DE3231004C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Feuchtigkeitsmesser bestehend aus einer Waage mit einer Waagschale, in der Meßgut durch einen Energiestrahler während einer Trocknungszeit Energie zur Verdampfung von Feuchtigkeit zugeführt wird, und einer Auswerteschaltung, die ein Programm-, Rechen- und Speicherwerk enthält und die eingangsseitig mit der Waage, einer Eingabevorrichtung und einem Taktgenerator verbunden ist und ausgangsseitig mit einer Anzeige und/oder einem Druckwerk und einer Steuerschaltung verbunden ist, die den effektiven Stromfluß zum Energiestrahler steuert, wobei die Auswerteschaltung programmabhängig nach Eingabe eines Startsignales das Gewichtsignal auswertet und ein Anfangsgewicht ermittelt und speichert und dann das Gewichtssignal fortlaufend zu Zeitpunkten in vorgegebenen Zeitabständen, die kurz gegenüber der Trocknungszeit sind, übernimmt und speichert und fortlaufend aus einer festgestellten Gewichtsänderung einen Gewichtsgradienten bestimmt und einen Grenzwertvergleich durchführt und bei Grenzwertunterschreitung einen Trocknungsendzeitpunkt bestimmt, zu dem sie ein Steuersignal zur Stromlossteuerung des Energiestrahlers abgibt und ein dazugehöriges Endgewicht bestimmt und die Differenz des Anfangs- und Endgewichtes absolut oder relativ zum Anfangsgewicht als Feuchtigkeitswert ausgibt.

Es ist aus der japanischen Patentanmeldung 50-61 218 bekannt, das Gewicht einer zu trocknenden Probe in vorgegebenen Zeitabständen zu bestimmen und dann, wenn keine meßbare Gewichtsabnahme zur vorhergehenden Messung festgestellt wurde, die Zufuhr von Trocknungsenergie zu beenden und den Wärmestrahler abzuschalten. Die Meßzeit und Meßgenauigkeit werden dabei immer durch die Einheit der letzten Stelle der Meßvorrichtung bestimmt. Bei sehr genauen Waagen wird dies für eine verlangte geringere Genauigkeit zu einer unnötig langen Meßzeit führen. Bei dem bekannten Feuchtigkeitsmesser wird die Höhe der Energiezufuhr durch Bediener für die einzelnen Proben für die gesamte Meßzeit festgelegt. Um zu vergleichbaren Meßergebnissen bei mehreren Messungen zu kommen, muß dabei einerseits gewährleistet sein, daß das Meßgut weitestgehend getrocknet ist, wenn das Endgewicht bestimmt wird, und andererseits das Meßgut nicht überhitzt wird; andernfalls würde eine Zersetzung und eventuell eine unzulässige Gewichtsabnahme eintreten, bevor das Endgewicht bestimmt wird. Um beide Bedingungen mit Sicherheit zu erfüllen, wird im allgemeinen mit einer gegenüber der tatsächlich möglichen Energiezufuhr geringeren Leistung gearbeitet und zum Ausgleich eine entsprechend lange Trocknungszeit mit einem Sicherheitszuschlag gewählt. Dieses Vorgehen hat den Nachteil, daß eine ungünstige Auslastung des teuren Meßgerätes entsteht. Weiterhin wird bei zu geringer Energiezufuhr eine vollständige Trocknung relativ fest gebundener Feuchtigkeit nicht erreicht.

Es ist weiterhin aus CH-PS 4 15 116 bekannt, bei einem durch Heizung trocknenden Feuchtigkeitsmesser laufend den zeitlichen Gewichtsverlauf zu registrieren und zeitlichen Gewichtsgradienten laufend zu bestimmen und mit einem oberen und einem unteren Grenzwert zu vergleichen, bei deren Erreichen jeweils die Heizung vermindert bzw. erhöht wird. Diese Anordnung ermöglicht zwar eine relativ schnelle Trocknung bei schonender Probenbehandlung, die eine Zersetzung der Probe, solange eine Gewichtsabnahme bei ausreichendem Feuchtigkeitsgehalt stattfindet, verhindert, sie erreicht aber keine Abschaltung der Vorrichtung nach erreichtem Trockenzustand, sondern bewirkt eine ständige Beaufschlagung mit höchster vorgegebener Heizleistung im getrockneten Zustand, was eine unerwünschte Zersetzung empfindlicher Meßgüter zur Folge haben kann.

Weiterhin ist aus DE-OS 29 00 782 ein Feuchtigkeitsmesser bekannt, dessen Waage mit einem elektrischen Gewichtsabnehmer ausgerüstet ist, dessen Signale ebenso wie ein Thermofühlsignal über einen Analogdigitalwandler einem Prozessor zugeführt werden. Dieser beaufschlagt mit seinem Ausgangssignal eine Steuervorrichtung, die die Heizvorrichtung thermostatisch regelt. Das Anfangsgewicht der Probe und ein Endgewicht werden zur Feuchtigkeitsbestimmung ermittelt, wobei das Endgewicht dann gegeben ist, wenn keine Gewichtsveränderung mehr auftritt, eine optimale Anpassung der Heizung an unterschiedliche Probenarten aus der Gewichtsmessung erfolgt nicht. Ein zusätzlicher Thermofühler ist erforderlich zur Heizungsregelung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Feuchtigkeitsmesser zu offenbaren, durch den bei schonender Probetrocknung in kürzester Zeit Meßergebnisse vorgegebener, insbesondere auch sehr hoher, Genauigkeit erreichbar sind.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Auswerteschaltung eines Feuchtigkeitsmessers der eingangs genannten Art derart ausgebildet ist, daß jeweils aus einer vorgegebenen Anzahl aufeinanderfolgend gemessener Gewichte, ein Mittelwert bestimmt wird und jeweils aus den beiden um die Anzahl versetzt bestimmten Mittelwerten eine mittlere Gewichtsdifferenz bestimmt wird und jeweils eine Summe aus einer geometrischen Reihe gebildet wird, die mit einer vorgegebenen Grenzgröße dem Grenzwertvergleich unterzogen wird und bei der Grenzwertunterschreitung der Trocknungsendzeitpunkt bestimmt wird, zu dem durch Extrapolation das Endgewicht aus dem zuletzt ermittelten Gewicht vermindert und die genannte Summe bestimmt und der Energiestrahler stromlos geschaltet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Da die Gewichtsabnahme abschnittsweise entsprechend einer geometrischen Reihe verläuft, wird vorteilhaft ein Korrekturwert für das Endgewicht durch Extrapolation gewonnen, was trotz hoher Genauigkeit des Ergebnisses einen vorzeitigen Abbruch der Messung erlaubt. Die Beendigung erfolgt zweckmäßig, wenn der Korrekturwert eine Grenzgröße unterschreitet.

Vorteilhaft wird die Meßtoleranz durch eine Mittelwertbildung verringert. Parallel zur Mittelwertbildung werden Streuungen ermittelt, die als Grenzwert zur Bestimmung der Trockenzeit dienen. Sinkt die Gewichtsabnahme in einem angemessenen Zeitabschnitt unter den Wert der Streuung, so ist die erreichbare Meßgenauigkeit ausgeschöpft, und die Trocknung wird beendet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung dient zur Feuchtigkeitsmessung von Meßgut mit mehrfach gestufter Bindung der Feuchtigkeit, wobei die Messungen der Feuchtigkeitsanteile der verschiedenen Bindungsstufen automatisch fortlaufend bis zum Erreichen einer vorgegebenen Stufenzahl erfolgt.

Eine noch weitergehende Beschleunigung des Ablaufes des Trocknungsvorganges, insbes. bei gestufter Bindung der Feuchtigkeit, wird durch eine Steuerung der Energiezufuhr in der Weise erreicht, daß, solange die Gewichtsabnahme laufend fortschreitet, die Energiezufuhr schrittweise weiter gesteigert wird und bei einem Nachlassen der Gewichtsabnahme schrittweise die Energiezufuhr gedrosselt wird, wodurch eine Überhitzung des Meßgutes verhindert wird. Dieser Vorgang stellt eine positive Rückkopplung von der Waage über den Trocknungsprozeß zur Energiequelle dar.

Um ein Überschwingen zu verhindern ist die Stellgröße für die Energiezufuhr in beiden Richtungen begrenzt.

Die Grenzwerte für die Energiezufuhr wie auch zur Bestimmung der Beendigung der Messung, werden vorteilhaft aus dem Gewicht der Probe automatisch bestimmt. Somit wird die Energiezufuhr bei größerem Probengewicht und bei höherer Temperaturbeständigkeit des Meßgutes vergrößert.

Somit ist ein optimaler Betrieb des Feuchtigkeitsmessers bei beliebigen Materialien ohne detaillierte Vorkenntnis möglich. Es können z. B. Proben von Flüssigkeiten mit geringem Feststoffgehalt, Schlämme, Früchte, Holz, Papier, anorganischer Baustoff usw. auf ihren Feuchtigkeitsgehalt geprüft werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem bekannten Feuchtemesser, dessen Waage an einen Prozessor angeschlossen wird, der die Gewichtsdaten laufend übernimmt und laufend auswertet. Am Ausgang des Prozessors ist eine Steuervorrichtung für die Energiezufuhr für die Trocknung angeschlossen. Diese Steuervorrichtung steuert vorteilhaft die Zufuhr des elektrischen Stromes zum Energiestrahler, z. B. durch Phasenanschnitt, oder sie steuert über eine Positioniervorrichtung den Abstand oder die Öffnung einer Blende zwischen dem Energiestrahler und dem Meßgut. Die Steuerung kann zu einer Regelung vorteilhaft erweitert werden, wenn die vom Strahler abgegebene Strahlung durch einen Strahlungssensor gemessen und mit dem Sollwert verglichen wird.

In den Fig. 1 und 2 ist der Feuchtigkeitsmesser beispielhaft dargestellt und in den Fig. 3, 4, 5 sind Trocknungsabläufe und zugehörig auftretende Zwischengrößen in der Meßwertverarbeitung gezeigt.

Fig. 1 zeigt einen Feuchtigkeitsmesser, der aus einer Waage 1 besteht, auf deren Waagschale 11 sich das Meßgut 2 befindet. Auf ds Meßgut 2 ist ein Energiestrahler 3, z. B. ein Infrarot- oder Mikrowellenstrahler, gerichtet. Die Strahlungsintensität am Meßgut wird durch eine Positioniervorrichtung Pv, die den Abstand des Strahlers 3 von dem Meßgut bzw. der Waagschale bestimmt, oder durch eine Steuerschaltung Ps für den Versorungsstrom Jl des Strahlers 3 eingestellt.

Die Waage besitzt einen Digitalausgang, auf dem laufend das aufliegende Gewicht ausgegeben und einer Auswerteschaltung MP, vorzugsweise einem Mikroprozessor zugeführt wird. Über eine Tastatur Ta oder eine Datenübertragungsleitung Düe, an der z. B. ein Dateneingabegerät angeschlossen ist, wird der Auswerteschaltung MP ein Auswerte- und Steuerprogramm und die vorzugebenden Werte eingegeben wie: Zeitabstände Dt, Grenzwert Grd, Anzahl n, Grenzzahl Grf, Gradientengrenzwerte Gdxu, Gdxo, maximale bzw. minimale Energiezufuhr Eo, Eu, spezifische Angaben SDG, SDo für den Grenzwert oder die Gradientengrenzwerte und/oder spezifische Grenzwerte SEu, SEo für die Energiezufuhr. Außerdem ist die Auswerteschaltung MP mit einem Taktgenerator oder Zeitgeber Cl eingangsseitig verbunden. Seine Ausgänge führen auf eine Anzeige Dp und/oder ein Druckwerk Pr und/oder eine Datenübertragungsleitung Düa, über die im Verfahren ermittelte Daten ausgegeben werden wie: relative Feuchtigkeit, Anfangsgewicht Ga, Endgewicht Ge, Trocknungszeit te, Meßwerte G 33, t 33 ; G 35, t 35, die jeweils bei den relativ kleinsten Gewichtsgradienten auftreten und/oder Einstellparameter zur Steuerung des Energiestrahlers 3.

Vorzugsweise ist eine besondere Ausgangsleitung Js vorgesehen, über die die im Verfahren ermittelte Steuergröße an die Steuerschaltung PS oder die Positionierschaltung Pv geliefert wird.

Der Speicher des Mikroprozessors MP ist so dimensioniert, daß die vorgegebenen Daten, die Anfangs- und Zwischenmeßwerte, die zu den Mittelwert- und Differenzbildungen notwendig sind, und ein Zeitzählwert zusätzlich zu dem Programm gespeichert werden können.

Weiterhin ist es vorteilhaft, Probenart und Vorgabedaten, die praktisch ermittelt wurden, tabellarisch zu speichern und entsprechend aufgrund der Probenart die zugehörigen Vorgabedaten über eine einfache Zuordnung in das Verfahren einzuführen, was die Eingabe vereinfacht.

Da ein üblicher Mikroprozessor mit der Verarbeitung der relativ selten, z. B. alle 10 ms, anfallenden Daten nur gering belastet ist, kann es vorteilhaft vorgesehen werden, daß mehrere Feuchtigkeitsmesser mit einem Mikroprozessor verbunden werden und diese bei entsprechend vervielfachtem Speicherraum im Multiplexbetrieb quasi simultan unabhängig voneinander bedient werden.

Die Steuerung der Energiezufuhr kann entweder über einen Digital-Analogwandler D/A erfolgen, dessen Ausgangssignal einem Verstärker V für die Bestimmung des Stromflusses zum Energiestrahler zugeführt wird.

Eine weitere Lösung besteht darin, daß mit dem Ausgangssignal des Digital-Analogwandlers D/A statt eines Verstärkers V eine Phasenanschnittsteuerung gesteuert wird; dann kann zur Speisung des Verbrauchers Wechselstrom verwendet werden, und ein Gleichrichter für hohe Leistungen entfällt.

Eine Phasenanschnittsteuerung kann nach Fig. 2 zweckmäßig aufgebaut werden. Der Digital-Analogwandler ist durch einen Zähler Z gebildet, der jeweils mit dem Nulldurchgangssignal N der Versorgungsspannung U∼ des Phasenanschnittschalters Th auf den von dem Mikroprozessor MP über Leitung Js vorgegebenen Wert eingestellt wird und mit dem Taktsignal Cl am Eingang Zl beaufschlagt wird. Sobald jeweils der Zähler seinen Endstand erreicht hat, entsteht an dessen Ausgang ein Übertragssignal Ü, das den Phasenanschnittschalter Th triggert. Durch den vorgegebenen Zählerstand wird somit die Größe des Anschnitts bestimmt und dadurch der effektive Stromfluß Jl im Energiestrahler vorgegeben.

Eine andere Alternative der Beeinflussung der Energiezufuhr besteht in der Steuerung des Abstandes des Strahlers 3 von dem Meßgut 2. Dieser kann z. B. durch einen bekannten Schrittmotor mit Spindelgetriebe oder einem Servomotor in seiner Position verändert werden. Ein Schrittmotor kann vorteilhaft direkt durch Schrittimpulse für die eine oder andere Richtung vom Mikroprozessor gesteuert werden. Ein Digital-Analogwandler ist dann nicht erforderlich.

Die nichtlinearen Zusammenhänge zwischen der Phasenanschnittzeit und dem Strom Jl sowie dem Strom Jl und der Strahlungsleistung bzw. dem Abstand der Strahlungsquelle und der vom Meßgut 2 aufgenommenen Strahlung werden zweckmäßig bei der Bestimmung der Vorgabegröße Js bzw. der Abstandeinstellung durch eine vorherige Umrechnung berücksichtigt; ein zwingendes Erfordernis dazu besteht aber nicht.

Statt einer rechnerischen Linearisierung der Steuerungscharakteristik der Energiezufuhr wird vorteilhaft in anderer Ausführung eine Regelung der Strahlungsintensität auf einen Sollwert vorgenommen, indem in der Ebene des Meßgutes ein Strahlungssensor Ph angeordnet wird, dessen Ausgangssignal in einem Soll-Istvergleicher Vg mit dem in einen Analogwert umgesetzten Sollwert Js verglichen wird, wobei dessen Ausgangssignal den Strom Jl oder den Positioniermotor Pv steuert.

Die verschiedenen Alternativen sind in Fig. 1 in verschiedenen Stricharten dargestellt.

Eine alternative Möglichkeit besteht auch darin, den Ausgang des Strahlungssensors Ph einem Meßeingang der Auswerteschaltung zuzuführen und in dieser den Vergleich rechnerisch durchzuführen.

Der zeitliche Verlauf des Trocknungsprozesses in Form des Temperatur- und Gewichtsverlaufs ist für ein übliches Meßgut in Fig. 3 gezeigt. Durch die Energiezufuhr steigt die Temperatur T(t) anfangs an, bis sie die Verdampfungstemperatur T 22 von ca. 100°C für Wasser erreicht. Das Gewicht G(t) fällt dann vom Anfangsgewicht Ga 1 etwa linear ab, sofern die Energiezufuhr konstant bleibt. Mit zunehmender Trocknung zur Zeit t 13 steigt die mittlere Temperatur weiter an und die Gewichtsabnahme verlangsamt sich, bis eine Endtemperatur T 24 durch Strahlungs- und Konvektionsverluste erreicht ist und das Gewicht nicht weiter abnimmt. Das zur Zeit te 1 erreichte Endgewicht Ge 1 wird bei weiteren Messungen mit einer gewissen Schwankungsbreite; die durch die Toleranzen der Waage und thermische Turbulenzen an der Waagschale und dem Meßgut entstehen, erneut gemessen.

Eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit ist nicht möglich. Im allgemeinen genügt es, die Bestimmung des Feuchtegehalts mit einer größeren Tolerenz vorzunehmen. Deshalb wird jeweils ein Zeitabschnitt Dt von z. B. 1 sec und die erwartete Mindeständerung in diesem als Grenzwert Grd von z. B. 100 µg vorgegeben und, sofern diese nicht mehr erreicht wird, da der Trocknungsvorgang weit genug fortgeschritten ist, die Messung abgeschlossen.

Eine Erhöhung der Genauigkeit der Messung kann durch mehrfache Messung Mittelwertbildung erreicht werden, wodurch die Ungenauigkeiten, die durch Turbulenzen und Waagetoleranzen entstehen, weitgehend ausgemittelt werden. Der Zeitabschnitt, über den gemittelt wird, muß dabei groß gegenüber den Perioden der Turbulenzen aber klein gegenüber der Trockenzeit sein. Es kann z. B. eine Anzahl n = 100 Messungen mit einem Zeitabstand Dt = 10 ms jeweils gemittelt werden. Für jeden weiteren Meßwert wird jeweils der älteste herausgenommen und eine neue Mittelung vorgenommen. So ergibt sich nach einer Sekunde Vorlauf jede 10 ms ein neuer Mittelwert. Im Speicher des Mikroprozessors werden jeweils die letzten 100 Messungen und mindestens der letzte Mittelwert, vorzugsweise aber n Mittelwerte, gespeichert. Die Differenz des letzten früheren und des neu errechneten Mittelwertes wird dann jeweils mit dem vorgegebenen Grenzwert Grd verglichen und daraus die Beendigung der Messung bestimmt.

Zweckmäßig werden die letzten n = 100 Mittelwerte gespeichert und die mittlere Gewichtsdifferenz MGmx″ zwischen dem um n Messungen zurückliegend bestimmten Mittelwert GM(x-n)′ und dem jüngst bestimmten Mittelwert Gmx′ gebildet und diese mit einem geeigneten Grenzwert Grd verglichen.

Dieser Grenzwert Grd kann entweder direkt vorgegeben werden oder zur Erleichterung der Bedienung als Relativwert Rgr zum Gewicht des Meßgutes angegeben werden. Aus diesem und dem jeweiligen Gewicht Gx bzw. Mittelwert Gmx′ wird dann der zugehörige Grenzwert vom Mirkoprozessor errechnet.

Eine weitere Vereinfachung der Bedienung ergibt sich, wenn die maximal mögliche Genauigkeit erreicht werden soll und aus der Streuung der Meßwerte automatisch ein Grenzwert gebildet wird. Dabei wird jeweils parallel zum Mittelwert aus jeweils den n Meßwerten eine Streuung Gsx′ bestimmt und gespeichert. Es sind jeweils die Größen, die sich auf die Mitte des Bereiches von n Messungen beziehen, mit einem Hochkomma versehen. Die Werte, die sich auf den Anfang des Bereiches beziehen, tragen zwei Hochkommata. Der Wert der Streuung, der sich auf den Anfang des Bereiches bezieht, also um die halbe Zahl n früher ermittelt wurde, ist somit mit Gsx″ bezeichnet. Dieser wird nun mit der entsprechenden mittleren Gewichtsdifferenz MGmx″ verglichen. Ist die Gewichtsdifferenz größer als die Streuung, so wird die Trocknung fortgesetzt, ist sie kleiner, so wird der Vorgang beendet, da eine Verbesserung des Ergebnisses nicht zu erwarten ist.

Soweit eine größere Toleranz zugelassen ist und das Verhalten des Meßgutes bekannt ist, kann die Genauigkeit des Ergebnisses im Verhältnis zur Dauer der Meßzeit noch verbessert werden, indem bei Abbruch der Messung eine Extrapolation auf den Endwert aufgrund der Zeitkonstanten der Gewichtsabnahme vorgenommen wird. Es werden dazu z. B. die mittleren Gewichtsdifferenzen MGmx″ zweier Messungen, die um n Messungen versetzt ermittelt wurden, ins Verhältnis V gesetzt. So ergibt sich der noch zu erwartende Betrag der Gewichtsabnahme als Ergebnis der Summe einer geometrischen Reihe in bekannter Weise:

S = MGmx″: (1-V), wobei V = MGmx″: MGm(x-n)″.

Das Endgewicht Ge beträgt also: Gm(x-n)′-S.

Zweckmäßig wird die Messung beendet, wenn die Korrekturgröße, die sich aus der Extrapolation als Summe S ergibt, kleiner als eine vorgegebene Grenzgröße GR 1 ist. Diese Grenzgröße wird vorteilhaft aus einer Relativangabe R Gr 1 und dem Gewicht Gx ermittelt, wodurch sich unabhängig von der Probengröße jeweils die gleiche relative Genauigkeit vorgeben läßt.

Fig. 3 zeigt die Trocknungskurven von Temperatur und Gewichtsverlauf für solche Meßgüter, die in Stufen trocknen, d. h., unterschiedlich fest gebundene Feuchtigkeit bei verschiedenen Temperaturen abgeben. Beispielsweise enthält ein Schlamm freies, praktisch ungebundenes Wasser, für dessen Freisetzung eine Temperatur von weit über 100° C erforderlich ist. In dem gezeigten Beispiel sind drei Temperaturstufen t 32, t 34 und t 36 ermittelt, bei denen eine Gewichtsabnahme erfolgt. Nach der ersten Stufe wurde das Gewicht G 33 erreicht, wie aus dem Wendepunkt der Kurve zu ersehen ist. Entsprechend ergibt sich nach der zweiten Stufe ein Gewicht G 35 und am Ende das Endgewicht Ge 3. Bei einer weiteren Erhitzung der Probe würde sie sich zersetzen oder teilweise verbrennen, was zu weiterem unerwünschtem, des Meßergebnis verfälschenden Gewichtsverlust führen würde.

Für die Analyse des Meßgutes ist in vielen Fällen außer der Bestimmung des gesamten Feuchtigkeitsgehalts auch die Kenntnis der verschieden gebundenen Teilfeuchtigkeiten von Interesse. Die fortlaufende Analyse der Meßwerte erlaubt aus der Bildung der Doppeldifferenzen D 2 Gmx′ aus der Doppeldifferenz D 2 Gmx′ aus der Differenz der Gewichtsgradienten DGmx′, DGm(x-1)′ die Bestimmung der Lage der Wendepunkte und somit die Ausgabe der zugehörigen Gewichts- und Zeitwerte GM(x-1) tm(x-1). Um die Fehler für die Bestimmung möglichst gering zu halten, werden als Ausgangswerte zweckmäßig die Mittelwerte Gmx′usw. verwendet, da diese geringere Schwankungen aufweisen als die Meßwerte selbst.

Damit die Verringerung der Verdampfungsgeschwindigkeit im Zeitraum um t 33, t 35 nicht zum Abbruch der Messungen führt, wird zweckmäßig bei bekannter Probenart die Zahl der zu erwartenden Stufen dem Prozessor vorgegeben, damit erst nach Erreichen der letzten Stufe etwa zur Zeit t 37 die Prüfung auf das Unterschreiten des Grenzwertes der Gewichtsabnahme erfolgt und dadurch andererseits eine weitere unnötige Aufheizung unterbunden wird.

Die ermittelten Gewichtsgradienten DGmx′ werden zur Steuerung der Energiezufuhr ausgewertet. Dazu erfolgt jeweils ein Vergleich mit einem oberen und unteren Gradientengrenzwert Gdxu, Gdxo, bei deren Unter- oder Überschreitung die Energiezufuhr, also der Strom J 1, vergrößert oder verkleinert wird bzw. der Abstand des Strahlers zum Meßgut verkleinert oder vergrößert wird. Die Veränderung erfolgt zweckmäßig in kleinen Schritten, bezogen auf die Gesamtenergie, damit ein Überschwingen der Regelung in bekannter Weise vermieden wird. Hierbei ist die thermische Trägheit der aufzuheizenden Probe und der Waagschale zu berücksichtigen. Es ist deshalb vorteilhaft vorgesehen, daß die Gradientengrenzwerte Gdxu, Gdxo aus für die Probe spezifischen Angaben SDu, Sdo und dem Gewicht Gx der Probe bestimmt werden.

Außerdem ist zur Vermeidung von Regelschwingungen und daraus etwa folgender Überhitzung oder vorzeitiger Beendigung der Messung eine obere und untere Grenze Eo, Eu für die zugeführte Energiemenge vorgegeben. Auch diese wird vorteilhaft aus für das Material der Probe spezifische Grenzwerte SEo, SEu und dem Gewicht des Meßgutes Gx jeweils vom Prozessor bestimmt, was eine weitere Vereinfachung der Bedienung und optimale Nutzung des Feuchtemessers ermöglicht.

Eine weitere Ausführungsform des Feuchtemessers, die noch zusätzlich eine Verkürzung des Trocknungsablaufes auch bei Proben mit mehrstufigem Verhalten erlaubt, ist dadurch gegeben, daß abhängig von der Doppeldifferenz DzGmx′, d. h., von der Zunahme oder Abnahme des Gewichtsgradienten DGmx′, jeweils vorzugsweise schrittweise die Energiezufuhr erhöht bzw. erniedrigt wird. Sofern die Verdampfung noch mit zunehmender Energiezufuhr gesteigert werden kann, wird diese weiter erhöht. Umgekehrt wird bei Verringerung der Verdampfungsgeschwindigkeit die Energiezufuhr gedrosselt, so daß keine Überhitzung erfolgt. Es handelt sich bei dieser Regelung um eine positive, d. h. den Prozeßablauf beschleunigende, Rückkoppelung.

Zur Vermeidung von Regelschwingungen wird eine Begrenzung der Steigerung der Energiezufuhr vorgenommen und/ oder eine absolute Begrenzung der Energiezufuhr vorgenommen bzw. umgekehrt, wenn ein vorgegebener Gradientengrenzwert Gdxo bzw. Gdxu oder eine maximale bzw. minimale vorgegebene Energiezufuhr Eo, Eu erreicht bzw. über- oder unterschritten ist.

Claims (8)

1. Feuchtigkeitsmesser bestehend aus einer Waage (1) mit einer Waagschale (11), in der Meßgut (2) durch einen Energiestrahler (3 ) während einer Trocknungszeit Energie zur Verdampfung von Feuchtigkeit zugeführt wird, und einer Auswerteschaltung (MP), die ein Programm-, Rechen- und Speicherwerk enthält und die eingangsseitig mit der Waage (1), einer Eingabevorrichtung (Ta) und einem Taktgenerator (CI) verbunden ist und ausgangsseitig mit einer Anzeige (Dp) und/oder einem Druckwerk (Pr) und einer Steuerschaltung (PS) verbunden ist, die den effektiven Stromfluß zum Energiestrahler (3) steuert, wobei die Auswertschaltung (MP) programmabhängig nach Eingabe eines Startsignales das Gewichtsignal (G(t)) auswertet und ein Anfangsgewicht (Ga 1) ermittelt und speichert und dann das Gewichtssignal (G(t)) fortlaufend zu Zeitpunkten (x) in vorgegebenen Zeitabständen (Dt), die kurz gegenüber der Trocknungszeit sind, übernimmt und speichert und fortlaufend aus einer festgestellten Gewichtsänderung (Gx-G(x-1)) einen Gewichtsgradienten (DGx) bestimmt und einen Grenzwertvergleich durchführt und bei einer Grenzwert- Unterschreitung einen Trocknungsendzeitpunkt (te) bestimmt, zu dem sie ein Steuersignal zu einer Stromlossteuerung des Einergiestrahlers (3) abgibt und ein dazugehöriges Endgewicht (Ge 1) bestimmt und die Differenz des Anfangs- und Endgewichtes (Ga 1-Ge 1) absolut oder relativ zum Anfangsgewicht (Ga 1) als Feuchtigkeitswert ausgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (MP) derart ausgebildet ist, daß jeweils aus einer vorgegebenen Anzahl (n) aufeinanderfolgend gemessener Gewichte (G(x-n), G(x-n+1),....Gx), ein Mittelwert (Gmx′) bestimmt wird und jeweils aus den beiden um die Anzahl (n) versetzt bestimmten Mittelwerten (Gm(x-n)′, Gmx′) eine mittlere Gewichtsdifferenz (MGmx″) bestimmt wird und jeweils eine Summe (S) aus einer geometrischen Reihe gebildet wird, die mit einer vorgegebenen Grenzgröße (Gr 1) dem Grenzwertvergleich unterzogen wird und bei der Grenzwertunterschreitung der Trocknungsendzeitpunkt (te) bestimmt wird, zu dem durch Extrapolation das Endgewicht (Ge) aus dem zuletzt ermittelten Gewicht vermindert um die Summe (S) bestimmt und der Energiestrahler (3) stromlos geschaltet wird.

2. Feuchtigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertschaltung (MP) weiterhin derart ausgebildet ist, daß aus den aufeinanderfolgenden Mittelwerten (Gm(x-1 )′, Gmx′) fortlaufend ein mittlerer Gewichtsgradient (DGmx′) gebildet wird und dieser fortlaufend mit dem vorhergehenden betragsmäßig verglichen wird und so eine Doppeldifferenz (D 2 mx′) gebildet wird und in Fällen, in denen der Betrag nach vorheriger Abnahme wieder zunimmt, jeweils die zum betragsmäßig kleinsten Gewichtsgradienten (DGm(x- 1)′) gehörigen Meßwerte (Gm(x- 1)′, tm(x- 1)) gespeichert und/oder ausgegeben werden und die Zahl (F) dieser Fälle gezählt wird und das Erreichen einer vorgegebenen Grenzzahl (Grf) für die Zahl (F) geprüft wird, nach deren Erreichung der Grenzwertvergleich zur Ermittlung des Endzeitpunktes (te) laufend vorgenommen wird.

3. Feuchtigkeitsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mitteles der Auswerteschaltung (MP) jeweils aus der aus der vorgegebenen Anzahl (n) aufeinanderfolgend gemesserner Gewichte (G(x-n), G(x-n+1), ...Gx) eine Streuung (Gsx′) bestimmbar ist, die als Grenzgröße (Gr 1) für den Grenzwertvergleich benutzt wird.

4. Feuchtigkeitsmesser nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Auswerteschaltung (MP) fortlaufend ermittelbar ist, ob der Gewichtsgradient (DGmx′) betragsmäßig größer oder kleiner als der vorher ermittelte Gewichtsgradient (DGm(x- 1)′) ist und abhängig von einer Zunahme oder Abnahme des Gewichtsgradienten jeweils die Steuerschaltung (PS) derart beaufschlagt wird, daß die Energiezufuhr schrittweise in den Grenzen eines vorgegebenen oberen und unteren Gradientengrenzwertes (Gdxu, Gdxo) und einer maximalen und minimalen vorgegebene Energiezufuhr (Eo, Euk) erhöht bzw. erniedrigt wird.

5. Feuchtigkeitsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Auswerteschaltung (MP) aus dem Gewicht (Gx), vorzugsweise durch Produktbildung mit spezifischen Angaben (Sdu, Ddo) und spezifischen Grenzwerten (SEo, SEu) jeweils entsprechend die Gradientengrenzwerte (Gdxu, Gdxo) bzw. die maximale und minimale Energiezufuhr (Eo, Eu) bestimmbar ist.

6. Feuchtigkeitsmesser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (PS) eine Phasenanschnittsteuerung mit einem Digital-Analogwandler (D/A) enthält und dieser vorzugsweise ein voreinstellbarer Zähler (Z) ist, der jeweils mit einem Nulldurchgangssignal (N) der Versorgungsspannung des Energiestrahlers (3) auf einen von der Auswerteschaltung (MP) zu der Stromsteuerung vorgegebenen Wert voreingestellt wird und der mit Impulsen von dem Taktgeber (CI) am Zähleingang (ZI) beaufschlagt wird und dessen Überlaufsignal (Ü) eine Phasenanschnittschalter (Th) einschaltend steuert.

7. Feuchtigkeitsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich des Meßgutes (2) ein Strahlungssensor (Ph) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal der Auswerteschaltung (MP) oder der Steuerschaltung (PS) zugeführt wird und dort mit der Steuergröße in einem Vergleicher (Vg) verknüpft wird, dessen Ausgangssignal dem Energiestrahler (3) regelnd zugeführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (MP) mit mehreren Feuchtigkeitsmessern (1, 11, 3) und mehreren Steuerschaltungen (PS) verbunden ist und sein Programm- und Rechenwerk im Multiplexbetrieb mit mehreren, den verschiedenen Feuchtigkeitsmessern zugeordneten, Abschnitten des Speicherwerkes unabhängig voneinander die Auswertung der Gewichtssignale (G(+)) vornimmt und die Energiezufuhren zu den einzelnen Energiestrahlern durch entsprechende Beaufschlagung der Steuerschaltungen (PS) steuert und die einzelnen Feuchtigkeitswerte ermittelt und zugeordnet ausgibt.