppelung von Mikrowellen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein angenäherter, spiralförmiger Verlauf der Kanäle (5) durch abwechselnd aufeinanderfolgende, konzentrische, halbkreisförmige Kanalabschnitte (6, 7) und geradlinig? Kaaalabschnitte (8) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß jeder Teil (1, 2) des Hohlleiters aus nichtmetallischem Material besteht und die Oberflächen der Kanalabschnitte (6, 7, 8) metallisiert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (1, 2) des Hohlleiters durch ein Scharnier (13) miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Scharnier (13) aus zwei jeweils an einem Teil (1, 2) des Hohlleiters befestigten Elementen (13 A, 13 B) besteht, von denen mindestens eines mit einer Bohrung (14) zur Führung eines die Elemente (13/1, 13 B) verbindenden Bolzens (15) versehen ist.