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Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine
verbesserte Vorrichtung zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts
eines Materials.
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Es ist gut bekannt, daß ein Messen von Feuchtigkeit in
Materialien durch Messen der elektrischen Eigenschaften des
Materials, nämlich des elektrischen Widerstands, der Kapazität, der
Radiofrequenz- (rf-) Admittanz oder Impedanz, etc., erhalten
werden kann. In dem Fall der Widerstandsmessung werden zwei
Stifte, als Elektroden verwendet, in Materialien wie Holz,
Gips und andere poröse Gebäudematerialien oder, tatsächlich,
Materialien wie die zum Bauen von Booten verwendeten, wie ein
GRP-Laminat, gedrückt. Ein Nachteil der zuletzt angegebenen
Anordnung ist, daß Stiftlöcher nach der Messung zurückbleiben.
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Ein anderer Instrumententyp, verwendet zur Messung der
Feuchtigkeitssteuerung von Materialien, verwendet eine
rf-Kapazitätsmessung. Normalerweise verwendet ein Instrument dieses
Typs zwei Elektroden, angebracht auf einer flachen Oberfläche.
Die Elektroden sind mit einem Radiofrequenzoszillator
verbunden, und die Nahfeldkapazität wird gemessen. Höhere
Feuchtigkeitsgehalte zeigen höhere Kapazitätsauslesungen an und vice
versa.
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Diese Technik hat eine Anzahl von Nachteilen, wie folgt:
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a) Eine relativ große Fläche muß der Oberfläche dargeboten
werden und muß in gutem Kontakt mit ihr für verläßliche
Messungen sein. Rauhe Oberflächen führen zu Meßproblemen;
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b) Da die Messung zwischen flachen Elektroden auf der gleichen
Ebene gemacht werden, wird jede "Außenhaut"-Feuchtigkeit nahe
der Elektroden einen vorherrschenden Effekt auf die Messung
haben. Somit wird eine Laminat, das mehrere Millimeter dick
ist und ein Kondensat oder einem anderen Wasserfilm auf der
Fläche aufweist, eine extrem hohe Auslesung zeigen, die kein
wahres Anzeichen für den kompletten Wassergehalt des Laminats
ist.
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Instrumente des oben beschriebenen Typs und ihre Verwendung
werden in der Veröffentlichung "The Professionals and Home
Owners Guide to Dampness in Buildings" von T.A. Oxley und E.G.
Gobert (1983), herausgegeben von Butterworths, diskutiert.
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US-A-4 468 610 offenbart eine Vorrichtung zum Messen des
Feuchtigkeitsgehalts von Teststücken aus einer Gipsplatte, in
der die kapazitative Impedanz auf ein Radiofrequenzsignal,
dargeboten von einer Antenne, angeordnet benachbart zu solch
einem Teststück, gemessen wird, um ein Anzeichen des
Feuchtigkeitsgehalts zu liefern.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine neues Verfahren und
eine neue Vorrichtung zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts zu
liefern, das bzw. die die oben angegebenen Probleme der
bekannten Instrumente überwindet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung, wird ein Verfahren zum
Messen des Feuchtigkeitsgehalts einer Materialmasse geliefert,
umfassend Bereitstellen eines Antennenmittels, Anordnen
besagten Antennenmittels in einer vorherbestimmten Position relativ
zu einer Fläche besagter Masse und Messen der
Radiofrequenzimpedanz besagten Antennenmittels, dadurch gekennzeichnet, daß
besagtes Antennenmittel aus einer ersten Elektrode und einer
zweiten Elektrode aufgebaut ist, wobei besagte erste Elektrode
an einer Stelle an oder benachbart zu besagter Fläche besagter
Masse angeordnet ist und besagte zweite Elektrode an einer
Stelle entfernt von besagter ersten Elektrode und von besagter
Masse angeordnet ist, und daß besagte gemessene Impedanz die
Freifeldradiofrequenzimpedanz zwischen besagter ersten
Elektrode und besagter zweiten Elektrode ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Messen eines Feuchtigkeitsgehalts eines Materials
geliefert, wobei die Vorrichtung ein Antennenmittel, ein Mittel zum
Anlegen eines Radiofrequenzspannungssignals an besagtes
Antennenmittel und ein Mittel zum Messen der Radiofrequenzimpedanz
besagten Antennenmittel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß
das Antennenmittel von einer ersten Elektrode und einer
zweiten Elektrode aufgebaut ist, daß besagtes Mittel zum
Anlegen einer Radiofrequenzspannung angeordnet ist, um besagte
Spannung zwischen besagten Elektroden anzulegen, und daß
besagtes Mittel zum Messen angeordnet ist, um die
Freifeldradiofrequenzimpedanz zwischen besagten Elektroden zu
messen, und daß besagte Vorrichtung einen länglichen Körper
umfaßt, der besagte erste Elektrode an einem Ende besagten
Körpers und besagte zweite Elektrode an einer Position in
besagtem Körper räumlich getrennt von besagtem einen Ende und von
besagter ersten Elektrode aufweist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist im Anschluß
beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben,
wobei:
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Figur 1 eine diagrammartige, perspektivische
Seitenansicht, im Phantom, einer Vorrichtung,
verkörpernd die Erfindung, ist;
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Figur 2 ein Graph ist, der, zum Vergleich, die Antwort
einer bekannten rf-Feuchtigkeitsmeßvorrichtung
und einer Vorrichtung, verkörpernd die
Erfindung,
unter bestimmten Testbedingungen zeigt;
und
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Figur 3 perspektivisch, mit.zwei unterschiedlichen
Aspekten, eine Feuchtigkeitsmeßvorrichtung zeigt,
die die Erfindung verkorpert.
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Nunmehr wird sich auf die Figuren bezogen, wobei die
Vorrichtung einen länglichen Körper 10 umfaßt, der durch ein
Plastikgehäuse festgelegt ist, das in sich angebracht, benachbart zu
einem Ende, eine erste Elektrode A aufweist und ferner in sich
angebracht, benachbart zu der flachen unteren Wand des
Gehäuses, eine zweite Elektrode B aufweist, die, beispielsweise, die
Form einer flachen Metallage oder Folie einnehmen kann. Die
Elektroden A und B sind mit einer Schaltung (nicht gezeigt)
innerhalb des Gehäuses zum Anlegen einer Radiofrequenzspannung
zwischen den Elektroden A und B verbunden, wobei die
Elektroden ansonsten voneinander elektrisch isoliert sind. Die
Schaltung innerhalb des Gehäuses ist auch angeordnet, um eine
Anzeige 12 (wie ein Galvanometer oder eine LCD-Anzeige) zu
betreiben, und, über besagte Anzeige, eine visuelle Angabe der
rf-Impedanz zwischen den Elektroden A und B zu liefern.
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Wenn das Instrument eingeschaltet ist, wobei das Instrument im
wesentlich von jedem elektrisch leitenden Material getrennt
angeordnet ist, ist das Radiofrequenzfeld, austretend aus dem
vorderen Ende des Instruments (d.h. aus dem Ende, an dem die
Elektrode A angeordnet ist) sehr schwach mit der Elektrode B
in dem Körper des Instruments gekoppelt, und keine Auslesung
wird erhalten. Um Feuchtigkeit in einer Materialmasse,
beispielsweise einer Masse eines festen Materials mit einer
flachen Oberfläche, zu testen, wird das vordere Ende des
Instruments gegen diese Oberfläche angeordnet, wobei die längste
Abmessung des Körpers 10 sich im wesentlichen normal zu solch
einer Oberfläche erstreckt, so daß die Elektrode B im
wesentlichen
von der Oberfläche räumlich getrennt angeordnet ist.
Wenn die Materialmasse, liefernd solch eine Oberfläche, ein
trockenes elektrisch isolierendes Material ist, ist die
Elektrode A wieder sehr schwach mit der Elektrode B gekoppelt, so
daß wiederum keine Auslesung mit der eingeschalteten
Vorrichtüng erhalten wird. Wenn, jedoch, die Vorrichtung, auf gleiche
Weise, gegen die Oberfläche einer Masse eines Materials
angeordnet ist, das an sich nichtleitend sein kann, jedoch eine
gewisse Feuchtigkeit in sich birgt, agiert das Wasser
innerhalb des Materials derart, daß das Radiofrequenzsignal
transmittiert wird, wodurch dem feuchtigkeitsenthaltenden Material
erlaubt wird, als ein ernittierender Strahler zu agieren,
zurückstrahlend das rf-Feld zu der Elektrode B in der unteren
Hälfte des Instruments, normalerweise durch den Körper 10.
Kein Teil der Elektroden A oder B oder tatsächlich irgendein
Teil der elektronischen Schaltung ist in direktem elektrischen
Kontakt mit dem getestet werdenden Material. Die "Kopplung"
zwischen den Elektroden und dem feuchtigkeitsenthaltenden
Material wird komplett über Radiofrequenztransmission gemacht,
die durch elektrisch isolierende Materialien, wie Plastik,
hindurchtreten kann. Diese Meßmethode mißt hauptsächlich die
Masse an Wasser im vorderen Teil des Instruments, was unter
bestimmten Umständen ein deutlicher Vorteil ist.
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Figur 2 zeigt eine Vergleichsauslesung von verschiedenen Lagen
aus naßem Film, verschachtelt mit einem isolierendem Material,
wie einem PVC-Film. In Figur 2 ist die Menge, die gegen die Y-
Achse aufgetragen ist, die Admittanz (d.h. das Reziprok der
Impedanz), während die Anzahl an Lagen gegen die X-Achse
aufgetragen ist. Es wird zu sehen sein, daß bei Verwendung der
herkömmlichen Nahfeldmessung mit zwei Elektroden der erste
Film eine hohe Auslesung zeigt, aber darauffolgende weitere
Filme nichts zu der Auslesung hinzufügen. In dem Fall der
Radiofrequenzfreifeldadmittanzmessung, verwendend die mit Bezug
auf Figur 1 beschriebene Vorrichtung, steigt die Auslesung mit
jeder zusätzlichen Dicke an naßem Film. Dies macht das
Instrument nützlicher zum Bestimmen der kompletten Masse an Wasser
durch ein laminiertes Material, unabhängig von
Oberflächenlagen, die durch Kondensation oder,Regen befeuchtet sein
können.
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Jedoch ist es manchmal ein Vorteil, vornehmlich
Oberflächenbedingungen messen zu können. Dies kann auch mit dem gleichen
Instrument erreicht werden, durch Verwendung einer
zusätzlichen, einrastbaren Transferelektrode, wie in Figur 3
gezeigt. Die Transferelektrode, in Figur 3 mit 16
gekennzeichnet, wenn aufgesetzt, liefert, an dem vorderen Ende der
Vorrichtung, unterhalb des abgerundeten oder abgeschrägten
vorderen Endes des Gehäuses zweckmäßig, eine zweite, ähnlich
gerundete oder abgeschrägte, nach vorne zeigende Oberfläche,
wodurch, wenn das vordere Ende des Instruments mit der
angebrachten Transferelektrode gegen eine flache Oberfläche eines
zu testenden Materials gehalten wird, das gerundete oder
abgeschrägte vordere Ende des Gehäuses im wesentlichen einen
Linienkontakt mit besagter Oberfläche entlang einer ersten
Linie geeignet machen kann, und die abgerundete oder
abgeschrägte, nach vorne zeigende Oberfläche der Transferelektrode
kann im wesentlichen einen Linienkontakt mit besagter
Oberfläche entlang einer parallelen Linie unterhalb der ersten Linie
machen. Der Ausdruck "Transferelektrode" ist der
Bequemlichkeit halber dem Gegenstand 16 in seiner Gesamtheit gegeben
worden, aber es wird zu verstehen sein, daß es für den
Gegenstand 16 unnötig ist, elektrisch leitend in seiner Gesamtheit
zu sein. Tatsächlich ist es gedacht, daß der Gegenstand 16
eine äußere Plastikschale mit einer elektrisch leitenden Folie
umfaßt, die sich über die Oberfläche ausbreitet, die, wenn der
Gegenstand 16 angebracht ist, direkt unterhalb der unteren
Wand des Gehäuses 10, unterhalb der Elektrode B liegt, wobei
sich solch eine Folie innerhalb der Schale zumindest bis zu
dem Ort direkt hinter dem Peak oder dem Rücken des
abgeschrägten
vorderen Teils solch einer Schale erstreckt, der die zu
testenden Oberfläche anzugreifen hat. Somit, aufgrund der
nahen Nähe zwischen der Folie und der Elektrode B und des
relativ großen Bereichs an Überlapp mitder Elektrode B, gibt es
eine sehr nahe Kopplung zwischen der Folie und der Elektrode
B, so daß die Folie effektiv eine Verlängerung der Elelektrode
B bildet, die an dem vorderen Teil der Vorrichtung endet. Es
wird zu verstehen sein, daß die Anordnung so ist, daß, wenn
die Transferelektrode 16 angebracht ist, eine ausreichende
dielektrische Lücke zwischen der Elektrode A und der leitenden
Folie an dem vorderen Ende der Schale ist, damit die
rf-Kopplung zwischen solch einer Folie und der Elektrode A
vernachlässigbar ist, wenn die vorderen Enden der Vorrichtung und der
Elektrode 16 nicht an die Oberfläche eines Körpers eines
befeuchteten oder eines anders elektrisch leitenden Materials
angreift. Somit ist, wenn die Transferelektrode aufgesetzt
ist, die Basis des Instruments nun elektrisch rf-gekoppelt zu
dem aktiven Bereich, benachbart zu der normalen Arbeitsspitze
der Vorrichtung. Das doppelendige Instrument agiert nun als
eine Nahfeldmeßvorrichtung, die inherenterweise empfindlicher
auf Wasserlagen nahe zu den Fühlelementen ist.
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt somit ein
einziges Instrument, das normalerweise Feuchtigkeit tief
innerhalb einer Struktur unter Verwendung der rf-Freifeldtechnik
mißt, jedoch, durch Aufsetzen der oben beschriebenen
Transferelektrode, auch verwendet werden kann, um
Nahfeldoberflächenmessungen zu machen.
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Während, wie angegeben, die mit Bezug auf die Zeichnungen
beschriebene Vorrichtung, die Freifeldimpedanz zwischen den
Elektroden mißt, ist es im allgemeinen bevorzugt für die
Anzeige 12, auf Feuchtigkeitsgehalt kalibriert zu sein.