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Beschreibung Die vorliegende Erfindung be-zieht sich auf ein elektrisches
Feuchtemeßgerät für Feststoffe und Schüttgüter, insbesondere für Holz und Getreide,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur Messung der Feuchtigkeit eines derartigen Gegenstandes wird dessen
elektrischer Widerstand gemessen, dessen Wert von der Feuchtigkeit abhängig ist.
Die Kennlinien der absoluten Feuchte des Gegenstandes in Abhängigkeit vom elektrischen
Widerstand sind logarithmische Kennlinien, die bei jedem Material und innerhalb
eines Materials bei jedem Typ bzw. Art unterschiedlich sind.
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Bei einem bekannten elektrischen Feuchtemeßgerät der eingangs genannten
Art werden die Meßwerte über einen logarithmischen Verstärker einem Anzeigeinstrument
zugeführt. Um in den im wesentlichen interessierenden Meßbereichen eine möglichst
gute Annäherung der gemessenen Kennlinie
an die eigentliche Materialkennlinie
des betreffenden gemessenen Materials zu erreichen, ist am Ausgang des logarithmischen
Meßverstärkers eine Ohm'sche Teilerschaltung in Form eines mit einem herausgeführten
Abgriff versehenen Potentiometers vorgesehen, mit dessen Hilfe die Steilheit der
Meßkennlinie veränderbar ist. Auf diese Weise kann für verschiedene Sorten bzw.
Typen eines Materials und für bestimmte Materialien die Meßkennlinie an die betreffende
Materialkennlinie angenähert werden.
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Dies ist jedoch nur in einem sehr beschränkten Umfange möglich, da
diese Annäherung erstens nur in einem bestimmten, wenn auch den am meisten interessierenden
Meßbereich vorgenommen werden kann und weil zweitens die Verstelldynamik nicht sehr
groß ist, so daß nach wie vor Materialkennlinien von zu messenden Materialien vorgegeben
sind, die relativ weit außerhalb des Kennlinienspektrums liegt, innerhalb dem die
einzelnen Kennlinien mit einer gewissen Annäherung erreicht werden können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein elektrisches
Feuchtemeßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine erheblich genauere
Annäherung oder gar Anpassung der Meßkennlinie an die betreffende Materialkennlinie
für eine Vielzahl von Materialien erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Feuchtemeßgerät der genannten
Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Feuchtemeßgerät ist es möglich,
eine sehr große nahezu unbeschränkte Vielzahl von Materialkennlinien parat zu halten
und der Messung an einem betreffenden Material zuzuordnen, wobei es gleichzeitig
möglich ist, das Feuchtemeßgerät bzw. die Meßkennlinie an jede der einzelnen gespeicherten
Materialkennlinien im wesentlichen genau anzug passen bzw. nahezu zur Deckung zu
bringen. Die Meßgenauigkeit für jedes einzelne Material bzw.
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deren Typen ist damit um ein Vielfaches erhöht, und zwar nicht nur
in dem im wesentlichen
interessierenden Bereich, sondern praktisch
über den gesamten Meßbereich hinweg. Es ist somit nicht mehr, wie bisher, notwendig,
die Meßkennlinie mittels zusätzlicher elektrischer Schaltkreise durch Verändern
der Steilheit des linearen Bereiches zu verändern.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung
sind die Kennlinien der einzelnen zu messenden Materialien in Form von mehreren
im Abstand voneinander angeordneten Stützpunkten abrufbar gespeichert und es wird
der betreffende Meßwert den beiden nächstliegenden Stützpunkten der vorgewählten
Materialkennlinie zugeordnet und interpoliert. Dies ist eine sehr genaue Annäherung
an die Materialkennlinie, die darüber hinaus selbstverständlich von der Anzahl der
verwendeten Stützpunkte abhängig ist. Auf diese Weise muß der Speicher, der vom
Mikroprozessor zugeordnet ist, nicht zu groß gemacht werden. Die Anzahl der Stützpunkte
kann über die Kennlinie hinweg unterschiedlich sein, also derart, daß in Bereichen
großer Krümmung mehr Stützpunkte vorgesehen sind als in Bereichen geringer Krümmung.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender
Erfindung ist ein Eingangsschaltkreis zur abschnittweisen Unterteilung des eine
logarithmische Kennlinie aufweisenden Meßbereichs in einzelne näherungsweise als
im weitem Umfange sich darstellenden Linearbereiche vorgesehen, der vom Mikroprozessor
ansteuerbar ist. Dies bedeutet, daß aufgrund dieser Unterteilung der logarithmischen
Kennlinie es möglich ist, einen linearen Meßverstärker zu verwenden, während es
bisher notwendig war, einen logarithmischen Meßverstärker vorzusehen. Mit anderen
Worten, der Bauelementenaufwand ist geringer. Zweckmäßigerweise ist dabei der Eingangsschaltkreis
durch parallele Widerstände gebildet, die einzeln wahlweise mit dem zu bestimmenden
Widerstand eines zu messenden Gegenstandes über einen vom Mikroprozessor gesteuerten
Schalter in Reihe verbindbar sind. Die Widerstände können jeweils so gewählt sein,
daß sich eine gewisse Uberschneidung der betreffenden Meßbereiche ergibt, so daß
auch bei Messung an einem Ende eines Meßbereiches noch eine gewisse Meßdynamik erhalten
bleibt zw. durch Umschalten erzielbar wird. Der Mikroprozessor wählt anhand des
zuge-
führten Meßwertes den günstigsten Meßbereich aus.
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Die einzelnen Materialkennlinien sind bei bestimmten Umgebungstemperaturen
aufgenommen, bestimmt und im Tabellenspeicher des Mikroprozessors eingespeichert.
Um nun auch bei anderen Temperaturen messen zu können, ist gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung entweder ein Temperaturmeß--fühler vorgesehen
und der Mikroprozessor, vorzugsweise über einen Wahlschalter, mit diesem Temperaturfühler
zur Auswertung von dessem Anzeigewert und entsprechender Korrektur der einer bestimmten
Temperatur zugeordneten, eingespeicherten Materialkennlinie verbunden, oder die
Temperatur des zu messenden Gegenstandes wird bspw. in Form der herrschenden Umgebungstemperatur
mittels der Tastatur eingegeben und vom Mikroprozessor eine Temperaturkorrektur
der vorgewählten Materialkennlinie vorgenommen.
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Die Auswahl der gespeicherten Kennlinie des betreffenden Materials
am Mikroprozessor erfolgt in vorteilhafter Weise durch eine Tastatur in
Form
eines Peripheriegerätes. Entsprechendes gilt für die Anzeige der gemessenen Werte,
wobei als Peripheriegeräte eine alphanumerische Leuchtziffernanzeige und/oder ein
Drucker vorgesehen sein können. Das Ausdrucken der Meßwerte ermöglicht eine Aufnahme
und Ausgabe der gesamten gemessenen Kennlinie, so daß das erfindungsgemäße Meßgerät
nicht nur für Einzelmessungen, sondern auch für Dauermessungen geeignet ist.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen: Figur 1 ein
Blockschaltbild der Schaltungsanordnung eines elektrischen Feuchtemeßgerätes gemäß
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,
Figur
2 bspw. eine Materialkennlinie, nämlich die absolute Feuchte im zu messenden Gegenstand
in Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand dieses Gegenstandes, und Figur 3 die
Strom-Widerstands-Kennlinien in den einzelnen Meßbereichen, wie sie sich bei der
Messung am- elektrischen Widerstand des zu messenden Gegenstandes darstellen.
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Das erfindungsgemäße elektrische Feuchtemeßgerät, dessen Schaltungsanordnung
11 in Figur 1 als Blockschaltbild dargestellt ist, dient zum Messen der Feuchtigkeit
von Feststoffen, wie bspw. von Holz, von Schüttgütern, wie Getreide, und dgl. Die
Feuchtigkeitsmessung erfolgt dabei über den elektrischen Widerstand des betreffenden
zu messenden Gegenstandes, welcher Widerstandswert von dem Feuchtigkeitsgehalt des
Gegenstandes abhängig ist. Das erfindungsgemäße elektrische Feuchtemeßgerät ist
dabei in der Lage, die jeweils gemessenen Werte unterschiedlicher Werkstoffe
bzw.
Materialien unter Berücksichtigung der jeweiligen Materialkennlinien, die vorgewählt
werden können, zu messen und anzuzeigen.
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Gemäß Figur 1 besitzt das erfindungsgemäße elektrische Feuchtemeßgerät
einen Mikroprozessor 12, der mit mehreren Peripheriegeräten oder -bausteinen verbunden
ist, nämlich mit einem Programm- und Tabellenspeicher 13, einer Eingabetastatur
14, einer alphanumerischen LCD-Anzeige 16 und einem Drucker 17. Uber einen Analog/Digital-Wandler
21 und einen elektronischen Wahlschalter 22 ist der Mikroprozessor 12 mit mehreren
Meßfühlern verbunden, nämlich einer Meßsondenanordnung 23 zur Messung der Materialfeuchte,
einem Meßfühler 24 zur Messung der Luftfeuchte und einem Temperaturfühler 26 zur
Messung der Umgebungstemperatur, in welcher der betreffende Gegenstand gemessen
wird. Sämtliche Meßfühler 23, 24 und 26 sind jeweils über einen linearen Meßverstärker
27, 28 bzw. 29 mit dem Dreifachwahlschalter 22 verbunden, der vom Mikroprozessor
12 ansteuerbar ist. Der Luftfeuchtemeßfühler 24 ist üblicher Bauart; ebenso der
Temperaturmeßfühler 26, dessen temperaturabhängiger
Widerstand
31 mit einer Spannungsquelle verbunden ist und von einem konstanten Strom durchflossen
ist, wobei der an ihm abgegriffene Spannungsabfall dem Meßverstärker 29 als elektrische
Meßgröße zugeführt wird.
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Die Meßsondenanordnung 23, die in Figur 2 lediglich als zwei zum Meßverstärker
27 führende Leitungen 32 und 33 dargestellt ist, kann zum Erfassen der Feuchtigkeit
des zu messenden Gegenstandes, der in der Figur 1 als Widerstand 34 (Rx) dargestellt
ist, in verschiedener Weise ausgebildet sein. Sie kann bspw. die Form von zwei Meßspitzen
besitzen, die in bspw. ein zu messendes Holz eingeschlagen werden, so daß im Innern
des Holzes die Feuchtigkeit über den dazwischen liegenden Widerstand gemessen werden
kann. Es ist aber auch möglich, die Meßsondenanordnung 23 in Form eines Behälters
zur Aufnahme von Körnern oder dgl. auszubilden, wobei der Behälter die beiden Meßsonden
enthält. In Reihe zum zu messenden Widerstand 34 angeordnet und mit den beiden Meßsonden
der Meßsondenanordnung 23 verbunden ist ein Eingangsschaltkreis 36, der aus beim
Ausführungsbeispiel drei zueinander
parallel angeordneten Widerständen
37, 38, 39 (Rg, Rm bzw. Rk) besteht, die über einen Dreifach-Auswahlschalter 41
jeweils in Reihe mit dem zu messenden Widerstand 34 verbindbar sind.
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Der Auswahlschalter 41, der vorzugsweise ein elektronisches Bauelement
ist, wird vom Mikroprozessor 12 gesteuert und betätigt. Auf diese Weise liegt entsprechend
der Stellung des Auswahlschalters 41 jeweils einer der Widerstände 37 - 39 in Reihe
zum zu messenden Widerstand 34.
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Diese Reihenschaltung aus einem der Widerstände 37 - 39 und dem Widerstand
34 liegt an einer Meßspannung UM an. Bei der Messung der Feuchtigkeit eines betreffenden
Gegenstandes fließt somit durch diese Reihenschaltung und damit durch den zu messenden
Widerstand 34 ein von der Größe des Widerstandes 34 abhängiger Strom derderam Widerstand
34 (Rx) einen Spannungsabfall erzeugt, welcher eingangsseitig am linearen Meßverstärker
27 anliegt.
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Figur 2 zeigt eine Materialkennlinie 46 eines bestimmten Materials,
und zwar der absoluten Feuchte in Prozent in Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand
34 (Rx) des betreffenden
Materials. Diese Materialkennlinie 46
ist für alle in Frage kommenden Materialien und Typen dieser Materialien von der
Form her im wesentlichen dieselbe, d.h. eine logarithmische Form, wobei lediglich
die Lage innerhalb des Koordinatensystems sich ändert. Diese Materialkennlinien
46, die sich über einen sehr weiten Widerstandsbereich erstrecken, werden nun, wie
durch den Eingangsschaltkreis 36 verwirklicht, in mehrere, beim Ausführungsbeispiel
drei Meßbereiche bzw. -abschnitte 51, 52 und 53 unterteilt, derart, daß jeder dieser
Meßbereiche nur einen beschränkten Widerstandsänderungsbereich und eine beschränkte
Anderung der Steigung der Kennlinie beinhaltet bzw. umfasst. Es versteht sich, daß
die Materialkennlinie auch in mehr als drei Meßbereiche unterteilt werden kann.
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Figur 3 zeigt diese Unterteilung der Meßbereiche bzw. -abschnitte
im Koordinatensystem, in welchem der Meßstrom Ix in Abhängigkeit vom zu messenden
Widerstand 34 (Rx) aufgezeichnet ist. Hier ergeben sich entsprechend der Anzahl
der Meßbereiche drei in Richtung der Rx-Achse verschobene Kennlinien 47, 48 und
49, die den erwähnten Meß-
bereichen 51, 52 bzw. 53 entsprechen.
Je nach der Wahl der einzelnen Widerstände 37 - 39 können sich die Meßbereiche in
gewisser Weise überlappen. Aus den Kennlinien 47 - 49 wird als eigentlicher Meßbereich
jeweils der als etwa linearer Abschnitt zu betrachtender Mittelbereich 55 ausgewählt.
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Im programmierbaren Tabellenspeicher 13 sind die einzelnen Materialkennlinien
46 für die einzelnen Materialien und Sorten dieser Materialien gespeichert. Um Speicherplatz
zu sparen, sind von jeder Kennlinie 46 einige Stützpunkte 56 gespeichert. Gemäß
einem Ausführungsbeispiel sind von jeder Materialkennlinie 46 bspw. etwa 10 Stützpunkte
56 gespeichert, die sich entsprechend der Krümmungsänderung und damit der Steigungsänderung
der Kennlinie unterschiedlich über die Kennlinie hinweg verteilen. Bspw. sind im
Bereich großer Steigungsänderung die Stützpunkte enger aneinanderliegend als in
Bereichen geringer Steigungsänderungen. Dadurch ergibt sich im Tabellenspeicher
13 eine Kennlinie, die der wahren Materialkennlinie 46 in der Weise angenähert ist,
daß sie aus mehreren linearen Abschnitten
besteht. Es versteht
sich, daß je nach Genauigkeitserfordernis auch mehr oder weniger Stützpunkte 56
pro Materialkennlinie 46 im Tabellenspeicher 13 abgespeichert werden können. Die
stützpunktartig aufgenommenen und gespeicherten Materialkennlinien 46 sind vom Mikroprozessor
aus dem Tabellenspeicher 13 abrufbar.
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Die Messung der Feuchtigkeit eines Gegenstandes geht in folgender
Weise vor sich: Vor der Messung des betreffenden Gegenstandes wird das erfindungsgemäße
Meßgerät bzw. deren Schaltungsanordnung auf das zu messende Material dadurch geeicht,
daß die dem Material bzw. deren Sorte entsprechende Materialkennlinie 46 aus dem
Tabellenspeicher 13 mit Hilfe der Tastatur 14 ausgewählt und in den Mikroprozessor
12 abgerufen wird. Wird nun mit Hilfe der Meßsondenanordnung 23 die Feuchtigkeit
des betreffenden Gegenstandes bzw. dessen elektrischer Widerstand erfasst, so wird
dieser Meßwert über den linearen Meßverstärker 27 dem Mikroprozessor 12 zugeführt,
welcher diesen Meßwert mit der ausgewählten Materialkennlinie 46 vergleicht und
ihn den beiden
nächstliegenden Stützpunkten der ausgewählten Kennlinie
zuordnet. Diese Zuordnung erfolgt in der Weise, daß der Mikroprozessor 12 nacheinander,
bspw. beim größten Widerstand R g beginnend, über den von ihm angesteuerten Auswahlschalter
41 die einzelnen Meßbereiche 51 -53 der Materialkennlinie 46 abtastet und ermittelt,
in welchen Meßbereich der betreffende Meßwert einzuordnen ist. Dieser ausgewählte
günstigste Meßbereich bleibt dann mittels des Wahlschalters 41 zugeschaltet. Hat
der Mikroprozessor 12 die beiden dem betreffenden Meßwert nächstliegenden Stützpunkt
56 auf der Materialkennlinie 46 in dem betreffenden Meßbereich erfasst, so wird
der Meßwert mit Hilfe der beiden benachbarten Stützpunkte 56 interpoliert, so daß
dieser Widerstands- bzw. Spannungsmeßwert einem bestimmten absoluten Feuchtewert
zuzuordnen ist. Dieser absolute Feuchtewert wird nun an der LCD-Anzeigevorrichtung
16 und/oder dem Drucker 17 zur Anzeige gebracht. Entsprechendes gilt für weitere
Messungen an demselben Material.
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Auf diese Weise können nicht nur Einzelmessungen vorgenommen und angezeigt
werden, sondern auch Dauermessungen, bei denen eine Meßkurve oder ein
Teil
der Meßkurve im Drucker angezeigt bzw.
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aufgezeichnet wird.
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Erfolgt die Messung des betreffenden Gegenstandes bei einer anderen
Temperatur als der Temperatur, der die eingespeicherte Materialkennlinie 46 zugrunde
liegt, so erfolgt mit Hilfe des Mikroprozessors 12 eine Umrechnung bzw. Korrektur
der gespeicherten Materialkennlinie auf die betreffende herrschende Temperatur.
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Die Eingabe der Temperatur des zu messenden Gegenstandes oder der
Umgebungstemperatur kann mittels des Temperaturfühlers 26 erfolgen. Dazu wird vom
Mikroprozessor 12 der Wahlschalter 22 derart betätigt, daß eine Verbindung zum Temperaturfühler
26 entsteht und dieser Außentemperaturwert vom Mikroprozessor 12 erfasst wird. Es
ist aber auch möglich, diesen Temperaturwert über die Tastatur 14 von Hand einzugeben.
In beiden Fällen wertet der Mikroprozessor 12 diesen Temperaturwert aus, errechnet
den korrigierten Wert und bringt diesen in der Anzeigevorrichtung 16 und/oder dem
Drucker 17 zur Anzeige. Es versteht sich, daß der angezeigte Wert vom Mikroprozessor
12 direkt den prozentualen Gehalt an Wasser (% H20) angeben kann.
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In dem Tabellenspeicher 13 sind, wie oben erwähnt, eine Vielzahl von
Materialkennlinien 46 gespeichert, die über die Eingabetastatur 14 anwählbar und
derart abrufbar sind, daß der Mikroprozessor 12 mit ihr bzw. den aufgezeichneten
Stützpunkten arbeiten kann. Soll somit ein anderes Material gemessen werden, so
wird mittels der Eingabetastatur 14 deren vorzugsweise mehrstellige Kennziffer eingegeben,
so daß die so bestimmte Materialkennlinie vom Mikroprozessor verarbeitbar ist. Im
Tabellenspeicher 13 ist außer den mit den Kennlinien programmierbaren Speicherbereichen
ein Rechenprogrammspeicher vorgesehen, durch welches darin gespeicherte Programm
der oben geschilderte Meßwert-Erfassungs-und Verarbeitungsablauf durchgeführt wird.
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Die mit dem Luftmeßfühler- 24 gemessene Feuchte der Umgebungsluft
kann ebenfalls über den Mikroprozessor 12 in der Anzeigevorrichtung 16 und/ oder
dem Drucker 17 zur Anzeige gebracht werden, was für den Benutzer z.B. dann von Bedeutung
ist, wenn die Messung während eines laufenden Trockungsprozesses erfolgt und Rückschlüsse
auf
die weitere Regelung des Trockungsprozesses gezogen werden
sollen. Auch der vom Temperaturfühler 26 kommende Wert der Umgebungstemperatur kann
unmittelbar als weitere Information zur Anzeige gebracht werden.
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- Ende der Beschreibung -