DE3413852C2

DE3413852C2 - Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler

Info

Publication number: DE3413852C2
Application number: DE3413852A
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: 1986-10-09
Also published as: CA1222397A; SE455024B; NL8403905A; DE3413852A1; US4674325A; SE8402289L; NL191620C; NL191620B; JPS60135752A; SE8402289D0

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler, der auf der Grundlage des Prinzips arbeitet, daß emittierte Mikrowellen in Rotationsresonanz mit Wassermolekülen gedämpft werden. Der Feuchtigkeitsfühler umfaßt Meß- und Bezugssignalsysteme (44, 45), die gemeinsam einen Mikrowellen-Oszillator (3) benutzen, einen Detektor (51) und dergl., eine Einrichtung zur Berechnung eines Verhältnisses der Signale von den betreffenden Systemen und eine AVR-Schaltung (72), welche das Bezugssignal vom Bezugssignalsystem (45) auf einer vorbestimmten Größe hält, so daß Drift des Oszillators (3), des Detektors (51) und anderer Bauelemente zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ausgeschaltet oder unterdrückt wird. Weiterhin mißt der Feuchtigkeitsfühler ein Grundgewicht und die Temperatur eines zu messenden Guts, und er verarbeitet die Meßwerte nach Maßgabe vorbestimmter Kompensations-Charakteristika zur Bestimmung eines Feuchtigkeitsprozentsatzes (prozentuale Feuchtigkeit) frei vom Einfluß des Grundgewichts und der Temperatur mit erhöhtem Genauigkeitsgrad.

Description

raturkompsnsations-Charakteristika von pro- menwirken mit der Antenne 5 ein Sende/Empfänger-

zentualen Feuchtigkeitsparametern sowie vor- paar bildet und eine Mikrowellen ausstrahlende Horn-

bestimmter Meßgeräteanzeige/Grundgewicht- antenne 12, die zusammen mit der Antenne 7 ein weite-

Charakteristika der prozentualen Feuchtig- res Sender/Empfängerpaar bildet und die über ein Ko-

keitsparameter. 20 axialkabel mit der Hornantenne 11 verbunden ist um

die von der Hornantenne 11 empfangenen Mikrowellen

zu übertragen. Die Gehäuse 1 und 2 sind mit Mikrowel-

lenübertragungs- und -empfangs-öffnungen versehen, die mittels dünner Folien 18—21 aus z. B. Polyethylen-

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Feuchtig- 25 terephthalat verschlossen sind.

keitsfühler nach dem Oberbegriff der Patentansprüche Zur Feuchtigkeitsmessung verschiebt der Mikrowel-

1 bis 3. Ein solcher Feuchtigkeitfühler arbeitet nach dem len-Feuchtigkeitsfühler den Meßkopf 30 für eine Abta-

Grundprinzip, daß eine ermittelte Mikrowelle in Rota- stung der Papierbahn 23 in Querrichtung über die Zone

tionsresonanz mit Wassermolekülen gedämpft wird. Ll- L 2. Dabei lauf en die vom Sender 6 in Richtung der

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Mikrowellen- 30 Papierbahn 23 ausgestrahlten Mikrowellen von der

Feuchtigkeitsfühler mit einem Mikrowellen-Sender und Hornantenne 5 über die Papierbahn 23 zur Hornanten-

einem diesem in einem Abstand gegenüberstehenden ne 11, über das Koaxialkabel 13 zur Hornantenne 12

Mikrowellen-Empfänger zur Erzeugung eines Signals, und durch die Papierbahn 23 zur Hornantenne 7, bevor

das den Wassergehalt in einem zu untersuchenden La- sie vom Detektor 8 erfaßt oder abgegriffen werden. Der

genmaterial angibt, welches zwischen Sender und Emp- 35 Signalprozessor spricht auf das durch den Verstärker 9

fänger hindurchläuft verstärkte Meßsignal und das das Grundgewicht der

Aus der EP-OS 00 91 87 ist ein Mikrowellen-Feuch- Papierbahn 23 angebende Vorgabesignal an, um diese

tigkeitsfühler zum Messen eines prozentualen Feuchtig- Signale auf der Grundlage der Kalibrierkurve zu verar-

keitsgehalts eines lagen- oder bahnförmigen Gutes be- beiten und ein den Wassergehalt bzw. die Feuchtigkeit

kannt; dieser Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler hat ei- 40 der Papierbahn 23 angebendes Signal zu liefern,

nen Mikrowellen-Oszillator, eine Mikrowellen-Sende- Nachteilig bei diesem bisherigen Mikrowellen-Feuch-

hornantenne zur Ausstrahlung der durch den Mikrowel- tigkeitsfühler ist daß seine Meßgenauigkeit gering ist,

len-Oszillator erzeugten Mikrowellen zum bahnförmi- weil das feuchtigkeitsabhängige Signal (Eingangssignal),

gen Gut, eine Mikrowellen-Empfangshornantenne zum das dem Signalprozessor zugeführt wird, die jeweilige

Empfangen der durch das bahnförmige Gut hindurch 45 Drift des Mikrowellen-Oszillators, des Detektors und

ausgesandten Mikrowellen und einen Detektor zum Er- anderer Einheiten enthält.

fassen eines der von der Mikrowellen-Empfangshornan- Ein anderes Problem beim bisherigen Mikrowellentenne empfangenen Mikrowelle entsprechenden Si- Feuchtigkeitsfühler besteht darin, daß aufgrund des vorgnals. Damit soll ein Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler gegebenen, dem Signalprozessor eingespeisten Grundgeschaffen werden, mit dem der Feuchtigkeitsgehalt des 50 gewichtssignals die Meßgenauigkeit weiter abnimmt, bahnförmigen Guts unabhängig von dessen elektrosta- wenn sich das Papier-Grundgewicht im Meßverlauf äntischen Eigenschaften berührungslos und kontinuierlich dert (das Grundgewicht von Papier einer Sorte kann in bestimmt werden kann. einer Papierherstellungsanlage in der Praxis variieren).

Ein in F i g. 1 dargestellter bestehender Mikrowellen- Weiterhin wird die Meßgenauigkeit dann beeinträch-Feuchtigkeitsfühler hat einen Detektor- oder Meßkopf 55 tigt wenn das Papier Temperaturschwankungen unter-30 mit Metallgehäusen 1,2, die einen Mikrowellen-Sen- liegt weil das Ausmaß, in welchem das Papier Mikroder und einen -Empfänger aufnehmen. Der Meßkopf 30 wellen absorbiert temperaturabhängig ist. ist gemäß F i g. 2 an einem im Mittelbereich offenen Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Gege-Rahmen 31 montiert, um hin- und hergehend eine Pa- benheiten liegt der Erfindung damit die Aufgabe zupierbahn 23 in Querrichtung derselben über eine zwi- 60 gründe, einen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler zu sehen Endpunkten L1 und L 2 liegende Zone abzuta- schaffen, der die Einflüsse von Drift in einem Mikrowellen und dabei den WäSScfgchäu der den Rahmen 31 in icn-Gszmaiur, einem Deickior und anderen Einheiten Richtung des Pfeils A durchlaufenden Papierbahn 23 zu auszuschalten und damit eine verbesserte Meßgenauigmessen. Das Gehäuse 1 enthält den Mikrowellen-Sen- keit zu gewährleisten vermag, dieser Mikrowellender 6 und den -Empfänger 10. Der Sender 6 umfaßt 65 Feuciitigkeitsfühler soll dabei auch in der Lage sein, einen Mikrowellen-Oszillator (OSC) 3, einen Isolator Änderungen des Grundgewichts und der Temperatur oder Richtungsleiter 4 und eine Mikrowellen übertra- eines Meßobjekts zu kompensieren und damit eine ergende Horn 5, während der Empfänger 10 eine Mikro- höhte Meßgenauigkeit zu liefern.

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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den Signals und zum Ausgeben eines Signals Er, einen

beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Feuchtigkeitsdetektor 46 zur selektiven Lieferung eines

Merkmalen. Meßsignals Eu und eines Bezugssignals Er über einen

Die Lösung der angegebenen Aufgabe wird also ins- durch Steuereinheit 53 angesteuerten Schalter 52 zum

besondere dadurch erreicht, daß von einem Mikrowel- 5 Umschalten von durch einen Mikrowellenoszillator 3

len-Oszillator erzeugte Mikrowellen mittels eines gelieferten Mikrowellen zwischen einem im folgenden

Schalters zwischen Meß- und Bezugssystemen umge- als »Meßsystem« bezeichneten System 44 mit Mikro-

schaltet werden, die sich durch die betreffenden Syste- wellen-Übertragungs- oder -Sendeantenne 5 und einem

me hindurch ausbreitenden Mikrowellen mittels ein und im folgenden als »Bezugssystem« bezeichneten System

desselben Detektors erfaßt oder abgegriffen werden, 10 45 unter Ausschluß des Meßsystems 44, sowie einen

die Meßsignale über Abtast-Halteschaltungen zu einem Grundgewicht-Detektor 50 mit einer Wärmequelle 47

Signalprozessor geliefert werden und ein prozentualer und einer Ionisierungskammer 48, die einander gegen-

Feuchtigkeitsgehalt unter Heranziehung eines Signals überstehend auf gegenüberliegenden Seiten einer Pa-

bestimmt wird, das ein Verhältnis zwischen Meß- und pierbahn 23 angeordnet sind, sowie mit einem Verstär-

Bezugssignalen von Meß- und Bezugssystem angibt 15 ker 49 zum Verstärken eines Signals, das eine durch die

Den Abtast-Halteschaltungen kann eine automati- Papierbahn 23 hindurch übertragene Beta-Strahlung

sehe Verstärkungsregel- bzw. AVR-Schaltung vorgc- angibt und mittels der !onisierungskammer 48 erfaßt

schaltet sein, um das Bezugssignal auf einer vorge- worden ist, und zur Lieferung eines Signals Eb. Die Tem-

schriebenen Größe zu halten. peratur-Meßeinheit 43, der Feuchtigkeit-Detektor 46

In anderer Ausgestaltung werden ein Grundgewicht 20 und der Grundgewicht-Detektor 50 sind in Gehäusen

und die Temperatur eines Meßguts gemessen, und es untergebracht, die ihrerseits an einem mittig offenen

wird eine Grundgewichts- und Temperaturkompensa- Rahmen montiert sind, um die Papierbahn 23 zwecks

tion auf der Grundlage vorbestimmter !Compensations- Lieferung von Signalen zu einem Signalprozessor 51 in

charakteristika oder -kennlinien für prozentuale Feuch- Querrichtung über eine vorgegebene Zone abzutasten,

tigkeitsparameter durchgeführt und eine vorbestimmte 25 Das Meßsystem 44 ist so ausgelegt, daß Mikrowellen

Meßgeräteanzeige-Grundgewichts-Charakteristikaund von der Mikrowellen-Sendeantenne 5 zur -Empfangs-

der prozentualen Feuchtigkeitsparameter geliefert antenne 11, über ein Koaxialkabel 13 zu einer Mikro-

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen wellen-Sendeantenne 12 und von dieser zu einer -Empder Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik an- fangsantenne 7, zu einer angepaßten Differentialverhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt 30 zweigung (»magisches T«, d. h. Einrichtung zur Führung

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines bis- der an zwei Mikrowellen-Eingänge eingeführten Mikro-

herigen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers, wellen zu einem einzigen Mikrowellen-Ausgang ohne

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines mittig Interferenz) und zu einem Detektor 8 übertragen. Das

offenen Rahmens, an dem ein Detektor- oder Meßkopf Bezugssystem 45 ist so ausgelegt, daß die Mikrowellen

eines Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers montiert ist, 35 unmittelbar (tatsächlich über ein Dämpfungsglied) über

F i g. 3 eine teilweise in Blockschaltbildform gehalte- die angepaßte Differentialverzweigung 54 zum Detek-

ne schematische Darstellung eines Mikrowellen-Feuch- tor 8 übertragen werden. Das vom Detektor 8 abge-

tigkeitsfühlers gemäß einer Ausführungsform der Erfin- nommene Signal wird durch einen Verstärker 55 ver-

dung, stärkt, worauf das Bezugssignal Er vom Bezugssystem

F i g. 4 eine graphische Darstellung von Temperatur- 40 zu einer Abtast-Halteschaltung 56 geleitet wird, wäh-

kompensations- und Feuchtigkeitsprozent-Parametern, rend das Meßsignal Em des Meßsystems 44 einer Ab-

Fig.5 eine graphische Darstellung von Kennlinien tast-Halteschaltung 57 zugeführt wird. Der Takt, mit

von Feuchtigkeitsprozent-Parametern für Feuchtig- dem die Abtast-Halteschaltungen 56,57 durchschalten,

keitsgehalt in Beziehung zum Grundgewicht, wird durch die Steuereinheit 53 in Synchronismus mit

F i g. 6 eine graphische Darstellung von Signalwellen- 45 der Schaltbetätigung des Schalters 52 gesteuert

formen zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des erfin- Der Signalprozessor 51 umfaßt einen Rechner mit

dungsgemäßen Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers, einer Zentraleinheit (CPU) 58, einen Festwertspeicher

F i g. 7 eine F i g. 3 ähnliche Darstellung einer anderen (ROM) 59, einen Randomspeicher (RAM) 60 sowie Ein-

Ausführungsform der Erfindung, gangs- und Ausgangsschnittstellen zur Verarbeitung

F i g. 8 eine schematische Schnittdarstellung einer 50 von Signalen vom Meßkopf 30, eines Signals von einer

Temperatur-Meßeinheit beim Mikrowellen-Feuchtig- Steuer- oder Bedientafel 61 und anderer Signale zur

keitsfühler gemäß F i g. 7, Ausgabe eines Feuchtigkeitsgehalts-Signals Ep als Ordi-

F i g. 9 eine Aufsicht auf eine Umlaufblende bei der naten-Signal an eine Anzeigeeinheit 62, z. B. eine Ka-

Temperatur-Meßeinheit nach F i g. 8 und thodenstrahlröhre (wobei ein die Meßpunkte quer über

F i g. 10 eine graphische Darstellung einer Wellen- 55 die Papierbahn 23 angebendes Signal En als Abszissenform, wie sie auf einer Anzeige (Bildschirm) des Mikro- Signal geliefert wird.). wellen-Feuchtigkeitsfühlers gemäß F i g. 7 erscheint Der Festwertspeicher 59 speichert Daten bezüglich

Die F i g. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert wor- der Temperaturkompensations-Charakteristika der

den. (prozentualen) Wassergehaltparameter, die für eine auf

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Mikrowellen-Feuch- 60 vorbestimmte Maße geschnittene Papierbahn einer be-

tigkeitsfühler oder -sensor sind den Teilen von F i g. 1 stimmten Sorte vorherbestimmt sind (vgL F i g. 4, in wel-

entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie eher auf der Ordinate ein Temperaturkompensations-

vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen Koeffizient und auf der Abszisse die Temperatur aufge-

beschrieben. tragen sind). Daten für Feuchtigkeitsgehalt/Grundge-

Ein Detektor- oder Meßkopf 30 des Mikrowellen- 65 wichtscharakteristika der Wassergehalt-Parameter (vgl.

Feuchtigkeitsfühlers umfaßt eine Temperatur-Meßein- F i g. 5, in welcher auf der Ordinate der Wassergehalt

heit 43 zum Verstärken eines durch einen Strahlungs- und auf der Abszisse das Grundgewicht aufgetragen

temperaturdetektor 41 mit Verstärker 42 abgegriffenen sind) sowie ein Programm für Abtastsignale, die von den

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betreffenden Detektoren zu vorbestimmten Abtastzei- nutzt (vgl. F i g. 5).

ten geliefert oder angelegt werden, um einen prozentua- (5) Der prozentuale Feuchtigkeitsgehalt MP_xu wird im

len Wassergehalt auf der Grundlage der Temperatur- Randonispeicher 60 abgespeichert und zur Katho-

kompensations-Charakteristika und der Feuchtigkeits- denstrahlröhre (Bildschirm) 62 geliefert.

gehalt-Grundgewicht-Charakteristika zu bestimmen 5

und ein Signal E_P für prozentualen Feuchtigkeitsgehalt Durch N-malige Durchführung der genannten Rechen-

zu erzeugen. operationen (1) bis (5) können prozentuale Feuchtig-

Im Betrieb wird der Schalter 52 im Feuchtigkeits-De- keitsgehalte oder Feuchtigkeits-Prozentwerte MfW, tektor 46 mittels eines Steuersignals (a in F i g. 6) von MPm,... ΜΡψ-iy, MP_x„r für die (verschiedenen) Meßder Steuereinheit 53 gesteuert, um den Mikrowellenaus- io punkte Ni, N2,...N„-\ N_n beim ersten Vorwärts-Abgang vom Oszillator 3 abwechselnd zu Antenne 5 und wärtshub bestimmt werden. Sodann geht der Meßkopf zur angepaßten Differentialverzweigung 54 zu liefern. 30 auf einen ersten Rücklauf- oder Rückwärts-Abtast-Das vom Detektor 6 erfaßte oder abgegriffene Signal hub von L 2 zu L 1 über. Bei diesem Rückwärts-Abtastwird daher zu einem Zeitreihensignal, das gemäß hub führt der Signalprozessor 51 die Rechenoperatio-F i g. 6b aus dem Signal E_R vom Bezugssystem 45 und 15 nen (1) bis (5) aus. Beim ersten Rücklauf-Abtasthub und dem Signal Em vom Meßsystem 44 zusammengesetzt ist den folgenden Abtasthüben (z. B. zweiter Vorwärts- und Die Torschaltungselemente der Abtast-Halteschaltun- Rücklauf-Abtasthub) wird mit der Rechenoperation (3) gen56 und57 werden durch Signale S*bzw.Am(Fig. 6c die Temperaturkompensation durchgeführt, und zwar und 6d) synchron mit der Schaltbetätigung des Schalters durch Bestimmung eines Kompensationskoeffizienten 52 gesteuert, derart, daß das Torelement der Abtast- 20 mit einer Temperaturkompensations-Kennlinie, in wel-Halteschaltung 56 öffnet, wenn die Mikrowellen das Be- eher der vorhergehende prozentuale Feuchtigkeitsgezugssystem 45 durchlaufen, und das Torelement der Ab- halt als Parameter herangezogen wird. Da, genauer getast-Halteschaltung 57 öffnet, wenn die Mikrowellen sagt, beim ersten Rücklauf-Abtasthub Eingangssignale das Meßsystem 44 durchlaufen. Die Ausgangssignale von den Meßpunkten N_n, N„-\,.., JVi, TV₂ in der ange- Er, Em der Abtast-Halteschaltungen 56 bzw. 57 besitzen 25 gebenen Reihenfolge dem Signalprozessor 51 eingegedie Form gemäß F i g. 6e bzw. 6f. Die Temperatur-Meß- ben werden, wird mit der Rechenoperation (3) eine einheit 43 liefert ein Signal E_T für die Oberflächentem- Temperaturkompensation durchgeführt, wobei Tempeperatur der Papierbahn 23, während der Grundgewicht- raturkompensations-Koeffizienten bestimmt werden, in Detektor 50 ein das Grundgewicht BW der Papierbahn dem aufeinanderfolgend Kennlinien benutzt werden, in 23 angebendes Signal Eb liefert 30 denen die prozentualen Feuchtigkeitsgehalte MP_x„r,

Während eines ersten Vorwärts-Abtasthubs (von ΜΡφ-iy... MP_xTt, MPm, oder die diesen am nächsten Li—L 2) des Meßkopfes 30 tastet der Signalprozessor entsprechenden prozentualen Feuchtigkeitsgehalte als 51 das Eingangssignal von den Detektoren N—x Parameter herangezogen werden. Die im ersten Rück- (N = eine natürliche bzw. ganze Zahl) mit N Abtastsi- lauf-Abtasthub bestimmten prozentualen Feuchtiggnalen ab, welche eine Abtastzeit in gleiche Teile unter- 35 keitsgehalte werden daher als ΜΡφ-iy*.., MP_xIb, teilen, und er führt dann die folgenden Rechenoperatio- MP_x\b, jeweils den betreffenden Meßpunkten entsprenen (1) bis (5) aus: Da der Meßkopf 30 die Papierbahn 23 chend, definiert Der Signalprozessor 51 führt dann weimit einer konstanten Geschwindigkeit abtastet, können terhin die genannten Rechenoperationen für die folgendie in der beschriebenen Abtastoperation erhaltenen den Abtasthübe des Meßkopfes 30 aus und liefert aufSignale als Meßwerte an A/-Meßpunkten (im folgenden 40 einanderfolgend zur Kathodenstrahlröhre 62 Signale £> als Meßpunkte Ni, N2,...Nn bezeichnet) angesehen für die prozentualen Feuchtigkeitsgehalte, die an den werden, die quer über die Papierbahn 23 festgelegt sind. Meßpunkten über die Breite der Papierbahn Tempera-

tur-kompensiert und grundgewicht-kompensiert sind.

(1) Das Verhältnis zwischen den Signalen Em, Er wird Die Bedienungsperson wird mithin eine Anzeige einer berechnet (hierdurch wird Drift des Oszillators 3, 45 genauen Verteilung oder eines genauen Profils der prodes Detektors 9 usw. ausgeschaltet Das Verhältnis zentualen Feuchtigkeitsgehalte quer über die Papierentspricht einem gemessenen Wassergehalt gi bahn geboten.

(MW). F i g. 7 veranschaulicht den Aufbau eines Mikrowel-

(2) Das Temperatursignal E_T wird initialisiert, und es len-Feuchtigkeitsfühlers gemäß einer anderen Ausfühwerden ein Strahlungskoeffizient korrigiert und die 50 rungsform der Erfindung, wobei den Teilen von F i g. 1 Oberflächentemperatur Ti der Papierbahn 23 be- und 3 entsprechende Teile wiederum mit denselben Bestimmt zugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr

(3) Es wird ein Kompensationskoeffizient ki be- im einzelnen erläutert sind. Als besonderes Merkmal stimmt (vgL F i g. 4), und zwar unter Heranziehung des Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühlers gemäß F i g. 7 beeiner Kennlinie, in welcher ein vorgegebener pro- 55 steht eine automatische Verstärkungsregel- bzw. AVR-zentualer Wassergehalt MPs in den Temperatur- Schaltung 74 aus einem AVR-Verstärker 7 zum Addie-Kompensationscharakteristika als Parameter her- ren und integrieren eines Signals Er und eines Ausangezogen wird, oder einer am nächsten an der gangssignals Es von einer Konstantspannungsquelle 71 genannten Kennlinie liegenden Kennlinie, und es sowie einem Feldeffekttransistor 73, der zwischen eine werden die Oberflächentemperatur Π und sodann 60 Ausgangsklemme des Verstärkers 55 und einem Bedie Temperaturkompensation von ki χ gi (MW) zugspotentialpunkt geschaltet ist und durch ein Ausberechnet gangssignal des AVR-Verstärkers 72 angesteuert wird.

(4) Der temperaturkompensierte Feuchtigkeitsgehalt Zum Kalibrieren bzw. Eichen einer Temperatur-Meß- ki χ gi (MW), das Grundgewicht BW(das an- einheit 43 dient ein Körper 75 eines konstanten Strahhand des Grundgewichtssignals Eb ermittelt wer- 65 lungskoeffizienten. Ein Festwertspeicher (ROM) 59 den kann) und die Meßgerätanzeige/Grundge- speichert ein Programm zur Lieferung eines Signals Et, wicht-Charakteristika werden zur Bestimmung ei- das die Differenz zwischen einem Signal E_T und einer nes prozentualen Feuchtigkeitsgehalts MfW be- vorbestimmten Temperatur angibt, als Ordinatensignal

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zu einer Anzeige (Bildschirm) 62. Der in F i g. 7 darge- Stimmung oder Erzeugung des Signals Et (als Differenz stellte Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler ist speziell zur zwischen dem Signal Et bzw. £Vund einer vorbestimm-Messung des Feuchtigkeitsgehalts einer von einer Ka- ten Temperatur) aus und liefert Signale Ep zur Anzeige landerwalze in einer Papierherstellungsanlage geliefer- (CTR bzw. Kathodenstrahlröhren-Bildschirm) 62.
ten Papierbahn ausgelegt. 5 Wenn beim beschriebenen Meßvorgang ein Kali-Gemäß F i g. 8 umfaßt die Temperatur-Meßeinheit 43 brier- oder Eichbefehl abgegeben wird (das Kalibrieren ein Temperatur-Regelsystem aus einem Temperatur- bzw. Eichen oder Abgleichen erfolgt in konstanten Zeitfühler 77, einer Regel- oder Steuerschaltung 78 und ei- abständen oder bedarfsweise), wird der Meßkopf 30 aus nem Heizelement 79, welches das Innere der Tempera- der Pendel-Abtastzone herausbewegt, so daß die Patur-Meßeinheit 43 auf einer konstanten Temperatur von io pierbahn 23 aus dem Bereich zwischen dem Fenster 80 z. B. 50⁰C hält Die Temperatur-Meßeinheit 43 enthält und dem Körper 75 entfernt werden kann. In diesem auch eine Konstanttemperaturkammer 81, in welche Fall erfaßt sodann der Infrarotfühler 84 abwechselnd über ein Fenster 80 Strahlung von einer auf eine Tempe- die Strahlung vom Körper 75 und die Strahlung von der ratur im Bereich von 40—130⁰C gehaltenen und in Rieh- Umlaufblende 83. Das Temperatur-Meßsystem 86 betung des Pfeils ^laufenden Papierbahn eingeleitet wird, 15 stimmt bzw. liefert sodann ein die Temperatur des Köreine in der Konstanttemperaturkammer 81 angeordnete pers 75 angebendes Signal, d. h. ein Eichsignal, unter und durch einen Motor 82 mit konstanter Drehzahl an- Heranziehung des Signals von der Uniiaufblende 83 als getriebene Umlaufblende 83, ein Temperaturmeßsy- Bezugssignal und überträgt das Eichsignal zum Verstärstem 86 mit einem dem Fenster 80 über die Umlaufblen- ker 42. Durch dieses Eichen oder Abgleichen der Temde 83 gegenüberstehendem Infrarotsensor oder -fühler 20 peratur-Meßeinheit 43 zu zweckmäßigen Zeiten kön-84 zur Erfassung der durch das Fenster 80 oder von der nen die Zuverlässigkeit des Temperatursignals verbes-Umlaufblende 83 einfallenden Strahlung und einen sert und die Temperaturkompensation mit hohem GeWandler 85 zur Umwandlung eines Temperatursignals nauigkeitsgrad durchgeführt werden. Hierdurch wird in ein elektrisches Signal und zur Lieferung des letzte- die Genauigkeit der Messung des prozentualen Feuchren zum Verstärker 42. Der Körper 75 mit konstantem 25 tigkeitsgehalts verbessert.

Strahlungskoeffizienten ist dem Fenster 80 über die Pa- Im Unterschied zur Anordnung nach F i g. 8 kann der pierbahn 23 gegenüberstehend angeordnet Weiterhin Körper 75 zwischen der Papierbahn 23 und der Umlaufist ein Temperatur-Regelsystem 90 vorgesehen, das aus blende 83 vorgesehen und so angeordnet sein, daß er einem Temperatursensor oder -fühler 87, einer Regel- sich im Strahlengang der Meßstrahlung, z. B. in der Nä- oder Steuerschaltung 88 und einem Heizelement 89, um 30 he des Fensters 80, befindet, und zwar in Abhängigkeit den Körper 75 auf einer vorbestimmten Temperatur von einem externen Signal zu dem Zeitpunkt, zu dem von z. B. 70° C zu halten, besteht ein Eichen oder Abgleichen erfolgen soll.

Der Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler gemäß F i g. 7 Das vom Signalprozessor 51 gelieferte Signal Et entarbeitet wie folgt: Wenn die AVR-Schaltung 74 in zeitli- spricht aus den nachstehend angegebenen Gründen eicher Beziehung zum öffnen bzw. Durchschalten des 35 ner Änderung der Güte (Dicke) der Papierbahn 23 in Elements der Abtast-Halteschaltung 56 erregt bzw. an deren Querrichtung. Die auf der Grundlage des Signals Spannung gelegt wird, wird ihr Ausgangssignal (Bezugs- Et wiedergegebene Wellenform (Fig. 10) dient daher signal Er) auf einem konstanten Pegel gehalten. Das als wirksame Information für die Gütekontrolle der Pa-Signal E_M ist frei von Drift des Mikrowellen-Oszillators pierbahn 23.

3, des Detektors 8 und anderer Bauelemente, so daß die 40 Das von einer Trockenpartie zu einer Kalanderwalze Meßgenauigkeit entsprechend erhöht ist Die Ausfüh- in einer Papierherstellungsanlage gelieferte Papier berungsform gemäß F i g. 7 benötigt daher keine Rechen- sitzt im allgemeinen vergleichsweise hohe Temperatur operationen zur Bestimmung des Signalverhältnisses und ist Temperaturschwankungen in Querrichtung der zwecks Beseitigung oder Unterdrückung von Drift Papierbahn unterworfen. Die Kalanderwalze wird da-Wenn das Bezugssignal der AVR-Schaltung 74 einer 45 her durch die Papierbahn erwärmt, wobei sie in ihrer Drift eines nicht vernachlässigbaren Pegeis bzw. Größe Querrichtung dieselben Temperaturschwankungen aufunterworfen ist, wird diese Verhältnisberechnung bei weist wie die Papierbahn. Die wärmeren Bereiche der der Signalverarbeitung wirksam, wodurch in noch zu- Kalanderwalze dehnen sich demzufolge aus, und die verlässigerer Weise eine Verbesserung der Meßgenau- kühleren Bereiche ziehen sich zusammen, so daß die igkeit erreicht wird. 50 Umfangsfläche der Kalanderwalze im Querprofil unre-Die Konstanttemperaturkammer 81 und damit auch gelmäßig wird. Das die Kalanderwalze durchlaufende die Umlaufblende 83 werden durch die Temperatur-Re- Papier erhält somit in seiner Querrichtung unregelmäßigelschaltung mit der Regel-oder Steuerschaltung 78 auf ge Dicke. Dabei besitzen die dünneren Bereiche der eine konstante Temperatur von 50⁰C eingestellt, wäh- Papierbahn eine höhere Temperatur, weil sie den sich rend der Körper 75 durch die Temperatur-Regelschal- 55 ausdehnenden Bereichen der Kalanderwalze oder -waltung (Schaltung 88) auf einer konstanten Temperatur zen entsprechen, während dickere Bereiche der Papiervon 70⁰C gehalten wird. Während eines Meßvorgangs bahn eine niedrigere Temperatur besitzen, weil sie den wird die Strahlung vom Körper 75 durch die Papierbahn sich zusammenziehenden Bereichen der Kalanderwalze 23 abgeschirmt, so daß sie das Fenster 80 nicht erreicht oder -walzen entsprechen. Die Temperarurverteilung Der Infrarotfühler 84 erfaßt demzufolge abwechselnd 60 quer über die Papierbahn kann daher als eine unregeldie Strahlung von der Papierbahn 23 und die Strahlung mäßige Dickenverteilung in Papierbahn-Querrichtung von der Umlaufblende 83, und das Temperatur-Meßsy- betrachtet werden.

stern 86 bestimmt oder liefert ein die Temperatur der Bei der vorliegenden Anordnung werden die vom Mi-Papierbahn 23 angebendes Signal E_T unter Heranzie- krowellen-Oszillator erzeugten Mikrowellen mittels eihung des Signals von der Umlaufblende 83 als Bezugssi- 65 nes Schalters zwischen dem Meßsystem und dem Begnal und liefert das Signal frzum Verstärker 42. zugssystem umgeschaltet die die beireffenden Systeme Der Signalprozessor 51 führt Rechenoperationen zur durchlaufenden Mikrowellen werden durch denselben Durchführung der Temperaturkompensation und Be- Detektor erfaßt und über die Abtast-Halteschaltungen

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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 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 ebenfalls unerwünschte Drift-Einflüsse ausschalten oder unterdrücken.

Das Grundgewicht und die Temperatur der zu messenden Papierbahn werden erfaßt, und es wird eine Grundgewicht- und Temperaturkompensation auf der Grundlage vorbestimmter Temperaturkompensations-Charakteristika der prozentualen Feuchtigkeitsgehaltparameter und der Meßgerätanzeige/Grundgewicht-Charakteristika dieser Feuchtigkeitsparameter durchgeführt, so daß unerwünschte Einflüsse aufgrund von Abweichungen oder Schwankungen des Grundgewichts und der Temperatur der Papierbahn zur Verbesserung der Meßgenauigkeit kompensiert werden können. 25 Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler zum Messen eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts eines Iagen- oder bahnförmigen Guts, mit

(a) einem Mikrowellen-Oszillator (3),

(b) einer Mikrowellen-Sendehornantenne (5) zur Ausstrahlung der durch den Mikrowellen-Oszil-Iator (3) erzeugten Mikrowellen zum bahnförmigen Gut (23),

(c) einer Mikrowellen-Empfangshornantenne (11) zum Empfangen der durch das bahnförmige Gut (23) hindurch ausgesandten Mikrowellen und

(d) einem Detektor (8) zum Erfassen eines den von der Mikrowellen-Empfangshornautenni (11) empfangenen Mikrowellen entsprechenden Signals,

gekennzeichnet durch

(e) einen Schalter (52) zum Umschalten der vom Mikrowellen-Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zwischen einem die Mikrowellen-Sendehornantenne (5) enthaltenen Meßsysteme (44) und einem aus einer Mikrowellen-Ausbreitungsstrecke bestehenden, das Meßsystem ausschließenden Bezugssystem (45),

(f) eine Einrichtung zum Zuführen der Mikrowellen vom Meßsystem (44) und der Mikrowellen vom Bezugssystem (45) zum Detektor (8) ohne Interferenz,

(g) Abtast-Halteeinheiten (56,57) zum Abtasten eines vom Detektor (8) erfaßten Meßsignals vom Meßsystem (44) und eines vom Detektor (8) erfaßten Bezugssignals vom Bezugssystem (45) in Synchronismus mit der Umschaltbetätigung des Schalters (52) und zum Halten der abgetasteten Größen der betreffenden Signale mid

(h) einen Signalprozessor (51) zur Bestimmung eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts anhand eines von den Abtast-Halteeinheiten (56,57) gelieferten Signals, das ein Verhältnis zwischen den Meß- und Bezugssignalen angibt, und einer vorbestimmten Kalibrierkurve.

2. Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler zum Messen eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts eines lagen- oder bahnförmigen Guts, mit

(a) einem Mikrowellen-Oszillator (3),

(c) einer Mikrowellen-Empfangshornantenne (11) zum Empfangen der durch das bahnförmige Gut (23)hindurch ausgesandten Mikrowellen und

(d) einem Detektor (8) zum Erfassen oder Abgrei-

hornantenne empfangenen Mikrowellen entsprechenden Signals,

Mikrowellen-Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zwischen einem die Mikrowellen-Sendehornantenne enthaltenden Meßsystem (44) und einem aus einer Mikrowellen-Ausbreitungsstrecke bestehenden, das Meßsystem ausschließenden Bezugssystem (45),

(f) eine Einrichtung zum Zuführen der Mikrowellen vom Meßsystem und der Mikrowellen vom Bezugssystem (45) zum Detektor (8) ohne Interferenz,

(g) Abtast-Halteeinheiten (56,57) zum Abtasten eines vom Detektor (8) erfaßten Meßsignals vom Meßsystem (44) und eines vom Detektor (8) erfaßten Bezugssignals vom Bezugssystem (45) in Synchronismus mit der Umschaltbetätigung des Schalters (52) und zum Halten der abgetasteten Größen der betreffenden Signale,

(h) eine den Abtast Halteeinheiten (56, 57) vorgeschaltete automatische Verstärkungsregeloder AVR-Schaltung (72), um das Bezugssignal von den Abtast-Halteeinheiten (56,57) auf einer vorgeschriebenen Größe zu halten, und

(i) einen Signalprozessor (51) zur Bestimmung eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts anhand eines von den Abtast-Halteeinheiten (56,57) gelieferten Signals, das ein Verhältnis zwischen den Meß- und Bezugssignalen angibt, und einer vorbestimmten Kalibrierkurve.

3. Mikrowellen-Feuchtigkeitsfühler zum Messen eines prozentualen Feuchtigkeitsgehalts eines lagen- oder bahnförmigen Guts, mit

(a) einem Mikrowellen-Oszillator (3),

(b) einer Mikrowellen-Sendehornantenne (5) zur Ausstrahlung der durch den Mikrowellen-Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zum bahnförmigen Gut (23),

(d) einem Detektor (8) zum Erfassen oder Abgreifen eines den von der Mikrowellen- Empfangshornantenne empfangenen Mikrowellen entsprechenden Signals,

gekennzeichnet durch

(e) einen Schalter (52) zum Umschalten der vom Mikrowellen-Oszillator (3) erzeugten Mikrowellen zwischen einem die Mikrowellen-Sendehornantenne (5) enthaltenden Meßsystem (44) und einem aus einer Mikrowellen-Ausbreitungsstrecke bestehenden, das Meßsystem (44) ausschließenden Bezugssystem (45),

(g) Abtast-Halteeinheiten (56,57) zum Abtasten ei-

gekennzeichnet durch

(e) einen Schalter (52) zum Umschalten der vom

65 Meßsystem (44) und eines vom Detektor (8) erfaßten Bezugssignals vom Bezugssystem (45) in Synchronismus mit der Umschaltbetätigung des Schalters (52) und zum Halten der abgetasteten Größen der betreffenden Signale,
(h) eine den Abtast-Halteeinheiten (56, 57) vorge-

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schaltete automatische Verstärkungsregel- wellen empfangene Hornantenne 7, einen Detektor

oder AVR-Schaltung (72), um die Signale von (Schottky-Diode) 8 und einen Signalverstärker 9 um-

den Abtast-Halteeinheiten (56, 57) auf einer faßt, wobei letzterer das abgegriffene Signal verstärkt

vorgeschriebenen Größe zu halten, und ein verstärktes Signal zu einem nicht dargestellten

(i) eine Einrichtung zur Messung einss Grundge- 5 Signalprozessor liefert Letzterem wird das Signal vom

wichts des bahnförmigen Guts (23), Meßkopf und für ein das Grundgewicht der Papierbahn

(j) eine Einrichtung zur Messung der Temperatur 23 repräsentatives Vorgabe- oder Bezugssignal einge-

des bahnförmigen Guts (23) und speist, und er verarbeitet die eingespeisten Signale auf

(h) einen Signalprozessor (51) zur Bestimmung ei- der Grundlage einer vorbestimmten Kalibrierkurve,

nes prozentualen Feuchtigkeitssignals anhand io Der Detektor 8 umfaßt einen durch einen nicht darge-

eines das Verhältnis zwischen Meß- und Be- stellten Überlagerungsoszillator erregten Heterodyn-

zugssignalen angebenden Signals von den Ab- detektor zur Lieferung eines Signals mit einer Frequenz,

tast-Halteeinheiten (56,57), eines das Grundge- die von derjenigen des Signals vom Mikrowellen-Oszil-

wicht angebenden Signals, eines die Tempera- lator 3 verschieden ist Das Gehäuse 2 enthält eine Mi-

tur angebenden Signals, vorbestimmter Tempe- 15 krowellen empfangende Hornantenne 11, die im Zusam-