DE3743216C2 - Hochfrequenzschwingkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzschwing­ kreis, bestehend aus einer Kapazität und aus einer In­ duktivität, zum Erfassen der Masse oder Konzentration eines ersten Stoffes, der zusammen mit einem zweiten Stoff, mit dem er in Verbindung steht oder als Mischung vorliegt, das Dielektrikum der Kapazität bildet, insbe­ sondere zum Erfassen der Feuchte (erster Stoff) in dem zweiten Stoff oder zum Erfassen des zweiten Stoffes.

Zum Erfassen der Masse oder Konzentration eines ersten Stoffes, z. B. einer Feuchte wie Wasser, der sich in einem zweiten Stoff befindet, oder der von dem ersten Stoff unbeeinflußten Messe oder Konzentration des zweiten Stoffes sind Hochfrequenzschwingkreise der geschilderten Art bekannt. Es ist dabei, z. B. durch die US-PS 39 79 581, grundsätzlich bekannt, die Masse der Stoffe unabhängig voneinander zu erfassen, d. h. ohne daß z. B. schwankende Feuchtewerte die zu erfassenden Trockenmassen oder umgekehrt schwankende Trocken­ massen die zu erfassenden Feuchtewerte beeinflus­ sen.

Durch die DE-OS 33 29 025 ist außerdem eine Hochfrequenzmeßanordnung zum Bestimmen des Feuchtegehaltes von Getreide und dgl. bekanntgewor­ den, die einen als Streufeldkondensator ausgebildeten kreisförmigen Meß­ kondensator mit ringförmigen Elektroden aufweist. Über das Material des Elektrodenträgers sind der Offenlegungsschrift keine näheren Angaben zu entnehmen.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Schwingkreiselemente im Sinne einer Stabilisierung, insbesondere gegenüber dem Einfluß veränderlicher Temperaturwerte und/oder Langzeitdriften.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kapazität durch einen Kondensator ge­ bildet wird, dessen Elektroden auf einem Träger aus Keramik oder einem ähnlichen Stoff aufgebracht sind.

Als besonders geeignet hat sich Trägermaterial her­ ausgestellt, das ganz oder zu einem großen Teil aus Aluminiumoxyd (Al₂O₃) besteht.

Unter dem Begriff "ähnliche Stoffe" werden Stoffe verstanden, die - wie Quarz - bezüglich des Verlust­ winkels (Tangens Delta), der Dielektrizitätskonstante und der Ausdehnung wenig abhängig sind von Tempe­ raturschwankungen.

Obwohl die Form der Elektroden des Kondensators gemäß der Erfindung an sich beliebig ist, z. B. aus sich gegenüberstehenden plattenförmigen Elektroden be­ stehen kann, ist für den Anwendungszweck der Feuch­ teerfassung ein Streufeldkondensator besonders vor­ teilhaft. Ein derartiger Streufeldkondensator gemäß der Erfindung weist vorteilhaft eine ebene Fläche auf, in der die Elektroden angeordnet sind.

Als besonders vorteilhaft haben sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung Elektrodenformen erwie­ sen, deren Elektroden kammförmig ineinandergreifen. Wenn der Träger die Form eines Rechtecks aufweist, so kann die eine Elektrode die Form von Streifen haben die entlang der Längskanten des Trägers verlaufen. Die Teilelektroden erstrecken sich dann nach innen, wobei sie sich zwischen den Teilelektroden der anderen Elek­ trode befinden, die als Streifen im Mittenbereich dem Trägers verläuft, so daß die Teilelektroden sich nach außen erstrecken. Die Elektroden bestehen gemäß eine vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus einer dünnen Metallschicht im Bereich von 1/100 oder 1/10 mm. Sie können in an sich bekannter Weise mittels der sogenannten Dickschicht-Aufbring­ technik aufgedruckt werden. Zur Vermeidung von Ab­ rieb sind Träger und Elektroden mit einer sehr dünnen Verschleißschicht, z. B. aus einem Spezialglas, überzo­ gen, dessen Stärke vorteilhaft ebenfalls in der Größen­ ordnung 1/100 oder 1/10 mm liegt. Mit einer Elektro­ denform wie vorbeschrieben, können die besonderen Vorteile ausreichender Kapazität und Streufeldhöhe er­ reicht werden. Die Temperatureinflüsse und/oder Lang­ zeitdriften sind minimiert.

Eine gegenüber Temperatureinflüssen und/oder Langzeitdriften ebenfalls sehr stabile Induktivität läßt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteil­ haft durch elektrisch leitende Windungen realisieren, die sich auf einem zylindrischen Körper aus Keramik oder einem ähnlichen Stoff (Spulenkörper) befinden. Die Keramik ist ebenso wie die Keramik des Streufeldkondensators gesintert. Dabei können die Windungen aus einer dünnen Metall­ schicht bestehen, aus der zur Trennung der Leiter von­ einander Metall entfernt ist, so daß eine wendelförmige Leiterbahn entsteht.

Die Elemente des Schwingkreises werden in vorteil­ hafter Weise so angeordnet, daß der als Streufeldkon­ densator ausgebildete Kondensator, der in Berührung mit den zu messenden Stoffen kommt, an der Außensei­ te eines Gehäuses angeordnet ist, in dem sich der Spu­ lenkörper und die elektrischen Bauelemente zur Verar­ beitung der von dem Schwingkreis abgegebenen Signa­ le befinden.

Der Schwingkreis gemäß der Erfindung eignet sich besonders zum Erfassen der Feuchte (erster Stoff) in einem organischen Material, z. B. in Tabak, Kaffee, Tee und dgl.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Streufeldkondensator gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie I-I in Fig. 1 mit einer Halterung für einen Streufeldkondensator und einen Spulenkörper,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Spulenkörpers mit lei­ tenden Windungen in vergrößertem Maßstab.

In Fig. 1 ist ein Streufeldkondensator 1 dargestellt, dessen sehr dünne metallische Elektroden 2 und 3 auf einem plattenförmigen Träger 4 aus keramischem oder einem ähnlichen Material (z. B. Quarz) aufgebracht, z. B. in Dickschicht-Aufbringtechnik aufgedruckt sind. Als keramisches Trägermaterial eignet sich insbesondere gesintertes Aluminiumoxyd (Al₂O₃), das rein oder mit anderen Stoffen, z. B. mit Silikaten, gemischt sein kann. Auch Hartporzellan ist grundsätzlich als Trägermaterial geeignet. Wesentlich ist, daß das Trägermaterial eine möglichst geringe Änderung des Verlustwinkels (Tan­ gens Delta), der Dielektrizitätskonstanten oder der Aus­ dehnung in Abhängigkeit von Temperaturschwankun­ gen und/oder Langzeitschwankungen aufweist. Die Elektrode 2 ist realisiert durch zwei elektrisch miteinan­ der verbundene Streifen 6 und 7, die entlang der langen Kanten 8 und 9 des rechteckförmigen Trägers 4 verlau­ fen. Die Streifen 6 und 7 sind durch Verbindungsstreifen 11 entlang der kurzen Kanten 12 des Trägers 4 leitend miteinander verbunden. Von den Streifen 6 und 7 er­ strecken sich Einzelelektroden 13 in Richtung des Mit­ tenbereiches 14 der Trägerplatte 4. In diesem Mittenbe­ reich verläuft die als Streifen 16 ausgebildete Elektrode 3, von der Einzelelektroden 17 sich nach außen in Rich­ tung der Streifen 6 und 7 erstrecken. Die Einzelelektro­ den 13 und 17 wechseln sich jeweils ab, so daß die Elek­ troden 2 und 3 zahnartig ineinandergreifen. Die Elektro­ den 2 und 3 sind mit einer hochfrequenten Spannungs­ quelle verbunden.

In Fig. 2 ist ein Teil eines Gehäuses 21 dargestellt, an dessen Endflächen 22 der Träger 4 für die Elektroden 2 und 3 des Streufeldkondensators 1 angeklebt ist. Die Elektroden 2 und 3 sind in Fig. 2 übertrieben stark ge­ zeichnet, um sie darzustellen zu können.

Auf einem Absatz 23 des Gehäuses 21 ist eine Platine 24 befestigt, die einen Spulenkörper 26 des Schwing­ kreises trägt. Der Spulenkörper nebst Windungen, von dem Fig. 3 Einzelheiten zeigt, soll ähnlich stabil bezüg­ lich Verlustwinkel, Dielektrizitätskonstante und Aus­ dehnung bei schwankenden Temperaturen und/oder Langzeitschwankungen sein wie der Streufeldkonden­ sator. Zu diesem Zweck besteht der Spulenkörper 26 ebenfalls aus gesinterter Keramik. Seine Oberfläche ist metallisiert. Die leitenden Windungen 27 sind aus der metallischen Oberfläche 27a durch wendelförmiges Ent­ fernen von leitendem Material gebildet.

Die zur Verarbeitung in an sich bekannter Weise ver­ wendeten charakteristischen Größen des Schwingkrei­ ses, der von einer Hochfrequenzquelle beaufschlagt wird, gelangen zu einer elektrischen Auswertanordnung 28, in der der Meßwert für die Feuchte (erster Stoff) oder die Trockenmasse (zweiter Stoff) des zu erfassen­ den Materials nach bekannten Verfahren (z. B. gemäß US-PS 39 79 581) gebildet wird. Das Ausgangssignal wird dann an Ausgang 29 der Auswertanordnung 28 abgegeben.

Claims (11)

1. Hochfrequenzschwingkreis, bestehend aus einer Kapazi­ tät und einer Induktivität, zum Erfassen der Masse oder Konzentration eines ersten Stoffes, der zusammen mit einem zweiten Stoff, mit dem er in Verbindung steht oder als Mischung vorliegt, das Dielektrikum der Kapazität bildet, insbesondere zum Erfassen der Feuchte (erster Stoff) in dem zweiten Stoff oder zum Erfassen des zweiten Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität durch einen Kondensator (1) gebildet wird, dessen Elektroden (2, 3) auf einem Träger (4) aus Keramik oder einem ähnli­ chen Stoff aufgebracht sind.

2. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kondensator ein Streufeldkondensator mit ebener Fläche vorgesehen ist.

3. Schwingkreis nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektroden (13, 17) des Kondensa­ tors (1) kammförmig ineinandergreifen.

4. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4) die Form eines Rechtecks aufweist, daß eine Elektrode (2) die Form von Streifen (6, 7), von denen sich Teil­ elektroden (13) nach innen erstrecken, im Bereich der langen Kanten (8) hat, und daß die andere Elektrode (3) die Form eines Streifens (16), von dem sich Teilelektro­ den (17) nach außen erstrecken, im Mittenbereich (14) des Trägers hat.

5. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek­ troden (2, 3) aus dünnen Metallschichten, die auf dem Träger aufgebracht sind, bestehen.

6. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek­ troden und der Träger mit einer dünnen Verschleißschicht, insbesondere einer Glasur, überzogen sind.

7. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induk­ tivität von elektrisch leitenden Windungen (27) gebildet wird, die sich auf einem zylindrischen Körper (26) aus Keramik oder einem ähnlichen Stoff (Spulenkörper) befin­ den.

8. Schwingkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (27) aus einer dünnen Metallschicht bestehen, aus der zur Trennung der Leiter voneinander Metall entfernt ist.

9. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als Streufeldkondensator (1) ausgebildete Kondensator, der in Berührung mit den zu messenden Stoffen kommt, an der Au­ ßenseite eines Gehäuses (21) angeordnet ist, in dem sich der Spulenkörper (26) und die elektrischen Bauelemente (28) zur Verarbeitung der von dem Schwingkreis abgegebenen Si­ gnale befinden.

10. Verwendung eines Schwingkreises nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zum Erfassen der Feuchte (erster Stoff) in einem organischen Material.

11. Verwendung eines Schwingkreises nach Anspruch 10 zum Erfassen der Feuchte eines Stoffes der Nahrungs- oder Genußmittelindustrie (z. B. Tabak, Kaffee, Tee).