DE3941347C2 - Vorrichtung zur Messung der relativen Feuchte von einer insbesondere pulverisierten Probe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Mes­ sung der relativen Feuchte von einer insbesondere pulverisierten Probe gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Die Kenntnis der relativen Feuchte von Werkstücken bzw. anderen Gütern ist in vielen Fällen von großer Bedeutung. Beispielsweise im Baubereich kann ein "naß verarbeitetes" Bauelement erst dann weiter bearbeitet werden, wenn die relative Feuchte einen bestimmten Wert unterschritten hat. So sollte Betonestrich vor dem Aufkleben von Fußbo­ denbelägen einen Feuchtegehalt von weniger als 2,5 bis 3 Prozent haben. Da bei vielen Bauvorhaben die "Austrocken­ zeit" knapp bemessen ist, wäre es wünschenswert, den mo­ mentanen Feuchtegehalt beispielsweise von Estrich zuver­ lässig unter Baubedingungen bestimmen zu können. Es ist jedoch bislang keine Vorrichtung marktgängig, die unter Baubedingungen die Feuchtebestimmung von Bauelementen, wie Estrich, zuverlässig und ohne chemische Umsetzungen oder Messung von elektrischen Größen erlaubt.

Es sind zwar eine Reihe von Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der Feuchte, d.h. des relativen Feuchtig­ keitsgehalts von Proben und auch von Zement- oder Beton­ proben vorgeschlagen worden. Hierzu wird beispielsweise auf die DE-AS 16 48 965, die DE 29 06 465 B1 und die DE 35 17 162 A1 verwiesen. Bei den in diesen Druckschriften beschriebenen Verfahren und Vorrichtung handelt es sich jedoch um typische Laborverfahren, die eine Anwendung unter Baubedingungen nicht gestatten.

Weiterhin ist aus der DE 32 31 004 C2 ein Feuchtigkeits­ messer mit steuerbarer Trocknungsvorrichtung und fortlau­ fender Meßwertverarbeitung bekannt, bei dem während des Aufheizvorganges fortlaufend das Gewicht der auf einer Wägeeinrichtung befindlichen Probe gemessen wird. Aus den zeitlich beabstandeten Meßwerten werden Gewichtsgradienten gebildet. Zur Bestimmung des Zeitpunktes, an dem die Probe "trocken" ist, wird der "Umkehrpunkt" der Gewichtsgra­ dienten/Zeit-Funktion herangezogen. Eine derartige Vorge­ hensweise erfordert beispielsweise bei Estrichproben eine sehr lange Meßzeit, so daß die in der DE 32 31 004 C2 beschriebene Vorrichtung unter Baubedingungen kaum ver­ wendbar ist.

In Spalte 8, Zeile 20 ff. der DE 32 31 004 C2 ist zwar auch ausgeführt, daß es möglich ist, die Messung abzubre­ chen und auf den Endwert zu extrapolieren, diese Möglich­ keit wird dort aber ausdrücklich nur für den Fall angege­ ben, daß "eine größere Toleranz zugelassen ist". Es finden sich in dieser Druckschrift auch keine Aussagen darüber, wie groß tatsächlich die Toleranz bei einem vorzeitigen Abbruch der Messung ist.

Vorrichtungen zur Bestimmung der relativen Feuchte von Proben sind auch aus US 4 168 623, EP 0 186 604 A1, DE 32 31 004 C2 und US 4 457 632 bekannt. Aus dem angegebenen Stand der Technik ist es allerdings nicht bekannt, eine Vorrichtung zu verwenden, bei der die zu untersuchende Probe sich in einer Waagschale befindet und sich über der Probe eine Heizeinrichtung anordnet, die jeweils von einem zylindrischen Spiegel mit paraboloidem Querschnitt umgeben ist, daß Waagschale und Heizeinrichtung in axialer Richtung der zylindrischen Spiegel eine langgestreckte bzw. linienförmige Form aufweisen und daß sich die Waagschale und die Heizeinrichtung in den Brennlinien des Spiegels befinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der relativen Feuchte von Proben anzugeben, mit der die Feuchte auch beispielsweise unter Baubedingun­ gen in vergleichsweise kurzen Zeiträumen zuverlässig be­ stimmbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe ist ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Erfindungsgemäß ist der Infrarotstrahler und die in der Waagschale befindliche Probe jeweils von einem parabolförmigen Spiegel umgeben. Hierdurch ist sichergestellt, daß die abgegebene Heizleistung auch tatsächlich zu einer Erwärmung der Probe verwendet wird.

Die erfindungsgemäße längliche Form der Waagschale hat insbesondere dann, wenn pulverisierte Proben verwendet werden, den Vorteil, daß die asymptotisch abklingende Funktion, mit der sich das Gewicht vom Gewicht der feuchten Probe zum Trockengewicht ändert, weitgehend einen einfach expo­ nentiellen Verlauf hat.

In jedem Falle ist es bevorzugt, wenn gemäß Anspruch 5 die Steuer- und Auswerteeinheit, die Heizeinrichtung und die elektronische Waage in einem tragbaren Gerät integriert sind, da dies einer Messung unter Baubedingungen insbeson­ dere von Estrichproben entgegen kommt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 in einem Gewichts/Zeit-Diagramm eine Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung.

Die Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel weist eine elektronische Waage 1 auf, die als Waagschale eine längliche Schale 2 trägt, in der sich beispielsweise eine pulverisierte Estrichprobe befindet. Als Heizeinrichtung ist ein der Form der Waagschale angepaßter Infrarotstrahler 3 vorgese­ hen. Die Waagschale und der Infrarotstrahler 3 befinden sich in den "Brennlinien" von zylindrischen Spiegeln mit paraboloiden Querschnitt, die somit den Infrarotstrahler 3 und die Waagschale 2 umgeben. Dabei ist durch eine beson­ dere Ausbildung der Waagschale 2, die an Stützen 5 auf der Waage 1 aufliegt, sichergestellt, daß die Parabolspiegel 4 und die Heizeinrichtung 3 an einem nicht dargestellten Gehäuse der Vorrichtung angebracht sein können und somit nicht auf der Wägeeinrichtung aufliegen.

Durch die parabelförmigen Spiegel 4 ist sichergestellt, daß die vom Infrarotstrahler 3 aufgebrachte Heizenergie tatsächlich nahezu vollständig zur Erwärmung der Probe in der Waagschale 2 verwendet wird.

Das Ausgangssignal der elektronischen Waage liegt an einer nicht dargestellten Steuer- und Auswerteschaltung an, die beispielsweise eine Mikrocomputerschaltung aufweisen kann, und die in der im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebenen Weise aus dem während des Aufheizvorgangs gemessenen Gewichts die relative Feuchte extrapoliert:

Die bei einem Trocknungsvorgang zu beobachtende Gewichts­ änderung vom Gewicht G_F der feuchten in der Waagschale 2 befindlichen Probe auf das Gewicht G_T der trockenen Probe als Funktion der Zeit t hat in der Regel einen abklingen­ den asymptotischen Verlauf, der durch eine empirisch er­ mittelte Funktion angenährt werden kann.

Fig. 2 zeigt schematisch für eine pulverisierte Estrichpro­ be die Gewichtsänderung vom Gewicht G_F der feuchten auf das Gewicht G_T der trockenen Probe als Funktion der Zeit t. Wie man Fig. 2 entnehmen kann, ist nach der Zeit t_x das Gewicht der trockenen Probe (praktisch) erreicht.

Als eine derartige asymptotische abklingende Funktion kann insbesondere bei pulverisierten Proben, die in der vorste­ hend beschriebenen Weise aufgeheizt werden, und deren bestrahlte Oberfläche verglichen mit dem Volumen der Probe groß ist, eine abklingende Exponentialfunktion verwendet werden, zu deren Bestimmung prinzipiell zwei Gewichts- Meßwerte zu verschiedenen Zeiten genügen.

Die beispielsweise für den jeweiligen Stoff, dessen rela­ tive Feuchte ermittelt werden soll, gewählte Funktion mit abklingendem, asymptotischen Verlauf liefert, ausgehend vom Gewicht G_F der auf der Waagschale befindlichen feuch­ ten Probe nicht nur das Gewicht der trockenen Probe G_T, so daß eine Bestimmung der relativen Feuchte möglich ist, sondern auch die Zeit t_x, zu der das Trockengewicht der Probe erreicht sein wird.

Da es gerade unter Baubedingungen in der Regel nur erfor­ derlich ist, die relative Feuchte innerhalb bestimmter Grenzen zu kennen, bzw. zu wissen, ob die relative Feuch­ ter größer oder kleiner als ein bestimmter Grenzwert ist, bei dem beispielsweise mit der Weiterbearbeitung begonnen werden kann, genügt es in der Regel, das Trockengewicht der Probe innerhalb bestimmter Grenzen bzw. Meßfehler ±ε zu kennen.

Deshalb werden während des Aufheizvorgangs mehrere Meßwert-Paare bestimmt und für jedes Paar das Trockengewicht G_T und die Trocknungszeit t_x extrapoliert. Aus der statistischen Verteilung (Streuung) dieser beiden Werte kann die Steuer- und Auswerteeinheit die maximale Meß­ zeit ermitteln. Die Messung kann dabei vor der Zeit t_x abgebrochen werden, wenn die aus den Werte-Paaren be­ rechneten Größen für das Trockengewicht innerhalb der zulässigen Meßwertfehler ±ε liegen.

Damit weiß die Bedienungsperson jederzeit, wie lange sie messen muß, um das Meßergebnis mit einer gewünschten Ge­ nauigkeit zu erhalten. Ferner ist es bei der Vorrichtung nicht erforderlich, die Messung solange auszudehnen, bis zur Bestimmung der relativen Feuchte neben der Masse der feuchten Substanz auch die Masse der trockenen Substanz gemessen wird. Vor allem aber ist bereits nach wenigen Sekunden ein "Trend" für die erfor­ derliche Meßzeit angebbar.

Anstelle einer Infrarotheizung kann auch eine Induk­ tionsheizung, eine Hochfrequenzheizung, eine Heizung mit Laserstrahlen und/oder eine Widerstandsheizung vorgesehen werden. Zusätzlich ist eine Trocknung auch durch Unter­ druck möglich.

In jedem Falle hat die beschriebene Vorrichtung jedoch den Vorteil, daß die Probesubstanz nicht auf eine bestimm­ te Menge vorher abgewogen werden muß.

Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den abklin­ genden asymptotischen Verlauf durch andere Funktionen, beispielsweise die Überlagerung mehrerer Exponentialfunk­ tionen, deren unterschiedliche Koeffizienten das Troc­ knungsverhalten in verschiedenen Schichten beschreiben, oder durch eine Potenzreihe anzunähern. In diesen Fällen ist es dann erforderlich, eine entsprechend größere Zahl von voneinander zeitlich beabstandeten Meßwerten zur Be­ stimmung der Koeffizienten dieser Funktionen heranzuzie­ hen. Dabei kann auch so vorgegangen werden, daß in einem Speicher der Steuer- und Auswerteeinheit verschiedene asymptotisch abklingende Funktionen in Zuordnung zu be­ stimmten Materialien und/oder Zustandsformen (pulverisiert /nicht pulverisiert abgelegt sind), so daß die Steuer- und Auswerteeinheit die jeweils geeignete Funktion auswäh­ len kann.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Messung der relativen Feuchte von einer insbesondere pulverisierten Probe, bestehend aus einer steuerbaren Heizeinrichtung (3), die die auf einer Waagschale (2) einer Wägeeinrichtung (1) befindliche Probe erwärmt, und einer Steuer- und Auswerteeinheit, wobei während des Aufheizvorganges eine ausreichende Zahl von Probengewichtswerten erfaßt, extrapoliert und zur Ermittlung der relativen Feuchte verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Waagschale (2) als auch die über der Waagschale angeordnete Heizeinrichtung (3) von einem zylindrischen Spiegel (4) mit paraboloidem Querschnitt umgeben ist, daß Waagschale (2) und Heizeinrichtung (3) in axialer Richtung der zylindrischen Spiegel (4) eine langgestreckte bzw. linienförmige Form aufweisen, daß sich die Waagschale (2) und die Heizeinrichtung (3) in den Brennlinien der Spiegel (4) befinden, und daß die Spiegel und die Heizeinrichtung nicht auf der Waage aufliegen, sondern am Gehäuse der Vorrichtung verankert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizeinrichtung (3) alternativ eine Infrarotheizung, eine Induktionsheizung, eine Hochfrequenzheizung, eine Heizung mit Laserstrahl und/oder eine Widerstandsheizung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der Probe zusätzlich mittels Unterdruck erfolgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Speicher der Steuer- und Auswerteeinheit zur Meßwertverarbeitung in Zuordnung zu bestimmten Materialien und/oder Zustandsformen (pulverisiert, nicht pulverisiert) verschiedene asymptotisch abklingende Funktionen befinden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteeinheit, die Heizeinrichtung und die Wägeeinrichtung in ein tragbares Gerät integriert sind.