DE29821494U1

DE29821494U1 - Device for measuring the dry matter content in solutions containing sugar

Info

Publication number: DE29821494U1
Application number: DE29821494U
Authority: DE
Original assignee: KLAUS FISCHER MES und REGELTEC
Current assignee: KLAUS FISCHER MES und REGELTEC
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2008-12-03

Description

Meine Akte: F 22/33 btMy file: F 22/33 bt

Vorrichtung zur Messung des
Trockensubstanzgehalts in zuckerhaltigen LösungenDevice for measuring the
Dry matter content in sugar-containing solutions

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Trockensubstanzgehalts in zuckerhaltigen Lösungen mit mindestens einer in die Lösung eintauchbaren Sonde, mit mindestens zwei Elektroden, mit mindestens einem Resonanzschwingkreis, in welchen die Sonde als ein Bauteil schaltungsmäßig integriert ist und dadurch die Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit und der Dielektrizitätskonstante in der Lösung entlang eines zwischen den Elektroden verlaufenden Meßpfades beeinflußt, mit mindestens einem Oszillator zur Versorgung des Resonanzschwingkreises mit einem Hochfrequenzsignal, mit mindestens einem Temperaturmeßelement zur Messung einer Temperatur der Lösung und mit mindestens einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung der Resonanzfrequenz und zur Berechnung des Trockensubstanzgehaltes mit Hilfe der ermittelten Resonanzfrequenz und der gemessenen Temperatur der Lösung.The invention relates to a device for measuring the dry matter content in sugar-containing solutions with at least one probe that can be immersed in the solution, with at least two electrodes, with at least one resonant circuit in which the probe is integrated as a component and thereby influences the resonant frequency of the resonant circuit depending on the electrical conductivity and the dielectric constant in the solution along a measuring path running between the electrodes, with at least one oscillator for supplying the resonant circuit with a high-frequency signal, with at least one temperature measuring element for measuring a temperature of the solution and with at least one evaluation device for determining the resonant frequency and for calculating the dry matter content with the aid of the determined resonant frequency and the measured temperature of the solution.

Eine Vorrichtung zur Durchführung einer Messung des Trockensubstanzgehalts mit einer in einem Abstimmkreis angeordneten Sonde, welche in die Lösung bzw. in eine Füllmasse hineingetaucht wird, ist aus der EP 0 162 580 Bl bekannt. Die Sonde und der Abstimmkreis bilden hier einen Teil einer Spannungsteilerschaltung oder einer Brückenschaltung. Über einen Signalgenerator (Oszillator) wird ein Hochfrequenzsignal zur Spannungsteilerschaltung oder zur Brückenschaltung zugeführt und das Ausgangssignal dieserA device for carrying out a measurement of the dry matter content with a probe arranged in a tuning circuit, which is immersed in the solution or in a filling compound, is known from EP 0 162 580 Bl. The probe and the tuning circuit form part of a voltage divider circuit or a bridge circuit. A high-frequency signal is fed to the voltage divider circuit or the bridge circuit via a signal generator (oscillator) and the output signal of this

Schaltung wird in einer Steuervorrichtung verarbeitet, welche die Abstimmschaltung selbst oder den Oszillator derart beeinflußt, daß der Abstimmkreis in Resonanz gehalten wird. Auf diese Weise wird die Resonanzfrequenz ermittelt und so der Widerstand und die Kapazität der Füllmasse in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz ermittelt und daraus dann der Kristallgehalt und der Trockensubstanzgehalt der Flüssigkeit berechnet.The circuit is processed in a control device which influences the tuning circuit itself or the oscillator in such a way that the tuning circuit is kept in resonance. In this way, the resonance frequency is determined and the resistance and capacitance of the filling mass are determined as a function of the resonance frequency and the crystal content and the dry matter content of the liquid are then calculated from this.

Der Begriff Lösung ist im Sinne dieser Schrift nicht auf flüssige Lösungen beschränkt, sondern bezieht sich auch auf verdickte, verkochte Lösungen, d. h. dickere Massen (Magma).The term solution in the sense of this document is not limited to liquid solutions, but also refers to thickened, boiled solutions, i.e. thicker masses (magma).

In der Regel werden derartige Vorrichtungen in verfahrenstechnischen Anlagen, z. B. in Zuckerfabriken, eingesetzt, und hier vorzugsweise in Vakuumkochern, in denen die Zuckerflüssigkeit gekocht wird. Die Sonde muß daher in einem weiten Temperaturbereich zwischen 50 und 130⁰C arbeiten. Ungünstigerweise sind die Dielektrizitätskonstante und die Leitfähigkeit der Zuckerlösung stark temperaturabhängig, wodurch auch die gemessene Resonanzfrequenz bzw. der daraus ermittelte Trockensubstanzgehalt temperaturabhängig ist. Um diesen Temperatureffekt zu kompensieren wird in der Praxis regelmäßig die Temperatur der Lösung gemessen und der Temperaturwert bei der Berechnung des Trockensubstanzgehalts berücksichtigt.Such devices are generally used in process engineering plants, e.g. in sugar factories, and preferably in vacuum cookers in which the sugar liquid is boiled. The probe must therefore work in a wide temperature range between 50 and 130 ⁰ C. Unfortunately, the dielectric constant and the conductivity of the sugar solution are strongly temperature-dependent, which means that the measured resonance frequency and the dry matter content determined from it are also temperature-dependent. In order to compensate for this temperature effect, the temperature of the solution is regularly measured in practice and the temperature value is taken into account when calculating the dry matter content.

Ohne eine derartige Temperaturkompensation würden bei absoluten Trockensubstanzgehaltswerten zwischen 3 0 und 100% Abweichungen von bis zu 1,5% vom Absolutwert auftreten. D. h. die relative Ungenauigkeit würde bis zu 5% betragen.Without such temperature compensation, deviations of up to 1.5% from the absolute value would occur for absolute dry matter content values between 30 and 100%. This means that the relative inaccuracy would be up to 5%.

Die Messung erfolgt in der Regel entweder über separate Meßsonden, die ebenfalls an eine Auswerteeinrichtung der Meßsonde angeschlossen sind, oder über eine nachträgliche Korrektur des ermittelten Trockensubstanzwerts.The measurement is usually carried out either via separate measuring probes, which are also connected to an evaluation device of the measuring probe, or via a subsequent correction of the determined dry matter value.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine kostengünstigere und kompaktere, einfache Alternative zu den bekannten Vorrichtungen bildet.It is an object of the present invention to provide a device of the type mentioned at the outset which forms a more cost-effective and compact, simple alternative to the known devices.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Temperaturmeßelement nahe dem Meßpfadbereich direkt an oder in der Sonde angeordnet ist.This task is solved by arranging the temperature measuring element close to the measuring path area directly on or in the probe.

Durch die direkte Anordnung an oder in der Sonde ist der Aufbau erheblich kompakter. Es wird nur eine Durchführung von außen in den Vakuumkocher benötigt. Da jede zusätzliche Durchführung eine weitere Leckagemöglickeit bedeutet, liegt hierin schon ein erster wesentlicher Vorteil.The direct arrangement on or in the probe makes the structure considerably more compact. Only one lead-in from the outside into the vacuum cooker is required. Since every additional lead-in means another leakage possibility, this is already a first significant advantage.

Zum zweiten hat dieser Aufbau den Vorteil, daß die Temperaturmessung direkt in dem Bereich der Lösung bzw. der Kochmasse, welcher den Meßweg bildet, erfolgt. Die gesamte Messung ist daher unabhängiger von eventuellen räumlichen Temperaturschwankungen in der Lösung bzw. Kochmasse. Die Kompensation wird dadurch erheblich besser und die Messung genauer.Secondly, this design has the advantage that the temperature measurement takes place directly in the area of the solution or the cooking mass that forms the measuring path. The entire measurement is therefore less dependent on any spatial temperature fluctuations in the solution or cooking mass. This makes the compensation significantly better and the measurement more precise.

Die Unteransprüche enthalten besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The subclaims contain particularly advantageous designs and further developments of the device according to the invention.

Bei einem besonders kompakten Ausführungsbeispiel ist der Resonanzschwingkreis mit dem Oszillator und der Auswerteeinrichtung in einem mit der Sonde verbundenen Gehäuse angeordnet. Die Sonde und die komplette Ansteuer- bzw. Auswerteeinrichtung bildet dann eine Einheit die, bis auf eine Spannungsversorgung, keine weitere Verkabelung benötigt und schnell ausgetauscht und an den verschiedensten Stellen eingesetzt werden kann.In a particularly compact embodiment, the resonant circuit with the oscillator and the evaluation device is arranged in a housing connected to the probe. The probe and the complete control or evaluation device then form a unit that, apart from a power supply, does not require any further wiring and can be quickly replaced and used in a wide variety of places.

Vorzugsweise ist die Sonde stabförmig mit einem ersten resonanzschwingkreisseitigen Elektrodenabschnitt und mit einem zweiten, freiendseitigen Elektrodenabschnitt ausgebildet, welche in Stablängsrichtung mittels eines Isolierabschnitts gegeneinander isoliert koaxial hintereinander miteinander verbunden sind, wobei der Isolierabschnitt und der erste Elektrodenabschnitt als Hohlkörper ausgebildet sind und die elektrische Zuleitung zu dem zweiten Elektrodenabschnitt durch den ersten Elektrodenabschnitt und den Isolierabschnitt hindurchgeführt ist. Die Sonde ist somit außen als glatter Stab ausgebildet, an dem zumindest in dem in den Kocher bzw. in die Lösung oder Kochmasse hereinragenden Bereich keinerlei Verkabelungen od. dgl. angeordnet sind. Dies führt zu einer erheblich geringeren "Verunreinigung" der Sonde, d. h. zu geringeren Ablagerungen, z. B. der Zuckerkristalle, an der Sonde. Die Sonde ist außerdem auch leichter wieder zu reinigen.The probe is preferably designed in the shape of a rod with a first electrode section on the resonance circuit side and a second electrode section on the free end, which are connected coaxially one behind the other in the longitudinal direction of the rod by means of an insulating section, the insulating section and the first electrode section being designed as hollow bodies and the electrical supply line to the second electrode section being led through the first electrode section and the insulating section. The probe is thus designed on the outside as a smooth rod on which no wiring or the like is arranged, at least in the area protruding into the cooker or into the solution or cooking mass. This leads to a significantly lower "contamination" of the probe, i.e. to fewer deposits, e.g. sugar crystals, on the probe. The probe is also easier to clean again.

Weiterhin kann auf diese Weise das Temperaturmeßelement innerhalb eines Hohlraums in dem ersten Elektrodenabschnitt, in dem zweiten Elektrodenabschnitt oder in dem Isolierabschnitt der stabförmigen Sonde angeordnet sein, so daß das Temperaturmeßelement sehr nah an den Meßpfad herangeführt werden kann, wobei die Sonde weiterhin als glatter Stab ausgebildet ist und die Zuleitungen bzw. Ableitungen zum Temperaturmeßelement auch durch den Hohlraum der Sonde hindurchgeführt werden können.Furthermore, in this way the temperature measuring element can be arranged within a cavity in the first electrode section, in the second electrode section or in the insulating section of the rod-shaped probe, so that the temperature measuring element can be brought very close to the measuring path, whereby the probe is still designed as a smooth rod and the supply lines or discharge lines to the temperature measuring element can also be led through the cavity of the probe.

An dem Gehäuse befindet sich vorzugsweise direkt eine Anzeigevorrichtung, z. B. ein Display, zur direkten unmittelbaren Anzeige des ermittelten Trockensubstanzgehalts.Preferably, a display device, e.g. a screen, is located directly on the housing for direct immediate display of the determined dry matter content.

Zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung einen Signalausgang aufweisen, an welchem ein zum ermittelten Trockensubstanzgehalt proportionales Signal anliegt, so daß dieses noch zu einer übergeordneten Steuervorrichtung, z. B.In addition, the evaluation device can have a signal output to which a signal proportional to the determined dry matter content is present, so that this can be sent to a higher-level control device, e.g.

• · · I· · I

in einer Zentrale zur Steuerung der gesamten verfahrenstechnischen Anlage, weitergeleitet werden kann.in a central control center for the control of the entire process plant.

Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die Auswerteeinrichtung, der Resonanzschwingkreis und/oder der Oszillator einen Datenbusanschluß zur Verbindung mit einer übergeordneten Steuer- und Auswertevorrichtung, z. B. einen PC, aufweisen, so daß eine Auswertung und Ansteuerung, z. B. auch mehrere Sonden hintereinander, über den Datenbus mit dem Rechner möglich ist.Of course, it is also possible for the evaluation device, the resonance circuit and/or the oscillator to have a data bus connection for connection to a higher-level control and evaluation device, e.g. a PC, so that evaluation and control, e.g. several probes in series, is possible via the data bus with the computer.

Vorzugsweise weist die Auswerteeinrichtung Stellmittel zur Einstellung des Offsets, d. h. des Nullpunktes, des Meßbereichs, der Steigung des Trockensubstanzgehaltswerts in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz der Temperaturkompensation und der Ansprechgeschwindigkeit bzw. der Dämpfung auf. Über diese Stellmittel kann eine Eichung der Sonde erfolgen, da die Resonanzfrequenz außer von der Temperatur und dem Trockensubstanzgehalt auch noch von der Reinheit der Lösung abhängt. In der Regel ist eine solche Eichung auf die jeweilige im Prozeß gefahrene Lösung erforder1ich.The evaluation device preferably has adjusting means for setting the offset, i.e. the zero point, the measuring range, the slope of the dry matter content value depending on the resonance frequency of the temperature compensation and the response speed or damping. The probe can be calibrated using these adjusting means, since the resonance frequency depends not only on the temperature and the dry matter content but also on the purity of the solution. As a rule, such a calibration is required for the respective solution used in the process.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung einen Schalter auf, mit welchem die Sonde schaltungsmäßig in den Resonanzschwingkreis integriert werden kann. Hierbei kann es sich um einen mechanischen, elektrischen oder elektronischen Schalter handeln, der z. B. von der Auswerteeinrichtung automatisch angesteuert wird.In a particularly preferred embodiment, the device has a switch with which the probe can be integrated into the resonance circuit. This can be a mechanical, electrical or electronic switch which is automatically controlled by the evaluation device, for example.

Die Auswerteeinrichtung ist dann vorzugsweise derart ausgebildet, daß zunächst die Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises mit der integrierten Sonde ermittelt wird. Anschließend wird dann die Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises mit ausgekoppelter Sonde ermittelt. Die Differenz zwischen diesen beiden Resonanzfrequenzen wird dann als Meßsignal zur Ermittlung des TrockensubstanzgehaltsThe evaluation device is then preferably designed in such a way that the resonance frequency of the resonance circuit is first determined with the integrated probe. The resonance frequency of the resonance circuit is then determined with the probe decoupled. The difference between these two resonance frequencies is then used as a measurement signal to determine the dry matter content

herangezogen. Selbstverständlich ist es auch möglich, erst die Resonanzfrequenz mit ausgekoppelter Sonde und dann mit eingekoppelter Sonde zu ermitteln. Diese Differenzmessung hat den Vorteil, daß der Einfluß der Temperatur auf den Resonanzschwingkreis bzw. die Komponenten des Resonanzschwingkreises automatisch kompensiert wird. Mit der weiteren Temperaturkompensation mit Hilfe der gemessenen Temperatur braucht dann nur noch der Einfluß der Temperatur auf die Dielektrizitätskonstante und die elektrische Leitfähigkeit der Lösung selbst kompensiert werden.used. Of course, it is also possible to first determine the resonance frequency with the probe disconnected and then with the probe connected. This differential measurement has the advantage that the influence of the temperature on the resonance circuit or the components of the resonance circuit is automatically compensated. With the further temperature compensation using the measured temperature, only the influence of the temperature on the dielectric constant and the electrical conductivity of the solution itself needs to be compensated.

Zum Anschluß der Sonde an einen Vakuumbehälter weist die Sonde entweder einen fest mit der Sonde verbundenen Flansch auf, mit dem die Sonde über einen Stutzen mit dem Behälter verbunden wird. Alternativ kann der Vakuumbehälter auch eine Einsteckbuchse aufweisen, wobei die Einsteckbuchse und die Sonde derart ausgebildet sind, daß die Sonde dicht abschließend durch die Einsteckbuchse in den Vakuumbehälter einsteckbar ist. In der Regel sollte die Sonde möglichst weit unten in einem Behälter eingebaut werden, damit nicht der Füllstand im Behälter in die Messung eingeht.To connect the probe to a vacuum container, the probe either has a flange that is permanently connected to the probe and with which the probe is connected to the container via a nozzle. Alternatively, the vacuum container can also have a plug-in socket, whereby the plug-in socket and the probe are designed in such a way that the probe can be inserted tightly through the plug-in socket into the vacuum container. As a rule, the probe should be installed as far down as possible in a container so that the fill level in the container is not included in the measurement.

Bei einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Sonde auf, mit der z. B. regelmäßig sich auf der Sonde ablagernder Zucker, welcher als Verunreinigung auf die Messung Einfluß hat, abgespült wird.In a further particularly preferred embodiment, the device has a cleaning device for cleaning the probe, with which, for example, sugar that regularly deposits on the probe and which has an influence on the measurement as a contaminant is rinsed off.

Eine derartige Spülvorrichtung kann z. B. eine oder mehrere Sprühlanzen aufweisen, welche parallel zur Sonde verlaufen und welche mindestens eine Düse aufweisen, mit welcher eine Reinigungsflüssigkeit auf die Sonde im Bereich des Meßpfades aufsprühbar ist, wodurch der Zucker heruntergespült wird. Bei der Reinigungsflüssigkeit kann es sich um einfaches Wasser handeln. Bei einem ungefähr waagerechten Einbau der Sonde im unteren Bereich eines Behälters reicht es in der Regel aus, wenn oberhalb der Sonde, parallel zur Sonde, eine SprühlanzeSuch a flushing device can, for example, have one or more spray lances that run parallel to the probe and which have at least one nozzle with which a cleaning liquid can be sprayed onto the probe in the area of the measuring path, which flushes the sugar down. The cleaning liquid can be plain water. If the probe is installed approximately horizontally in the lower area of a container, it is usually sufficient if a spray lance is installed above the probe, parallel to the probe.

in den Behälter hineinragt. Dabei sollten Sonde und Sprühlanze derart angeordnet sein, daß der Sondenstab im Bereich des Meßpfades, d. h. oberhalb der zwischen den Elektroden befindlichen Isolierabschnitts abgesprüht wird, da sich hier in der Regel eine Art Zuckerhügel bildet.protrudes into the container. The probe and spray lance should be arranged in such a way that the probe rod is sprayed in the area of the measuring path, i.e. above the insulating section between the electrodes, since a kind of sugar hill usually forms here.

Die Sprühlanze kann vorteilhaft z. B. über den Flansch direkt mit der Sonde verbunden sein, so daß die Reinigungsvorrichtung mit der Sonde als eine Einheit ausgebildet ist.The spray lance can advantageously be connected directly to the probe, for example via the flange, so that the cleaning device is designed as a unit with the probe.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. They show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines ResonanzSchwingkreises mit der einschaltbaren Sonde und dem Oszillator,Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a resonance circuit with the switchable probe and the oscillator,

Fig. 3 ein typisches Diagramm, welches die Abhängigkeit des Trockensubstanzgehalts von der Resonanzfrequenz zeigt,Fig. 3 is a typical diagram showing the dependence of the dry matter content on the resonance frequency,

Fig. 4 eine seitliche Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,Fig. 4 is a side view of a device according to the invention,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 4,Fig. 5 is a longitudinal section through the device according to Fig. 4,

Fig. 6 eine seitliche Draufsicht mit Teilschnitt durch den vorderen Sondenstab, gemäß der Vorrichtung aus Fig. 4 und 5, mit parallel dazu verlaufender Reinigungsvorrichtung,Fig. 6 is a side plan view with partial section through the front probe rod, according to the device from Fig. 4 and 5, with the cleaning device running parallel to it,

Fig. 7 eine detaillierte Ansicht des Sondenstabs eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung, mit einem Paßstück zum Einsetzen in eine Steckbuchse eines Vakuumbehälters und mit parallel verlaufender Sprüheinrichtung,Fig. 7 a detailed view of the probe rod of another embodiment of the device, with a fitting for insertion into a socket of a vacuum container and with a parallel spray device,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Vakuumbehälters mit einer angebauten Vorrichtung gemäß Fig. 4.Fig. 8 is a schematic representation of a vacuum container with an attached device according to Fig. 4.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zur Messung des Trockensubstanzgehaltes in zuckerhaltigen Dünn- und Dicksäften, d. h. in zuckerhaltigen Lösungen bzw. Massen.The device shown in the figures is used to measure the dry matter content in thin and thick juices containing sugar, i.e. in sugar-containing solutions or masses.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die Vorrichtung zur Messung des Trockensubstanzgehalts eine in die Lösung (1) bzw. Masse eintauchbare Sonde (10) (s. Fig. 8) mit mindestens zwei Elektroden (11, 12) auf.As shown in Fig. 1, the device for measuring the dry matter content has a probe (10) (see Fig. 8) that can be immersed in the solution (1) or mass and has at least two electrodes (11, 12).

Diese Sonde (10) ist mit ihren Elektroden (11, 12) in einen Resonanzschwingkreis (2 0) als Bauteil schaltungsmäßig integrierbar.This probe (10) with its electrodes (11, 12) can be integrated as a component in a resonance circuit (2 0).

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für einen derartigen Resonanzschwingkreis (2 0) mit zwei Kondensatoren (C2, C3) und einer Spule (Ll). Dieser Resonanzschwingkreis (2 0) ist über einen weiteren Kondensator (C4) mit einem Oszillator (21) verbunden, welcher ein Hochfrequenzsignal liefert. Über einen weiteren Kondensator (Cl) und einen Schalter (22) ist die Sonde (10) in den Resonanzschwingkreis (20) einkoppelbar.Fig. 2 shows an example of such a resonance circuit (2 0) with two capacitors (C2, C3) and a coil (L1). This resonance circuit (2 0) is connected via another capacitor (C4) to an oscillator (21) which supplies a high frequency signal. The probe (10) can be coupled into the resonance circuit (20) via another capacitor (Cl) and a switch (22).

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Form eines Resonanzschwingkreises beschränkt, sondern der Schwingkreis kann auch in einer beliebigen anderen geeigneten Form aufgebaut sein.Of course, the invention is not limited to this specific form of a resonant circuit, but the resonant circuit can also be constructed in any other suitable form.

Der Resonanzschwingkreis (20) bzw. der Oszillator (21) ist derart aufgebaut, daß am Resonanzschwingkreis immer die Resonanzfrequenz anliegt und direkt abgegriffen werden kann.The resonance circuit (20) or the oscillator (21) is constructed in such a way that the resonance frequency is always present at the resonance circuit and can be tapped directly.

Die Vorrichtung weist weiterhin eine Auswertevorrichtung (30) in Form eines Mikrocontrollers auf, welche u. a. den Schalter (22) ansteuert. Bei einer Messung wird zum einen die Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises mit eingeschaltetem Schalter (22), d. h. mit eingekoppelter Sonde (10), und zum anderen mit ausgeschaltetem Schalter (22), d. h. ohne die Sonde (10), ermittelt. In einem Mischglied (31) wird die Frequenz in ein vom Mikrocontroller lesbares Signal verwandelt. Im Mikrocontroller wird dann als Meßsignal die Differenz der beiden Frequenzen gebildet. Diese Meßart hat den Vorteil, daß TemperatureinflüsseThe device also has an evaluation device (30) in the form of a microcontroller, which controls the switch (22) among other things. During a measurement, the resonance frequency of the resonance circuit is determined with the switch (22) switched on, i.e. with the probe (10) coupled in, and with the switch (22) switched off, i.e. without the probe (10). In a mixer (31), the frequency is converted into a signal that can be read by the microcontroller. The difference between the two frequencies is then formed in the microcontroller as a measurement signal. This type of measurement has the advantage that temperature influences

auf die Komponenten des Schwingkreises (20) automatisch, kompensiert werden und die Messung sehr temperaturstabil ist.on the components of the oscillating circuit (20) are automatically compensated and the measurement is very temperature stable.

Die Sonde (10) bildet mit ihren Elektroden (11, 12) quasi einen weiteren Kondensator, wobei die entlang des Meßpfades zwischen den Elektroden (11, 12) befindliche zuckerhaltige Lösung (1) als Dielektrikum wirkt. Die Dielektrizitätskonstante und die elektrische Leitfähigkeit, die vom Trockensubstanzgehalt (Wts) der Lösung abhängen, verändern somit die Resonanzfrequenz des Resonanzschwingkreises bei eingekoppelter Sonde. Somit ist die am Ausgang des Mischers (31) anliegende Differenzfrequenz abhängig von dem Trockensubstanzgehalt (WtS) der Lösung.The probe (10) with its electrodes (11, 12) forms a further capacitor, whereby the sugar-containing solution (1) located along the measuring path between the electrodes (11, 12) acts as a dielectric. The dielectric constant and the electrical conductivity, which depend on the dry matter content (Wts) of the solution, thus change the resonance frequency of the resonant circuit when the probe is coupled in. The difference frequency present at the output of the mixer (31) is therefore dependent on the dry matter content (WtS) of the solution.

Fig. 3 zeigt ein typisches Diagramm der Abhängigkeit des Trockensubstanzgehalts (Wts) von der gemessenen Resonanzfrequenz. Die Abhängigkeit ist über weitere Bereiche linear, ändert sich jedoch, wenn die flüssige Lösung (1) zu einer verdickten Masse, d. h. zu einem Magma, wird. Diese funktionelle Abhängigkeit zwischen dem Trockensubstanzgehalt (Wts) und der gemessenen Frequenz wird der Auswerteeinrichtung (30), d. h. dem Mikrocontroller, vorgegeben, so daß diese aus der gemessenen Frequenz den Trockensubstanzgehalt berechnen kann und an ein Anzeigedisplay (33) und über einen Verstärker (34) an einen Ausgang (35) als dort abgreifbares Signal weitergeben kann.Fig. 3 shows a typical diagram of the dependence of the dry matter content (Wts) on the measured resonance frequency. The dependence is linear over other ranges, but changes when the liquid solution (1) becomes a thickened mass, i.e. a magma. This functional dependence between the dry matter content (Wts) and the measured frequency is given to the evaluation device (30), i.e. the microcontroller, so that it can calculate the dry matter content from the measured frequency and pass it on to a display (33) and via an amplifier (34) to an output (35) as a signal that can be tapped there.

Außer von dem vorliegenden Trockensubstanzgehalt (Wts) ist jedoch die Resonanzfrequenz auch noch abhängig von der Temperatur in der Lösung (1), da die Temperatur der Lösung auch deren Dielektrizitätskonstante und deren elektrische Leitfähigkeit verändert. Zudem ist die Resonanzfrequenz auch noch von der Reinheit der jeweiligen zuckerhaltigen Lösung abhängig.In addition to the dry matter content (Wts), the resonance frequency also depends on the temperature in the solution (1), since the temperature of the solution also changes its dielectric constant and its electrical conductivity. In addition, the resonance frequency also depends on the purity of the respective sugar-containing solution.

Zur Kompensation der Temperatur befindet sich in der Sonde (10) direkt ein Temperaturmeßelement (14), dessen Ausgangssignal über einen Verstärker (32) verstärkt und zur Berücksichtigung bei derTo compensate for the temperature, a temperature measuring element (14) is located directly in the probe (10), the output signal of which is amplified by an amplifier (32) and taken into account in the

Berechnung des Trockensubsganzgehalts (Wts) der Auswerteeinrichtung (3 0) zugeführt wird. Zur Kompensation des Reinheitsgehalts muß die gesamte Vorrichtung über entsprechende Stellelemente (36, 37, 38, 39) geeicht werden.Calculation of the dry substance content (Wts) is fed to the evaluation device (3 0). To compensate for the purity content, the entire device must be calibrated using appropriate adjusting elements (36, 37, 38, 39).

Die Sonde (10) ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, als glatte stabförmige Sonde aufgebaut, an deren äußeren Ende sich ein Gehäuse (40) befindet, in welchem der Resonanzschwingkreis (20) mit dem Oszillator (21) und die Auswerteeinrichtung (30) angeordnet sind, so daß sich hier eine kompakte Einheit der gesamten Vorrichtung ergibt.In the present embodiment, as shown in Figs. 4 and 5, the probe (10) is constructed as a smooth rod-shaped probe, at the outer end of which there is a housing (40) in which the resonant circuit (20) with the oscillator (21) and the evaluation device (30) are arranged, so that a compact unit of the entire device is obtained.

Die Sonde (10) selbst weist einen ersten resonanzschwingkreisseitigen Elektrodenabschnitt (11) und einen zweiten, freiendseitigen Elektrodenabschnitt (12) auf, welche in Stablängsrichtung mittels eines Isolierabschnitts (13) gegeneinander isoliert, koaxial hintereinander, miteinander verbunden sind. D. h. der erste resonanzschwingkreisseitige Elektrodenabschnitt (11), an welchem sich das Gehäuse (40) befindet, ist als Rohr ausgebildet, in welches endseitig zunächst ein rohrförmiger Isolierabschnitt (13) eingesteckt ist, in den wiederum endseitig ein die freiendseitige zweite Elektrode (12) bildender Stab eingesteckt ist. Die Verbindungen zwischen der ersten Elektrode (11) und dem Isolierabschnitt (13) sowie dem freiendseitigen Elektrodenabschnitt (12) sind jeweils abgedichtet. Die Zuleitung (15) zu dem zweiten Elektrodenabschnitt (12) ist durch den rohrförmigen ersten Elektrodenabschnitt (11) in das den Resonanzschwingkreis (20) aufweisende Gehäuse geführt. Unmittelbar neben dem Isolierabschnitt (13) ist in dem rohrförmigen ersten Elektrodenabschnitt (11) das Temperaturmeßelement (14) eingebaut, dessen Zuleitung ebenfalls durch den rohrförmigen ersten Elektrodenabschnitt (11) in das Gehäuse (40) mit der Auswerteeinrichtung (30) geführt wird.The probe (10) itself has a first electrode section (11) on the resonance circuit side and a second electrode section (12) on the free end side, which are connected to one another in the longitudinal direction of the rod by means of an insulating section (13), coaxially one behind the other, insulated from one another. This means that the first electrode section (11) on the resonance circuit side, on which the housing (40) is located, is designed as a tube, into the end of which a tubular insulating section (13) is initially inserted, into which in turn a rod forming the free end side second electrode (12) is inserted. The connections between the first electrode (11) and the insulating section (13) and the free end side electrode section (12) are each sealed. The supply line (15) to the second electrode section (12) is led through the tubular first electrode section (11) into the housing containing the resonant circuit (20). The temperature measuring element (14) is installed in the tubular first electrode section (11) immediately next to the insulating section (13), the supply line of which is also led through the tubular first electrode section (11) into the housing (40) with the evaluation device (30).

Das Gehäuse (40) selbst ist ebenfalls relativ kompakt aufgebaut und über ein Anschlußstück (41) mit dem rohrförmigen erstenThe housing (40) itself is also relatively compact and is connected to the tubular first

Elektrodenabschnitt (11) verbunden. Im sondenseitigen Teil des Gehäuses (40) ist auf einer Platine (42) der Resonanzschwingkreis (20) mit dem Oszillator (21) aufgebaut. Darüber befindet sich auf einer weiteren Platine (43) die Auswerteeinrichtung (30) mit den Stellgliedern (36, 37, 38, 39), den Verstärkern (32, 34), dem Mischer (31) und dem Ausgang (35). Außerdem befindet sich auf dieser Platine (43) auch das Display (33), welches so angeordnet ist, daß es durch eine Öffnung aus dem Gehäuse (40) herausragt und sichtbar ist. Das Gehäuse (40) weist außerdem einen Stecker (45) auf, über welchen die Spannungsversorgung zur gesamten Vorrichtung zugeführt wird und über welchen die Ausgänge (35) abgreifbar sind. Hierbei kann es sich z. B. um einen handelsübliche Vier-Kontakt-Stecker od. dgl. handeln.Electrode section (11). In the probe-side part of the housing (40), the resonant circuit (20) with the oscillator (21) is built on a circuit board (42). Above this, on another circuit board (43), is the evaluation device (30) with the actuators (36, 37, 38, 39), the amplifiers (32, 34), the mixer (31) and the output (35). In addition, the display (33) is also located on this circuit board (43), which is arranged in such a way that it protrudes through an opening in the housing (40) and is visible. The housing (40) also has a plug (45) via which the voltage supply is fed to the entire device and via which the outputs (35) can be tapped. This can be, for example, a commercially available four-contact plug or similar.

Die beiden Elektrodenabschnitte (11, 12) und der Isolierabschnitt (13) sind derart ausgebildet, daß der Stab außen möglichst glatt ist und zwischen den Abschnitten keinerlei Kanten entstehen.The two electrode sections (11, 12) and the insulating section (13) are designed in such a way that the rod is as smooth as possible on the outside and no edges are formed between the sections.

Zur Eichung der Vorrichtung weist diese in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel folgende Stellmittel (36, 37, 38, 39) auf:In order to calibrate the device, in the present embodiment it has the following adjusting means (36, 37, 38, 39):

Es kann zunächst über ein Stellmittel (36) der Offset, d. h. der Nullpunkt eingestellt werden. Über ein weiteres Stellmittel (37) kann dann die Steigung des Trockensubstanzgehaltwerts in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz verändert werden. Ein weiteres Stellmittel (38) dient zur Einstellung der Temperaturkompensation und ein letztes Stellmittel (39) dient zur Einstellung der Dämpfung, d. h. der Ansprechgeschwindigkeit der Elektronik. Mit all diesen Stellgliedern (36, 37, 38, 39) wird die Sonde (10) bzw. Meßvorrichtung auf die jeweilige Lösung (1) und deren Reinheit abgeglichen.First, the offset, i.e. the zero point, can be set using an adjusting device (36). The gradient of the dry matter content value can then be changed depending on the resonance frequency using another adjusting device (37). Another adjusting device (38) is used to set the temperature compensation and a final adjusting device (39) is used to set the damping, i.e. the response speed of the electronics. With all of these adjusting elements (36, 37, 38, 39), the probe (10) or measuring device is calibrated to the respective solution (1) and its purity.

Die Sonde (10) kann entweder direkt mit einem Flansch (4) verbunden sein, mit welchem die Sonde (10) an einen Stutzen (3) eines Vakuumbehälters (2), z. B. einen Vakuumkocher,The probe (10) can either be connected directly to a flange (4) with which the probe (10) is connected to a nozzle (3) of a vacuum container (2), e.g. a vacuum cooker,

anschließbar ist (s. Fig. 4, 5 und 8). Alternativ kann die Sonde (10) , wie in Fig. 7 dargestellt, auch ein Paßstück (51) aufweisen, welches genau in eine am Vakuumbehälter (2) angeordnete Einsteckbuchse (50) paßt.can be connected (see Fig. 4, 5 and 8). Alternatively, the probe (10), as shown in Fig. 7, can also have a fitting piece (51) which fits exactly into a plug-in socket (50) arranged on the vacuum container (2).

Die Abdichtung zwischen dem Sondenstab (10) und dem Paßstück (51) bzw. dem Paßstück (51) gegenüber der Einsteckbuchse (50) erfolgt dann über Dichtungen (22, 53). Die Einsteckbuchse (50) kann lösbar, z. B. mittels Schrauben (54), an der Wandung des Vakuumbehälters (2) befestigt sein und ist gegenüber diesem ebenfalls über Dichtungen (55) abgedichtet. Zum Arretieren der Sonde (10) in der Einsteckbuchse (50) weist das Paßstück (51) vorzugsweise eine Rastnut (56) auf, in welche ein an der Einsteckbuchse (50) befindlicher Rasthebel (57) eingreift.The seal between the probe rod (10) and the adapter (51) or the adapter (51) with respect to the plug-in socket (50) is then achieved by means of seals (22, 53). The plug-in socket (50) can be detachably attached to the wall of the vacuum container (2), e.g. by means of screws (54), and is also sealed with respect to the latter by means of seals (55). To lock the probe (10) in the plug-in socket (50), the adapter (51) preferably has a locking groove (56) into which a locking lever (57) located on the plug-in socket (50) engages.

In den Fig. 6 und 7 ist jeweils eine Sonde dargestellt, bei der parallel zur Sonde eine Sprühlanze (61) einer Reinigungs- bzw. Spülvorrichtung (60) verläuft. Diese Sprühlanze (61) ist entweder über den Flansch (4) direkt mit der Sonde zu einer kompakten Einheit verbunden oder kann selbstverständlich auch neben der Einsteckbuchse durch die Wandung des Vakuumbehälters (2) separat geführt werden (s. Fig. 7). Die Sprühlanze (61) weist an ihrem Ende im Bereich des Meßpfades, d. h. im Bereich des Isolierstücks (13), mehrere in Richtung der Sonde (10) weisende Düsen (62) auf, mit welchen eine Reinigungsflüssigkeit, z. B. Wasser, auf die Sonde (10) aufgesprüht werden kann und sich auf der Sonde (10) festsetzender Zucker wieder heruntergespült werden kann. Da die Sonde (10) in der Regel waagerecht eingebaut wird reicht es aus, wenn sich oberhalb der Sonde (10) eine derartige Sprühlanze (61) befindet, welche den sich auf der Sonde (10) aufbauenden Zuckerhügel regelmäßig abspült.In Fig. 6 and 7, a probe is shown in which a spray lance (61) of a cleaning or rinsing device (60) runs parallel to the probe. This spray lance (61) is either connected directly to the probe via the flange (4) to form a compact unit or can of course also be guided separately next to the plug-in socket through the wall of the vacuum container (2) (see Fig. 7). The spray lance (61) has at its end in the area of the measuring path, i.e. in the area of the insulating piece (13), several nozzles (62) pointing in the direction of the probe (10), with which a cleaning liquid, e.g. water, can be sprayed onto the probe (10) and sugar that has settled on the probe (10) can be rinsed off again. Since the probe (10) is usually installed horizontally, it is sufficient if there is a spray lance (61) above the probe (10) which regularly rinses off the sugar mound that builds up on the probe (10).

Die erfindungsgemäße Sonde (10) ist äußerst einfach und universell einsetzbar. Die Temperatur wird automatisch kompensiert, wobei der jeweilige Abgleich äußerst einfach gehalten ist, so daß die Sonde (10) ohne großen Aufwand geeichtThe probe (10) according to the invention is extremely simple and universally applicable. The temperature is automatically compensated, whereby the respective adjustment is kept extremely simple, so that the probe (10) can be calibrated without great effort.

werden kann. Die Sonde (10) ist sehr kompakt aufgebaut. Durch die direkte Vor-Ort-Anzeige ist prinzipiell ein zusätzliches Auswertegerät nicht notwendig. Mit dem glatten Aufbau als Sondenstab ist die Sonde (10) nahezu wartungsfrei. Evtl. auf der Sonde (10) auftretende Ablagerungen können mit einer Reinigungsvorrichtung automatisch abgespült werden.The probe (10) is very compact. Due to the direct on-site display, an additional evaluation device is not required. With the smooth structure as a probe rod, the probe (10) is almost maintenance-free. Any deposits that may occur on the probe (10) can be automatically rinsed off with a cleaning device.

Claims

Protection claims

1. Device for measuring the dry matter content (Wts) in sugar-containing solutions (1)

with at least one probe (10) that can be immersed in the solution, with at least two electrodes (11, 12), with at least one resonance circuit (20) in which the probe (10) is integrated as a component and thereby influences the resonance frequency of the resonance circuit (20) depending on the electrical conductivity and the dielectric constant in the solution (1) along a measuring path running between the electrodes (11, 12), with at least one oscillator (21) for supplying the resonance circuit with a high-frequency signal, with at least one temperature measuring element (14) for measuring a temperature of the solution (1)

and with at least one evaluation device (30) for determining the resonance frequency and for calculating the dry substance content using the determined resonance frequency and the measured temperature of the solution (1),

characterized in that the or each temperature measuring element (14) is arranged close to the measuring path region directly on or in the probe (10).

2. Device according to claim 1, characterized in that the resonance circuit (20) with the oscillator (21) and the evaluation device (30) are arranged in a housing (40) connected to the probe (10).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the probe (10) is designed in a rod-shaped manner with a first, resonant circuit-side electrode section (11) and with a second, free-end-side electrode section (12), which are insulated from one another in the rod longitudinal direction by means of an insulating section (13), coaxial

one behind the other, wherein the insulating section (13) and the first electrode section (11) are designed as a hollow body and the electrical supply line (15) to the second electrode section (12) is led through the first electrode section (11) and the insulating section (13).

4. Device according to claim 3, characterized in that a temperature measuring element (14) is arranged within a cavity (16) in the first electrode section (11), in the second electrode section (12) and/or in the insulating section (13) of the rod-shaped probe (10).

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that on the housing (40) a display device

(33) for direct display of the determined dry matter content (Wts).

6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the evaluation device (30) has a signal output (35) at which a signal proportional to the determined dry matter content (Wts) is present.

7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the evaluation device (30) has adjusting means (36, 37, 38, 39) for setting the offset (zero point) and/or the measuring range and/or the slope of the dry substance value (Wts) depending on the resonance frequency and/or the temperature compensation and/or the response speed (damping).

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a switch (22) with which the probe (10) can be connected to the resonant circuit

(20) can be integrated.

9. Device according to claim 8, characterized in that the evaluation device (30) is designed such that on the one hand the resonance frequency of the resonance circuit (20) is determined with the integrated probe (10), and on the other hand the resonance frequency of the resonance circuit (20) is determined with the decoupled probe (10) and the difference between these two resonance frequencies is used as a measuring signal for determining the dry matter content (Wts).

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the evaluation device and/or the resonance circuit and/or the oscillator has a data bus connection for connection to a higher-level control and evaluation device.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the probe (10) has a flange (4) for connection to a vacuum container (2).

12. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the vacuum container (2) has a plug-in socket (50) and the plug-in socket (50) and the probe (10) are designed such that the probe (10) can be inserted tightly through the plug-in socket (50) into the vacuum container (2).

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that it has a cleaning device (60) for cleaning the probe (10).

14. Device according to claim 13, characterized in that the cleaning device (60) has a spray lance (61) which runs parallel to the probe (10) and which has at least one nozzle

(62) with which a cleaning fluid can be sprayed onto the probe (10) in the region of the measuring path.

15. Device according to claim 14, characterized in that the or each spray lance (61) is connected to the probe (10).