FI83267B - Saett att maeta fuktkvot i organiska material, jaemte anordning. - Google Patents

Description

1 83267

Tapa orgaanisten aineiden kosteusosamäärän mittaamiseksi sekä laite Tämä keksintö koskee tapaa, jolla mitataan kosteus-5 osamäärä orgaanisissa aineissa, lähinnä puussa, sekä laitetta sitä varten.

Usein on välttämätöntä tai suotavaa mitata kosteus-osamäärä, joka on aineen vesipitoisuuden mitta, eri yhteyksissä.

10 Eräs tällainen yhteys on sahoissa, joissa käsitel täessä puukappaleita ns. lajittelulaitoksessa on tiedettävä puukappaleiden kosteussisältö, jotta voitaisiin optimoida niiden edeltävä kuivaus. Po. keksinnön eräs toinen sovellutusalue on kosteusosamäärän mittaus viljassa ja hakkeessa.

15 Keksintö ei kuitenkaan rajoitu mihinkään määrättyyn sovellutusalaan, vaan se koskee kosteusosamäärän mittausta orgaanisissa aineissa.

Eräs tapa mitata kosteusosamäärä orgaanisissa aineissa on sähkö- tai sähkömagneettisen kentän kohdistaminen 20 aineeseen. Kentän suuruuteen vaikuttaa pääasiallisesti aineen vesisisältö. Vesisisältö määritetään yleensä mittaamalla vastus tai kapasitanssi. Nämä suureet ovat vesipitoisen aineen kompleksin ainevakion mitta. Ainevakiota sanotaan kompleksiseksi dielektrisyyssähkövakioksi ja se 25 muodostuu reaaliosasta ja imaginaariosasta £ ' ja £, ", joista on dielektrisyysvakio ja 6 " on aineessa tapahtuvan häviön mitta ja tan S =

Kosteusosan määrittely on W w,

30 m =—m- -A

Wd jossa W on kostean aineen paino ja W, on aineen paino m c a mitattuna kuivassa tilassa.

Jos tunnetaan aineen tiheys kuivassa tilassa ja se on vakio, voidaan määrittää kosteusosamäärä vain mit- 2 83267 taamalla vesipitoisuus. Monilla orgaanisilla aineilla, kuten esim. puulla, on kuitenkin vaihteleva tiheys. Oikean kosteusosamääräarvon saamiseksi on mitattava sekä vesipitoisuus että tiheys.

5 Aikaisemmin on tunnettua määrittää vesipitoisuus ja tiheys mikroaaltojen avulla. Tätä tapaa on kuvattu viitteessä Kraszewski, A. "Microwave Aquametry - A review", Journal of Microwave Power, 15(4) , 1980 , ss. 209 - 220. Yleisesti voidaan sanoa, että tässä tavassa tarvitsee käyt-10 tää vain yhtä anturia. Kahden suureen, nimittäin vesipi toisuuden ja tiheyden, määrittämiseksi on mitattava kaksi parametriä. Tällöin mitataan toisaalta aineen läpi siirretyn mikroaaltosignaalin toisaalta vaimennus ja toisaalta vaiheen muutos. Nämä kaksi suuretta ovat suhteessa permit-15 tiivisyyteen seuraavan yhtälön mukaisesti £· =(1+ jy__c--)2 360 ’d ‘f £" = InA * 2 ' C ' \/Cr ί0· d 20 jossa f on taajuus, CcJon kulmanopeus, d on paksuus, C on valon nopeus, A on vaimennus (dB) ja Fl on vaiheen muutos (astetta).

Vaimennus A on vesipitoisuuden mitta ja vaiheen 25 muutos Fl on tiheyden ja vesipitoisuuden mitta.

Kraszewskin mainitussa viitteessä ilmoitetaan kaavassa 12, että A = F, (W , W,) ja että Fl = F_ (W , W,) , 1 w d 2 w d jossa Ww on veden paino aineessa, ja A sekä Fl ovat merkitykseltään samat kuin edellä ja jossa F^ ja F^ ilmai-30 sevat erilaisia funktioita.

Kraszewski väittää, että kosteusosamäärä on määritettävissä riippumatta sekä aineen tiheydestä että paksuudesta. Tämä ei koske yleisesti mainittua kaavaa 12, joka kuvaa mallia yleisessä muodossa, vaan ainoastaan tapausta, 35 jossa käytetään Kraszewskin kaavassa 13 ilmoitettua erikois mallia, nimittäin 83267 A = t (^w . k +!!d-k2) ja v *1 v

TaJ Ta7 FI = t <_w . k + . k4) 5 jossa V on aineen tilavuus ja jossa k^ - k^ ovat vakioita.

Kosteusosamäärää ei kuitenkaan voi mitata riippumatta tiheydestä ja paksuudesta kaavalla 13 paitsi aineen kanssa, jossa toisaalta vaimennusta (A) pintayksikköä kohden 10 ilmaistun vesipitoisuuden (W^/Y) funktiona voidaan kuvata yhdellä suoralla viivalla paksuudesta riippumatta, toisaalta vaiheen muutos (Fl) pintayksikköä kohden ilmaistun vesipitoisuuden (W^/Y) funktiona ei vaihtele paksuuden myötä.

Yhtälöitä A W /Y:n funktiona ja Fl W /Y:n funktiona kuvataan w w 15 seuraavassa.

Po. keksintö ratkaisee ongelman, kuinka mitata hyvin tarkasti kosteusosamäärä orgaanisissa aineissa, joissa paksuus ja/tai tiheys vaihtelee.

Tämä keksintö koskee siis tapaa, jolla mitataan 20 aineiden, varsinkin orgaanisten aineiden, kosteusosamäärä ja joka käsittää mikroaaltojen lähettämisen ainetta kohti, jonka kosteusosamäärä on määritettävä, ja lähetettyjen mikroaaltojen vastaanoton niiden kuljettua aineen läpi, ja tällöin mikroaaltojen vaimennuksen (A) ja vaiheen muutoksen 25 (Fl) mittauksen niiden kulkiessa aineen läpi ja mitatun vaimennuksen (A) ja vaiheen käännön avulla aineen ns. kos-teusosamäärän laskemisen, ja sille on tunnusomaista, että termi (W /Y) määritetään ilmaisusta w 30 A = ^ + k3 . t jossa A on mitattu vaimennus ja t on aineen paksuus sekä ki ja k^ ovat vakioita, jotka määritetään kalibrointimene- telmällä, ja termi W /Y on aineen veden paino pintayksikköä 35 w kohden 4 83267 että termi (W^/Y) määritetään ilmaisusta W w F1 = J · k4 * j4 · k5 * k6 ' 1 5 jossa F1 on mitattu vaiheen muutos ja jossa ilmaisussa käytetään hyväksi edellä määritettyä termiä Ww/Y ja jossa t on aineen paksuus ja termi W^/Υ on aineen paino kuivassa tilassa pintayksikköä kohden ja jossa k4 ,k,. ,kg ovat vakioita, jotka määritetään kalibrointimenetelmällä, sekä että kos-10 teusosamää muodostetaan sinänsä tunnetulla tavalla osamää rän (W /Y)/(W,/Y) kautta. w d

Lisäksi keksintö koskee laitetta, jonka tyyppi ja pääasialliset ominaisuudet on määritelty patenttivaatimus 4:ssä.

15 Tämä keksintö perustuu lähinnä sille oivallukselle, että vaimennukseen A vaikuttaa pikemminkin aineen paksuus kuin muuttuja (W^/Y), so. aineen paino kuivassa tilassa pintayksikköä kohden, sekä oivallukselle, että useimpien orgaanisten aineiden kanssa vaiheen muutos (Fl) vaihtelee 20 pintayksikköä kohden ilmaistun vesisisällön (Ww/Y) funk tiona paksuuden kanssa.

Pintayksiköllä Y edellä tarkoitetaan pintaa, joka on kohtisuora suhteessa mikroaaltojen leviämissuuntaan. Ilmaisut (W^/Y) ja vast. (W^/Υ) on lyhennetty ilmaisuista 25 t * (Ww/Y) ja vast, t ·(W^/V), joissa v on aineen volyymi ja t on aineen paksuus.

Monissa sovellutuksissa ei ole eduksi yrittää poistaa riippuvaisuutta aineen paksuudesta ja siten saada vähemmän tarkka arvo kosteusosamäärälle. Päinvastoin, aineen paksuus 30 on usein tiedossa.Näin on esim. sahoissa, joissa paksuu- denmittareita usein on tai ne voidaan helposti asentaa. Mittaamalla tai tuntemalla aineen paksuus voidaan kosteus-osamäärä po. keksinnön mukaisesti määrittää hyvin tarkasti myös orgaanisissa aineissa, joiden tiheys vaihtelee. Eräs 35 edullinen sovellutusala on siten puun kosteusosamäärän mittaus. Eri puulajien, kuten hongan ja kuusen, välillä vaihtelee tiheys huomattavasti.

5 83267

Po. keksintöä kuvataan seuraavassa osittain oheisten piirustus yhteydessä, joissa: kuvio 1 esittää vaimennusta paksuusyksikköä kohden aineen tilavuusyksikköä kohden ilmaistun veden painon funk-5 lionu; kuvio 2 esittää vaimennusta paksuudet t^, t^ ja t^ omaavan aineen pintayksikköä kohden ilmaistun veden painon funktiona; kuvio 3 esittää vaiheen muutosta paksuusyksikköä kohden 10 aineen volyymiyksikköä kohden ilmaistun veden painon funk tiona ; kuvio 4 esittää vaiheen kääntöä paksuudet t^, t^ ja t^ sekä tiheydet d^ ja omaavan aineen pintayksikköä kohden ilmaistun veden painon funktiona; ja 15 Keksinnön mukaisesti määritetään vaimennus A yhtä löllä A = ”w . k + · k2 + k3 · (1) 20 jossa t on paksuus ja k^ , k^> k^ ovat vakioita.

Kun mikroaaltotaajuus on esim. 16 GHz, on vakio k2

W

niin pieni, että termi _d . k„ voidaan jättää vaille huo- Y z miota.

25 Tällöin saadaan

W

A = (~)+ k3 . t (2)

Vaiheen kääntö määritetään keksinnön mukaisesti yhtälöllä F1 = ^ * k4 ' k5 k6 (3) jossa k., kc, kr ovat vakioita.

J 4 5 6

Edellä olevan yhtälön (1) osalta kuvio 1 näyttää periaatteellisen yhteyden paksuusyksikköä A/t kohden ilmais-35 tun vaimennuksen ja aineen volyymiyksikköä kohden ilmaistun w veden painon w/v välillä.

6 83267

Yhteys on suunnilleen lineaarinen esiintyvän polven yllä. Funktio on suunnilleen riippumaton termistä W^/Y.

Tämä riippumattomuus kasvaa mikroaaltotaajuuden myötä.

Kuvion 1 näyttämä yhteys valaisee olosuhteita mikroaalto-5 taajuuden ollessa 16 GHz. Kun taajuus on suurempi, arvoon 20 - 24 GHz asti, ei olennaisesti ole riippuvaisuutta termistä W^/Y. Kun taajuus on pienempi, esim. 2450 MHz, jolloin riippuvaisuus on suurempi, termiä W^/Υ ei voi jättää vaille huomiota.

10 Yleissääntö on se, että vaimennukseen vaikuttaa puh taammin aineen vesipitoisuus ja että vaiheen kääntöön vaikuttaa tiheys enemmän taajuuden ollessa suurempi. Tälläisen vaikutuksen yhteydessä eräs enimmäisarvo on 20 - 24 GHz.

Erään parhaana pidetyn toteutusmuodon mukaisesti käy-15 tetään sen vuoksi mikroaaltotaajuutta, joka on yli 12 GHz ja alle 24 Gil·/., mieluiten 16 GHz.

Kuvio 2 näyttää yhteyden vaimennuksen A kesken, joka on paksuudet t^, t2, t^ jne. omaavan aineen pinta-yksikköä kohden ilmaistun veden painon (Ww/Y) funktio, 20 so. saman yhteyden, joka näytetään kuviossa 1, jossa muuttujat on kerrottu t:llä. Kuvio 2 näyttää kolme käyrää, jotka vastaavat kuvion 1 käyrää. Kaikilla käyrillä on yhteinen kaltevuus jokaisen käyrän vastaavan polven alla.

Fysikaalinen selitys mainitulle polvelle on se, 25 että vesipitoisuuden ollessa pieni on vesi sidottuna lujemmin orgaaniseen aineeseen, jolloin se ei vaikuta mikroaaltoihin yhtä paljon kuin löyhemmin sidotut vesimolekyylit vesipitoisuuden ollessa suurempi.

Keksinnön mukainen yhteys (2) alkaa käyrästä polven 30 oikealla puolella. Käyrän tämä osa kuvaa vaimennusta A

pintayksikköä kohden ilmaistun veden painon W^/Y funktiona. Mainittu polvi liittyy hyvin alhaisiin vesipitoisuuksiin.

Kuvioon 1 merkitty polvi (W^/Vj^ vastaa kuvion 2 polvea (W^/Y)^ 35 Kuvioiden 1 ja 2 mukaisten yhteyksien mukaisesti on 7 83267 (Ww/Y,k —t- = ^Ww^V^k Pa^suuden ollessa

Tarkasteltaessa paksuuden = 2t^ omaavan ainekappa-5 leen funktiota, on siis (W /Y) -2^- = 1/2 (Ww/V)k

Kuviosta 2 käy ilmi, että viimeinen termi yhtälössä 10 (2) kuvaa missä ko. käyrä leikkaa A-akselin, so. arvolla k3 ‘t^, 2k3 * t ja vast. 3 · k3 't^ Leikkauspiste A-akselin kanssa riippuu siis paksuudesta t eikä termistä W^/Υ. Edellä annetussa, Kraszewskin yhtälössä

W W W W

15 A =t ( ^ * k^ + ·— ‘k2) = ΪΓ ' kx + . k2 ilmoitetaan sen sijaan vaimennuksen A riippuvan arvoista W,/Y ja W /Y. d J w Käytännössä on kuitenkin olemassa yhteys vaimennuksen 20 Wd/Y:stä ja t:stä vallitsevien riippuvaisuuksien välillä.

Tämä yhteys on suureksi osaksi verrannollinen. Paksuuden käyttäminen muuttujana antaa sen sijaan paljon paremman tuloksen, koska fysikaalisesti paksuus t vaikuttaa vaimennukseen eikä Wd/Y.

25 Keksinnön mukaisesti käytetään siis edellä olevaa yhtälöä (2) vaimennuksen A vaikutuksen osalta. Paksuus t mitataan ja asetetaan yhtälöön samoin kuin mitattu vaimennus A. Yhtälöstä (2) voidaan siis laskea ainoa tuntematon termi (W /Y). w 30 Tämä asetetaan edeltävään yhtälöön (3) yhdessä mita tun paksuuden t kanssa.

Kuten edellä mainittiin, perustuu myös keksintö sille oivallukselle, että useimpien orgaanisten aineiden kanssa tapahtuu vaikutus vaiheen muutokseen (Fl) pintayksik-35 köä kohden ilmaistun vesisisällön (W^/Y) funktiona paksuu- 8 83267 den kanssa vaimennuksen (A) vaikutusta vastaavalla tavalla. Tämä vaikutus perustuu samalle fysikaaliselle selitykselle, joka on annettu edellä.

Kuvio 3 näyttää vaiheen muutoksen paksuusyksikköä koh-5 den (Fl/t) volyymiyksikköä kohden ilmaistun vesisisällön (W /V) funktiona. Siitä ilmenee, että jokainen käyrä näyt-

W

tää suunnilleen samanlaiselta kuin käyrä kuviossa 1 ja sillä on tunnusomainen polvi. Lisäksi käy ilmi, että aineen tiheys vaikuttaa funktioon siten, että käyrä siirtyy yhdensuuntai-10 sesti ylös tiheyden kasvun myötä. Tiheys d2 on suurempi kuin tiheys d^.

Kuvio 4 näyttää vaiheen muutoksen (Fl) pintayksikköä kohden ilmaistun vesisisällön (W /Y) funktiona.

w

Kuten kuviosta 4 käy ilmi, saadaan käyrät, jotka 15 vastaavat kuvion 2 näyttämiä, jossa useat yhdensuuntaiset käyrät alkavat ensimmäisestä, kaltevasta käyräosasta. Ensimmäisen kaltevan käyräosan sijainti Fl-akselia pitkin riippuu tiheydestä, kuten käy ilmi kuviosta 3. Näistä käy-räosista lähtee yhdensuuntaisia käyriä, joiden sijainnin 20 määrää aineen paksuus t. Kuten kuviosta 4 käy ilmi, siirtyvät käyrät kohti W^/Yrn korkeampaa arvoa suuremman paksuuden myötä, jolloin t^ > t2 > t^.

Kuviosta 4 käy siis ilmi, että myös vaiheen muutos Fl on riippuvainen sellaisen aineen paksuudesta, jossa yh- 25 teys Fl/t ja W /V on sellainen, että siinä on polvi, joten w tämä koskee useimpia orgaanisia aineita.

Vaiheen muutos Fl mitataan ja asetetaan myös yhtälöön (3), minkä jälkeen ainoa tuntematon termi Vi^/Y ratkaistaan.

30 Koska on määritetty termi ottamalla huomioon aineen paksuus, jolloin termi on paljon tarkempi kuin jos ei olisi otettu huomioon riippuvuutta paksuudesta, saa termin Wn/Y arvo yhtälöstä (3) suuremman tarkkuuden, d Käsittämällä lisäksi, että paksuus vaikuttaa suoraan 35 vaiheen muutokseen Fl ja tällöin ottamalla mukaan termi kg · t, ks. yhtälöä (3), saadaan termille Wd/Y hyvin tarkka arvo.

83267

Koska tiettyjen orgaanisten aineiden, kuten kuivan puun, tiheys vaihtelee paljon esim. kuusen ja hongan kesken, on tärkeää, että termi W^/Υ määritetään hyvin tarkasti, koska sitä ei voi pitää vakiona, kun keksintöä so-5 vellotaan esim. sahassa.

Vakiot k., k_., k., kr , k, määritetään normaalilla 1 J 4 o o kalibrointimenettelyllä.

W

w W - W W —

Kosteusosamäärä = _m_d = w Y muodostetaan W, W, - W, 10 d d _d

Y

arvoista, jotka on saatu termeille W^/Y ja VT^/Y.

Koska, kuten mainittiin, yhtälö (2) määrää vesi-sisällön aineen paksuudesta riippuen, ja tämä termi (W^/Y) 15 asetetaan yhtälöön (3), jonka avulla määritetään termi (W^/Y) paksuudesta riippuen, saadaan oikea arvo kosteus-osamäärälle, vaikka aineen paksuus ja/tai tiheys vaihtelee.

Koska kuvioiden 2 ja 4 mukaisesti muodostuu käyrä-ryhmä orgaanisille aineille polven alla olevasta, yhtei-20 sestä kaltevuudesta, voidaan siis keksinnön mukaisesti erityisen hyvin määrittää sellaisten orgaanisten aineiden kosteusosamäärä, joissa paksuus ja/tai tiheys vaihtelee tapauksesta toiseen tai muuttuu yhdessä ainekappaleessa.

Eräs vaikeuttava tekijä mitattaessa orgaanisten 25 aineiden kosteusosamääriä on se, että monet tällaiset ai neet paisuvat, so. niiden volyymi kasvaa, vesisisällön kasvaessa. Puu on eräs tyypillinen tällainen aine. Siksi pidetään parempana kompensoida tiheyden riippuvuutta vesi-pitoisuudesta .

30 Keksinnön erään hyvin olennaisen toteutusmuodon mukaisesti suoritetaan aineen vesipitoisuudesta vallitsevan tiheyden riippuvaisuuden kompensointi. Tällöin lasketaan aineen tiheys ko. vesisisällön kanssa seuraavan yhtälön avulla 10 83267

Wdd _ . . 1 . (-^) 2 + k. . Ww Wd (4) Ϋ y t Y 8 ~ + Y~ jossa termi (W^/Y)on termi (W^/Y) kompensoituna aineen ko.

5 vesisisällöstä johtuvat tiheyden vaihtelut huomioonottaen.

Ilmaisu on toisen asteen polynomi. Yhteys = f(W^) mitataan empiirisesti ko. aineelle, jolloin määritetään vakiot k^ ja kg.

Yhtälöistä (2) ja (3) saadut arvot termeille {Vl^/Y) 10 ja (W^/Υ) asetetaan yhtälöön (4).

Tämän jälkeen muodostetaan kosteusosamäärä edeltävää analogisen tavan mukaisesti käyttämällä hyväksi termiä W.,/Y, so.

dd H

w 15 kosteusosamäärä = —-- wdd

Y

Näin muodostettu kosteusosamäärä antaa siis erittäin tarkan arvon aineen vesisisällölle.

20 Edellä kerrotusta käy ilmi, että po. keksintö ratkai see alussa mainitut vaikeudet mitata kosteusosamäärä hyvin tarkasti orgaanisissa aineissa, joissa paksuus ja/tai tiheys vaihtelee ja joissa lisäksi tiheys vaihtelee aineen vesi-pitoisuuden kanssa.

25 Kuvio 5 näyttää kaaviomaisesti laitteen, jolla mita taan kosteusosamäärä ja joka käsittää po. keksinnön mukaisen laitteen.

Varjostetulla alueella oleva laite 1 on tunnettua tyyppiä ja siksi sitä kuvataan vain lyhyesti seuraavassa.

30 Laite 1 sisältää mikroaalto-oskillaattorin 2, joka kehittää signaalin, jonka taajuus on fQ. Signaali syötetään ns. 3dB-hybridiin 3, jossa se jaetaan tarkistuskanavan 4 ja mittauskanavan 5 kesken. Toinen oskillaattori 6 kehittää signaalin, jonka taajuus on f^, joka on olennaisesti pie- 35 nempi kuin taajuus f .

11 83267

Keksinnön erään parhaana pidetyn toteutusmuodon mukaisesti on taajuus f yli 12 GHz ja alle 24 GHz, mieluiten 16 GHz. Sopiva taajuus on tällöin noin 10 KHz.

Taajuutta f moduloidaan modulaattorissa 7 taajuudella 5 fniin että muodostuu taajuus fQ + f^. Muodostettu signaali lähetetään ulos ensimmäisen mikroaaltoantennin 8 avulla ja sen ottaa vastaan toinen mikroaaltoantenni 9.

Kahden antennin 8, 9 väliin viedään aine, esim. puutavarakappale 10, jonka kosteusosamäärä on määritettävä. 10 Mittauskanavassa 5 vastaanotettu signaali sekoitetaan sekoittimessa 11 tarkistuskanavassa 4 olevan signaalin kanssa, niin että muodostuu signaali, jonka taajuus on f^, joka syötetään johtimen 12 kautta signaalinkäsittely-piiriin 13, johon lisäksi syötetään signaali suoraan mai-15 nitusta toisesta oskillaattorista 6 johtimen 14 kautta.

Signaalinkäsittelypiirissä 13 määritetään tunnetulla tavalla ja verraten signaaleja johtimissa 12 ja 14 vaiheen kääntö F1 ja vaimennus A. Signaalinkäsittelypiirin anto-liittimien 15, 16 kohdalla syötetään ulos signaali, joka 20 vastaa vaiheen muutosta Fl, ja signaali, joka vastaa vai mennusta A.

Keksinnön mukaisesti syötetään signaalit Fl ja A ulos johtimien 15 ja 16 kautta laskuyksikköön, joka sisältää mikroprosessorin 17 tai vastaavan. Mikroprosessoriin 25 17 kuuluu muisti 18, joka voi sisältää RAM-muistin tai vastaavan. Lisäksi on sopiva, tunnettu laite 19, joka mittaa sen ainekappaleen 10 paksuuden, jonka kosteusosamäärä on määritettävä, ja/tai sisäänsyöttöyksikkö 20, kuten näp-päinpöytä tms., ainekappaleen 10 toisella tavalla määrite-30 tyn tai tunnetun paksuuden syöttämiseksi sisään. Näppäin- pöytä 20 voi olla varustettu näytöllä 21, joka näyttää ko. syötetyn paksuuden.

Laite 19 ja vast, sisäänsyöttöyksikkö 20 on liitetty sopivilla sisäänsyöttöpiireillä muistiin 18, johon ajankoh-35 täinen paksuus tallennetaan.

i2 83267

Keksinnön mukaisesti laskuyksikkö on suunniteltu laskemaan termin (W /Y) arvon w 5 A (Y“} kl + k3 * jossa A on vaimennus, joka saadaan johtimesta 16, ja t on aineen paksuus, joka otetaan muistista 18, ja k^ ja k^ ovat vakioita, jotka on myös tallennettu muistiin 18.

Vakiot k^ ja k^ määritetään tunnetulla, sopivalla kalibroin-10 timenettelyllä, minkä jälkeen nämä arvot syötetään muistiin.

Lisäksi laskuyksikkö 17 on suunniteltu laskemaan termin (W^/Y) arvon ilmaisussa

W

F1 = Ui · k4 + -r ' k5 * k6 ' 4 15 jossa F1 on vaiheen muutos/ joka saadaan johtimesta 15, ja t on aineen paksuus. Tällöin laskuyksikkö on tarkoitettu ottamaan termin (W /Y) arvon muistista ja asettamaan arvon Fl:n ilmaisuun. Vakiot k^ , k^, k^ määritetään sopivalla, 20 tunnetulla kalibrointimenttelyllä, minkä jälkeen nämä arvot syötetään muistiin.

Vakiot k^, k^, k^, k,. ja k^ on määritetty ennen kuin ko. mittaus tapahtuu.

Laskuyksikkö 17 on sitten suunniteltu muodostamaan 25 kosteusosamäärän suorittamalla laskutoimitus (W /Y)/(W,/Y).

w a

Keksinnön erään parhaana pidetyn toteutusmuodon mukaisesti, joka on sovellettavissa silloin, kun aineella, jonka kosteusosamäärä on määritettävä, on se ominaisuus, että sen tiheys on sen vesisisällön funktio, on laskuyksikkö tarkoi- 30 tettu, kun on määritetty arvot termeille (W /Y) ja (W,/Y), w α laskemaan arvon termille (W,,/Y) ilmaisusta dd <wdd/Y> - k7 (VY>2 * k8 Ϊ + ^ 35 käyttäen hyväksi termien (W^/Y) ja W^/Y) arvoja, jolloin termi (Vf^/Y) on termi (W^/Y) kompensoituna tiheysvaihtelut i3 83267 huomioonottaen, jotka johtuvat aineen ko. vesisisällöstä. Vakiot k^ ja kg määritetään samoin tunnetulla, sopivalla kalibrointimenttelyllä ja ne syötetään muistiin 18. Tämä kalibrointimenttely käsittää siis edellä olevan ilmaisun 5 empiirisen määrityksen ko. aineelle.

Laskuyksikkö 17 on suunniteltu tämän jälkeen muodostamaan kosteusosamäärän suorittamalla laskutoimitus (VY)/Iwdd/Y|- 10 Kosteusosamäärän (W /Y)/(W ,/Y) tai mahdollisesti w a (W^/Y) / (W^/Y) arvo syötetään ulos sopivaan havaintolaitteeseen 22, kuten näyttöön, kirjoittimeen, lamppuihin tms.

Tietenkin on kuviossa 5 olevaa lohkokaaviota ja siihen liittyvää kuvausta, varsinkin varjostetulla alueella 15 olevaa laitetta koskevaa, pidettävä toteutusesimerkkinä, jossa keksintöä sovelletaan. Po. keksinnön kanssa voidaan käyttää mitä tahansa muuta laitejärjestelyä vaiheen käännön ja vaimennuksen laskemiseksi.

Varjostetulla alueella olevan laitteen sijasta voi-20 daan hyvin käyttää laitetta, jota on kuvattu suomalaisessa patenttihakemuksessa no 852549.

Keksintöä ei siis ole pidettävä edellä oleviin toteutusmuotoihin rajoitettuna, vaan se on muunnettavissa oheisten patenttivaatimusten asettamissa puitteissa.

Claims (6)

14 83267

1. Tapa, jolla mitataan aineiden, varsinkin orgaanisten aineiden, kosteusosamäärä, joiden aineiden paksuus 5 ja/tai tiheys vaihtelee, joka tapa käsittää mikroaaltojen lähettämisen sitä ainetta kohti, jonka kosteusosamäärä on määritettävä, ja lähetettyjen mikroaaltojen vastaanoton, kun ne ovat kulkeneet aineen läpi, ja tällöin mikroaaltojen vaimennuksen (A) ja vaiheen muutoksen (Fl) mittauksen niiden 10 kulkiessa aineen läpi ja mitatun vaimennuksen (A) ja vaiheen muutoksen avulla aineen ns. kosteusosamäärän laskemisen, tunnettu siitä, että termi (W /Y) määritetään ilmai- w susta W a = · ki + k3 ' 1 15 a γ i j jossa A on mitattu vaimennus ja t on aineen paksuus sekä k^ ja k^ ovat vakioita, jotka on määritetty kalibrointi-menettelyllä, ja termi W^/Y on aineen veden paino pintayk-2q sikköä kohden, että termi (W^/Y) määritetään ilmaisusta Fl = Ww .k. + Wd . kc + k, * t γ- 4 γ- 5 6 jossa Fl on mitattu vaiheen muutos, jossa ilmaisussa käyte-25 tään hyväksi edellä määritettyä termiä W^/Y ja siinä t on aineen paksuus sekä termi W^/Y on aineen paino kuivassa tilassa pintayksikköä kohden ja k^, k,., kg ovat vakioita, jotka määritetään kalibrointimenettelyllä, sekä että kosteusosamäärä muodostetaan sinänsä tunnetulla tavalla osa-3Q määrän (Ww/Y)/(Wd/Y) kautta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, kun aineella on se ominaisuus, että sen tiheys on sen vesisisällön funktio, tunnettu siitä, että termi (Wdd/Y) määritetään ilmaisusta 15 83267 , w _ w (W /Y) = k » — · ( W) ^ + k ' — + —5. Wdd7 K7 t lY ' K8 Y Y jossa termi (Wdd/Y) on termi (Wd/Y) kompensoituna tiheyden 5 vaihtelut huomioonottaen, jotka johtuvat aineen ko. vesi- sisällöstä, ja jossa k-, ja kQ ovat vakioita, jotka määri- tetään kalibrointimenttelyllä, sekä että kosteusosamäärä muodostetaan osamäärästä (W /Y)/(W,,/Y). w dd

3. Patenttivaatimuksien 1 tai 2 mukainen tapa, 10 tunnettu siitä, että siinä käytetään mikroaalto- taajuutta, joka on yli 12 GHz ja alle 24 GHz, mieluiten 16 GHz.

4. Laite, jolla mitataan kosteusosamäärä aineissa, varsinkin orgaanisissa aineissa, joiden paksuus ja/tai 15 tiheys vaihtelee, ja joka käsittää mikroaalto-oskillatto- rit (2, 6), modulaattorin (7), antenniparin (8, 9), joiden väliin ko. aine (10) on tarkoitettu vietäväksi, sekoitti-men (11) ja signaalinkäsittelypiirin (13), joka on tarkoitettu antamaan kaksi signaalia (A) ja vast. (Fl) , jotka 20 vastaavat mikroaaltojen vaimennusta (A) ja vast, vaiheen muutosta(Fl) niiden kulkiessa aineen läpi (10), sekä las-kuyksikön (17), joka laskee aineen ns. kosteusosamäärän, tunnettu siitä, että mainittu laskuyksikkö (17) on suunniteltu vaimennuksen (A) mitatusta arvosta ja aineen 25 paksuuden (t) laskuyksikköön (17) kuuluvaan muistiin (18) syötetystä arvosta laskemaan termin (W^/Y) arvon ilmaisusta W A = </>· kl * k3 ' w 2Q jossa termi ( w/Y) on aineen veden paino pintayksikköä kohden, ja se on tarkoitettu tämän jälkeen vaiheen muutoksen (Fl) mitatusta arvosta ja mainitusta paksuudesta (t) sekä termin (WrJY) lasketusta arvosta laskemaan termin w (Wd/Y) arvon ilmaisusta 15 83267 W W F1 = Ψ k4 * kf 4 k6 ' t O jossa termi Vf^/Y on aineen paino kuivassa tilassa pinta-5 yksikköä kohden ja mainitut vakiot k^, kg, k^, kg ja kg on määritetty kalibrointimenettelyllä ja syötetty muistiin (18), sekä suunniteltu muodostamaan kosteusosamäärän suorittamalla laskutoimitus (W /Y)/(W,/Y). w a

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite sellaista 10 tapausta varten, että aineella (10) on se ominaisuus, että sen tiheys on sen vesisisällön funktio, tunnettu siitä, että laskuyksikkö on suunniteltu sen jälkeen, kun se on laskenut arvot termeille (W /Y) ja vast. (W,/Y), W Cl laskemaan termin (W^/Y) arvon ilmaisusta 15 (W-,,/Υ) = k_ * (Ww)2 + kfi (Ww) + (Wd) dd 1 γ~ o — y- jossa termi (Wdcj/Y) on termi (W^/Υ) kompensoituna huomioon- oltacn tiheyden vaihtelut, jotka johLuvat aineen (10) ko. 20 vesisisällöstä, ja jossa vakiot k^ ja kg on määritetty kalibrointimenettelyllä ja syötetty muistiin (18) , sekä suunniteltu muodostamaan kosteusosamäärän suorittamalla laskutoimitus (W /Y)/(W, ,/Y). W da

6. Patenttivaatimuksien 4 tai 5 mukainen laite, 25 tunnettu siitä, että yksi mainituista oskillaatto reista on suunniteltu kehittämään taajuuden, joka on yli 12 GHz ja alle 24 GHz, mieluiten 16 GHz. 17 83267