SE464940B - Foerfarande och anordning foer maetning av fukthalten eller torrsubstanshalten foer ett aemne - Google Patents

Description

464 940 Från förut är det även känt att använda olika mikrovågsme- toder, vilka antingen baserar sig på vattnets stora dielekt- ricitetskonstant, s.k. reflektions- och resonansförfaranden, eller den stora förlustkoefficienten, d.v.s. s.k. dämpnings- förfaranden. Nackdelen med mikrovågsmetoderna är den att dämpnings- och resonansmetoderna ej lämpar sig för mätning av ämnen med stor förlust. Mätning av ämnen med hög fukthalt är även svår. Det samma gäller även reflektionsförfarandet. Vid reflektionsförfarandet uppträder dessutom interferensproblem vid praktiska mätningskonstruktioner. Dämpningsförfarandet kan basera sig på antingen dämpningsmätning av ytvågen eller mätning av genomgångsdämpningen.

Uppfinningens ändamål är att erbjuda ett förfarande som ej uppvisar ovannämnda nackdelar. Detta åstadkommes i enlighet med uppfinnigen sålunda att i ett dielektriskt vågrör som står i kontakt med ämnet som skall mätas matas en mikrovåg som fortplantar sig i huvudsak inne i vågröret, och att rörets längd och mikrovågens frekvens anordnats så att mikrovågen reflekteras åtminstone en gång, lämpligen åtmins- tone 10 gånger från gränsytan mellan ämnet och vågröret, och vågrörets genomgångsdämpning mätes för bestämning av fukthal- ten.

Speciellt förmånligt är ett sådant förfarande, vid vilket vågrörets längd kan anordnas antingen för mätning av små eller stora fukthalter. Detta har visat sig vara speciellt förmånligt, eftersom förfarandet med olika långa vågrör är känsligt för antingen små eller stora fukthalter.

Enligt förfarandet är det förmånligt att välja det dielekt- riska vågröret så att realdelen för dess dielektricitetskons- tant ar1 är mindre än realdelen för det omgivande ämnets dielektricitetskonstant srz. 4s4 940i Enligt uppfiningens förfarande kan vågröret ha formen av en böjd ring, varvid i denna matas en TE10 våg, eller också kan det ha formen av en stång, varvid i denna matas en TE10- eller TM -våg. 01 Såvida vågröret har formen av en stång, kan vågen matas i rörets ena ände och mottagas i rörets andra ände, eller mat- ning och mottagning kan anordnas i samma ände.

Anordningen enligt uppfinningen är kännetecknad av att den .uppvisar ett vågrör av dielektriskt ämne, vilket vågrör har limensionerats så att mikrovågen fortskrider i huvudsak inne i röret, och vilken anordning uppvisar organ för matning och mottagning av en mikrovåg, samt organ för att åstadkomma mikrovågen samt organ för utvärdering av den mottagna sig- nalen.

Realdelen för vågrörets dielektricitetskonstant är lämpligen inom området 2-10. Vågröret är således lämpligen av plast, gummi, ett keramiskt ämne, aluminiumoxid eller tetrafluor- eten. Genom att välja vågrörets sr-värde mindre än ar-värdet för ämnet som mätes, mister vågen som reflekteras inne i våg- röret vid fortplantningen vid varje reflektion energi till det omgivande ämnet. Hur mycket energi som går förlorad beror av den proportionella skillnaden mellan ar1 och srz.

Fukthalten hos ämnet som mätes är direkt proportionell mot signaistorleken, och omvänt proportionell mot genomgångsdämp- ningen. Lämpligen har röret formen av en cirkel, och det befinner sig vid den inre ytan av det rör som transporterar ämnet som skall mätas väsentligen vinkelrätt i förhållande till ämnets flödesriktning. Genom att sänka ner vågröret i rörets inre yta så att rörets inre yta vid området för våg- ~> röret är väsentligen plant erhålles den fördelen att vag- 464 940" rörets livslängd förlänges då det användes i samband med sli- tande vätskor eller slam.

Anordningens känslighet förbättras genom att anordna våg- rörets längd så att det inträffar flera reflektioner. Käns- ligheten stiger som en funktion av reflektionsgångernas potens. Om förhållandet mellan signalerna för två fukthalter är t.ex. 1,5 med en reflektion är det 1,5 5: 7,6 med 5, 1,5 10 = 57 med 10 een 1,5 20= 3339 med 20 reflektioner.

I vågröret kan man anordna reflekterande pikar bakom matningsorganet och mottagningsorganet så att mellan nämnda organ uppstår ett fritt vågrör. Dessa reflekterande pikar bestämmer vågrörets längd och därigenom fuktighetsområdet vid vilket anordningen är som känsligast. Såvida man vill använda anordningen vid olika fuktighetsområden kan matningsorganen flyttas för att ändra vågrörets längd.

Vid ett cirkelrunt vinkelrätt vågrör är det förmånligt att organet som matar mikrovågen sänder mikrovågen med en sådan frekvens att i vågröret åstadkommes en TE1O-våg.

Vågröret kan även ha formen av en stav, varvid det löper vid mitten av röret som transporterar ämnet väsentligen vinkel- rätt mot rörrets längdriktning. Härigenom befinner sig orga- nen för att mata mikrovågen i vågrörets ena ände och organen för mottagning av mikrovågen i den andra änden, eller båda organen befinner sig i vågrörets samma ände. Organet som sän- der mikrovågen är lämpligen anordnat att sända mikrovågen med en sådan frekvens och på ett sådant sätt att i röret uppstår antingen en TE10- eller en TM01-våg. Detta är förmånligt där- för att ämnet som mätes påverkar staven på alla sidor, och mätningen är känsligare för förändringar i fukthalten.

Uppfinningen beskrives i det följande närmare genom hänvis- ning till bifogade ritningar, i vilka figur 1 visar fukthalts-signalkurvor enligt uppfinningen vid olika vågrörslängder, figur 2 visar en givarkonstruktion, vid ilken det dielekt- riska vågröret har sänkts in i processrörets vägg, figur 3 visar en uppskuren perspektivbild av konstruktionen i figur 2, och figur 4 visar en givarkonstruktion, vid vilken det dielekt- riska vågröret går genom processröret.

Kurvan A som visas i figur 1 motsvarar i stort sett en kurva som erhållits :ed reflektionsförfarandet. Detta åstadkommes i vågrörsförfarandet genom att anordna vågröret mycket kort.

Genom att förlänga vågröret förändras kurvan via kurvorna B och C till kurvan D, vid vilken alltså vågröret är långt. I figuren ser man att arrangemanget enligt kurvan A lämpar sig bäst för mätning av små fukthalter, och kurvan D för mätning av stora fukthalter.

I figurerna 2 och 3 ser man processröret 1, i vilket anord- nats ett vågrör 2. Vätskan eller slammet som skall mätas fly- ter i röret i utrymmet 7. Realvärdet srz hos dielektricitets- konstanten för ämnet som mätes och realvärdet er1 för våg- rörets dielektricitetskonstant har även utmärkts i figuren.

Lämpligen är er1 mindre än sr2, varvid en del av energin ref- lekteras från rörets yttre yta. I figuren ser man även mikrovågskällan 8, vilken via matningsanslutningen 3 för mikrovågen matar mikrovågseffekten i vågröret. Mottag- ningsanslutningen 4 för mikrovågen förmedlar den mottagna signalen vidare till en utvärderingskrets 9, vilken in- nehåller en displayanordning för att delge den uppmätta fukt- halten. I figuren ser man även de reflekterande pikarna 5 och 6, varvid vågröret som bildas mellan dessa bestämmer kurvans form i figur 1. Genom att flytta avståndet mellan matnings- organen kan anordningen göras känslig för antingen små eller stora fukthalter. 3 464 940.' Enligt arrangemanget i figurerna är alltså energins mängd som går inne i vågröret beroende av realdelen 5 rz hos dielekt- ricitetskonstanten för det yttre mediet. Eftersom dielekt- ricitetskonstanten för vatten avviker avsevärt från.5r för de flesta andra ämnen kan fukthalten på detta sätt mätas. Ju högre fukthalt, desto större är mikrovågens reflektion från gränsytan, och desto mindre är genomgångsdämpningen varvid en större signal erhålles. Mätningen kan stabiliseras genom att använda en referenskanal i samband med utvärderingskretsen 9.

Referenskanalen kan åstadkommas även genom att låta mikrovå- gen gå i det dielektriska vågröret längs två olika långa vägar.

Konstruktionen enligt figurerna 2 och 3 uppvisar den fördelen att givaren ej bildar något strömningsmotstånd i vågröret, eftersom det dielektriska vågröret har sänkts in i process- rörets vägg. Givarkonstruktionen är dessutom förmånlig och enkel att tillverka genom svarvning, samt den är väl skyddad, eftersom endast det använda dielektriska materialet befinner sig i direkt kontakt med vätskan som mätes. Således lämpar sig detta förfarande för smutsiga vätskor. Konstruktionen mäter dessutom medeltalet för fukthalten på ett större om- råde. Mätkopplingen uppvisar dessutom ej interferensproblem som är typiska för reflektionsförfarandet.

I figur 4 har motsvarande konstruktion visats, med ett dielektriskt vågrör som löper genom processröret. Medelst denna konstruktion uppnår man den fördelen att ämnet som mätes står i kontakt med vågröret på varje sida, varvid konstruktionen är mycket känslig, eftersom reflektioner in- träffar vid rörets båda sidor.

Förfarandet och anordningen enligt uppfinningen kan användas för mätning av fukthalten eller torrsubstanshalten för olika slam eller vätskor. En förutsättning för vätskan som mätes är '> 464 940 att dess mikrovågsdämpning är stor jämfört med vågrörets dämpning eller att dess fukthalt är stor. Halterna kan mätas även vid tvåkomponentlösningar då realdelarna hos komponen- ternas dielektricitetskonstanter avviker från varandra.

Förfarandet och anordningen lämpar sig mycket väl för mätning av fukthalten av gödselslam, metanol, etanol och asetonitril.

Ett lämpligt tillämpningsområde är även mätning av cellulosa inom området 0-15%, vilket är ett känt problem inom träförädlingsindustrin.

Claims (22)

464 940 Patentkrav 1. Förfarande för mätning av fukthalten eller torrsubstans-

1. I. 3. halten för ett ämne som har stora förluster eller ett så- dant ämne som har små förluster då fukthalten är mindre än 50%, k ä n n e t e c k n a t av att i ett dielektriskt vågrör (2) som står i kontakt med ämnet (7) som skall mätas 'W matas en mikrovåg som fortplantar sig i huvudsak inne i vågröret (2), och att rörets (2) längd och mikrovågens frek- vens anordnats så att mikrovågen reflekteras åtminstone en gång, lämpligen åtminstone 10 gånger från gränsytan mellan ämnet (7) och vågröret (2), och vågrörets genomgångsdämp- ning mätes för bestämning av fukthalten.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att vågrörets (2) längd anpassas för mätning av antingen små eller stora fukthalter.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att det dielektriska vågröret (2) väljes så att realdelen för dess dielektricitetskonstant (Er1) är mindre än realdelen (Er2) för dielektricitetskonstanten hos det omgivande ämnet (7) som skall mätas.

4. Förfarande enligt något av patentkraven ovan, varvid ett vågrör (2) med cirkelrunt tvärsnitt användes, vilket våg- rör (2) anordnats vid rörets (1) inre yta runt ämnet (4) som skall mätas, k ä n n e t e c k n a t av att i våg- röret (2) matas en TE -våg. 10

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, varvid ett vågrör (2) med ett stavformat tvärsnitt användes (fig. 4), vilket vågrör (2) anordnats vid mitten av ämnet (7) som skall mätas, k ä n n e t e c k n a t av att i vågröret matas antingen en TE10- eller en TM01-våg. 9 464 940

6. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k - n a t av att vågen matas (3) i rörets ena ände och mot- tages (4) i rörets andra ände.

7. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k - n a t av att vågen matas och mottages i rörets samma ände.

8. Anordning för mätning av fukthalten eller torrsubstans- halten för ett ämne, k ä n n e t e c k n a d av att den uppvisar ett vågrör (2) av dielektriskt ämne, vilket vågrör har dimensionerats så att mikrovågen fortskrider i huvudsak inne i röret, och vilken anordning uppvisar organ (3; 4) för matning och mottagning av en mikrovåg, samt organ (8) för att åstadlfmma mikrovågen samt organ (9) för utvärdering av den mottagna signalen.

9. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k - n a d av att realdelen Er för dielektricitetskonstan- ten för vågröret är 2-10.

10. Anordning enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k - n a d av att vågröret (2) är aluminiumoxid.

11. Anordning enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k - n a d av att vågröret (2) är tetrafluoreten.

12. Anordning enligt något av patentkraven 8-11, k ä n - n e t e c k n a d av att vågröret (2) har en väsentligen cirkelrund form, och att det befinner sig vid den inre ytan av röret (1) som transporterar ämnet (7) som skall mätas, väsentligen vinkelrätt mot ämnets strömningsriktning.

13. Anordning enligt patentkrav 12, k ä n n e t e c k - n a d av att vågröret (2) försänkts i rörets (1) inre yta 464 940 10 vid området för vågröret är väsentligen slät.

14. Anordning enligt patentkrav 12 eller 13, k ä n n e - t e c k n a d av att vid vågrörets (2) ändar finns i sam- band med matningsorganen (3) och/eller mottagningsorganen (4) reflekterande pikar (5, 6), mellan vilka vågen går, och vilka anordnats "bakom" matningsorganen (3) och/eller mot- tagningsorganen (4) så att mellan nämnda organ uppstår ett fritt vågrör.

15. Anordning enligt patentkrav 14, k ä n n e t e c k - n a d av att i vågröret (2) anordnats en tredje pik så att det bildas två vågrör med olika längd, och att i rörets båda ändar befinner sig en mikrovâgssändare, och att mot- tagaren befinner sig vid den tredje piken.

16. Anordning enligt patentkrav 14 eller 15, k ä n n e - t e c k n a d av att de reflekterande pikarna (5, 6) är skruvar som lämpligen skruvats utifrån genom röret (1) in i vågröret (2).

17. Anordning enligt patentkrav 14 eller 15, k ä n n e - t e c k n a d av att åtminstone det ena (3 eller 4) av matningsställena är förflyttbart för ändring av vågrörets (2) längd.

18. Anordning enligt något av patentkraven 12-17, k ä n - n e t e c k n a d av att organet (8) som matar mikro- vågen sänder denna med sådan frekvens att i vågröret (2) uppstår en TE -våg. 10

19. Anordning enligt något av patentkraven 8-11, k ä n - n e t e c k n a d av att vågröret (2) är väsentligen stavformat och löper i mitten av röret (1) som transporterar ämnet (7) som skall mätas vinkelrätt mot rörets längdrikt- ning (fig. 4). 01 464 940 11

20. Anordning enligt patentkrav 19, k ä n n e t e c k - n a d av att organen (3) för matning av mikrovågen be- finner sig i vågrörets ena ände och organen (4) för mot- tagning av signalen i den andra änden.

21. Anordning enligt patentkrav 19, k ä n n e t e c k - n a d av att organen (3; 4) för matning och mottagning av mikrovågen befinner sig i samma ände av vågröret (2), och att rörets (2) andra ände kortslutits.

22. Anordning enligt något av patentkraven 19-21, k ä n - n e t e c k n a d av att organet (8) som sänder mikro- vågen anordnats att sända mikrovågen med en sådan frekvens att i vågröret (2) uppstår antingen en TE1O- eller en TM01-våg.