WO1992016835A1 - Einrichtung zur bestimmung von qualitätskriterien einer biomasse - Google Patents

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WO1992016835A1
WO1992016835A1 PCT/AT1992/000033 AT9200033W WO9216835A1 WO 1992016835 A1 WO1992016835 A1 WO 1992016835A1 AT 9200033 W AT9200033 W AT 9200033W WO 9216835 A1 WO9216835 A1 WO 9216835A1
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WO
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biomass
electrode
electrodes
quality criteria
evaluation circuit
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PCT/AT1992/000033
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Inventor
Peter W. SCHÜTZ
Werner Winkler
Original Assignee
Trappl, Helmut
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
    • G01N33/48735—Investigating suspensions of cells, e.g. measuring microbe concentration

Definitions

  • the invention relates to a device for determining quality criteria of a biomass.
  • the automated storage, drying and processing of biomass requires an unproblematic measuring system for determining quality criteria, such as moisture, concentration of various ingredients and ongoing microbiological conversions.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a device of the type mentioned at the outset, which makes it possible to easily add the average value of the quality criteria to the entirety of the biomass located in a container or in a limited space determine.
  • an electrode arrangement between the electrodes of which the biomass to be tested is arranged, is provided, which electrodes are connected to an alternating voltage source supplying signals with a variable frequency and are connected to an evaluation circuit, one of which also Sequence control controlling the AC voltage source has controlled evaluation circuit which assigns experimentally determined quality criteria to corresponding values.
  • the relevant quality criteria of biomass such as moisture, chemical change, concentration of certain substances, etc. influence the electrical conductivity of the biomass in a broad spectrum of the measuring frequency.
  • These electrical properties of the biomass which change with the change in the quality criteria of the biomass, can be detected and implemented in a simple manner with the device according to the invention. be evaluated. It is only necessary to first determine the corresponding evaluation tables by means of measurements and to register them in the evaluation circuits.
  • the proposed measures make it possible to apply signals with a changing frequency to the entire biomass and to record the influence of these signals by the biomass.
  • the evaluation circuit for measuring two different parameters of the signals picked up by the electrodes e.g. the magnitude of the impedance and the phase rotation of the signal, preferably with an evaluation circuit connected downstream of each measuring circuit, and these evaluation circuits are assigned averaging devices which are connected to a display circuit.
  • an evaluation circuit to be connected downstream of each measuring circuit and for these evaluation circuits to be associated with averaging devices which are connected to a display circuit.
  • the electrode arrangement is formed by an essentially cylindrical jacket-shaped electrode and a central electrode arranged within the same.
  • an electrode is formed by an electrically conductive coating on the jacket of a biomass container, which results in a very simple construction.
  • one electrode is formed by an electrically conductive coating of a biomass container and the other by an electrically conductive coating in the area of the bottom or the top of the biomass container.
  • At least one electrode is divided into a plurality of sections which are insulated from one another and can be controlled via a multiplexer and, if appropriate, a buffer amplifier.
  • an electrode arrangement consisting of at least one electrode and at least one counter electrode and shielding electrodes is, if appropriate, slidably arranged in a container holding a biomass.
  • FIG. 8 shows a block diagram of the control of the electrode arrangement
  • FIGS. 12a and 12b diagrams of different sugar solutions
  • 14a and 14b are diagrams showing the course of fermentation of grape must, the diagrams provided with the index a the change of the signals in relation to their amplitude and the diagrams provided with the index b the change of the signals in relation point to their phase rotation as a function of the frequency of the signal and
  • 15 is a graphical representation of a drying process of hay.
  • two essentially cylindrical electrodes 15, 16 are provided, between which the biomass 17 is introduced. These electrodes 15, 16 are connected to a control.
  • This embodiment is particularly suitable for monitoring biomass stored in a silo, the walls of the silo being able to be covered or covered with an electrically conductive coating or a film which forms the electrode 16.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that the two electrodes 15, 16 have an irregularly shaped cross-sectional shape.
  • the electrodes 15, 16 can e.g. be formed by electrically conductive foils, one of which is inserted into a cluster of the biomass 17 to be examined and the other envelops it. With such an arrangement, e.g. a bundle of hay or straw, the moisture content of which is checked.
  • the electrode 15 is dome-shaped, the second electrode 16 is arranged on the floor 21 in the center of the space enclosed by the electrode 15.
  • an electrode 22 enclosing a space is provided, the electrode 23 arranged in the interior of this space being subdivided into a plurality of partial electrodes 23a to 23d arranged along the axis of the space delimited by the electrode 2.
  • These partial electrodes 23a to 23d are connected to the outputs of a multiplexer 24 which is connected on the input side to the control.
  • a buffer amplifier 25 is also provided.
  • the buffer amplifier 25 whose gain factor should be as one as possible, prevents field distortions in the edge region of the measuring electrode.
  • the buffer amplifier 25 is used to apply the potential of the active measuring electrode to the other, but not active, electrodes which are assigned to other measuring areas.
  • the inactive measuring electrodes act as shielding and prevent field distortions, the measuring signal of the active arrangement being unaffected.
  • FIG. 5 A similar electrode arrangement is shown in FIG. 5. However, the subdivisions of the electrode 23 run in the axial direction, so that the biomass located between the electrodes 22, 23 can be monitored sector by sector with regard to certain quality criteria, the sectors being different Extend over the entire length of the electrode arrangement.
  • FIG. 6 schematically shows an electrode arrangement in which a cylindrical electrode 23 is divided into three partial electrodes 23a, 23b and 23c in the axial direction.
  • the individual partial electrodes 23a, 23b, 23c can also be subdivided in the circumferential direction, so that individual sectors can be examined in layers.
  • FIG. 7 shows an arrangement similar to FIG. 6, but with the center electrode in partial electrodes 23a, 23b, 23c is divided in the axial direction, the partial electrodes 23b and 23c being connected as shield electrodes.
  • the shield electrodes 23b and 23c are also connected to the buffer amplifier 25.
  • the entire electrode arrangement 23a, 23b, 23c can be displaced along the central guide rod 27.
  • a sequence controller 1 is connected to an AC voltage generator 2, which supplies a preferably sinusoidal signal with a variable frequency, the frequency preferably fluctuating between 10 Hz and 10 MHz, or this range being continuously traversed.
  • An impedance measuring device 3 is connected to this alternating voltage generator 2, to which the electrode arrangement 22, 23 or 15, 16 is connected.
  • the impedance measuring device 3 has two measuring circuits, one of which detects the amount of the impedance of the biomass located between the electrodes 15, 16 and 22, 23 and the other detects the phase shift caused by this impedance.
  • evaluation circuits 5 X , 5 S , 5 3 are connected, which are further connected to the sequence controller 1. These evaluation circuits convert the measurement signals into signals corresponding to the quality criterion to be examined, the conversion being carried out according to empirically determined values which were determined with the aid of conventional point measurements.
  • FIGS. 12a, 12b, 13a, 13b, 14a there is a frequency-specific shift of peak values. If the position of a peak value of defined amplitude is to be determined in relation to frequency and an output signal proportional to it is to be generated, the signals outside this zone are evaluated with 0. Within this zone, the values are rated linearly from 0 to 1. The output signal of the evaluation circuit is then proportional to the area under the peak of the measurement signal and proportional to the frequency position, the mean value generator acting as an integrator over the frequency.
  • the outputs of the peak value formers 7, 8 and of the mean value formers 6 are connected to evaluating summers 9a, 9b.
  • measurement curves can be examined according to various, application-specific criteria.
  • Slumps in curves are evaluated and filtered out using the negative peak value generator 8.
  • the summer 9b is also connected to a comparator 12, the second input of which is connected to a reference value generator 10 which defines the measuring range limits, the comparator preventing the switching to a display 13b if the measuring range is exceeded, which is an indication of incorrect measurements .
  • the output signal of the summer 9b passes via the comparator 12 to an output stage 11b and to the display 13b and to an interface 14.
  • the output signal of the summer 9a is connected to an output stage 11a, which is connected to a display 13a and the interface 14.
  • 9 shows an example of a peak value generator.
  • This essentially consists of a sample and hold circuit 30. This is supplied with a signal via a switch 31 controlled by the sequence control 1, the sequence control also being used to reset the sample and hold circuit 30 via the OR gate 32 worries.
  • a comparator 33 is also provided, in the case of the positive peak value generator shown if the incoming signal exceeds the stored value, the signal is stored in the sample and hold circuit 30. In the case of the negative peak value generator, the connections of the comparator 33 are simply exchanged.
  • the 10 has an operational amplifier 40, which is fed back via a capacitor 41 and forms an integrator.
  • This capacitor 41 can be bridged via a switch 42 controlled by the sequence controller for the purpose of resetting the integrator.
  • the signal to be averaged reaches the operational amplifier 40 via a switch 43 controlled by the sequence controller and a resistor 44.
  • FIG. 11 shows an evaluation circuit.
  • This essentially consists of an EPROM 50 controlled by the sequential control system and a multiplier 51.
  • An evaluation table is written into the EPROM, which assigns the individual measured values a corresponding value of the quality criterion to be examined.
  • the multiplier 51 is a multiplying digital-to-analog converter. The effect of this is that the analog output voltage is proportional to a likewise analog reference signal or the input voltage multiplied by a weighting information or evaluation information.
  • the weighting can e.g. according to a digital value, e.g. from 0 to 1 in 4048 steps with a 12-bit information structure.
  • the raw data supplied by the measurement signals which are taken from the electrodes can be processed in a very flexible manner, which can be done according to very different criteria. It is only necessary that a reference curve for the given application is first determined empirically in order to serve as the basis for the evaluation of the measurement signals. This can be the course of drying, for example about feed, quality characteristics of a biomass, concentrations of certain solutions, etc. These reference curves, for example the phase profile of the signal during the drying of animal feed, are then either stored in a RAM or EPROM and serve as comparison values when evaluating current measurement curves.
  • the advantage here is that the device can be adapted to the respective requirements without hardware modification.
  • FIG. 12b likewise shows the course of different sugar concentrations of sugar solutions, however, as a function of the phase shift on the frequency of the signal, whereby pronounced maxima and minima can be seen.
  • 13a and 13b show diagrams of the acid concentration of apple cider vinegar as a function of the amplitude or the phase rotation from the frequency of the signal.
  • FIGS. 14a and 14b show the relationships of amplitude or phase rotation and signal frequency of a fermenting grape must, recorded at different times.
  • phase shift undergoes significant changes with increasing drying time over a wide range of the frequency, so that clear statements can be made about the degree of drying.

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Abstract

Um auf einfache Weise einen Durchschnittswert dieser Qualitätskriterien bei einer beliebigen Menge an Biomasse erfassen zu können, ist vorgesehen, daß eine Elektrodenanordnung, zwischen deren Elektroden (15, 16, 22, 23) die zu prüfende Biomasse angeordnet ist, welche Elektroden (15, 16, 22, 23) an eine Signale mit einer variablen Frequenz liefernde Wechselspannungsquelle (2) angeschlossen und mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, die eine von einer auch die Wechselspannungsquelle steuernde Ablaufsteuerung (1) gesteuerte Bewertungsschaltung (51, 52, 53) aufweist, die den Meßwerten experimentell ermittelte, Qualtitätskriterien entsprechende Werte, zuordnet.

Description

Einrichtung zur Bestimmung von Qual1tatskπterien einer
Biomasse
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Bestimmung von Qualitätskriterien einer Biomasse.
Die automatisierte Lagerung, Trocknung und Verarbei¬ tung von Biomasse erfordert ein unproblematisches Meßsystem zur Bestimmung von Qualitätskriterien, wie Feuchtigkeit, Kon¬ zentration von verschiedenen Inhaltsstoffen und ablaufender mikrobiologischer Umwandlungen.
Mit den bekannten Analysemethoden sind nur lokale Messungen einzelner Parameter möglich, wobei diese Messungen eine aufwendige Manipulation des Meßgutes erfordern. Dabei ist auch die Aussagekraft dieser punktuellen Messungen für die Ge¬ samtheit der zu überprüfenden Biomasse oder Lösung, die gege¬ benenfalls inhomogen sind, nicht beonders hoch und hängt rela¬ tiv stark von der Wahl des Bereiches ab, auf den sich die Mes¬ sung bezieht. Die gleichen Probleme ergeben sich auch bei der Untersuchung biologischer Abläufe, wie z.B. Gärungsprozesse od. dgl .
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermei¬ den und eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art vorzu¬ schlagen, die es ermöglicht, den Durchschnittswert der Quali¬ tätskriterien der Gesamtheit der sich in einem Behälter oder einem begrenzten Raum befindlichen Biomasse auf einfache Weise zu ermitteln.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Elektrodenanordnung, zwischen deren Elektroden die zu prüfende Biomasse angeordnet ist, vorgesehen ist, welche Elektroden an eine Signale mit einer variablen Fequenz liefernde Wechsel¬ spannungsquelle angeschlossen und mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, die eine von einer auch die Wechselspannungs¬ quelle steuernde Ablaufsteuerung gesteuerte Bewertungsschal¬ tung aufweist, die den Meßwerten experimentell ermittelte Qualtitätskriterien entsprechende Werte zuordnet.
Die relevanten Qualitätskriterien von Biomasse, wie Feuchtigkeit, chemische Veränderung, Konzentration bestimmter Stoffe usw. beeinflussen die elektrische Leitfähigkeit der Biomasse in einem breiten Spektrum der Meßfrequenz. Diese sich mit der nderung der Qualtitätskriterien der Biomasse ändern¬ den elektrischen Eigenschaften derselben können mit der erfin¬ dungsgemäßen Einrichtung auf einfache Weise erfaßt und ausge- wertet werden. Dabei ist es lediglich erforderlich durch Mes¬ sungen vorerst die entsprechenden Bewertungstabellen zu ermit¬ teln und in den Bewertungsschaltungen einzuschreiben. So ist es durch die vorgeschlagenen Maßnahmen möglich, die gesamte Biomasse mit Signalen mit einer sich ändernden Frequenz zu be¬ aufschlagen und die Beeinflussung dieser Signale durch die Biomasse zu erfassen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß die Auswerteschaltung Kreise für die Messung zweier verschiedener Parameter der von den Elektroden abge¬ griffenen Signale, z.B. den Betrag des Scheinwiderstandes und die Phasendrehung des Signals, aufweist, wobei vorzugsweise jedem Meßkreis eine Bewertungsschaltung nachgeschaltet ist, und diesen BewertungsSchaltungen Mittelwertbildner zugeordnet sind, die mit einem Anzeigekreis verbunden sind.
Durch diese Maßnahmen wird eine erhebliche Verbesse¬ rungen der Genauigkeit der Messung erreicht.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß jedem Meßkreis eine Bewertungsschaltung nach¬ geschaltet ist, und diesen BewertungsSchaltungen Mittelwert¬ bildner zugeordnet sind, die mit einem Anzeigekreis verbunden sind.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, Veränderungen in der zu untersuchenden Masse, die eine frequenzspezifische Verschiebung von Spitzenwerten des Ausgangssignales der Aus¬ werteschaltung bedingen, auf sehr einfache Weise zu erfassen. Dabei kann z.B. die frequenzbezogene Lage eines Spitzenwertes definierter Amplitude ermittelt und ein dazu proportionales AusgangsSignal erzeugt werden, wobei außerhalb einer festge¬ legten Zone liegende Werte z.B. mit 0 bewertet werden, wogegen die innerhalb des definierten Bereiches liegenden Werte linear von 0 bis 1 bewertet werden können. Das Ausgangssignal der Auswerteschaltung ist dann proportional der Fläche unter der Spitze des Meßsignales und proportional zur Frequenzlage. Da¬ bei wirkt der Mittelwertbildner als Integrator über der Fre¬ quenz.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß die Elektrodenanordnung durch eine im wesent¬ lichen Zylindermantelförmige Elektrode und eine innerhalb der¬ selben angeordnete Mittelelektrode gebildet ist. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, die ge¬ samte Biomasse mit den Signalen zu beaufschlagen und deren Veränderungen aufgrund der sich ändernden Qualtätskriterien der Biomasse zu erfassen und auszuwerten.
Dabei kann weiters vorgesehen sein, daß eine Elek¬ trode durch eine elektrisch leitende Beschichtung des Mantels eines Biomassebehälters gebildet ist, wodurch sich ein sehr einfacher Aufbau ergibt.
Weiters kann vorgesehen sein, daß eine Elektrode durch eine elektrisch leitende Beschichtung eines Biomassebe¬ hälters und die andere durch eine elektrisch leitende Be¬ schichtung im Bereich des Bodens oder der Decke des Biomasse¬ behälters gebildet ist.
Auch diese Lösung führt zu einer sehr einfachen Ge¬ staltung einer Einrichtung zur Überwachung von Qualitätskrite¬ rien von Biomasse.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorge¬ sehen sein, daß zumindest eine Elektrode in mehrere voneinan¬ der isolierte Abschnitte unterteilt ist, die über einen Multi- plexer und gegebenenfalls einen Pufferverstärker ansteuerbar sind.
Durch diese Maßnahmen ist es auch möglich, die Quali¬ tätskriterien der Biomasse bereichsweise zu erfassen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Biomasse in großen Behäl¬ tern gelagert ist, oder wenn Veränderungen in der Biomasse er¬ faßt werden sollen, die sich langsam durch die gesamte Masse hindurch entwickeln, z.B. im mittleren Bereich der Anhäufung der Biomasse beginnen und sich nach außen zu fortsetzen.
Weiters kann auch vorgesehen sein, daß eine aus min¬ destens einer Elektrode und wenigstens einer Gegenelektrode sowie Abschirmelektroden bestehende Elektrodenanordnung gege¬ benenfalls verschiebbar in einem eine Biomasse aufnehmenden Behälter angeordnet ist.
Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, daß das sich ausbildende Feld der Elektrode, von der das Meßsignal ab¬ genommen wird, durch die Schirmelektroden in eine bestimmte Form gebracht wird, wodurch Meßfehler durch eine unkontrol¬ lierte Veränderung des Feldes der Elektrode vermieden werden.
Bei einer verschiebbaren Anordnung der Elektrodenan¬ ordnung ist es möglich, eine größere Anhäufung von Biomasse, oder eine in einem größeren Behälter befindliche Lösung ab¬ schnittweise auf deren Qualitätskriterien hin zu untersuchen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen von Elek¬ trodenanordnungen,
Fig. 4 bis 7 mehrteilige Elektrodenanordnungen, Fig. 8 ein Blockschaltbild der Ansteuerung der Elek¬ trodenanordnung,
Fig. 9 bis 11 Details verschiedener Baugruppen, Fig. 12a und 12b Diagramme von verschiedenen Zucker¬ lösungen,
Fig. 13a und 13b Diagramme von verschiedenen Konzen¬ trationen von Apfelessig,
Fig. 14a und 14b Diagramme, die den Verlauf der Gä¬ rung von Traubenmost, wobei die mit dem Index a versehenen Diagramme die Änderung der Signale in Bezug auf deren Ampli¬ tude und die mit dem Index b versehenen Diagramme die Änderung der Signale in Bezug auf deren Phasendrehung in Abhängigkeit von der Frequenz des Signales zeigen und
Fig. 15 eine graphische Darstellung eines Trocknungs¬ vorganges von Heu.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 sind zwei im wesentlichen zylindrische Elektroden 15, 16 vorgesehen, zwi¬ schen denen die Biomasse 17 eingebracht wird. Diese Elektro¬ den 15, 16 sind mit einer Ansteuerung verbunden. Diese Ausfüh¬ rungsform eignet sich besonders für die Überwachung von in ei¬ nem Silo gelagerter Biomasse, wobei die Wände des Silos mit einer elektrisch leitenden Beschichtung oder einer Folie ver¬ sehen oder belegt werden können, die die Elektrode 16 bildet.
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, daß die beiden Elek¬ troden 15, 16 eine unregelmäßig gestaltete Querschnittsform aufweisen. Dabei können die Elektroden 15, 16 z.B. durch elek¬ trisch leitende Folien gebildet sein, von denen eine in eine Anhäufung der zu untersuchende Biomasse 17 eingesteckt ist und die andere diese umhüllt. So kann mit einer solchen Anordnung z.B. ein Bündel Heu oder Stroh, auf dessen Feuchtigkeitsgehalt hin überprüft werden.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 ist die Elek¬ trode 15 kuppeiförmig gestaltet, wobei die zweite Elektrode 16 im Zentrum des von der Elektrode 15 umschlossenen Raum auf dem Boden 21 angeordnet ist.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 4 ist eine einen Raum mantelartig umschließende Elektrode 22 vorgesehen, wobei die im Inneren dieses Raumes angeordnete Elektrode 23 in mehrere entlang der Achse des von der Elektrode 2 begrenzten Raumes angeordnete Teilelektroden 23a bis 23d unterteilt ist. Diese Teilelektroden 23a bis 23d sind an den Ausgängen eines Multiplexers 24 angeschlossen, der eingangsseitig mit der An¬ steuerung verbunden ist. Weiters ist noch ein Pufferverstär¬ ker 25 vorgesehen.
Zwischen den aktiven und den inaktiven Meßelektroden besteht eine Potentialdifferenz, wobei entlang dieser Potenti¬ aldifferenz Potentiallinien verlaufen, wodurch es zu Feldver¬ zerrungen im Randbereich der aktiven Meßanordnung kommt. Da¬ durch würde das Meßergebnis den Zustand des zu erfassenden Vo¬ lumens und zusätzlich auch noch Informationen aus nicht er¬ wünschten Meßbereichen enthalten. Durch den Pufferverstär¬ ker 25, dessen Verstärkungsfaktor möglichst eins sein soll, werden Feldverzerrungen im Randbereich der Meßelektrode ver¬ hindert. Dabei wird mit Hilfe des Pufferverstärkers 25 an die anderen, potentiellen aber nicht aktiven, anderen Meßbereichen zugeordneten Elektroden das Potential der aktiven Meßelektrode angelegt. Dabei wirken die inaktiven Meßelektroden als Ab¬ schirmung und verhindern Feldverzerrungen, wobei das Meßsignal der aktiven Anordnung nicht beeinflußt wird.
Eine ähnliche Elektrodenanordnung zeigt Fig. 5. Al¬ lerdings verlaufen dabei die Unterteilungen der Elektrode 23 in axialer Richtung, sodaß die sich zwischen den Elektro¬ den 22, 23 befindliche Biomasse sektorenweise im Hinblick auf bestimmte Qualitätskriterien hin überwacht werden kann, wobei sich die Sektoren über die gesamte Länge der Elektrodenanord¬ nung erstrecken.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Elektrodenanordnung, bei der eine zylindrische Elektrode 23 in axialer Richtung in drei Teilelektroden 23a, 23b und 23c unterteilt ist. Dabei können die einzelnen Teilelektroden 23a, 23b, 23c auch noch in Umfangsrichtung unterteilt sein, sodaß schichtenweise einzelne Sektoren untersucht werden können.
Fig. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung wie die Fig. 6, wobei jedoch die Mittelektrode in Teilelektroden 23a, 23b, 23c in axialer Richtung unterteilt ist, wobei die Teilelektroden 23b und 23c als Schirmelektroden geschaltet sind. Dabei sind neben der Elektrode 23a auch die Schirmelektroden 23b und 23c mit dem Pufferverstärker 25 verbunden. Dabei kann die gesamte Elektrodenanordnung 23a, 23b, 23c entlang des zentralen Füh¬ rungsstabes 27 verschoben werden.
Die Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Aus¬ werteschaltung.
Eine Ablaufsteuerung 1 ist mit einem Wechselspan¬ nungsgenerator 2 verbunden, der ein vorzugsweise sinusförmiges Signal mit variabler Frequenz liefert, wobei die Frequenz vor¬ zugsweise zwischen 10Hz und 10MHz schwankt, bzw. dieser Be¬ reich ständig durchlaufen wird. Mit diesem Wechselspannungsgenerator 2 ist eine Impedanzmeßeinrichtung 3 verbunden, an der die Elektrodenanordnung 22, 23, bzw. 15, 16 angeschlossen ist.
Die Impedanzmeßeinrichtung 3 weist zwei Meßkreise auf, von denen einer den Betrag des Scheinwiderstandes der zwischen den Elektroden 15, 16, bzw. 22, 23 befindlichen Bio¬ masse und der andere die durch diesen Scheinwiderstand be¬ dingte Phasendrehung erfaßt. An jeden der beiden Ausgänge der Impedanzmeßeinrichtung 3 sind Bewertungsschaltungen 5X , 5S , 53 angeschlossen, die weiters mit der Ablaufsteuerung 1 verbunden sind. Diese BewertungsSchaltungen setzen die Meßsignale in dem zu untersuchenden Qualitätskriterium entsprechende Signale um, wobei die Umsetzung nach empirisch ermittelten Werten, die mit Hilfe von herkömmlichen punktuellen Messungen ermittelt wur¬ den, erfolgt.
Mit dieser Anordnung ist es auf einfache Weise mög¬ lich, frequenzbezogene Fensterfunktionen zu realisieren. Wer¬ den z.B. die Daten innerhalb eines Spektrums mit 1 und außer¬ halb eines Meßbereiches mit 0 bewertet, dann werden aus dem Gesamtspektrum nur Daten aus einem gewählten Breich der weite¬ ren Verarbeitung zugeführt. Für die Anwendung der Einrichtung bedeutet dies, daß aus der gesamten zur Verfügung stehenden Information, wie sie z.B. in den Diagrammen der Fig. 12a, 12b, 13a, 13b, 14a und 14b enthalten ist, Einzelinformationen über z.B. Molekularstrukturen usw. abgeleitet werden können.
Den beiden Bewertungsschaltungen 5_. ist ein Mittel¬ wertbildner 6 nachgeschaltet, wogegen den Paaren von Bewer¬ tungsschaltungen 5- , 53 je ein Spitzenwertbildner 7, 8 nachge- schaltet ist, wobei der Sp tzenwertbildner 7 für die Bildung des positiven und der Spitzenwertbildner 8 für die Bildung des negativen Spitzenwertes vorgesehen ist.
Wie aus den Fig. 12a, 12b, 13a, 13b, 14a zu ersehen ist, findet eine frequenzspezifische Verschiebung von Spitzen¬ werten statt. Soll frequenzbezogen die Lage eines Spitzenwer¬ tes definierter Amplitude ermittelt und ein dazu proportiona¬ les Ausgangssignal erzeugt werden, so werden die Signale außerhalb dieser Zone mit 0 bwertet. Innerhalb dieser Zone werden die Werte linear von 0 bis 1 bewertet. Das Ausgangssi¬ gnal der Auswerteschaltung ist dann proportional der Fläche unter der Spitze des Meßsignales und proportional zur Fre¬ quenzlage, wobei der Mittelwertbildner als Integrator über der Frequenz wirkt .
Die Ausgänge der Spitzenwertbildner 7, 8 und des Mit¬ telwertbildners 6 sind mit bewertenden Summierern 9a, 9b ver¬ bunden.
Damit wird eine Erweiterung der Beurteilung des Me߬ signales ermöglicht, wobei eine Information erhalten wird, die nur frequenzproportional ist. Bei Vorliegen einer solchen In¬ formation wird der Spitzenwert durch eine Fensterfunktion der zugehörigen Bewertungsschaltung mit -1 gewichtet und durch die Endsummierer 9a, 9b damit subtrahiert. Das Ausgangssignal ist dann nur mehr proportional zur Frequenzlage und unabhängig von der Amplitude.
Durch die erfindungsgemäße Einrichtung können Meßkur¬ ven nach verschiedenen, anwendungsspezifischen Kriterien un¬ tersucht werden. Dabei können z.B. Kurveneinbrüche mit Hilfe des negativen Spitzenwertbildners 8 bewertet und ausgefiltert werden.
Der Summierer 9b ist noch mit einem Komparator 12 verbunden, dessen zweiter Eingang mit einem Referenzwertge¬ ber 10 verbunden ist, der die Meßbereichsgrenzen festlegt, wo¬ bei der Komparator bei Meßbereichsüberschreitungen, die ein Hinweis auf Fehlmessungen sind, die Durchschaltung zu einer Anzeige 13b verhindert. Im Normalfall gelangt das Ausgangssi¬ gnal des Summierers 9b über den Komparator 12 zu einer End¬ stufe 11b und zur Anzeige 13b sowie zu einer Schnittstelle 14.
Das Ausgangssignal des Summierers 9a ist mit einer Endstufe 11a verbunden, die mit einer Anzeige 13a und dem In¬ terface 14 verbunden ist. Die Fig. 9 zeigt ein Beispiel für einen Spitzenwert¬ bildner. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Abtast- und Haltekreis 30. Diesem wird über einen von der Ablaufsteue¬ rung 1 gesteuerten Schalter 31 ein Signal zugeführt, wobei über das Oder-Glied 32 die Ablaufsteuerung auch für das Rück¬ setzen des Abtast- und Haltekreises 30 sorgt. Weiters ist noch ein Komparator 33 vorgesehen, wobei bei dem dargestellten po¬ sitiven Spitzenwertbildner im Fall, daß das ankommende Signal den gespeicherten Wert übersteigt, das Signal im Abtast- und Haltekreis 30 gespeichert wird. Beim negativen Spitzenwertbildner werden einfach die Anschlüsse des Kompara- tors 33 vertauscht.
Der Mittelwertbildner nach der Fig. 10 weist einen Operationsverstärker 40 auf, der über einen Kondenstor 41 rückgekoppelt ist und einen Integrator bildet. Dieser Konden¬ sator 41 ist über einen von der Ablaufsteuerung gesteuerten Schalter 42 zum Zweck der Rücksetzung des Integrators über¬ brückbar. Dabei gelangt das zu mittelnde Signal über eine von der Ablaufsteuerung gesteuerten Schalter 43 und einen Wider¬ stand 44 zum Operationsverstärker 40.
Die Fig. 11 zeigt eine Bewertungsschaltung. Diese be¬ steht im wesentlichen aus einem von der Ablaufsteuerung ge¬ steuerten EPROM 50 und einem Multiplizierer 51. In dem EPROM ist eine Bewertungstabelle eingeschrieben, die den einzelnen Meßwerten einen entsprechenden Wert des zu untersuchenden Qua¬ litätskriteriums zuordnet. Bei dem Multiplizierer 51 handelt es sich um einen multiplizierenden Digital-Analog-Wandler. Dieser bewirkt, daß die analoge AusgangsSpannung proportional zu einem ebenfalls analogen Referenzsignal, bzw. der EingangsSpannung multipliziert mit einer GewichtungsInforma¬ tion, bzw. einer Bewertungsinformation ist. Die Gewichtung kann z.B. entsprechend einem Digitalwert erfolgen, z.B. von 0 bis 1 in 4048 Schritten bei einer 12-bit Informationsstruktur.
Bei der vorgeschlagenen Einrichtung können die durch die Meßsignale, die von den Elektroden abgenommen werden, ge¬ lieferten Rohdaten in sehr flexibler Weise verarbeitet werden, wobei dies nach sehr verschiedenen Kriterien erfolgen kann. Dabei ist es lediglich erforderlich, daß eine Referenz-Kurve für die gegebene Applikation zunächst empirisch ermittelt wird, um als Grundlage für die Auswertung der Meßsignale zu dienen. Dabei kann es sich z.B. um den Verlauf der Trockung von Futtermitteln, Qualitätsmerkmale einer Biomasse, Konzen¬ trationen bestimmter Lösungen usw. handeln. Diese Referenz- Kurven, z.B. der Phasenverlauf des Signales bei der Trocknung von Futtermitteln, werden dann entweder in einem RAM bzw. EPROM gespeichert und dienen als Vergleichswerte bei der Aus¬ wertung von aktuellen Meßkurven. Dabei ergibt sich der Vor¬ teil, daß die Einrichtung ohne Hardwaremodifikation den jewei¬ ligen Erfordernissen angepaßt werden kann.
Fig. 12a zeigt den Verlauf verschiedener Zuckerkon¬ zentration von Zuckerlösungen in Abhängigkeit der Amplitude von der Signalfrequenz.
Fig. 12b zeigt ebenso den Verlauf verschiedener Zuckerkonzentrationen von Zuckerlösungen jedoch in Ab¬ hängigkeit der Phasendrehung von der Frequenz des Signals, wo¬ bei ausgeprägte Maxima und Minima zu erkennen sind.
Die Spektren dieser frequenzspezifischen Spitzenwerte eignen sich in hervorragender Weise dazu sie auf einfache Art zu bewerten.
Fig. 13a und Fig. 13b zeigen Diagramme der Säurekon¬ zentration von Apfelessig in Abhängigkeit der Amplitude bzw. der Phasendrehung von der Frequenz des Signals.
Weiters zeigen die Diagramme der Fig. 14a und Fig. 14b die Beziehungen von Amplitude bzw. Phasendrehung und Si¬ gnalfrequenz eines gärenden Traubenmostes, aufgenommen zu ver¬ schiedenen Zeitpunkten.
Fig. 15 zeigt die graphische Darstellung der Be¬ ziehung zwischen Frequenz, Phasendrehung und Trocknungszeit eines mehrstündigen kontinuierlichen Trocknungsvorganges.
Dabei ist deutlich zu erkennen, daß über einen weiten Bereich der Frequenz die Phasendrehung mit zunehmender Trock¬ nungszeit deutliche Änderungen erfährt, sodaß sich eindeutige Aussagen über den Trocknungsgrad machen lassen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Einrichtung zur Bestimmung von Qualitätskriterien ei¬ ner Biomasse, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrodenan¬ ordnung, zwischen deren Elektroden (15, 16, 22, 23) die zu prüfende Biomasse angeordnet ist, vorgesehen ist, welche Elek¬ troden (15, 16, 22, 23) an eine Signale mit einer variablen Fequenz liefernde Wechselspannungsquelle (2) angeschlossen und mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, die eine von einer auch die Wechselspannungsquelle steuernde Ablaufsteuerung (1) gesteuerte Bewertungsschaltung (5X. 5Z, 53) aufweist, die den Meßwerten experimentell ermittelte, Qualtitätskriterien ent¬ sprechende Werte zuordnet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung Kreise für die Messung zweier ver¬ schiedener Parameter der von den Elektroden (15, 16, 22, 23) abgegriffenen Signale, z.B. den Betrag des Scheinwiderstandes und die Phasendrehung des Signals, aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß jedem Meßkreis eine Bewertungsschaltung (5lτ 5S , 53) nachgeschaltet ist, und diesen Bewertungsschaltungen Mit¬ telwertbildner (6) zugeordnet sind, die mit einem Anzeige¬ kreis (13a, 13b) verbunden sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung durch eine im we¬ sentlichen Zylindermantelförmige Elektrode (15) und eine in¬ nerhalb derselben angeordnete Mittelelektrode (16) gebildet ist .
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (15) durch eine elektrisch leitende Be¬ schichtung des Mantels eines Biomassebehälters gebildet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (15) durch eine elektrisch leitende Beschichtung eines Biomassebehäl ers und die andere durch eine elektrisch leitende Beschichtung im Bereich des Bo¬ dens oder der Decke des Biomassebehälters gebildet ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Elektrode (23) in mehrere voneinander isolierte Abschnitte (23a, 23b, 23c, 23d) unter¬ teilt ist, die über einen Multiplexer (24) und gegebenenfalls einen Pufferverstärker (25) ansteuerbar sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus mindestens einer Elektrode (23a) und wenigstens einer Gegenelektrode (22) sowie Abschirmelek¬ troden (23b, 23c) bestehende Elektrodenanordnung gegebenen¬ falls verschiebbar in einem eine Biomasse aufnehmenden Behäl¬ ter angeordnet ist.
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