WO1990007110A1 - Process and device for the continuous determination of the moisture content of a bulk material - Google Patents

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WO1990007110A1
WO1990007110A1 PCT/CH1989/000217 CH8900217W WO9007110A1 WO 1990007110 A1 WO1990007110 A1 WO 1990007110A1 CH 8900217 W CH8900217 W CH 8900217W WO 9007110 A1 WO9007110 A1 WO 9007110A1
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WO
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bulk material
section
microwave
zone
feed
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PCT/CH1989/000217
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Inventor
Hans Tobler
Roger Lehmann
Emmanuel Kummer
Roman Mueller
Original Assignee
Buehler Ag Maschinenfabrik
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04—Investigating moisture content

Definitions

  • the invention relates to a method for continuously detecting the moisture of a bulk material in online operation, in particular for food or feed components, a microwave field being generated and the temperature of the bulk material being measured.
  • the most common method is that by measuring the microwave attenuation and regardless of that
  • Density of the moist sample is determined.
  • the big disadvantage is that two completely different measuring methods have to be used.
  • the Microwave attenuation and on the other hand for example Gamma rays or a weighing system for density. It follows (as far as the applicant is aware) that very special measuring devices had to be developed for the practice of poorly flowable goods such as freshly wetted wheat.
  • CH-PS No. 650 862 proposes a density-independent microwave measurement. It is envisaged to carry out the measurement in four steps, the mechanical and electrical properties of the microwave applicator being measured first without the measurement material and the second step with the measurement material. Doing so. z.
  • the complex dielectric constant is calculated with the attenuation and phase measurement of the microwave reflection and transmission. A measured value is determined according to the predetermined formula, this is compared with a calibration curve and the relative humidity is determined therefrom.
  • the disadvantage of this method lies in the fact that in each case the micorwave applicator without material, approximately similar to the tarame measurement on the balance, has to be detected. It is known that even a thin coating on the walls of the microwave applicator influences the empty measurement, so that this does not match the factory-new empty value measurement.
  • the object of the invention was now to largely eliminate the disadvantages of the known readings, but in particular * to allow a microwave measurement which is simple to use in practice and does not require a bulk density measurement or a respective microwave measurement without a product .
  • the solution according to the invention is characterized in that the amount and the phase of the transmitted microwaves in the bulk material are measured, the moisture is calculated therefrom and the moisture of the bulk material is regulated with the calculated value.
  • the large dispersions found so far have often been caused by the fact that extreme cases that are rare in practice always had to be taken into account when searching for suitable laws.
  • the fact is that the grain may be wetted three times in a mill, one main wetting and two post-wetting.
  • wetting is not regulated on the basis of moisture measurement values, but is based on experience, for example. 0.1, 0.2 or 0.3% water added. The actual regulation of the addition of water takes place only once, with the main wetting. In this case, a value of e.g. 14.5 - 17% water content of the moistened grain are maintained.
  • the entire measuring method now measures water addition of less than 6%, that is to say only a small percentage of water, for example. less than 3% of dry wheat, can mainly be used.
  • the bulk density measurement can be dispensed with as a great advantage, because preferably due to the slight congestion, a certain constancy with respect to the bulk density is required.
  • the invention allows a whole series of further advantages, for example the water content during the wetting and / or drying of food or feed components is recorded and a corresponding treatment is preferably regulated.
  • the amount and the phase of the transmitted microwaves in the treated bulk material are preferably measured. Another new aspect is that the temperature of the untreated goods is measured.
  • the greatest measurement accuracy is also achieved by using an antenna which penetrates the bulk material and which generates and guides the microwave field in the bulk material, the microwave field being very particularly preferably generated in a last section of the process zone within a bulk material accumulation zone.
  • the bulk material is very particularly preferably brought into an intensive swirling in a first section, water is added and in a second section an even water distribution is generated by maintaining a fluidized bed and in a last section vortex-free section is formed, in which a slight traffic jam is generated and the microwave field is built up therein, and the derived or calculated water content as an actual value is compared with a target value for regulating the water addition to the crop.
  • the invention further relates to a device for the continuous detection of the moisture of a bulk material in online operation, in particular for food or animal feed, and a measuring channel for the passage of the bulk material with a backflow element on the outlet side of the measuring channel and in the stowage zone within the measuring channel has a sensor with a rod transverse to the product flow direction.
  • the new configuration allows a very high measurement accuracy to be obtained with little effort for the calibration due to the defined structural configuration, particularly because the invention allows constant measurement conditions to be maintained for the bulk material.
  • the damming element is preferably formed by a forced conveying element. This also allows bulk goods such as flour, bran or other very moist goods to be measured that are no longer free-flowing.
  • the measuring channel is designed as a by-pass, the positive feed element being designed as a return feed element in the main channel.
  • the measuring channel preferably also has a cross-sectional widening in the flow direction of the bulk material.
  • the rod can have a sword-shaped cross section with the longer dimension in the product flow direction.
  • a particularly advantageous application of the invention is characterized in that it has a first treatment section and a section for creating a bulk material storage zone, and a microwave measuring device which is assigned to the storage zone and a control device for regulating a specific bulk material water content in the Treatment section.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of the microwave measuring part
  • FIG. 2 shows an overall arrangement of a grain network device
  • FIG. 3 shows a further advantageous embodiment for detecting the water content of bulk material
  • a measuring section 1 is formed by a funnel 2 widened downwards, with an inlet in the upper part sliding valve 3 and in the outlet area a bottom valve 4 is arranged.
  • a funnel-shaped antenna 5, which is connected by a rod 6 to an opposite receiving antenna 7, is arranged on the side of the funnel in the left half of the figure.
  • the rod 6 completely penetrates the bulk material located in the funnel 2. Due to the bottom slide 4 set to a limited throughput, the funnel 2 remains constantly filled with product in the operating state. As a result, there is a slight jam in the area of the antenna 5 or the rod 6 or the receiving antenna 7.
  • the antenna 5 is connected to a high-frequency generator 9 via a coaxial line 8.
  • An electronic evaluation system 10 calculates the effective moisture of the bulk material from the microwave measurement values and the material temperature determined by means of a temperature probe 11. It is essential that the microwave signal transmitted from the antenna 5 is measured via a coaxial return line 12 for the calculation of the moisture value with respect to the amount and phase and processed in the evaluation electronics 10.
  • the signal required for the control is passed on via a control line 13.
  • the energy required for the unit is fed in via a power connection line 14.
  • a bulk material depth of 5 to 30 cm is preferred for the device, a microwave frequency of 2 to 12 gigahertz being selected, the corresponding microwave transmission elements being adapted according to the relevant frequency rules. It is also important that the measured material also lies in the specified dimensions in the two other spatial directions,
  • FIG. 2 shows an entire network device with the addition of water.
  • the bulk material is fed into the actual network apparatus 22 via a connecting line 20 and an inlet trim 21.
  • the network apparatus 22 essentially consists of a tubular network jacket 23, a rotating rotor 24, which ensures a product conveyance upwards by means of a corresponding blading 25.
  • the rotor 24 is driven by an overdrive 26 and a drive motor 27.
  • the network water is fed to the network apparatus 22 in a first section via a connecting line 28, the amount of water being set by a control valve 29.
  • the temperature of the grain can be measured either in the first section of the network apparatus 22, before the addition of the network water, and / or in the last section of the network apparatus 22, on the fully moistened bulk material.
  • the temperature value or values are transferred to a computer 30 which carries out the essential information processing for the networking.
  • the bulk material passes through the upper opening 102 into the measuring section 101 and is deflected by a storage zone 103 and is directed into the main duct 104 which is bent to the left.
  • the storage zone 103 is laterally delimited by a measurement channel 105, a conveying element 107 conveying the bulk material back into the main channel via an outlet 106.
  • the conveying element 107 in FIG. 3 is shown as a screw conveying element, a different type of mechanical discharge form, for example. a rotary lock can be used. What is essential in this embodiment is the condition that the conveying element has a lower discharge rate than the smallest possible amount through the opening - 11 -
  • the conveying element 107 is controlled by a controllable drive motor 108 by an electronics unit 109.
  • the temperature of the bulk material is measured with a probe 110 and transmitted to the electronics unit 109 for recycling. This is particularly true in the case of a pure water content measurement.
  • the temperature before the addition of water is preferably recorded exactly.
  • a regulation e.g. the water can be added or dried via a control line 111.
  • the rod 112 in the exemplary embodiment is designed in cross section in the form of a sword.
  • the sword shape causes the smallest possible disturbance for the flow of bulk material, sufficient robustness for the mechanical stress and results in correct measured values.
  • the conveying element 107 preferably has a progressive screw pitch, respectively. a correspondingly tapering screw core.
  • the measuring channel 105 is extended downwards, as shown in FIG. It is advisable to choose the discharge area of the conveying element approximately as large as the cross-sectional area of the measuring channel 105 such that in any case the bulk material is lowered into the measuring channel in a spatially and temporally uniform manner.

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Abstract

The invention concerns a new method and device for measuring the water content of bulk materials, in particular foods or animal feestuffs. A microwave field is generated in a zone where the bulk material is slightly compacted, and the amount of microwave radiation transmitted, plus the phase of the transmitted radiation, are measured. Subsequent drying or moistening of the bulk material can be controlled as a function of the measured water content. A conductor passing through the slightly compacted bulk material is preferred for microwave-field generation.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Erfassung der Feuchtigkeit eines Schüttgutes Method and device for continuously measuring the moisture of a bulk material
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung der Feuchtigkeit eines Schüttgutes im On-line- Betrieb, insbesondere für Nahrungs- oder Futtermittelkom- ponenten, wobei ein Mikrowellenfeld erzeugt und die Tem¬ peratur des Schüttgutes gemessen wird.The invention relates to a method for continuously detecting the moisture of a bulk material in online operation, in particular for food or feed components, a microwave field being generated and the temperature of the bulk material being measured.
Stand der TechnikState of the art
Es gibt bereits sehr zahlreiche Versuche und Vorschläge mittels Mikrowellen, die Feuchtigkeit von Schüttgütern, besonders Nahrungsmittel, ganz besonders Getreide, zu messen und z.Bsp. die Befeuchtung oder Trocknung zu re¬ geln. Keinem der bisherigen Ansätze war bis heute ein durchschlagender Erfolg beschieden.There are already numerous experiments and suggestions by means of microwaves to measure the moisture of bulk goods, especially food, especially grain, and e.g. to regulate the moistening or drying. To date, none of the previous approaches has been a resounding success.
Die meist verbreitete Methode liegt darin, dass durch Messung der Mikrowellendämpfung und davon unabhängig dieThe most common method is that by measuring the microwave attenuation and regardless of that
Dichte des feuchten Messgutes ermittelt wird. Der grosse Nachteil liegt darin, dass zwei völlig anders geartete Messmethoden angewendet werden müssen. Einerseits die Mikrowellendämpfung und anderseits zum Besp. Gammastrah¬ len oder ein Wägesystem für die Dichte. Daraus folgt (soweit der Anmelderin bekannt ist) , dass für die Pra¬ xis von schlecht fliessfähigen Gütern wie frisch ge¬ netztem Weizen ganz besondere Messapparaturen entwickelt werden mussten.Density of the moist sample is determined. The big disadvantage is that two completely different measuring methods have to be used. On the one hand the Microwave attenuation and on the other hand for example Gamma rays or a weighing system for density. It follows (as far as the applicant is aware) that very special measuring devices had to be developed for the practice of poorly flowable goods such as freshly wetted wheat.
um diesem Problem zu begegnen, schlägt zum Beispiel die CH-PS Nr. 650 862 (genau umgekehrt) eine dichteunab¬ hängige Mikrowellenmessung vor. Es ist dabei vorgesehen, die Messung in vier Schritten vorzunehmen, wobei als erster die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Mikrowellenapplikators ohne Messgut und als zweiter Schritt mit dem Meεsgut erfasst wird. Dabei wird. z. Bsp. mit der Dämpfungε- und Phasenmessung der Mikrowel¬ len-Reflexion und -Transmission die komplexe Dielektri¬ zitätskonstante berechnet. Nach vorgegebener Formel wird ein Messwert ermittelt, dieser mit einer Eichkurve ver¬ glichen und daraus die relative Feuchtigkeit ermittelt.In order to counter this problem, for example, CH-PS No. 650 862 (vice versa) proposes a density-independent microwave measurement. It is envisaged to carry out the measurement in four steps, the mechanical and electrical properties of the microwave applicator being measured first without the measurement material and the second step with the measurement material. Doing so. z. For example, the complex dielectric constant is calculated with the attenuation and phase measurement of the microwave reflection and transmission. A measured value is determined according to the predetermined formula, this is compared with a calibration curve and the relative humidity is determined therefrom.
Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass in je¬ dem Fall der Mikorwellenapplikator ohne Material, etwa ähnlich der Taramesεung bei der Waage erfasst werden muss. Bekannt ist, dass bereits ein dünner Belag auf den Wänden des Mikrowellenapplikators die Leermessung beein- flusst, sodass diese nicht mit der fabrikneuen Leerwert¬ messung übereinstimmt.The disadvantage of this method lies in the fact that in each case the micorwave applicator without material, approximately similar to the tarame measurement on the balance, has to be detected. It is known that even a thin coating on the walls of the microwave applicator influences the empty measurement, so that this does not match the factory-new empty value measurement.
Bei einem weiteren bekannten Messverfahren wird vorge¬ schlagen, eine Mikrowellenführung mittels einer durch das Schüttgut hindurchgehenden Sonde auszunützen. Damit kann wohl das Mikrowellenfeld besser unter Kontrolle behalten und die Genauigkeit erhöht werden. Die Frage der- schütt- dichteabhängigen resp. -unabhängigen Messung ist aber auch hier nicht gelöst.In another known measuring method, it is proposed to use a microwave guide by means of a probe that passes through the bulk material. The microwave field can thus be better controlled and the accuracy increased. The question of- density-dependent resp. Independent measurement is not solved here either.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung wurde nun die Aufgabe gestellt, die Nach¬ teile der bekannten Lesungen möglist weitgehend zu be¬ seitigen, insbesondere* aber eine Mikrowellenmessung zu erlauben, die in der Praxis einfach anwendbar ist und weder eine Schüttdichtemessung noch eine jeweilige Mikro¬ wellenmessung ohne Produkt erfordert.The object of the invention was now to largely eliminate the disadvantages of the known readings, but in particular * to allow a microwave measurement which is simple to use in practice and does not require a bulk density measurement or a respective microwave measurement without a product .
Die erfindungsgemässe Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag und die Phase der transmittierten Mikro¬ wellen im Schüttgut gemessen, daraus die Feuchtigkeit errechnet und mit dem errechneten Wert die Feuchtigkeit des Schüttgutes geregelt wird.The solution according to the invention is characterized in that the amount and the phase of the transmitted microwaves in the bulk material are measured, the moisture is calculated therefrom and the moisture of the bulk material is regulated with the calculated value.
Grosse Messreihen z.Bsp. bei der Netzung von Getreide haben überraschenderweise gezeigt, dass mit der neuen Methode bessere Messresultate erzielbar sind gegenüber der. bisher bekannten Methoden. Besonders vorzugsweise wird die Messung innerhalb eines leichten Schüttgut¬ staues vorgenommen. Allgemein wird anerkannt, dass die genaue Messung von frisch genetzten Schüttgütern der schwierigste Fall ist. Gerade hier aber zeigten sich sofort gute Resultate, selbst mit einer einfachen Ver¬ suchseinrichtung. Zum einen hat aber doch die Tatsache zum guten Gelingen geführt, die darin liegt, dass in der Nahrungsmittel- bzw. Futtermittelverarbeitung in der weitaus überwiegenden Mehrzahl der Fälle eine Kon¬ stanz des Ergebnisses gesucht wird. Dies bedeutet, dass der Müller in etwa bestrebt ist, die Netzung des Getrei¬ des immer innerhalb einer sehr enger. Spanne zu haben. Die bisher ermittelten grossen Streuungen wurden aber oft da¬ durch verursacht, dass immer auch extreme in der Praxis selten vorkommende Fälle bei der Suche nach geeigneten Gesetzmässigkeiten berücksichtigt werden mussten. Noch konkreter ausgedrückt liegt der Sachverhalt darin, dass das Getreide in einer Mühle gegebenenfalls dreimal ge¬ netzt wird, eine Hauptnetzung sowie zwei Nachnetzungen. Die Nachnetzungen werden in aller Regel nicht aufgrund von Feuchtigkeitsmeεswerten geregelt, sondern es wird aus Erfahrung z.Bεp. 0,1, 0,2 oder 0,3 % Wasser zugege¬ ben. Die eigentliche Regelung der Wasεerzugabe findet nur einmal statt, bei der Hauptnetzung. Bei dieser wie¬ derum εoll ein Wert von z.Bεp. 14,5 - 17 % Wassergehalt des befeuchteten Getreides eingehalten werden. Dies be¬ deutet, dass das ganze Messverfahren nun auf die Messung einer Wasserzugabe von weniger als 6 %, also für die Zu¬ gabe nur eines geringen %-Satzes Waεser z.Bεp. weniger als 3 % an trockenem Weizen, vorwiegend angewendet werden kann. Als grosser Vorteil kann die Schüttdichtemessung entallen, weil vorzugsweise durch die leichte Stauung eine gewisse Konstanz bezüglich der Schüttdichte gefor¬ dert ist.Large series of measurements e.g. in the wetting of cereals have surprisingly shown that better measurement results can be achieved with the new method than with. previously known methods. The measurement is particularly preferably carried out within a slight bulk material accumulation. It is generally recognized that the precise measurement of freshly wetted bulk goods is the most difficult case. Here, however, good results were immediately apparent, even with a simple test device. On the one hand, however, the fact that the fact that in the vast majority of cases a constant result is sought in food or feed processing has led to good results has been successful. This means that the miller is trying to keep the wetting of the crop within a very narrow range. To have span. The However, the large dispersions found so far have often been caused by the fact that extreme cases that are rare in practice always had to be taken into account when searching for suitable laws. To put it more specifically, the fact is that the grain may be wetted three times in a mill, one main wetting and two post-wetting. As a rule, wetting is not regulated on the basis of moisture measurement values, but is based on experience, for example. 0.1, 0.2 or 0.3% water added. The actual regulation of the addition of water takes place only once, with the main wetting. In this case, a value of e.g. 14.5 - 17% water content of the moistened grain are maintained. This means that the entire measuring method now measures water addition of less than 6%, that is to say only a small percentage of water, for example. less than 3% of dry wheat, can mainly be used. The bulk density measurement can be dispensed with as a great advantage, because preferably due to the slight congestion, a certain constancy with respect to the bulk density is required.
Die Erfindung erlaubt eine ganze Reihe weiterer Vortei¬ le, so wird der Wassergehalt bei der Netzung und/oder Trocknung von Nahrungsmittel- oder Futtermittelkomponen¬ ten erfasst und eine entsprechende Behandlung vorzugs- weiεe geregelt.The invention allows a whole series of further advantages, for example the water content during the wetting and / or drying of food or feed components is recorded and a corresponding treatment is preferably regulated.
Bevorzugt wird dabei der Betrag und die Phaεe der tranε- mittierten Mikrowellen in dem behandelten Schüttgut gemes¬ sen. Ein weiterer neuer Gesichtspunkt liegt darin, dass die Temperatur des unbehandelten Gutes gemessen wird.The amount and the phase of the transmitted microwaves in the treated bulk material are preferably measured. Another new aspect is that the temperature of the untreated goods is measured.
Auf diese Weise lassen sich in vielen Fällen die Probleme des Temperatureinflusses von dem Netzwasεer selbst bzw. die davon abhängigen Verdampfungs- und Kondensationsprob¬ leme, die ebenfalls einen nachteiligen Einfluss auf die Messgenauigkeit haben können, vermeiden.In many cases, the problems of the influence of temperature on the network water itself or the evaporation and condensation problems dependent on it, which can likewise have a disadvantageous influence on the measurement accuracy, can be avoided in this way.
Die grösste Messgenauigkeit wird ferner dadurch er¬ reicht, dass eine das Schüttgut durchdringende Antenne verwendet wird, die das Mikrowellenfeld im Schüttgut er¬ zeugt und leitet, wobei ganz besonders bevorzugt das Mikrowellenfeld in einem letzten Abschnitt der Verfah- renεzone innerhalb einer Schüttgutstauzone erzeugt wird.The greatest measurement accuracy is also achieved by using an antenna which penetrates the bulk material and which generates and guides the microwave field in the bulk material, the microwave field being very particularly preferably generated in a last section of the process zone within a bulk material accumulation zone.
Ganz besonders bevorzugt wird zur kontinuierlichen Netzung von Getreide in einem DurchlaufSystem in einem ersten Abschnitt das Schüttgut in eine intensive Verwir- belung gebracht, Wasser zugegeben und in einem zweiten Abschnitt eine gleich ässige Wasserverteilung durch Auf¬ rechterhaltung eines Wirbelbettes erzeugt und in einem letzten Abschnitt ein verwirbelungsfreier Abεchnitt ge¬ bildet, in dem ein leichter Stau erzeugt und darin daε Mikrowellenfeld aufgebaut wird, und der abgeleitete bzw. errechnete Wassergehalt als Ist- mit einem Sollwert ver¬ glichen wird zur Regelung der Wasserzugabe an das Getrei¬ de.For the continuous wetting of grain in a continuous system, the bulk material is very particularly preferably brought into an intensive swirling in a first section, water is added and in a second section an even water distribution is generated by maintaining a fluidized bed and in a last section vortex-free section is formed, in which a slight traffic jam is generated and the microwave field is built up therein, and the derived or calculated water content as an actual value is compared with a target value for regulating the water addition to the crop.
Zur kontinuierlichen Trocknung von Futtermitteln wird dieses in einem senkrechten Fallschacht durch Schwerkraft von oben nach unten bewegt, wobei in der frei nach unten bewegten Produktschicht in der untersten Zone des Fall- εchachtes in einer leicht geεtauten Zone daε Mikrowellen- feld aufgebaut und der abgeleitete bzw. errechnete Was¬ sergehalt als Istwert mit einem Sollwert verglichen und zur Regelung der Trocknungsluft und/oder der Durchlauf¬ geschwindigkeit der Futtermittel und/oder der Wasserzu¬ gabe bei der Futtermittelaufbereitung vor der Verpres- sung verwendet.For continuous drying of animal feed, it is moved in a vertical chute by gravity from top to bottom, with the microwave in the product zone moving freely down in the lowest zone of the chute in a slightly jammed zone. field and the derived or calculated water content is compared as an actual value with a target value and used to regulate the drying air and / or the throughput speed of the feed and / or the addition of water during feed preparation before the pressing.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur kon¬ tinuierlichen Erfassung der Feuchtigkeit eines Schüttgu¬ tes im On-line-Betrieb, insbesondere für Nahrungs- oder Futtermittel, wobei sie einen Mesεkanal für die Durch¬ leitung des Schüttgutes mit einem Rückεtauelement an der Auεtrittsseite des Messkanals und in der Stauzone inner¬ halb des Mesεkanals einen Sensor mit einem Stab quer zur Produktfluεεrichtung aufweiεt.The invention further relates to a device for the continuous detection of the moisture of a bulk material in online operation, in particular for food or animal feed, and a measuring channel for the passage of the bulk material with a backflow element on the outlet side of the measuring channel and in the stowage zone within the measuring channel has a sensor with a rod transverse to the product flow direction.
Die neue Verrichtung erlaubt durch deffinierte bauliche Konfiguration mit wenig Aufwand für die Eichung sehr grosse Meεsgenaυigkeit zu erhalten, dieε ganz besonders, weil die Erfindung erlaubt, für das Schüttgut konstante Mesεbedingungen aufrecht zu erhalten.The new configuration allows a very high measurement accuracy to be obtained with little effort for the calibration due to the defined structural configuration, particularly because the invention allows constant measurement conditions to be maintained for the bulk material.
Bevorzugt wird das Stauelement durch ein Zwangεförder- element gebildet. Dieε gestattet auch Schüttgüter wie Mehl, Kleie oder sonstige sehr feuchte Güter zu messen, die nicht mehr frei fliessfähig sind.The damming element is preferably formed by a forced conveying element. This also allows bulk goods such as flour, bran or other very moist goods to be measured that are no longer free-flowing.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Messkanal als By-Pass ausgebildet, wobei das Zwangs¬ förderelement als Rückförderelement in dem Hauptkanal ausgebildet ist.In a further preferred embodiment, the measuring channel is designed as a by-pass, the positive feed element being designed as a return feed element in the main channel.
Bevorzugt weist ferner der Messkanal in Flussrichtung des Schüttgutes eine Querschnittεerweiterung auf. Als weitere bevorzugte Ausgestaltung kann der Stab einen schwertförmigen Querschnitt aufweisen mit der längeren Abmessung in Produktflussrichtung.The measuring channel preferably also has a cross-sectional widening in the flow direction of the bulk material. As a further preferred embodiment, the rod can have a sword-shaped cross section with the longer dimension in the product flow direction.
Der Produktflusε erfährt dadurch die geringstmδgliche Störung bzw. die Schüttgutbedingungen sind für die Messun¬ gen optimal.The product flow experiences the least possible disturbance or the bulk material conditions are optimal for the measurements.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen erεten Behand- lungεabεchnitt εowie einen Abεchnitt zur Erzeugung einer Schüttgutstauzone aufweist, und eine Mikrowellenmeεsein- richtung, welche der Stauzone zugeordnet ist, εowie eine Regeleinrichtung zur Regelung eineε bestimmten Schüttgut¬ wassergehaltes in dem Behandlungεabεchnitt.A particularly advantageous application of the invention is characterized in that it has a first treatment section and a section for creating a bulk material storage zone, and a microwave measuring device which is assigned to the storage zone and a control device for regulating a specific bulk material water content in the Treatment section.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
In der Folge wird die Erfindung anhand von Beispielen mit weiteren Einzelheiten erläutert. Dabei zeigtThe invention is explained in more detail below with the aid of examples. It shows
die Fig. 1 den schematischen Aufbau des Mikrowellen- Meεεteils, die Fig. 2 eine Gesamtanordnung einer Getreidenetz¬ einrichtung und Fig. 3 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für die Erfassung des Wassergehaltes von Schüttgut1 shows the schematic structure of the microwave measuring part, FIG. 2 shows an overall arrangement of a grain network device, and FIG. 3 shows a further advantageous embodiment for detecting the water content of bulk material
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
Es wird nun auf die Fig. 1 Bezug genommen. Eine Messstrecke 1 ist durch einen nach unten erweiter¬ ten Trichter 2 gebildet, wobei im oberen Teil ein Ein- laufεchieber 3 und im Auslaεεbereich ein Bodenεchieber 4 angeordnet iεt. Seitlich an dem Trichter ist in der linken Bildhälfte eine trichterförmige Antenne 5 ange¬ ordnet, welche durch einen Stab 6 mit einer gegenüber¬ liegenden Empfangsantenne 7 verbunden ist. Der Stab 6 durchdringt dabei vollständig das in dem Trichter 2 be¬ findliche Schüttgut. Durch den auf einen begrenzten Durchsatz eingestellten Bodenschieber 4 bleibt der Trich¬ ter 2 im Betriebszustand dauernd mit Produkt gefüllt. Da¬ durch entsteht in dem Bereich der Antenne 5 bzw. des Sta¬ bes 6 bzw. der Empfangsantenne 7 ein leichter Stau in dem Produkt.Reference is now made to FIG. 1. A measuring section 1 is formed by a funnel 2 widened downwards, with an inlet in the upper part sliding valve 3 and in the outlet area a bottom valve 4 is arranged. A funnel-shaped antenna 5, which is connected by a rod 6 to an opposite receiving antenna 7, is arranged on the side of the funnel in the left half of the figure. The rod 6 completely penetrates the bulk material located in the funnel 2. Due to the bottom slide 4 set to a limited throughput, the funnel 2 remains constantly filled with product in the operating state. As a result, there is a slight jam in the area of the antenna 5 or the rod 6 or the receiving antenna 7.
Die Antenne 5 ist über eine Koaxialleitung 8 an einen Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen. Eine Auswert¬ elektronik 10 berechnet aus den Mikrowellenmesεwerten sowie der über eine Temperatursonde 11 ermittelten Gut¬ temperatur die effektive Feuchtigkeit des Schüttgutes. Wesentlich iεt dabei, daεε von der Antenne 5 daε tranε- mittierte Kikrowellenεignal über eine Koaxialrücklei¬ tung 12 für die Errechnung des Feuchtigkeitεwerteε be¬ züglich Betrag und Phaεe gemessen und in der Auswert¬ elektronik 10 verarbeitet wird.The antenna 5 is connected to a high-frequency generator 9 via a coaxial line 8. An electronic evaluation system 10 calculates the effective moisture of the bulk material from the microwave measurement values and the material temperature determined by means of a temperature probe 11. It is essential that the microwave signal transmitted from the antenna 5 is measured via a coaxial return line 12 for the calculation of the moisture value with respect to the amount and phase and processed in the evaluation electronics 10.
Ueber eine Steuerleitung 13 wird daε für die Regelung erforderliche Signal weitergeleitet. Die für die Ein¬ heit erforderliche Energie wird über eine Stroman¬ schlussleitung 14 zugespiesen.The signal required for the control is passed on via a control line 13. The energy required for the unit is fed in via a power connection line 14.
Bevorzugt wird für die Einrichtung eine Schüttguttiefe von 5 bis 30 cm, wobei eine Mikrowellenfrequenz von 2 bis 12 Gigaherz gewählt wird, wobei die entsprechenden Mikrowellenübertragungselemente nach den einschlägigen Regeln der Frequenz angepasst werden. Wichtig ist ferner, dass daε Messgut auch in den beiden anderen Raumrichtun¬ gen ebenfalls etwa in den angegebenen Dimensionen liegen,A bulk material depth of 5 to 30 cm is preferred for the device, a microwave frequency of 2 to 12 gigahertz being selected, the corresponding microwave transmission elements being adapted according to the relevant frequency rules. It is also important that the measured material also lies in the specified dimensions in the two other spatial directions,
In der Fig. 2 ist eine ganze Netzeinrichtung mit Rege¬ lung der Waεεerzugabe dargestellt.FIG. 2 shows an entire network device with the addition of water.
Das Schüttgut wird über eine Verbindungsleitung 20 sowie eine Einlauftrimelle 21 in den eigentlichen Netzapparat 22 geleitet. Der Netzapparat 22 besteht im wesentlichen aus einem rohrförmigen Netzmantel 23, einem drehenden Ro¬ tor 24, welcher durch eine entsprechende Beschauf lung 25 eine Produktförderung nach oben sicherεtellt. Der Ro¬ tor 24 wird über einen Uebertrieb 26 sowie einen An¬ triebsmotor 27 angetrieben. Das Netzwasεer wird über eine Verbindungεleitung 28 in einem ersten Abschnitt dem Netzapparat 22 zugeleitet, wobei die Wassermenge durch ein Regelventil 29 eingestellt wird. Die Temperartur des Getreides kann entweder im ersten Abschnitt des Netzapparates 22, vor der Zugabe des Netzwasserε, und/ oder im letzten Abschnitt deε Netzapparateε 22, an dem fertig befeuchteten Schüttgut gemessen werden. Der oder die Temperaturwerte werden einem Rechner 30 übergeben, der die wesentliche Informationsverarbeitung für die Netzung durchführt.The bulk material is fed into the actual network apparatus 22 via a connecting line 20 and an inlet trim 21. The network apparatus 22 essentially consists of a tubular network jacket 23, a rotating rotor 24, which ensures a product conveyance upwards by means of a corresponding blading 25. The rotor 24 is driven by an overdrive 26 and a drive motor 27. The network water is fed to the network apparatus 22 in a first section via a connecting line 28, the amount of water being set by a control valve 29. The temperature of the grain can be measured either in the first section of the network apparatus 22, before the addition of the network water, and / or in the last section of the network apparatus 22, on the fully moistened bulk material. The temperature value or values are transferred to a computer 30 which carries out the essential information processing for the networking.
Ein besonders wesentlicher Punkt liegt in der Erfas¬ sung des effektiven Feuchtigkeitεwertes des Schüttgutes. Dieser wird in dem Beispiel entsprechend der Fig. 1 er¬ fasst und über eine Auswertelektronik 1 dem Rechner 30 mitgeteilt.A particularly important point lies in the detection of the effective moisture value of the bulk material. In the example, this is recorded in accordance with FIG. 1 and communicated to the computer 30 via evaluation electronics 1.
Weiterhin ist es möglich, die Stromaufnahme des An¬ triebsmotors 27- durch den Rechner 30 zu überwachen, so- dass eindeutig zwischen dem Leerlaufbetrieb und dem Ar- beitεbetrieb unterschieden werden kann.Furthermore, it is possible to monitor the current consumption of the drive motor 27 by the computer 30, so that a clear distinction can be made between idle mode and working mode.
Für den Betrieb können nun verschiedene Programme im Rechner 30 vorgesehen werden, sodass z.B. im Leerlauf die WasserZuführung gesperrt ist. üeber ein AnlaufPro¬ gramm kann bei zunehmendem Produktdurchsatz nach einer Erfahrungskurve Wasser zugegeben werden, bis sich nach einigen Minuten eine Konstanz aller Messwerte ein¬ stellt, und die genauen Mesεwerte für die Produktfeuch¬ tigkeit gewonnen werden können, εodaεε die Wasserzugäbe durch die Mikrowellenmessung geregelt wird. Das Mikrowel- lenmeεεfeld wird in dem letzten Abschnitt des Netzappara¬ tes 22 aufgebaut, wofür der Netzmantel eine Erweiterung 31 mit einem Stauraum 32 aufweist. Das Schüttgut wird zu diesem Zweck von den Förderpaletten 25 in den Stau¬ raum 32 gestoεεen. Am Stauraum 32 führt ein freier Ueberlauf 33 in einen Produktauslasε 34, von wo es in die nächstfolgende Verfahrensεtufe geleitet wird.Various programs can now be provided for operation in the computer 30, so that e.g. the water supply is blocked at idle. With an increasing product throughput, water can be added via a start-up program, based on an experience curve, until all measured values become constant after a few minutes and the exact measured values for the product moisture can be obtained, εodaεε the water addition is regulated by the microwave measurement . The microwave measurement field is built up in the last section of the network apparatus 22, for which purpose the network jacket has an extension 31 with a storage space 32. For this purpose, the bulk material is pushed from the conveying pallets 25 into the storage space 32. At the storage space 32, a free overflow 33 leads into a product outlet 34, from where it is led into the next process step.
In der Folge wird nun auf die Figur 3 bezug genommen. Daε Schüttgut tritt durch die obere Oeffnung 102 in die Messstrecke 101, und wird von einer Stauzone 103 abge¬ lenkt, und in den nach links abgeknickten Hauptkanal 104 geleitet. Die Stauzone 103 wird durch einen Mesε- kanal 105 seitlich begrenzt, wobei ein Förderelement 107 das Schüttgut über einen Auslauf 106 zurück in den Hauptkanal fördert. Das Fcrderelement 107 in der Fig. 3 ist als Schneckenförderelement dargestellt, wobei auch eine andersartige mechanische Austragsform z.Bsp. eine Rotationsschleuse eingesetzt werden kann. Wesentlich bei dieser Ausführungsform ist die Bedingung, dass das Förderelement eine geringere Austragsleistung aufweiεt, alε die kleinεtmδgliche Menge deε durch die Oeffnung - 11 -In the following, reference is now made to FIG. 3. The bulk material passes through the upper opening 102 into the measuring section 101 and is deflected by a storage zone 103 and is directed into the main duct 104 which is bent to the left. The storage zone 103 is laterally delimited by a measurement channel 105, a conveying element 107 conveying the bulk material back into the main channel via an outlet 106. The conveying element 107 in FIG. 3 is shown as a screw conveying element, a different type of mechanical discharge form, for example. a rotary lock can be used. What is essential in this embodiment is the condition that the conveying element has a lower discharge rate than the smallest possible amount through the opening - 11 -
102 zugeführten Schüttgutes. Das Förderelement 107 wird von einem steuerbaren Antriebεmotor 108 von einer Elektronikeinheit 109 gesteuert. Mit einer Sonde 110 wird die Temperatur des Schüttgutes gemessen und zur Verwertung an die Elektronikeinheit 109 übermittelt. Dies besonders bei den Fällen einer reinen Wasεerge- haltsmessung. Für eine Regelungsaufgabe wird zumindest in den schwierigen Fällen, bevorzugt die Temperatur vor der Wasεerzugabe exakt erfasst. Eine Regelung z.Bsp. der Wasserzugabe oder der Trocknung kann über eine Steuerleitung 111 erfolgen.102 bulk material supplied. The conveying element 107 is controlled by a controllable drive motor 108 by an electronics unit 109. The temperature of the bulk material is measured with a probe 110 and transmitted to the electronics unit 109 for recycling. This is particularly true in the case of a pure water content measurement. For a control task, at least in the difficult cases, the temperature before the addition of water is preferably recorded exactly. A regulation e.g. the water can be added or dried via a control line 111.
Der Stab 112 iεt in dem Auεführungsbeispiel im Quer¬ schnitt in der Form eines Schwertes ausgeführt.The rod 112 in the exemplary embodiment is designed in cross section in the form of a sword.
Die Schwertform verursacht die kleinεtmδgliche Störung für die Schüttgutströmung, eine genügende Robustheit für die mechanische Beanspruchung und ergibt einwand¬ freie Messwerte. Bevorzugt weist das Fδrderelement 107 eine progressive Schneckensteigung auf, resp. einen entsprechend sich verjüngenden Schneckenkern. Bei sehr problematischenGütern wird der Messkanal 105 nach unten erweitert ausgeführt, wie in der Figur 1 dargestellt ist. Dabei empfiehlt es sich, die Austragεflache des Förder¬ elementes etwa so gross zu wählen, wie die Querschnitts- fl che des Messkanals 105, derart, dass in jedem Fall die Absenkung des Schüttgutes in den Messkanal räumlich und zeitlich gleichmäsεig erfolgt. The sword shape causes the smallest possible disturbance for the flow of bulk material, sufficient robustness for the mechanical stress and results in correct measured values. The conveying element 107 preferably has a progressive screw pitch, respectively. a correspondingly tapering screw core. In the case of very problematic goods, the measuring channel 105 is extended downwards, as shown in FIG. It is advisable to choose the discharge area of the conveying element approximately as large as the cross-sectional area of the measuring channel 105 such that in any case the bulk material is lowered into the measuring channel in a spatially and temporally uniform manner.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung der Feuch¬ tigkeit eines Schüttgutes im On-line-Betrieb, insbeson¬ dere für Nahrungs- oder Futtermittelkomponenten, wobei ein Mikrowellenfeld erzeugt und die Temperatur des Schüttguteε gemeεεen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daεε der Betrag und die Phaεe der transmittierten Mikro¬ wellen im Schüttgut gemessen, daraus die Feuchtigkeit errechnet und mit dem errechneten Wert die Feuchtig¬ keit des Schüttgutes geregelt wird.1. A method for the continuous detection of the moisture content of a bulk material in online operation, in particular for food or feed components, whereby a microwave field is generated and the temperature of the bulk material is measured, characterized in that the amount and the phase of the transmitted Microwaves are measured in the bulk material, the moisture is calculated therefrom, and the moisture content of the bulk material is regulated with the calculated value.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daεε der Waεεergehalt bei der Netzung und/oder Trocknung von Nahrungεmittel- oder Futtermittelkomponenten erfaεεt und eine entεprechende Behandlung vorzugsweiεe geregelt wird:2. The method according to claim 1, and the fact that the water content is detected during the wetting and / or drying of food or feed components, and a corresponding treatment is preferably regulated:
3. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperatur des unbehandelten Gutes gemessen wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the temperature of the untreated material is measured.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine das Schüttgut durchdringende Antenne das Mik¬ rowellenfeld im Schüttgut erzeugt und leitet. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an antenna penetrating the bulk material generates and guides the microwell field in the bulk material.
5. Verfahren nach einem der Patentanεprüche 1 biε 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daεs das Mikrowellenfeld im letzten Abschnitt der Ver¬ fahrenszone innerhalb einer Schüttgutstauzone erzeugt wird.5. The method according to one of the claims 1 to 4, that means that the microwave field is generated in the last section of the process zone within a bulk material storage zone.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur kontinuierlichen Netzung von Getreide in einem6. The method according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that for the continuous wetting of grain in one
Durchlaufεystem in einem ersten Abschnitt das Schüttgut in eine intensive Verwirbelung gebracht, Waεεer zugege¬ ben und in einem zweiten Abschnitt eine gleichmässige Wasserverteilung durch Aufrechterhaltung eines Wirbel¬ bettes erzeugt und in einem letzten Abschnitt ein ver- wirbelungεfreier Abεchnitt gebildet, wird in dem ein leichter Stau erzeugt und darin daε Mikrowellenfeld auf¬ gebaut wird, und der abgeleitete bzw. errechnete Wasser¬ gehalt als Ist- mit einem Sollwert verglichen wird zur Regelung der Wasεerzugabe an daε Getreide.Passing system in a first section, the bulk material is intensely swirled, added, and in a second section an even water distribution is created by maintaining a fluidized bed and in a last section a swirl-free section is formed, in which there is a slight jam is generated and the microwave field is built up therein, and the derived or calculated water content is compared as an actual value with a target value for regulating the addition of water to the grain.
7. Verfahren nach einem der Patentanεprüche 1 biε 5, d a d u r c h g e k a n n z e i c h n e t , daεε zur kontinuierlichen Trocknung von Futtermitteln dieεe in einem senkrechten Fallschacht durch Schwer¬ kraft von oben nach unten bewegt werden, und in der frei nach unten bewegten Produktschicht in der untersten Zone des Fallschachtes in einer leicht gestauten Zone das Mikrowellenfeld aufgebaut wird und der abgeleitete bzw. errechnete Wassergehalt als Istwert mit einem Sollwert verglichen wird zur Regelung der Trocknungs¬ luft und/oder der Durchlaufgeschwindigkeit der Futter¬ mittel und/oder der Wasserzugabe bei der Futtermittel¬ aufbereitung vor der Verpressung. 7. The method according to one of claims 1 to 5, characterized in that for continuous drying of feedstuffs they are moved in a vertical chute by gravity from top to bottom, and in the product layer which is moved freely down in the lowest zone of the chute in In a slightly jammed zone, the microwave field is built up and the derived or calculated water content is compared as an actual value with a target value for regulating the drying air and / or the throughput speed of the feed and / or the addition of water during feed preparation prior to pressing .
8. Vorrichtung zur kontinuierlichen Erfaεsung der Feuchtigkeit eines Schüttgutes im On-line-Betrieb, insbesondere für Nahrungε- oder Futtermittel, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie einen Meεskanal für die Durchleitung deε Schüttgutes, mit einem Rückstauelement an der Austritts¬ seite des Messkanals und in der Stauzone innerhalb des Messkanals einen Sensor mit einem Stab quer zur Pro- duktfluεsrichtung aufweist.8. Device for the continuous detection of the moisture of a bulk material in on-line operation, in particular for foodstuffs or animal feed, characterized in that it has a measuring channel for the passage of the bulk material, with a backflow element on the outlet side of the measuring channel and in the storage zone has a sensor with a rod transverse to the product flow direction within the measuring channel.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 8 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dasε der Meεεkanal in Fluεεrichtung deε Schüttguteε eine Querεchnittεerweiterung aufweist.9. Apparatus according to claim 8 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the measuring channel has a cross-sectional expansion in the direction of flow of the bulk material.
10. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daεε der Stab vorzugsweise einen schwertförmigen Quer¬ schnitt mit der längeren Abmesεung in Produktfluεεrich- tung aufweiεt.10. Device according to one of the claims 8 or 9, so that the rod preferably has a sword-shaped cross section with the longer dimension in the direction of product flow.
11. Vorrichtung nach einem der Patentanεprüche 8 biε 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daεε daε Stauelement durch ein Zwangsförderelement ge¬ bildet ist.11. Device according to one of the patent claims 8 to 10, which also means that the baffle element is formed by a positive conveying element.
12. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 3 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Messkanal als By-Pasε ausgebildet ist, wobei das Zwangsförderelement als Rückförderelement in den Hauptkanal ausgebildet ist. 12. Device according to one of claims 3 to 11, characterized in that the measuring channel is designed as a By-Pasε, wherein the positive feed element is designed as a return element in the main channel.
13. Vorrichtung nach einem der Patentanεprüche 8 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daεε sie einen ersten Behandlungsabschnitt sowie einen Abεchnitt zur Erzeugung einer Schüttgutstauzone auf¬ weist, und eine Mikrowellenmeεεeinrichtung, welche der Stauzone zugeordnet ist, sowie eine Regeleinrichtung zur Regelung eines bestimmten Schüttgutwassergehaltes in dem Behandlungεabschnitt. 13. Device according to one of the claims 8 to 12, characterized in that it has a first treatment section and a section for producing a bulk material storage zone, and a microwave measuring device which is assigned to the storage zone, and a control device for regulating a specific bulk material water content in the treatment section .
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