KR19990008375A - 벌크물질의 습기를 연속 검출하는 방법과 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 웨이브 감지기로 식품 또는 사료의 벌크물질의 수분 함량을 연속검출하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다. 감지기는 특히 트리플레이트 라인과 같은 측정채널의 일부이다. 벌크물질로 채워진 감지기의 전도율이 측정되고 이로부터 습기가 계산된다. 또한 본 발명의 측정채널은 유출구측에 벌크물질을 위한 배압구성요소와 감지기의 일부로서 배압영역내에서 유동하는 제품의 방향에 횡 방향으로 배치된 롯드를 갖는 측정장치에 관한 것이다. 측정장치는 저울, 즉 저울대의 형태로 되어 있다.
Description
본 발명은 마이크로웨이브 감지기를 갖춘 측정채널에서 식품 또는 사료와 같은 벌크 물질의 습기를 연속적으로 검출하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.
종래, 마이크로웨이브를 이용하여 벌크물질의 습기를 연속적으로 측정하기 위한 여러 가지 제안이 있었다. 제분 산업분야에서는 이러한 방법이 혼 안테나(horn antennae)를 이용하여 어느 정도까지는 실시될 수 있었다. 그러나, 이는 벌크 물질의 밀도를 순간적으로 검출하는 것이 필요하다. US-PS 4,131,845에 따라서 γ선 측정방법에 밀도측정을 위하여 제안되었다. 알려진 바로는 이로써 좋은 결과를 얻을 수는 있었다. 그러나, γ선은 이들이 법률적으로 규정된 특수한 안전예방책을 요구하므로 불리하다.
EP-PS 249738에 따라서, 벌크 물질의 밀도는 중량 픽업에 의하여 측정된다. 측정채널이 제품에 대한 전체 흐름을 검출하기 위하여 계량 요소상에 배열되며 전송된 마이크로 웨이브가 대향된 두 개의 혼 안테나를 통하여 측정되는 바, 이러한 측정방법은 신뢰성이 떨어진다. 더욱이 습기 측정이 가습전에만 수행된다.
주위의 벽으로부터 불필요한 마이크로 웨이브의 반사를 방지하기 위하여 이들 벽은 마이크로 웨이브 흡수성 발포체로 구성된다. 발포체는 마이크로 웨이브 투과 물질로 내부가 피복되어 예를 들어 식품과 같은 제품을 측정할 때 그 제품이 발포체와 접촉되지 않게 된다. 이러한 측정방법은 실제로 널리 이용되고 있지 않다. 이러한 방법에 있어서는 마이크로 웨이브의 정확한 반사율과 흡수율이 측정될 수 없어 소오스의 오차가 크다. 예를 들어 EP-B-468 023 또는 EP-A-669 522에 기술된 바와 같이 소위 공진기에 의한 마이크로 웨이브를 이용하는 것이 알려져 있다. 제품에 따라서 여러 가지 공진 주파수가 요구되고 정확성이 제한된다. 마이크로 웨이브 장을 이용하여 온라인 작동중에 식품과 사료를 포함하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 것이 FR-A- 22 05 196과 전문지 (J. of Microwave Power, 1504, 1980, page 209-220, A. K. : Microwave aquametry-a review)로부터 알려져 있다. 마이크로 웨이브장이 발생되고 벌크물질로 전달된 마이크로 웨이브의 크기와 위상이 측정되며 이들로부터 습기가 계산되고 계산된 값을 이용하여 벌크물질의 습기가 제어된다. 다른 파라메타가 고려되지 아니하였다. FR-A-22 05 195은 제품의 흐름 방향에 대하여 횡방향의 롯드를 갖는 감지기가 구비된 측정채널을 보이고 있다. WO 90/07110에 따라서, 벌크물질둘레에 전달된 마이크로 웨이브의 크기와 위상을 측정하고 이들로부터 측정될 제품의 습기를 계산하고자 하는 방법이 제안된 바 있다. 측정채널안에 있는 벌크물질에 침투되는 안테나가 마이크로 웨이브 장을 발생토록 하는데 사용되었다. 마이크로 웨이브 장은 공정단의 최종 부분에서 발생되고 동시에 벌크물질의 온도가 측정되었다. 일련의 시험에서 이러한 형태의 습기 측정방법은 등급에 따라 크게 달라짐을 보였다. 그러나, 제분소에서는 여러 가지 형태와 등급의 곡물, 특히 여러 가지 혼합곡물이 가공되는 것은 잘 알려져 있다. 따라서 마이크로 웨이브 측정을 위한 제품의 관련 특성은 처음 새로운 혼합곡물을 가공할 때에는 알 수 없어 미지의 제품에 대하여서는 적어도 각 제품이 매번 바뀐 후에 측정장치가 다시 교정되어야 한다. 이러한 문제점은 내부자동 교정에 의하여서는 해결될수 없는 것이다. 차라리, 수분 함량에 대하여 예를 들어 ±0.2%의 편차를 갖는 정확도를 얻기 위하여 실험실수준의 측정이 각 교정시마다 수행되어야 한다. 그러나, 자동 온라인 습기 측정의 목적은 부분적으로 밖에 달성될 수 밖에 없었다. 용량 측정 방법과는 대조적으로 마이크로 웨이브 측정 방법은 물을 첨가한 후에 새롭게 가습된 밀의 수분함량이 즉시 정확히 측정될 수 있도록 하는 것이 알려져 있다. 물의 정확한 첨가를 위한 폐쇄제어 회로의 실제어는 물의 첨가후 습기 또는 수분함량의 측정에 기초하여야 한다. 종래의 모든 시험은 등급의존성의 문제가 있으며 물의 첨가로부터 수분함량 측정까지의 시간 요인이 측정결과에 영향을 주는 것으로 확인되었다. 제분 준비 과정중에 2~3회에 걸쳐 많은 양의 물이 곡물에 첨가되므로 종래의 방법으로서는 이러한 문제점을 만족스럽게 해결하는 것이 불가능하였다.
따라서 본 발명의 목적은 가능한 한 공지된 방법의 결점을 해결하고 등급이 달라진다 하여도 실제로 용이하게 적용할 수 있으며 특히 새롭게 가습된 밀의 측정이 이루어지도록 하고 이에 기초하여 예를 들어 특정 설정값에 대한 물의 첨가량의 실 제어가 이루어지도록 하는 마이크로 웨이브 측정방법을 개발하는데 있다.
또한 가습전에 습기함량의 보완측정이 공지된 방법으로 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 해결안은 감지기가 트리플레이트 라인(triplate line)으로서 구성되고 벌크물질로 채워진 감지기의 전도성이 측정되며, 감지기가 측정채널의 일부로 구성됨을 특징으로 한다.
마이크로 웨이브 측정 기술은 종래 화학공정 엔지니어링, 특히 목재, 종이, 직물등의 웨브와 같은 고체물의 수분함량을 측정하는데 널리 이용되었다. 상업적인 이유로 소위 중공안테나가 아주 널리 사용되었다. 이는 상기 언급된 전문분야에서 크게 발전되었다.
상기 언급된 고보센서(Gobosensor) 방법 (WO 90/07110)과 공진기 방법은 공지된 것이다. 그러나, 이미 언급된 바와 같이 고보센서 방법에 있어서는 벌크 밀도가 측정되지 않아 그 결과가 부정확하다. 벌크물질이 채워졌을 때 전도성이 측정되는 소위 트리플레이트 라인을 이용함으로서 주요 문제의 변수, 특히 마이크로 웨이브 반사와 마이크로 웨이브 흡수에 관련된 문제점이 제거됨이 놀랍게도 확인되었다. 전자의 주요 문제점, 즉 등급의존성은 소오스 오차로서 대부분 제거될 수 있다. 따라서 측정결과는 곡물의 가습과 측정사이의 시간 요인에 관계없이 정확히 재현가능하다. 이와 같이 처리량과 온도에 부가하여 벌크밀도를 포함함으로서 측정이 신뢰가능하고 습기의 실질적인 제어가 이루어질 수 있으나 벌크밀도는 등급에 관계없이 공지의 기술로부터 명백한 방법으로 유도될 수 없다. 본 발명은 다수의 특별히 유리한 실시형태의 구현이 가능하다. 전도성은 마이크로 웨이브 측정유니트를 이용하는 헤테로다인 측정원리에 의하여 검출되며, 제품의 습기가 전자 평가 유니트에 의하여 다른 측정변수와 함께 계산된다. 교정을 위하여 그리고 측정의 정확도를 높이기 위하여, 예를 들어 온도와 길이의 변화를 배제하기 위하여 참조라인이 감지기와 병렬로 주기적으로 연결된다. 특히 유리한 구성에 있어서, 트리플레이트 라인이 장치의 고정부로부터 계량을 위하여 분리된 측정채널의 일부로서 구성도어 제품의 밀도가 계량신호를 통하여 측정될 수 있다. 일부의 경우에 있어서 벌크 물질의 밀도는 측정할 필요가 없다. 그러나, 시험결과로 특히 상이한 원료 또는 상이한 등급의 곡물로 구성되는 과립형, 종자형, 박편형 또는 분말상 벌크 물질의 경우에 있어서 벌크물질의 형태의 극단적인 변화가 있어도 양호한 측정제어가 이루어지도록 벌크밀도가 동시에 측정되는 경우 측정의 신뢰도가 증가됨이 확인되었다.
본 발명은 온라인 작업중에 특히 식품이나 사료 등의 벌크물질의 습기를 연속 검출하기 위한 것으로서 벌크물질을 이송하기 위한 측정채널을 가지고 배압영역에 마이크로 웨이브 감지기를 가지며 측정채널이 트리플레이트 라인으로 구성됨을 특징으로 하는 것으로 측정채널의 출력측에 배압구성요소가 구성된 장치에 관한 것이다. 측정 채널은 벌크 물질에 대한 제어 가능한 배출요소를 할당하는 계량 부분이다. 이 계량부분은 저울대로서 구성되는 것이 좋으며, 전자평가 유니트와 배출요소를 구동시키기 위한 구동모우터는 저울대의 일측부에서 작용함과 동시에 타측의 측정채널에도 작용토록 배열된다. 조절가능한 평형추가 측정장치와 특정 벌크 물질의 계량을 완료하기 위하여 저울에 부가적으로 배열된다. 또한 측정채널이 그 전체 높이에서 두 부분, 즉 상부측정부와 이에 인접한 하부배출부의 두 부분으로 나누어지고, 측정부는 상측으로부터 하측으로 확장되어 있으며 배출부는 상측으로부터 하측으로 좁아지게 경사지고, 배출부는 하측부에 계량배출스크류가 착설되어 있다. 감지기로부터 전자 평가유니트로의 연결라인은 동축라인이고 전이형 펀넬은 케이블의 서지임피던스가 감지기로 반사되지 않도록 한다. 마이크로 웨이브에 대하여 유효한 측정채널의 부분은 금속으로 만들어져 있다. 측정채널의 내부에 대하여 전이되는 형태와 전이펀넬은 마이크로 웨이브 투과성 커버링에 의하여 보호되어야 한다. 측정채널은 제품메인라인으로부터 치우쳐 있는 바이패스라인의 형태로 구성되는 것이 좋으며 메인라인으로부터 측정채널측으로 향하는 유입공은 그리도의 형태로 구성되는 것이 좋다.
본 발명은 또한 온라인 작업중에 특히 식품이나 사료 등의 벌크물질의 습기를 연속검출하기 위한 것으로, 벌크물질을 이송하기 위한 측정채널을 가지고 측정채널내의 배압영역내에 제품의 흐름방향에 횡방향으로 배치되는 롯드를 갖으며 측정채널의 유출구측의 배압구성요소를 갖는 측정장치에 관한 것으로, 이 측정장치가 저울 좋기로는 저울대의 형태로 구성됨을 특징으로 한다. 무게신호가 힘픽업을 통하여 측정되고 밀도가 이 신호로부터 계산된다. 마이크로웨이브 전송신호의 진폭과 또는 위상이 측정될 수 있다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 마이크로 웨이브 측정장치의 단면도
도 2 는 도 1 의 II-II 선 단면도
도 3 는 트리플레이트 라인의 기본개념을 보인 설명도
도 4 는 헤테로다인 측정시스템의 블록회로도
도 5 는 도 4 의 특정실시형태를 보인 상세도
도 6 은 예를 들어 곡물의 전체 가습장치를 보인 구성도
도 7 은 급수제어기의 기본요소를 보인 블록도
본 발명을 도 1 과 도 2 를 참조하여 설명키로 한다. 메인채널(1)에서는 벌크 물질이 유입구(2)를 통하여 공급되고 유출구(3)를 통하여 배출되며 바이패스(4)가 그리드(5)를 통하여 좌측 반부분측에 연결된다. 벌크물질은 고정분기파이프(6)를 통하여 바이패스(4)측으로 향하다가 수평파이프(7)를 통하여 다시 메인 채널(1) 측으로 되돌아 온다. 실측정단(8)은 분기파이프(6)의 하측단부에서 시작하여 파이프(7)의 배출단부에서 끝난다. 측정단(8)은 수직측정채널(9)과, 스크류 콘베이어(11) 및 구동모우터(12)로 구성되는 계량배출장치(10)로 구성된다. 측정단(8)은 상부와 하측에서 계량되게 메인채널(1)로부터 분리되어 측정단(8)에 의한 계량운동이 장애받지 않도록 한다. 이 측정단(8)은 수직지지체(13)와 날개형 피봇트(15) 상의 수평저울(14)을 통하여 매달려 있다. 저울(14)은 힘의 측정을 위하여 힘 픽업(16)에 연결된다. 전자평가 유니트(18)에 연결된 동축라인(19)(19')은 전자평가 유니트(18)로부터 벌크물질내에 침투되는 롯트(21)와 예를 들어 강철로 된 적어도 두 개의 금속벽 부분(22)(22')으로 구성된 감지기(20) 측으로 안내되어 (도 3 참조), 전도체 즉 롯트(21) 또는 금속벽 부분(22)(22')에 직접 연결된 측정 채널(9)에서 측정중에 자계(H)와 전계(E)가 형성된다. 벌크물질의 온도는 온도검출기(26)에 의하여 측정된다.
도 2에서 보인 바와 같이 혼 안테나와 유사한 두 개의 동축라인(19)(19')은 벌크물질에 의하여 형성된 유전체(24)의 영역에서 예를 들어 동축케이블의 50o~130o 까지의 서지 임피던스를 적응시키기 위한 펀넬형 확장부(23)(23')를 갖는다. 두 펀넬형 확장부(23)(23')은 마이크로 웨이브 투과성 커버링(25)(25')에 의하여 측정채널(8)로부터 보호된다. 참조라인(31)이 스위치(30)를 통하여 연결될 수 있다. 도 4 는 헤테로다인 측정시스템의 일반적인 블록회로도이다. 마이크로 웨이브 입력신호 a(f + △f)가 측정단으로 안내되고 출력신호 b(f + △f)가 하류측에서 혼합된다. 따라서 IF 영역에서 간단한 위상 및 진폭측정이 수행될 수 있다. 이러한 정보(진폭 및 위상)는 전 과정에서 소실되지 아니한다 (마이크로 웨이브와 하부 혼합신호는 비례한다). 도 5 는 도 4 에 따른 측정시스템의 보다 구체화된 실시형태를 보이고 있다. 측정단의 입력에서 마이크로 입력신호 a (f +△f)는 주파수 시프터(단측대변조기)에 의하여 발생된다. 측정단의 입력과 출력은 평가 유니트에서 혼합되고 처리된다. 헤테로다인 시스템의 다른 구성방법은 위상 고정로우프로 변형될 수 있다. 이 경우에 있어서, 혼합기 신호 X 는 위상고정루우프에 의하여 f +△f로 유지되고, 시험단의 마이크로 웨이브 입력신호는 중간 주파수에 의하여 변위된다. 따라서 혼합기 출력은 다시 IF 신호를 공급하며 이 신호가 추후에 처리된다. 이후 전체 가습장치를 보인 도 6에서 상세히 설명된다. 예를 들어 건조곡물이 유입구(41)를 통하여 공급되는 가습 유니트(40)는 그 유출구(42)를 통하여 메인채널(1)의 유입구에 직접 연결된다. 가습 유니트(40)는 구동모우터(44)에 의하여 구동되는 하나 이상의 회전원심로타(43)를 갖는다. 마이크로 웨이브 측정장치(45)는 요구/실제값 비교를 통하여 마이크로 웨이브 측정장치(45)의 제어유니트(47)로부터 일치하는 측정신호에 의하여 평가되고 필요한 급수량을 제어하고 물을 급수라인(49)과 급수주입파이프(50)를 통하여 벌크 물질에 공급하는 급수계량 유니트(48)에 제어 신호로서 공급된다. 급수량의 개방 및 폐쇄루우프 제어가 급수계(51) 전자제어 유니트(55), 모우터 제어 밸브(52), 필터(53)와 바이패스(54)와 같은 주요구성요소에 의하여 도 7에서 공지된 방법으로 확대된 규모로 보이고 있다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1. 메인채널2. 유입구
3. 유출구4. 바이패스
5. 그리드6. 고정분기파이프
7. 수평파이프8. 실측정단
9. 수직측정채널10. 계량배출장치
11. 스크류 콘베이어12. 구동모우터
13. 수직지지체14. 저울
15. 날개형 피봇트16. 힘픽업
17. 판18. 전자평가유니트
19. 19'. 동축라인20. 감지기
21. 롯드22. 22'. 금속벽부분
23. 23'. 펜넬형확장부24. 유전체
25. 25'. 커버링26. 온도검출기
40. 가습유니트41. 유입구
42. 유출구43. 회전원심로타
44. 구동모우터45. 마이크로 웨이브 측정장치
46. 확인장치47. 제어유니트
48. 급수계량유니트49. 급수라인
50. 급수주입파이프51. 급수계
52. 모우터제어밸브53. 필터
54. 바이패스55. 전자제어유니트
H. 자계E. 전계
X. 혼합기신호a. 입력신호
b. 출력신호
Claims (12)
- 마이크로 웨이브 감지기를 갖는 측정채널에서 식품 또는 사료 등의 벌크 물질의 습기를 연속검출하는 방법으로서 전송된 마이크로 웨이브의 진폭과 / 또는 위상이 벌크물질내에서 측정되고 벌크 물질의 습기가 계산된 값으로부터 결정되는 벌크 물질의 습기 연속 검출방법에 있어서 감지기(20)가 트리플레이트 라인으로서 구성되고 벌크물질로 채워진 감지기(20)의 전도율이 측정되며 감지기가 유출구측에 배압구성요소를 구비하는 측정단(8)의 일부로서 구성되고 각 제품의 습기가 벌크 물질의 온도와 벌크 밀도와 함께 전자평가 유니트(18)를 통하여 측정되고 제어됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 방법.
- 제 1 항에 있어서 전도율이 마이크로 웨이브 측정유니트(45)를 이용하는 헤테로다인 측정원리를 통하여 검출됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 방법.
- 제 1 항과 제 2 항에 있어서 온도와 길이의 변화를 제거토록 주기적으로 교정이 이루어지고 측정의 정확도를 높이기 위하여 참조라인이 감지기(20)에 병렬로 연결될 수 있음을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서 감지기(20) 또는 트리플레이트 라인의 계량을 위하여 장치의 고정부분으로부터 분리된 측정단(8)의 측정채널(9)의 일부로서 구성되고 벌크 물질의 제품밀도(벌크 밀도)가 계량신호를 통하여 측정됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 방법.
- 온-라인 작업중에 식품 또는 사료와 같은 벌크 물질의 습기를 연속 검출하기 위한 것으로 벌크물질을 운반하기 위한 측정채널(9)과 제품의 흐름방향에 대하여 횡 방향으로 배치되는 감지기(20)는 롯드(21)가 감지기(20)의 일부로서 구성되고 측정채널(9)의 유출구측이 배압구성요소를 갖는 벌크물질의 습기 연속검출장치에 있어서 측정채널(9)이 트리플레이트 라인과 같은 바이 패스(4)의 형태로 구성되고 측정채널(9)이 제품의 메인채널과 고정요소로부터 계량을 위하여 분리된 계량부분으로서 구성됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 장치.
- 제 5 항에 있어서 벌크 물질의 강제 배출을 위한 배출요소(10, 11)가 유출구측에서 측정채널(9)에 연결됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 장치.
- 제 6 항에 있어서 계량부분이 저울대 일측에서 작용토록 배열된 배출요소의 구동을 위한 구동 모우터와 저울대의 저울(14)의 타측부에 배열된 측정채널(9)로 구성됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 장치.
- 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서 측정채널(9)이 수직으로 상부측정부와 이에 인접한 하부배출부의 두 부분으로 나누어지고 측정부가 상부로부터 하부로 확장되며 배출부는 상부로부터 하부로 좁아지게 경사지고 배출부는 하부에 계량배출스크류(10)가 배열됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 장치.
- 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서 감지기(20)로부터 전자 평가유니트로의 연결라인이 동축라인(19, 19')으로 구성되고 감지기(20)에 대한 동축라인(19, 19')의 케이블의 서지임피던스가 반사되지 않도록 하는 전이펀넬을 가짐을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 장치.
- 제 9 항에 있어서 측정채널(9)이 금속으로 만들어지고 측정 채널측으로 전이되는 전이펀넬이 마이크로 웨이브 투과성 커버링(25, 25')으로 보호됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 장치.
- 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서 측정채널이 제품 메인채널(1)로부터 치우쳐 있는 바이패스라인(4)으로 구성되고 제품 메인채널(1)로부터 측정채널(9)로의 유입공이 그리드로 구성됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 장치.
- 온-라인 작업중에 식품 또는 사료 등의 벌크물질의 습기를 연속검출하기 위한 측정장치로서 벌크물질을 운반하기 위한 측정채널(9)과 제품의 흐름방향에 대하여 횡 방향으로 배치되는 롯드(21)로 구성되는 측정채널(9)의 유출구측의 배압구성요소를 갖는 것에 있어서 측정장치가 저울의 형태로 구성됨을 특징으로 하는 벌크 물질의 습기를 연속 검출하는 장치.
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