DE3413852A1

DE3413852A1 - Mikrowellen-feuchtigkeitsfuehler

Info

Publication number: DE3413852A1
Application number: DE19843413852
Authority: DE
Inventors: Tokio Mitaka Tokio/Tokyo Hirano; Seiichiro Tokio/Tokyo Kiyobe
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1984-04-12
Publication date: 1985-07-11
Also published as: NL191620C; NL191620B; DE3413852C2; SE8402289L; JPS60135752A; NL8403905A; SE455024B; SE8402289D0; US4674325A; CA1222397A

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler oder -sensor, der nach dem Grundprinzip arbeitet, daß eine emittierte Mikrowelle in Rotationsresonanz mit Wassermolekülen gedämpft wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler mit einem Mikrowellen-Sender oder -Strahler und einem diesem in einem Abstand gegenüberstehenden Mikrowellen-Empfänger zur Erzeugung eines Signals, das den Wassergehalt in einem zu untersuchenden Lagenmaterial angibt, welches zwischen Strahler und Empfänger hindurchläuft.

Es ist ein in Fig. 1 dargestellter Mikrowellen-Feuchtig-

!5 keitsfühler bekannt, der einen Detektor- oder Meßkopf 30 mit Metallgehäusen 1, 2, die einen Mikrowellen-Sender und einen -Empfänger aufnehmen, aufweist. Der Meßkopf 30 ist gemäß Fig. 2 an einem im Mittelbereich offenen Rahmen 31 montiert, um hin- und hergehend eine Papierbahn 23 in Querrichtung derselben über eine zwischen Endpunkten Ll und L2 liegende Zone abzutasten und dabei den Wassergehalt der den Rahmen 31 in Richtung des Pfeils A durchlaufenden Papierbahn 23 zu messen. Das Gehäuse 1 enthält den Mikrowellen-Sender 6 und den -Empfänger 10. Der Sender 6 umfaßt einen Mikrowellen-Oszillator (OSC) 3, einen Isolator oder Richtungsleiter 4 und eine Mikrowellen übertragende Horn 5, während der Empfänger 10 eine Mikrowellen empfangende Hornantenne 7, einen Detektor (Schottky-

g0 Diode) 8 und einen Signalverstärker 9 umfaßt, wobei letzterer das abgegriffene Signal verstärkt und ein verstärktes Signal zu einem nicht dargestellten Signalprozessor liefert. Letzterem wird das Signal vom Meßkopf und für ein das Grundgewicht der Papierbahn 23 repräsentatives Vorgabe- oder Bezugssignal (preset signal) eingespeist, und er verarbeitet die eingespeisten Signale auf der Grundlage einer vorbestimmten Eichkurve. Der Detektor 8 umfaßt einen durch einen

nicht dargestellten Überlagerungsoszillator (local oscillator) erregten Heterodyndetektor zur Lieferung eines Signals mit einer Frequenz, die von derjenigen ° des Signals vom Mikrowellen-Oszillator 3 verschieden ist. Das Gehäuse 2 enthält eine Mikrowellen empfangende Hornantenne 11, die im Zusammenwirken mit der Antenne 5 ein Sende/Empfängerpaar bildet, und eine Mikrowellen ausstrahlende Hornantenne 12, die zusammen mit der Antenne 7 ein weiteres Sender/Empfängerpaar bildet und die über ein Koaxialkabel mit der Hornantenne 11 verbunden ist, um die von der Hornantenne 11 empfangenen Mikrowellen zu übertragen. Die Gehäuse 1 und 2 sind mit Mikrowellenübertragungs- und -empfangs-Öffnungen versehen, die mittels dünner Folien 18 - 21 aus z.B. Polyethylenterephthalat verschlossen sind.

Zur Feuchtigkeitsmessung verschiebt der Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler den Meßkopf 30 für eine Abtastung der Papierbahn 2 3 in Querrichtung über die Zone L1-L2. Dabei laufen die vom Sender 6 in Richtung der Papierbahn 23 ausgestrahlten Mikrowellen von der Hornantenne 5 über die Papierbahn 23 zur Hornantenne 11, über das Koaxialkabel 13 zur Hornantenne 12 und durch die Papierbahn 23 zur Hornantenne 7, bevor sie vom Detektor 8 erfaßt oder abgegriffen werden. Der Signalprozessor spricht auf das durch den Verstärker 9 verstärkte Meßsignal und das das Grundgewicht der Papierbahn 23 angebende Vorgabesignal an, um diese Signale auf der Grundlage der Eichkurve zu verarbeiten und ein den Wassergehalt bzw. die Feuchtigkeit der Papierbahn 23 angebendes Signal zu liefern.

Nachteilig bei diesem bisherigen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler ist, daß seine Meßgenauigkeit gering ist, weil das feuchtigkeitsabhängige Signal (Eingangssignal), das dem Signalprozessor zugeführt wird, die jeweilige

Drift des Mikrowellen-Oszillators, des Detektors und anderer Einheiten enthält.

° Ein anderes Problem beim bisherigen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler besteht darin, daß aufgrund des vorgegebenen, dem Signalprozessor eingespeisten Grundgewichtssignals die Meßgenauigkeit (weiter) abnimmt, wenn sich das Papier-Grundgewicht im Meßverlauf ändert (das Grund- *0 gewicht von Papier einer Sorte kann in einer Papierherstellungsanlage in der Praxis variieren).

Weiterhin wird die Meßgenauigkeit dann beeinträchtigt, wenn das Papier TemperaturSchwankungen unterliegt, weil das Ausmaß, in welchem das Papier Mikrowellen absorbiert, temperaturabhängig ist.

Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Gegebenheiten liegt der Erfindung damit die Aufgabe zugrunde, einen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler zu schaffen, der die Einflüsse von Drift in einem Mikrowellen-Oszillator, einem Detektor und anderen Einheiten auszuschalten und damit eine verbesserte Meßgenauigkeit zu gewährleisten vermag.

Dieser Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler soll auch in der Lage sein, Änderungen des Grundgewichts und der Temperatur eines Meßobjekts zu kompensieren und damit eine erhöhte Meßgenauigkeit zu liefern. 30

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmalen.

Die Lösung der angegebenen Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch erreicht, daß von einem Mikrowellen-Oszillator erzeugte Mikrowellen mittels

eines Schalters zwischen Meß- und Bezugssystemen umgeschaltet werden, die sich durch die betreffenden Systeme hindurch ausbreitenden Mikrowellen mittels ein und desselben Detektors erfaßt oder abgegriffen werden, die Meßsignale über Abtast-Halteschaltungen zu einem Signalprozessor geliefert werden und ein prozentualer Feuchtigkeitsgehalt unter Heranziehung eines Signals bestimmt wird, das ein Verhältnis zwischen Meß- und Bezugssignalen von Meß- und Bezugssystem angibt.

Den Abtast-Halteschaltungen kann eine automatische Verstärkungsregel- bzw. AVR-Schaltung vorgeschaltet sein, um das Bezugssignal auf einer vorgeschriebenen Größe zu halten.

In anderer Ausgestaltung wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Grundgewicht und die Temperatur eines Meßguts gemessen und eine Grundgewicht- und Temperaturkompensation auf der Grundlage vorbestimmter Kompensationscharakteristika oder -kennlinien für prozentuale Feuchtigkeitsparameter durchgeführt und eine vorbestimmte Meßgeräteanzeige-Grundgewichts-Charakteristika und der prozentualen Feuchtigkeitsparameters geliefert wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. E& zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines

bisherigen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines mittig

offenen Rahmens, an dem ein Detektor- oder

Meßkopf eines Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers montiert ist,

Fig. 3 eine teilweise in Blockschaltbildform gehaltene schematische Darstellung eines Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung von Temperatur-

kompensations- und Feuchtigkeitsprozent-Parametern,

Fig. 5 eine graphische Darstellung von Kennlinien von Feuchtigkeitsprozent-Parametern für

Feuchtigkeitsgehalt in Beziehung zum Grundgewicht,

Fig. 6 eine graphische Darstellung von Signalwellenformen zur Verdeutlichung der Arbeitsweise

des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers,

Fig. 7 eine Fig. 3 ähnelnde Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung einer Temperatur^-Meßeinheit beim Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler gemäß Fig. 7,

Fig. 9 eine Aufsicht auf eine Umlaufblende (rotary

sector) bei der Temperatur-Meßeinheit nach Fig. 8 und

Fig. 10 eine graphische Darstellung einer Wellenform,

wie sie auf einer Anzeige (Bildschirm) des Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers gemäß Fig.7 erscheint.

^λΑ

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler oder -sensor gemäß der Erfindung sind den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen beschrieben.

Ein Detektor- oder Meßkopf 30 des Mikrowellen-Feuchtigkeit sfühlers umfaßt eine Temperatur-Meßeinheit 4 3 zum Verstärken eines durch einen Strahlungstemperaturdetektor 41 mit Verstärker 42 abgegriffenen Signals und zum Ausgeben eines Signals E_, einen Feuchtigkeitsdetektor 46 zur selektiven Lieferung eines Meßsignals E_M und eines Bezugssignals E₀ über einen durch Steuereinheit 53 angesteuerten Schalter 52 zum Umschalten von durch einen Mikrowellenoszillator 3 gelieferten Mikrowellen zwischen einem im folgenden als "Meßsystem" bezeichneten System 44 mit Mikrowellen-Übertragungsoder -Sendeantenne 5 und einem im folgenden als "Bezugssystem" bezeichneten System 45 unter Ausschluß des Meßsystems 44, sowie einen Grundgewicht-Detektor 50 mit einer Wärmequelle 47 und einer Ionisierungskammer 48, die einander gegenüberstehend auf gegenüberliegenden Seiten einer Papierbahn 23 angeordnet sind, sowie mit einem Verstärker 49 zum Verstärken eines Signals, das eine durch die Papierbahn 23 hindurch übertragene Beta-Strahlung angibt und mittels der Ionisierungskammer 48 erfaßt worden ist, und zur Lieferung eines Signals E_. Die Temperatur-Meßeinheit 43, der Feuchtigkeits-Detektor 46 und der Grundgewicht-Detektor 50 sind in Gehäusen untergebracht, die ihrerseits an einem mittig offenen Rahmen montiert sind, um die Papierbahn 23 zwecks Lieferung von Signalen zu einem Signalprozessor 51 in Querrichtung über eine vorgegebene Zone abzutasten.

Das Meßsystem 44 ist so ausgelegt, daß Mikrowellen von der Mikrowellen-Sendeantenne 5 zur -Empfangsantenne 11, über ein Koaxialkabel 13 zu einer Mikrowellen-Sendeantenne 12 und von dieser zu einer -Empfangsantenne 7, zu einer angepaßten Differentialverzweigung ("magisches T", d.h. Einrichtung zur Führung der an zwei Mikrowellen-Eingängen eingeführten Mikrowellen zu einem einzigen Mikrowellen-Ausgang ohne Interferenz) und zu einem Detektor 8 übertragen. Das Bezugssystem 45 ist so ausgelegt, daß die Mikrowellen unmittelbar (tatsächlich über ein Dämpfungsglied) über die angepaßte Differentialverzweigung 54 zum Detektor 8 übertragen werden. Das vom Detektor 8 abgenommene Signal wird durch einen Verstärker 55 verstärkt, worauf das Bezugssignal E_D vom Bezugssystem zu einer Abtast-Halteschaltung 56 geleitet wird, während das Meßsignal E des Meßsystems 44 einer Abtast-Halteschaltung 57 zugeführt wird. Der Takt, mit dem die Abtast-Halteschaltungen 56, 57 durchschalten, wird durch die Steuereinheit in Synchronismus mit der Schaltbetätigung des Schalters 52 gesteuert.

Der Signalprozessor 51 umfaßt einen Rechner mit einer Zentraleinheit (CPU) 58, einen Festwertspeicher (ROM) 59, einen Randomspeicher (RAM) 60 sowie Eingangs- und Ausgangsschnittstellen zur Verarbeitung von Signalen vom Meßkopf 30, eines Signals von einer Steuer- oder Bedientafel 61 und anderer Signale zur Ausgabe eines Feuchtigkeitsgehalts-Signals E_p als Ordinaten-Signal an eine Anzeigeeinheit 62, z.B. eine Kathodenstrahlröhre (wobei ein die Meßpunkte quer über die Papierbahn 23 angebendes Signal E als Abszissen-Signal geliefert wird).

Der Festwertspeicher 59 speichert Daten bezüglich der Temperaturkornpensations-Charakteristika der (prozentualen) Wassergehaltparameter, die für eine auf vorbe-

bestimmte Maße geschnittene Papierbahn einer bestimmten Sorte vorherbestimmt sind (vgl. Fig. 4, in welcher auf der Ordinate ein Temperaturkompensations-Koeffizient und auf der Abszisse die Temperatur aufgetragen sind), Daten für Feuchtigkeitsgehalt/Grundgewichtscharakteristika der Wassergehalt-Parameter (vgl. Fig. 5, in welcher auf der Ordinate der Wassergehalt und auf der Abszisse das Grundgewicht aufgetragen sind) sowie ein Programm für Abtastsignale, die von den betreffenden Detektoren zu vorbestimmten Abtastzeiten geliefert oder angelegt werden, um einen prozentualen Wassergehalt auf der Grundlage der Temperaturkompensations-Charakteristika und der Feuchtigkeitsgehalt/Grundgewicht-Charakteristika zu bestimmen und ein Signal E_p für prozentualen Feuchtigkeitsgehalt zu erzeugen.

Im Betrieb wird der Schalter 52 im Feuchtigkeits-Detektor 46 mittels eines Steuersignals (a in Fig. 6) ^von der Steuereinheit 53 gesteuert, um den Mikrowellenausgang vom Oszillator 3 abwechselnd zur Antenne 5 und zur angepaßten Differentialverzweigung 54 zu liefern. Das vom Detektor 6 erfaßte oder abgegriffene Signal wird daher zu einem Zeitreihensignal, das gemäß Fig. 6b aus dem Signal E vom Bezugssystem 45 und dem Signal E vom Meßsystem 44 zusammengesetzt ist. Die Tor(schaltungs)elemente der Abtast-Halteschaltungen 56 und 57 werden durch Signale S_ bzw. R.. (Fig. 6c und 6d) synchron mit der Schaltbetätigung des Schalters 52 gesteuert, derart, daß das Torelement der Abtast-Halteschaltung 56 öffnet, wenn die Mikrowellen das Bezugssystem 45 durchlaufen, und das Torelement der Abtast-Halteschaltung 57 öffnet, wenn die Mikrowellen das Meßsystem 44 durchlaufen. Die Ausgangssignale E ,

qc E„ der Abtast-Halteschaltungen 56 bzw. 57 besitzen die Form gemäß Fig. 6e bzw. 6f. Die Temperatur-Meßeinheit 43 liefert ein Signal E für die Oberflächentemperatur

der Papierbahn 23, während der Grundgewicht-Detektor 50 ein das Grundgewicht BW der Papierbahn 23 angebendes Signal E_ liefert.
5

Während eines ersten Vorwärts-Abtasthubs (von Ll - L2) des Meßkopfes 30 tastet der Signalprozessor 51 das Eingangssignal von den Detektoren N-x (N = eine natürliche bzw. ganze Zahl) mit N Abtastsignalen ab, welche eine Abtastzeit in gleiche Teile unterteilen, und er führt dann die folgenden Rechenoperationen (1) bis (5) aus: Da der Meßkopf 30 die Papierbahn 23 mit einer konstanten Geschwindigkeit abtastet, können die in der beschriebenen Abtastoperation erhaltenen Signale als Meßwerte an N-Meßpunkten (im folgenden als Meßpunkte Nl, N2, ...., Nn bezeichnet) angesehen werden, die quer über die Papierbahn 23 festgelegt sind.

(1) Das Verhältnis zwischen den Signalen E , E wird berechnet (hierdurch wird Drift des Oszillators 3, des Detektors 9 usw. ausgeschaltet. Das Verhältnis entspricht einem gemessenen Wassergehalt gl (MW)).

(2) Das Temperatursignal E wird initialisiert, und es werden ein Strahlungskoeffizient korrigiert und die Oberflächentemperatur Tl der Papierbahn 23 bestimmt.

(3) Es wird ein Kompensationskoeffizient kl bestimmt (vgl. Fig. 4), und zwar unter Heranziehung einer Kennlinie, in welcher ein vorgegebener prozentualer Wassergehalt MPs in den Temperatur-Kompensationscharakteristika als Parameter herangezogen wird, oder einer am nächsten an der genannten Kennlinie liegenden Kennlinie, und es werden die Oberflächentemperatur Tl und sodann die Temperaturkompensation von kl χ gl (MW) berechnet.

(4) Der temperaturkompensierte Feuchtigkeitsgehalt kl χ gl (MW), das Grundgewicht BW (das anhand des Grundgewichtssignals E_ ermittelt werden kann) und die Meßgerätanzeige/Grundgewicht-Charakteristika werden zur Bestimmung eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalt ^MPxlf ^benutzt (vg¹· ^Fi9· ⁵)·

(5) Der prozentuale Feuchtigkeitsgehalt MP ,_f wird im Randomspeicher 60 abgespeichert und zur Kathodenstrahlröhre (Bildschirm) 62 geliefert.

Durch N-malige Durchführung der genannten Rechenoperationen (1) bis (5) können prozentuale Feuchtigkeitsgehalte oder Feuchtigkeits-Prozentwerte MP ^MPx2f ····' ^MPx(n-l)f ' ^MPxnf ^{für die} (^{verscniedenen}) Meßpunkte N,, N_ , ...., N ·., N beim ersten Vorwärts-Abwärtshub bestimmt werden. Sodann geht der Meßkopf 30 auf einen ersten Rücklauf- oder Rückwärts-Abtasthub von L2 zu Ll über. Bei diesem Rückwärts-Abtasthub führt der Signalprozessor 51 die Rechenoperationen (1) bis (5) aus. Beim ersten Rücklauf-Abtasthub und den folgenden Abtasthüben (z.B. zweiter Vorwärts- und Rücklauf-Abtasthub) wird mit der Rechenoperation (3) die Temperaturkompensation durchgeführt, und zwar durch Bestimmung eines Kompensationskoeffizienten mit einer Temperaturkompensations-Kennlinie, in welcher der vorhergehende prozentuale Feuchtigkeitsgehalt als Parameter herangezogen wird. Da, genauer gesagt, beim ersten Rücklauf-Abtasthub Eingangssignale von den Meßpunkten N , N .,...., KL , N_? in der angegebenen Reihenfolge dem Signalprozessor 51 eingegeben werden, wird mit der Rechenoperation (3) eine Temperaturkompensation durchgeführt, wobei Temperaturkompensations-Koeffizienten bestimmt werden, in dem aufeinanderfolgend Kennlinien benutzt werden, in denen die prozentualen

Feuchtigkeitsgehalte MP_xnf, ^MP _x(_n_x)f » ^MPx2f ^MPxlf

oder die diesen am nächsten entsprechenden prozentualen

Feuchtigkeitsgehalte als Parameter herangezogen werden. Die im ersten Rücklauf-Abtasthub bestimmten prozentualen Feuchtigkeitsgehalte werden daher als MP , ,,, ,

X \ Ii ~ X / D

..., MP _, , MP ,. , jeweils den betreffenden Meßpunkten entsprechend, definiert. Der Signalprozessor 51 führt dann weiterhin die genannten Rechenoperationen für die folgenden Abtasthübe des Meßkopfes 30 aus und liefert aufeinanderfolgend zur Kathodenstrahlröhre 62 Signale E für die prozentualen Feuchtigkeitsgehalte, die an den Meßpunkten über die Breite der Papierbahn Temperatur-kompensiert und grundgewicht-kompensiert sind. Der Bedienungsperson wird mithin eine Anzeige einer genauen Verteilung oder eines genauen Profils der prozentualen Feuchtigkeitsgehalte quer über die Papierbahn geboten.

Fig. 7 veranschaulicht den Aufbau eines Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei den Teilen von Fig. 1 und 3 entsprechende Teile wiederum mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen erläutert sind. Als besonderes Merkmal des Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers gemäß Fig. 7 besteht eine automatische Verstärkungsregel- bzw. AVR-Schaltung 74 aus einem AVR-Verstärker 7 zum Addieren und Integrieren eines Signals E und eines Ausgangssignals E_g von einer Konstantspannungsquelle 71 sowie einem Feldeffekttransistor 73, der zwischen eine Ausgangsklemme des Verstärkers 55 und einem Bezugspotentialpunkt geschaltet ist und durch ein Ausgangssignal des AVR-Verstärkers 72 angesteuert wird. Zum Eichen einer Temperatur Meßeinheit 43 dient ein Körper 75 eines konstanten Strahlungskoeffizienten. Ein Festwertspeicher (ROM) 59 speichert ein Programm zur Lieferung eines Signals Et, das die Differenz zwischen einem Signal E und einer vorbestimmten Temperatur angibt, als Ordinatensignal zu einer Anzeige (Bildschirm) 62. Der in Fig. 7

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dargestellte Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler ist speziell zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts einer von einer Kalanderwalze in einer Papierherstellungsanlage gelieferten Papierbahn ausgelegt.

Gemäß Fig. 8 umfaßt die Temperatur-Meßeinheit 43 ein Temperatur-Regelsystem aus einem Temperaturfühler 77, einer Regel- oder Steuerschaltung 78 und einem Heizelement 79, welches das Innere der Temperatur-Meßeinheit 43 auf einer konstanten Temperatur von z.B. 50⁰C hält. Die Temperatur-Meßeinheit 43 enthält auch eine Konstanttemperaturkammer 81, in welche über ein Fenster 80 Strahlung von einer auf eine Temperatur im Bereich von 40 - 130⁰C gehaltenen und in Richtung des Pfeils X laufenden Papierbahn eingeleitet wird, eine in der Konstanttemperaturkammer 81 angeordnete und durch einen Motor 82 mit konstanter Drehzahl angetriebene Umlaufblende 83, ein Temperaturmeßsystem 86 mit einem dem Fenster 80 über die Umlaufblende 83 gegenüberstehendem Infrarotsensor oder -fühler 84 zur Erfassung der durch das Fenster 80 oder von der Umlaufblende 83 einfallenden Strahlung und einen Wandler 85 zur Umwandlung eines Temperatursignals in ein elektrisches Signal und zur Lieferung des letzteren zum Verstärker 42.

Der Körper 75 mit konstantem Strahlungskoeffizienten ist dem Fenster 80 über die Papierbahn 23 gegenüberstehend angeordnet. Weiterhin ist ein Temperatur-Regelsystem 90 vorgesehen, das aus einem Temperatursensor oder -fühler 87, einer Regel- oder Steuerschaltung 88 und einem Heizelement 89, um den Körper 75 auf einer vorbestimmten Temperatur von z.B. 70⁰C zu halten, besteht.

Der Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler gemäß Fig. 7 arbeitet wie folgt: Wenn die AVR-Schaltung 74 in zeitlicher Beziehung zum Öffnen bzw. Durchschalten des

elements der Abtast-Halteschaltung 56 erregt bzw. an Spannung gelegt wird, wird ihr Ausgangssignal (Bezugssignal E_n) auf einem konstanten Pegel gehalten. Das Signal E_x. ist frei von Drift des Mikrowellen-Oszillators

3, des Detektors 8 und anderer Bauelemente, so daß die Meßgenauigkeit entsprechend erhöht ist. Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 benötigt daher keine Rechenoperationen zur Bestimmung des Signalverhältnisses zwecks Beseitigung oder Unterdrückung von Drift. Wenn das Bezugssignal der AVR-Schaltung 74 einer Drift eines nicht vernachlässigbaren Pegels bzw. Größe unterworfen ist, wird diese Verhaltnisberechnung bei der Signalverarbeitung wirksam, wodurch in noch zuverlässigerer Weise eine Verbesserung der Meßgenauigkeit erreicht wird.

Die Konstanttemperaturkammer 81 und damit auch die Umlaufblende 83 werden durch die Temperatur-Regelschaltung roit der Regel- oder Steuerschaltung 78 auf eine konstante Temperatur von 50⁰C eingestellt, während der Körper 75 durch die Temperatur-Regelschaltung (Schaltung 88) auf einer konstanten Temperatur von 70⁰C gehalten wird. Während eines Meßvorgangs wird die Strahlung vom Körper 75 durch die Papierbahn 23 abgeschirmt, so daß sie das Fenster 80 nicht erreicht. Der Infrarotfühler 84 erfaßt demzufolge abwechselnd die Strahlung von der Papierbahn 23 und die Strahlung von der Umlaufblende 83, und das Temperatur-Meßsystem 86 bestimmt oder liefert ein die Temperatur der Papierbahn 23 angebendes Signal E„, unter Heranziehung des Signals von der Umlaufblende 83 als Bezugssignal und liefert das Signal E_T zum Verstärker 42.

Der Signalprozessor 51 führt Rechenoperationen zur Durchführung der Temperaturkompensation und Bestimmung oder Erzeugung (determining) des Signals Et (als Differenz zwischen dem Signal Et bzw. E und einer vorbestimmten Temperatur) aus und liefert Signale Ep

44-

zur Anzeige (CTR bzw. Kathodenstrahlröhren-Bildschirm) 62.

Wenn beim beschriebenen Meßvorgang ein Eichbefehl abgegeben wird (das Eichen oder Abgleichen erfolgt in konstanten Zeitabständen oder bedarfsweise), wird der Meßkopf 30 aus der Pendel-Abtastzone herausbewegt, so daß die Papierbahn 23 aus dem Bereich zwischen dem Fenster 80 und dem Körper 75 entfernt werden kann.

In diesem Fall erfaßt sodann der Infrarotfühler 84 abwechselnd die Strahlung vom Körper 75 und die Strahlung von der Umlaufblende 83. Das Temperatur-Meßsystem 86 bestimmt bzw. liefert sodann ein die Temperatur des Körpers 75 angebendes Signal, d.h. ein Eichsignal, unter Heranziehung des Signals von der Umlaufblende 83 als Bezugssignal und überträgt das Eichsignal zum Verstärker 42. Durch dieses Eichen oder Abgleichen der Temperatur-Meßeinheit 43 zu zweckmäßigen Zeiten können die Zuverlässigkeit des Temperatursignals verbessert und die Temperaturkompensation mit hohem Genauigkeitsgrad durchgeführt werden. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messung des prozentualen Feuchtigkeitsgehalts verbessert.

Im Unterschied zur Anordnung nach Fig. 8 kann der Körper 7 5 zwischen der Papierbahn 23 und der Umlaufblende 83 vorgesehen und so angeordnet sein, daß er sich im Strahlengang der Meßstrahlung, z.B. in der Nähe des Fensters 80, befindet, und zwar in Abhängigkeit von einem externen Signal zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Eichen oder Abgleichen erfolgen soll.

Das vom Signalprozessor 51 gelieferte Signal Et entspricht aus den nachstehend angegebenen Gründen einer Änderung der Güte (Dicke) der Papierbahn 23 in deren Querrichtung. Die auf der Grundlage des Signals Et

wiedergegebene Wellenform (Fig. 10) dient daher als wirksame Information für die Gütekontrolle der Papierbahn 23.

Das von einer Trockenpartie zu einer Kalanderwalze in einer Papierherstellungsanlage gelieferte Papier besitzt im allgemeinen vergleichsweise hohe Temperatür und ist Temperaturschwankungen in Querrichtung der Papierbahn

2Q unterworfen. Die Kalanderwalze wird daher durch die Papierbahn erwärmt, wobei sie in ihrer Querrichtung dieselben Temperaturschwankungen aufweist wie die Papierbahn. Die wärmeren Bereiche der Kalanderwalze dehnen sich demzufolge aus, und die kühleren Bereiche ziehen

,,- sich zusammen, so daß die Umfangsflache der Kalanderwalze im Querprofil unregelmäßig wird. Das die Kalanderwalze durchlaufende Papier erhält somit in seiner Querrichtung unregelmäßige Dicke. Dabei besitzen die dünneren Bereiche der Papierbahn eine höhere Temperatur, weil

2Q sie den sich ausdehnenden Bereichen der Kalanderwalze oder -walzen entsprechen, während dickere Bereiche der Papierbahn eine niedrigere Temperatur besitzen, weil sie den sich zusammenziehenden Bereichen der Kalanderwalze oder -walzen entsprechen. Die Temperatur-

„c verteilung quer über die Papierbahn kann daher als eine unregelmäßige Dickenverteilung in Papierbahn-Querrichtung betrachtet werden.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden die vom _on Mikrowellen-Oszillator erzeugten Mikrowellen mittels eines Schalters zwischen dem Meßsystem und dem Bezugssystem umgeschaltet, die die betreffenden Systeme durchlaufenden Mikrowellen werden durch denselben Detektor erfaßt und über die Abtast-Halteschaltungen

__ zum Signalprozessor übertragen, und die prozentualen

Wassergehalte werden anhand eines Signals bestimmt, das durch Berechnung eines Verhältnisses zwischen Meß- und Bezugssignalen abgeleitet worden ist. Auf diese

4-6.

Weise können zur Gewährleistung erhöhter Meßgenauigkeit unerwünschte Einflüsse aufgrund von Drift des Mikrowellen-Oszillators, des Detektors und anderer Bauteile ausgeschaltet werden.

Die den Abtast-Halteschaltungen zum Halten des Bezugssignals auf einer vorbestimmten Größe vorgeschaltete AVR-Schaltung kann zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ,λ ebenfalls unerwünschte Drift-Einflüsse ausschalten oder unterdrücken.

Erfindungsgemäß werden das Grundgewicht und die Temperatur der zu messenden Papierbahn erfaßt und eine Grundge-

jc wicht- und Temperaturkompensation auf der Grundlage vorbestimmter Temperaturkompensations-Charakteristika der prozentualen Feuchtigkeitsgehaltparameter und der Meßgerätanzeige/Grundgewicht-Charakteristika dieser Feuchtigkeitsparameter durchgeführt, so daß unerwünschte

2Q Einflüsse aufgrund von Abweichungen oder Schwankungen des Grundgewichts und der Temperatur der Papierbahn zur Verbesserung der Meßgenauigkeit kompensiert werden können.

2g Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern verschiedenen weiteren Änderungen und Abwandlungen zugänglich.

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Claims

Patentansprüche

/ 1. 'Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler zum Messen eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts (moisture percentage) eines lagen- oder bahnförmigen Guts, gekennzeichnet durch

einen Mikrowellen-Oszillator (3), eine Mikrowellen-Sendehornan^enne (5) zur Ausstrahlung der durch den Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zum bahnförmigen Gut (23), eine Mikrowellen-Empfangshornantenne (11) zum Empfangen der durch das bahnförmige Gut (23) hindurch ausgesandten Mikrowellen, einen Detektor (8) zum Erfassen oder Abgreifen eines von der Empfangshornantenne empfangenen Mikrowellen entsprechenden Signals, einen Schalter (52) zum Umschalten der vom Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zwischen einem die Sendehornantenne enthaltenden Meßsystem (44) und einem aus einer Mikrowellen-Ausbreitungs- oder -Laufstrecke bestehenden, das Meßsystem ausschließenden Bezugssystem (45),

eine Einrichtung zum Zuführen der Mikrowellen vom Meßsystem und der Mikrowellen vom Bezugssystem zum Detektor (8) ohne Interferenz, Abtast-Halteeinheiten (56, 57) zum Abtasten eines vom Detektor erfaßten Meßsignals vom Meßsystem und eines vom Detektor erfaßten Bezugssignals vom Bezugssystem in Synchronismus mit der Umschaltbetätigung des Schalters (52) und zum Halten der abgetasteten Größen der betreffenden Signale sowie einen Signalprozessor (51) zur Bestimmung eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts anhand eines von

den Abtast-Halteeinheiten gelieferten Signals, das ein Verhältnis zwischen den Meß- und Bezugssignalen angibt, und einer vorbestimmten Eich- oder Abgleich- ° kurve.
2. Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler zum Messen eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts (moisture percentage) eines lagen- oder bahnförmigen Guts, gekennzeichnet durch

einen Mikrowellen-Oszillator (3), eine Mikrowellen-Sendehornantenne (5) zur Ausstrahlung der durch den Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zum bahnförmigen Gut (23), eine Mikrowellen-Empfangshornantenne (11) zum Empfangen der durch das bahnförmige Gut (23) hindurch ausgesandten Mikrowellen, einen Detektor (8) zum Erfassen oder Abgreifen eines von der Empfangshornantenne empfangenen Mikrowellen entsprechenden Signals,

einen Schalter (52) zum Umschalten der vom Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zwischen einem die Sendehornantenne enthaltenden Meßsystem (44) und einem aus einer Mikrowellen-Ausbreitungs- oder -Laufstrecke bestehenden, das Meßsystem ausschließenden Bezugssystem (45),

eine Einrichtung zum Zuführen der Mikrowellen vom Meßsystem und der Mikrowellen vom Bezugssystem zum Detektor (8) ohne Interferenz,

Abtast-Halteeinheiten (56, 57) zum Abtasten eines vom Detektor erfaßten Meßsignals vom Meßsystem und eines vom Detektor erfaßten Bezugssignals vom Bezugssystem in Synchronismus mit der Umschaltbetätigung des Schalters (52) und zum Halten der abgetasteten Größen der betreffenden Signale, eine den Abtast-Halteeinheiten vorgeschaltete automatische Verstärkungsregel- oder AVR-Schaltung (72),

um die Signale von den Abtast-Halteeinheiten auf einer vorgeschriebenen Größe zu halten, sowie einen Signalprozessor (51) zur Bestimmung eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts anhand eines von den Abtast-Halteeinheiten gelieferten Signals, das ein Verhältnis zwischen den Meß- und Bezugssignalen angibt, und einer vorbestimmten Eich- oder Abgleichkurve.
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3. Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler zum Messen eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts (moisture percentage) eines lagen- oder bahnförmigen Guts, gekennzeichnet durch

einen Mikrowellen-Oszillator (3), eine Mikrowellen-Sendehornantenne (5) zur Ausstrahlung der durch den Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zum bahnförmigen Gut (23), eine Mikrowellen-Empfangshornantenne (11) zum Empfangen der durch das bahnförmige Gut (23) hindurch ausgesandten Mikrowellen, einen Detektor (8) zum Erfassen oder Abgreifen eines von der Empfangshornantenne empfangenen Mikrowellen entsprechenden Signals, einen Schalter (52) zum Umschalten der vom Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zwischen einem die Sendehornantenne enthaltenden Meßsystem (44) und einem aus einer Mikrowellen-Ausbreitungs- oder -Laufstrecke bestehenden, das Meßsystem ausschließenden Bezugssystem (45),

eine Einrichtung zum Zuführen der Mikrowellen vom Meßsystem und der Mikrowellen vom Bezugssystem zum Detektor (8) ohne Interferenz, Abtast-Halteeinheiten (56, 57) zum Abtasten eines vom Detektor erfaßten Meßsignals vom Meßsystem und eines vom Detektor erfaßten Bezugssignals vom Bezugssystem in Synchronismus mit der Umschaltbe-

tätigung des Schalters (52) und zum Halten der abgestasteten Größen der betreffenden Signale, eine den Abtast-Halteeinheiten vorgeschaltete automatische ^ Verstärkungsregel- oder AVR-Schaltung (72), um die Signale von den Abtast-Halteeinheiten auf einer vorgeschriebenen Größe zu halten,

eine Einrichtung zur Messung eines Grundgewichts des bahnförmigen Guts,

¹^ eine Einrichtung zur Messung der Temperatur des bahnförmigen Guts sowie

einen Signalprozessor (51) zur Bestimmung eines prozentualen Feuchtigkeitssignals anhand eines das Verhältnis zwischen Meß- und Bezugssignalen an-

¹^ gebenden Signals von den Abtast-Halteeinheiten, eines das Grundgewicht angebenden Signals, eines die Temperatur angebenden Signals, vorbestimmter Temperaturkompensations-Charakteristika von (prozentualen) Feuchtigkeitsparametern sowie vorbestimmter Meßgeräteanzeige/Grundgewicht-Charakteristika der (prozentualen) Feuchtigkeitsparameter.
4. Feuchtigkeitsfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor programmiert ist, um eine erste Rechenoperation zur Bestimmung eines temperaturkompensierten Feuchtigkeitsgehalts anhand der Temperaturkompensations-Charakteristika, wobei ein vorgegebener Feuchtigkeitsprozentsatz oder ein diesem stark angenäherter Feuchtigkeits-Prozentsatz als Parameter herangezogen wird, eine zweite Rechenoperation zur Bestimmung eines Feuchtigkeitsprozentsatzes anhand des in der ersten Rechenoperation bestimmten Feuchtigkeitsgehalts, des das Grundgewicht angebenden Signals und der Feuchtigkeitsgehalt/Grundgewicht-Charakteristika durchzuführen und die erste Rechenoperation unter Benutzung des in der zweiten Rechenoperation be-

stimmten Feuchtigkeitsprozentsatzes als Parameter sowie die zweite Rechenoperation auf der Grundlage der ersten Rechenoperation mehrmals zu wiederholen und damit einen Feuchtigkeitsprozentsatz (prozentuale Feuchtigkeit) des bahnförmigen Guts zu bestimmen.