WO2009071144A1 - Method and device for determining the moisture in a material - Google Patents

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WO2009071144A1
WO2009071144A1 PCT/EP2008/008605 EP2008008605W WO2009071144A1 WO 2009071144 A1 WO2009071144 A1 WO 2009071144A1 EP 2008008605 W EP2008008605 W EP 2008008605W WO 2009071144 A1 WO2009071144 A1 WO 2009071144A1
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WO
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test chamber
sensor
sample
microwave field
sensors
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PCT/EP2008/008605
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Wilfried Spannagel
Sven Hollstein
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Sartorius Ag
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    • G01N5/04—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by removing a component, e.g. by evaporation, and weighing the remainder
    • G01N5/045—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by removing a component, e.g. by evaporation, and weighing the remainder for determining moisture content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N22/04—Investigating moisture content

Definitions

  • the invention relates to a method for thermogravimetric material Moisturebestiitimung in which a arranged on a sample carrier sample in a test chamber by heating in a generated by a magnetron and fed via a waveguide of the test chamber microwave field, monitored by at least one sensor in the test chamber, moisture removed and the The weight of the sample is determined by a weighing module at least before and after dehumidification and used to calculate the moisture content of the material in a computer and control unit.
  • the invention further relates to a device for thermogravimetric material moisture determination with a generated by a magnetron via a waveguide a test chamber microwave field, arranged in the test chamber tuning rod, a sample carrier, which is in operative connection with a test chamber upstream weighing module, and at least one fan in one with the test chamber in connection with the exhaust air duct.
  • a device for thermogravimetric material moisture determination with a generated by a magnetron via a waveguide a test chamber microwave field, arranged in the test chamber tuning rod, a sample carrier, which is in operative connection with a test chamber upstream weighing module, and at least one fan in one with the test chamber in connection with the exhaust air duct.
  • a device for thermogravimetric material moisture determination with a generated by a magnetron via a waveguide a test chamber microwave field, arranged in the test chamber tuning rod, a sample carrier, which is in operative connection with a test chamber upstream weighing module, and at least one fan in one with the test chamber in
  • thermogravimetric material moisture rapid determination is known.
  • the moisture loss is determined during the drying of a sample.
  • the sample is placed on a sample carrier for drying in a cylindrical test chamber and its weight determined.
  • a microwave field is generated in the test chamber and the change in microwave energy, which correlates with the fluid loss of the sample, is monitored by a microwave sensor. After the end of the drying process, the weight is determined again.
  • a disadvantage of the known method which has proven itself in principle, is that it is still relatively difficult to detect the end of the drying process in order to weigh the sample again. As a result, unwanted time losses must be taken into account and it can lead to an overload of the sample or individual components of the device. It has been shown that the use of several microwave sensors proposed in US Pat. No. 6,247,246 B1 is not expedient. Object of the present invention is therefore to improve the known method so that it can be performed even faster and safer.
  • the simultaneous measurement or monitoring of the humidity indirectly via the change of the microwave field in the test chamber and the measurement of the humidity in the exhaust air stream, the end of the drying process can be detected faster and the humidity of the sample can be determined faster and safer.
  • the temperature is additionally monitored on the magnetron by a temperature sensor and the determined monitoring value is used to control the material moisture determination.
  • a possible overload of the magnetron can be detected early by the temperature sensor and this counteracted for example by a reduction in power of the microwave field and / or by switching additional fans or increase the fan power.
  • the performance of the fans can also be controlled via their own sensors associated with the fans.
  • the heating power of the microwave field is controlled by at least one of the sensors.
  • the power of the microwave field and thus the heating power can be controlled via the values determined by the sensors.
  • the settings of electronic filters, a MesSendeerkennung and a final measurement of the final value of at least one of the sensors can be controlled.
  • US Pat. No. 6,247,246 B1 also discloses a device for thermogravimetric material moisture determination, which has a cylindrical test chamber with a sample carrier in operative connection with a weighing module to which the sample to be measured is applied.
  • the test chamber is fed via a waveguide generated by a magnetron microwave field for drying the sample.
  • the moisture withdrawn from the sample can be sucked from fans through openings in the chamber ceiling, which terminate in at least one exhaust duct.
  • the known device has at least one microwave sensor in the chamber ceiling.
  • a gas or smoke sensor and a sensor for detecting light or light flashes can be arranged in the chamber ceiling.
  • a disadvantage of the known device which has proven itself in principle, is that it is still relatively difficult to detect the end of the drying process in order to weigh the sample again. As a result, unwanted time losses must be taken into account and it can lead to an overload of the sample or individual components of the device.
  • Another object of the present invention is therefore to improve the known device so that a method for thermogravimetric material moisture determination can be performed even faster and safer.
  • the simultaneous measurement or monitoring of the humidity is indirectly via the Changing the microwave field in the test chamber by the microwave sensor and the measurement of the humidity in the exhaust air flow through the humidity sensor possible.
  • the end of the drying process can be detected more quickly and the humidity of the sample can be determined faster and more reliably.
  • a temperature sensor is provided on the magnetron
  • the temperature sensor By the temperature sensor, a possible overload of the magnetron can be detected early and this counteracted for example by a reduction in power of the microwave field and / or by connecting additional fans or increase the fan power
  • the tuning rod is arranged on the chamber ceiling centrally above the sample carrier, wherein at the chamber ceiling facing away from the free end of the tuning rod at least one sensor is arranged.
  • the tuning rod arranged centrally above the sample leads to a microwood field which is similar to the well-known two tuning rods arranged laterally on the sample chamber floor as a special means for influencing the microwave field.
  • the sensor located just above the sample on the tuning rod leads to a faster result.
  • the waveguide is fixed, wherein the sample carrier is rotatable about a vertical axis of rotation via which it is in communication with the weighing module.
  • exhaust air openings are provided, via which an exhaust air flow generated by at least one fan can be discharged from the test chamber to the outside.
  • FIG. 1 a three-dimensional side view of a test chamber without covering hood with waveguide in section and elevation
  • FIG. 2 a perspective front view of an opened test chamber with covering hood, waveguide and magnetron,
  • Figure 3 a frontal view, partially cut with open top cover of another device for thermo-gravimetric material moisture determination
  • FIG. 4 is a block diagram of the device of FIG. 3.
  • An apparatus 1 for thermogravimetric material moisture determination essentially consists of a test chamber 2 with a sample carrier 3, a waveguide 4, a magnetron 5 and a weighing module 6.
  • the test chamber 2 is bounded in the vertical direction below by a chamber bottom 7 and in the vertical direction upwards by a chamber ceiling 8. Laterally, the test chamber 2 is bounded by a cylindrical wall 9. The test chamber 2 is separated in the vertical direction into a lower part 10 and an upper part 11, wherein the upper part 11 for loading the test chamber 2 via a hinge 12 can be folded upwards.
  • the microwaves generated by the magnetron 5 are supplied to the test chamber 2 via portals 16 arranged in the chamber bottom 7.
  • the microwaves form a microwave field, which heats a sample 20 or sample arranged on the sample carrier 3 or the material to be examined, so that the moisture present in the sample 20 emerges as a result of a drying process.
  • a Tuningstab 22 is disposed on the chamber ceiling 8, the chamber ceiling 8 facing away from the free end 23 centrally above the sample carrier 3 and Sample 20 is arranged.
  • a sensor 24 is arranged, for example, as a non-contact temperature sensor 25, in the example, an infrared sensor is formed.
  • a second sensor 26 is disposed on the chamber ceiling 8, which is formed for example as a microwave sensor 27.
  • a further sensor 29 is arranged, which is formed for example as an air humidity sensor 30. Furthermore, a further sensor 31, which is designed as a temperature sensor 32, is arranged on the magnetron 5.
  • the monitoring values determined by the sensors 24, 26, 29, 31 are supplied to a computing and control unit 33 which is designed as a microprocessor which monitors and controls the entire measuring process and calculates the sample or material moisture content.

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Abstract

The invention relates to a device and a method for determining the moisture in a material by thermogravimetry, whereby moisture is removed from a sample arranged on a sample carrier by heating said sample in a microwave field generated by a magnetron and supplied to the test chamber by a waveguide, said magnetron field being monitored by at least the sensor in the test chamber. The weight of the sample is determined by a weighing module at least before and after the removal of the moisture, and used to calculate the material moisture in a calculating and control unit. In the test chamber, the microwave field is monitored by a microwave sensor and/or the temperature generated by the microwave field is monitored by a non-contact temperature sensor, and at the same time, the air flowing out of the test chamber is monitored by an air moisture sensor. The determined monitoring values are used to control the determination of the moisture in the material.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Materialfeuchtebestiπtmung Method and device for material moisture resistance
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestiitimung, bei dem einer auf einem Probenträger angeordneten Probe in einer Prüfkammer mittels Erwärmung in einem von einem Magnetron erzeugten und über einen Wellenleiter der Prüfkammer zugeführten Mikrowellenfeld, durch mindestens einen Sensor in der Prüfkammer überwacht, Feuchtigkeit entzogen und das Gewicht der Probe mindestens vor und nach dem Feuchtigkeitsentzug von einem Wägemodul bestimmt und zur Berechnung der Materialfeuchte in einer Rechen- und Steuereinheit genutzt wird.The invention relates to a method for thermogravimetric material Moisturebestiitimung in which a arranged on a sample carrier sample in a test chamber by heating in a generated by a magnetron and fed via a waveguide of the test chamber microwave field, monitored by at least one sensor in the test chamber, moisture removed and the The weight of the sample is determined by a weighing module at least before and after dehumidification and used to calculate the moisture content of the material in a computer and control unit.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung mit einem von einem Magnetron erzeugten über einen Wellenleiter einer Prüfkammer zuführbaren Mikrowellenfeld, einem in der Prüfkammer angeordneten Tuningstab, einem Probenträger, der mit einem der Prüfkammer vorgelagerten Wägemodul in Wirkverbindung steht, und mindestens einem Ventilator in einem mit der Prüfkammer in Verbindung stehenden Abluftkanal. Hauptsächlich für Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, aber auch in der Kosmetik-, Futtermittel- und Baustoffindustrie werden im Betriebslabor Verfahren und Vorrichtungen zur thermogravimetrisehen Materialfeuchtebestimmung eingesetzt .The invention further relates to a device for thermogravimetric material moisture determination with a generated by a magnetron via a waveguide a test chamber microwave field, arranged in the test chamber tuning rod, a sample carrier, which is in operative connection with a test chamber upstream weighing module, and at least one fan in one with the test chamber in connection with the exhaust air duct. Mainly for applications in the food and beverage industry as well as in the chemical and pharmaceutical industry, but also in the cosmetics, animal feed and building materials industry, processes and devices for thermogravimetrical material moisture determination are used in the company laboratory.
Aus der US 6 247 246 Bl ist ein Verfahren zur thermogravimetrischen Materialfeuchte-Schnellbestimmung bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird der Feuchteverlust bei der Trocknung einer Probe bestimmt. Dabei wird die Probe zum Trocknen in einer zylindrischen Prüfkammer auf einem Probenträger angeordnet und ihr Gewicht bestimmt. In der Prüfkammer wird ein Mikrowellenfeld erzeugt und die Änderung der Mikrowellenenergie, die mit dem Flüssigkeitsverlust der Probe korreliert, wird von einem Mikrowellensensor überwacht. Nach Ende des Trocknungsprozesses wird das Gewicht erneut bestimmt.From US 6 247 246 Bl a method for thermogravimetric material moisture rapid determination is known. In the known method, the moisture loss is determined during the drying of a sample. The sample is placed on a sample carrier for drying in a cylindrical test chamber and its weight determined. A microwave field is generated in the test chamber and the change in microwave energy, which correlates with the fluid loss of the sample, is monitored by a microwave sensor. After the end of the drying process, the weight is determined again.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren, das sich grundsätzlich bewährt hat, ist, dass es noch relativ schwierig ist, das Ende des Trocknungsvorganges zu erkennen, um die Probe erneut zu wiegen. Dadurch müssen unerwünschte Zeitverluste in Kauf genommen werden und es kann zu einer Überlastung der Probe oder einzelner Komponenten der Vorrichtung kommen. Es hat sich gezeigt, dass die in der US 6 247 246 Bl vorgeschlagene Verwendung mehrerer Mikrowellensensoren nicht zielführend ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das bekannte Verfahren so zu verbessern, dass es noch schneller und sicherer durchgeführt werden kann.A disadvantage of the known method, which has proven itself in principle, is that it is still relatively difficult to detect the end of the drying process in order to weigh the sample again. As a result, unwanted time losses must be taken into account and it can lead to an overload of the sample or individual components of the device. It has been shown that the use of several microwave sensors proposed in US Pat. No. 6,247,246 B1 is not expedient. Object of the present invention is therefore to improve the known method so that it can be performed even faster and safer.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass in der Prüfkammer das Mikrowellenfeld durch einen Mikrowellensensor und/oder die von dem Mikrowellenfeld erzeugte Temperatur durch einen berührungslosen Temperatursensor und gleichzeitig der Abluftstrom aus der Prüfkammer durch einen Luftfeuchtesensor überwacht und die ermittelten Überwachungswerte zur Steuerung der Material feuchtebestimmung genutzt werden.This object is achieved in connection with the preamble of claim 1, characterized in that in the test chamber the microwave field monitored by a microwave sensor and / or the temperature generated by the microwave field by a non-contact temperature sensor and at the same time the exhaust air flow from the test chamber by an air humidity sensor and the determined Monitoring values for controlling the material moisture determination can be used.
Durch die gleichzeitige Messung bzw. Überwachung der Feuchte indirekt über die Änderung des Mikrowellenfeldes in der Prüfkammer und die Messung der Luftfeuchte im Abluftstrom kann das Ende des Trocknungsvorganges schneller erkannt und die Luftfeuchte der Probe schneller und sicherer ermittelt werden .The simultaneous measurement or monitoring of the humidity indirectly via the change of the microwave field in the test chamber and the measurement of the humidity in the exhaust air stream, the end of the drying process can be detected faster and the humidity of the sample can be determined faster and safer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung wird zusätzlich am Magnetron durch einen Temperatursensor die Temperatur überwacht und der ermittelte Überwachungswert zur Steuerung der Materialfeuchtebestimmung genutzt.According to a preferred embodiment of the invention, the temperature is additionally monitored on the magnetron by a temperature sensor and the determined monitoring value is used to control the material moisture determination.
Dabei kann durch den Temperatursensor eine mögliche Überlastung des Magnetrons früh erkannt und dieser beispielsweise durch eine LeistungsVerminderung des Mikrowellenfeldes und/oder durch Zuschaltung weiterer Lüfter bzw. Steigerung der Lüfterleistung entgegengewirkt werden. Die Leistung der Lüfter lässt sich zudem auch über eigene den Lüftern zugeordnete Sensoren steuern.In this case, a possible overload of the magnetron can be detected early by the temperature sensor and this counteracted for example by a reduction in power of the microwave field and / or by switching additional fans or increase the fan power. The performance of the fans can also be controlled via their own sensors associated with the fans.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Heizleistung des Mikrowellenfeldes von mindestens einem der Sensoren gesteuert.According to a further preferred embodiment of the invention, the heating power of the microwave field is controlled by at least one of the sensors.
Insbesondere bei Einsatz der Invertertechnik lässt sich die Leistung des Mikrowellenfeldes und damit die Heizleistung über die von den Sensoren ermittelten Werte steuern. Auch lassen sich die Einstellungen von elektronischen Filtern, eine MesSendeerkennung und eine Messendwertprognose von mindestens einem der Sensoren steuern.In particular, when using the inverter technology, the power of the microwave field and thus the heating power can be controlled via the values determined by the sensors. Also, the settings of electronic filters, a MesSendeerkennung and a final measurement of the final value of at least one of the sensors can be controlled.
Aus der US 6 247 246 Bl ist weiterhin eine Vorrichtung zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung bekannt, die eine zylindrische Prüfkammer mit einem mit einem Wägemodul in Wirkverbindung stehenden Probenträger aufweist, auf den die zu messende Probe aufgebracht wird. Der Prüfkammer ist über einen Wellenleiter ein von einem Magnetron erzeugtes Mikrowellenfeld zur Trocknung der Probe zuführbar. Die der Probe entzogene Feuchtigkeit lässt sich über Öffnungen in der Kammerdecke, die in mindestens einem Abluftkanal enden, von Ventilatoren absaugen. Die bekannte Vorrichtung weist in der Kammerdecke mindestens einen Mikrowellensensor auf. Zudem können in der Kammerdecke ein Gas- bzw. Rauchsensor und ein Sensor zur Erkennung von Licht- bzw. Lichtblitzen angeordnet sein. Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung, die sich grundsätzlich bewährt hat, ist, dass es noch relativ schwierig ist, das Ende des Trocknungsvorganges zu erkennen, um die Probe erneut zu wiegen. Dadurch müssen unerwünschte Zeitverluste in Kauf genommen werden und es kann zu einer Überlastung der Probe oder einzelner Komponenten der Vorrichtung kommen.US Pat. No. 6,247,246 B1 also discloses a device for thermogravimetric material moisture determination, which has a cylindrical test chamber with a sample carrier in operative connection with a weighing module to which the sample to be measured is applied. The test chamber is fed via a waveguide generated by a magnetron microwave field for drying the sample. The moisture withdrawn from the sample can be sucked from fans through openings in the chamber ceiling, which terminate in at least one exhaust duct. The known device has at least one microwave sensor in the chamber ceiling. In addition, a gas or smoke sensor and a sensor for detecting light or light flashes can be arranged in the chamber ceiling. A disadvantage of the known device, which has proven itself in principle, is that it is still relatively difficult to detect the end of the drying process in order to weigh the sample again. As a result, unwanted time losses must be taken into account and it can lead to an overload of the sample or individual components of the device.
Die in der US 6 247 246 Bl vorgeschlagene Verwendung mehrerer Mikrowellensensoren führt praktisch nicht zu einer Verkürzung des Messvorganges . Während der Gassensor möglichen Rauch bei Überhitzen der Probe erkennen kann, kann der Lichtblitzsensor ein durch Überhitzung entstandenes Entflammen der Probe detektieren. Dadurch werden zwar Gefahren erkannt, eine frühzeitige Vorbeugung und ein schnellerer Messvorgang werden aber damit nicht erreicht.The use of several microwave sensors proposed in US Pat. No. 6,247,246 B1 does not practically lead to a shortening of the measuring process. While the gas sensor can detect possible smoke in overheating of the sample, the flash sensor can detect a fire caused by overheating of the sample. As a result, dangers are recognized, but early prevention and a faster measurement process are not achieved.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannte Vorrichtung so zu verbessern, dass ein Verfahren zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung noch schneller und sicherer durchgeführt werden kann.Another object of the present invention is therefore to improve the known device so that a method for thermogravimetric material moisture determination can be performed even faster and safer.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 9 dadurch gelöst, dass ein Luftfeuchtesensor im Abluftstrom und ein Mikrowellensensor und/oder ein berührungslos messender Temperaturfühler in der Prüfkammer angeordnet sind.This object is achieved in conjunction with the preamble of claim 9, characterized in that an air humidity sensor in the exhaust air stream and a microwave sensor and / or a non-contact measuring temperature sensor are arranged in the test chamber.
Durch die Anordnung unterschiedlicher Sensoren, die den eigentlichen Messvorgang unterstützen, wird die gleichzeitige Messung bzw. Überwachung der Feuchte indirekt über die Änderung des Mikrowellenfeldes in der Prüfkammer durch den Mikrowellensensor und die Messung der Luftfeuchte im Abluftstrom durch den Luftfeuchtesensor möglich. Dadurch kann das Ende des Trocknungsvorganges schneller erkannt und die Luftfeuchte der Probe schneller und sicherer ermittelt werden .By arranging different sensors that support the actual measuring process, the simultaneous measurement or monitoring of the humidity is indirectly via the Changing the microwave field in the test chamber by the microwave sensor and the measurement of the humidity in the exhaust air flow through the humidity sensor possible. As a result, the end of the drying process can be detected more quickly and the humidity of the sample can be determined faster and more reliably.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Magnetron ein Temperaturfühler vorgesehenAccording to a preferred embodiment of the invention, a temperature sensor is provided on the magnetron
Durch den Temperatursensor kann eine mögliche Überlastung des Magnetrons früh erkannt und dieser beispielsweise durch eine LeistungsVerminderung des Mikrowellenfeldes und/oder durch Zuschaltung weiterer Lüfter bzw. Steigerung der Lüfterleistung entgegengewirkt werdenBy the temperature sensor, a possible overload of the magnetron can be detected early and this counteracted for example by a reduction in power of the microwave field and / or by connecting additional fans or increase the fan power
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Tuningstab an der Kammerdecke mittig oberhalb des Probenträgers angeordnet, wobei an dem der Kammerdecke abgewandten freien Ende des Tuningstabs mindestens ein Sensor angeordnet ist.According to a further preferred embodiment of the invention, the tuning rod is arranged on the chamber ceiling centrally above the sample carrier, wherein at the chamber ceiling facing away from the free end of the tuning rod at least one sensor is arranged.
Überraschenderweise führt der mittig oberhalb der Probe angeordnete Tuningstab zu einem ähnlich guten Mikrowellenfeld wie die bekannten seitlich der Probe am Prüfkammerboden als spezielle Mittel zur Beeinflussung des Mikrowellenfeldes angeordneten zwei Tuningstäbe. Darüber hinaus führt der dicht oberhalb der Probe am Tuningstab angeordnete Sensor zu einem schnelleren Ergebnis. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wellenleiter fixiert, wobei der Probenträger um eine vertikale Drehachse über die er mit dem Wägemodul in Verbindung steht, drehbar ist. In der Kammerdecke sind AbluftÖffnungen vorgesehen, über die ein von mindestens einem Ventilator erzeugter Abluftstrom aus der Prüfkammer nach Außen ableitbar ist.Surprisingly, the tuning rod arranged centrally above the sample leads to a microwood field which is similar to the well-known two tuning rods arranged laterally on the sample chamber floor as a special means for influencing the microwave field. In addition, the sensor located just above the sample on the tuning rod leads to a faster result. According to a preferred embodiment of the invention, the waveguide is fixed, wherein the sample carrier is rotatable about a vertical axis of rotation via which it is in communication with the weighing module. In the chamber ceiling exhaust air openings are provided, via which an exhaust air flow generated by at least one fan can be discharged from the test chamber to the outside.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.Further details of the invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings, in which preferred embodiments of the invention are illustrated by way of example.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Figur 1: eine räumliche Seitenansicht einer Prüfkammer ohne Abdeckhaube mit Wellenleiter im Schnitt und Ausriss,FIG. 1: a three-dimensional side view of a test chamber without covering hood with waveguide in section and elevation,
Figur 2: eine räumliche Vorderansicht einer geöffneten Prüfkammer mit Abdeckhaube, Wellenleiter und Magnetron,FIG. 2: a perspective front view of an opened test chamber with covering hood, waveguide and magnetron,
Figur 3: eine räumliche Vorderansicht, teilweise geschnitten mit nach oben geöffneter Abdeckung einer weiteren Vorrichtung zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung undFigure 3: a frontal view, partially cut with open top cover of another device for thermo-gravimetric material moisture determination and
Figur 4: ein Blockschaltbild der Vorrichtung von Fig. 3. Eine Vorrichtung 1 zur thermogravimetrischen Materielfeuchtebestimmung besteht im Wesentlichen aus einer Prüfkammer 2 mit einem Probenträger 3, einem Wellenleiter 4, einem Magnetron 5 und einem Wägemodul 6.FIG. 4 is a block diagram of the device of FIG. 3. An apparatus 1 for thermogravimetric material moisture determination essentially consists of a test chamber 2 with a sample carrier 3, a waveguide 4, a magnetron 5 and a weighing module 6.
Die Prüfkammer 2 wird in vertikaler Richtung unten durch einen Kammerboden 7 und in vertikaler Richtung nach oben durch eine Kammerdecke 8 begrenzt. Seitlich wird die Prüfkammer 2 durch eine zylindrische Wandung 9 begrenzt. Die Prüfkammer 2 ist in vertikaler Richtung in ein Unterteil 10 und ein Oberteil 11 getrennt, wobei das Oberteil 11 zum Bestücken der Prüfkammer 2 über ein Scharnier 12 nach oben wegklappbar ist.The test chamber 2 is bounded in the vertical direction below by a chamber bottom 7 and in the vertical direction upwards by a chamber ceiling 8. Laterally, the test chamber 2 is bounded by a cylindrical wall 9. The test chamber 2 is separated in the vertical direction into a lower part 10 and an upper part 11, wherein the upper part 11 for loading the test chamber 2 via a hinge 12 can be folded upwards.
in dem Unterteil 10 ist der Probenträger 3 angeordnet, der über eine vertikale Drehachse 13, die durch den Kammerboden 7 geführt wird, mit dem Wägemodul 6 in Wirkverbindung steht. Über die Drehachse 13 ist der Probenträger 3 von einem Elektromotor 14 drehbar. Der Kammerboden 7 ist mit dem Wellenleiter 4, der Y-förmig ausgebildet ist, verbunden. Über den Wellenleiter 4 werden die von dem Magnetron 5 erzeugten Mikrowellen über in dem Kammerboden 7 angeordnete Portale 16 der Prüfkammer 2 zugeführt. In der Prüfkammer 2 bilden die Mikrowellen ein Mikrowellenfeld, das eine auf dem Probenträger 3 angeordnete Probe 20 bzw. das zu untersuchende Material erwärmt, so dass die in der Probe 20 vorhandene Feuchte infolge eines Trocknungsprozesses austritt. In der Kammerdecke 8 sind Öffnungen 17 ausgebildet, die in einem oder mehreren Abluftkanälen 18 münden, über den die der Probe 20 entwichene Feuchte von Ventilatoren 19 abgesaugt wird. Um das Mikrowellenfeld zur Probe 20 hin, die beispielsweise auf einer auf dem Probenträger 3 gelagerten Glassscheibe 21 oder einem Träger aus einem anderen mikrowellenbeständigen Material angeordnet ist, zu konzentrieren, ist an der Kammerdecke 8 ein Tuningstab 22 angeordnet, der mit seinem der Kammerdecke 8 abgewandten freien Ende 23 mittig oberhalb des Probenträgers 3 bzw. der Probe 20 angeordnet ist. An dem freien Ende 23 ist ein Sensor 24 angeordnet, der beispielsweise als ein berührungsloser Temperatursensor 25, im Beispiel ein Infrarotsensor, ausgebildet ist. In der Prüfkammer 2 ist an der Kammerdecke 8 ein zweiter Sensor 26 angeordnet, der beispielsweise als ein Mikrowellensensor 27 ausgebildet ist.in the lower part 10 of the sample carrier 3 is arranged, which is connected via a vertical axis of rotation 13, which is guided through the chamber bottom 7, with the weighing module 6 in operative connection. About the axis of rotation 13 of the sample carrier 3 by an electric motor 14 is rotatable. The chamber bottom 7 is connected to the waveguide 4, which is Y-shaped. Via the waveguide 4, the microwaves generated by the magnetron 5 are supplied to the test chamber 2 via portals 16 arranged in the chamber bottom 7. In the test chamber 2, the microwaves form a microwave field, which heats a sample 20 or sample arranged on the sample carrier 3 or the material to be examined, so that the moisture present in the sample 20 emerges as a result of a drying process. In the chamber ceiling 8 openings 17 are formed, which open into one or more exhaust ducts 18, through which the moisture 20 escaped from the sample 20 is sucked by fans 19. To the microwave field to the sample 20 out, for example, on a mounted on the sample carrier 3 glass plate 21 or a carrier of another microwave-resistant material is to concentrate, a Tuningstab 22 is disposed on the chamber ceiling 8, the chamber ceiling 8 facing away from the free end 23 centrally above the sample carrier 3 and Sample 20 is arranged. At the free end 23, a sensor 24 is arranged, for example, as a non-contact temperature sensor 25, in the example, an infrared sensor is formed. In the test chamber 2, a second sensor 26 is disposed on the chamber ceiling 8, which is formed for example as a microwave sensor 27.
Im Abluftkanal 18, der zwischen der Kammerdecke 8 und einer Abdeckung 28 gebildet wird, ist ein weiterer Sensor 29 angeordnet, der beispielsweise als ein Luftfeuchtesensor 30 ausgebildet ist. Weiterhin ist am Magnetron 5 ein weiterer Sensor 31 angeordnet, der als ein Temperatursensor 32 ausgebildet ist.In the exhaust duct 18, which is formed between the chamber ceiling 8 and a cover 28, a further sensor 29 is arranged, which is formed for example as an air humidity sensor 30. Furthermore, a further sensor 31, which is designed as a temperature sensor 32, is arranged on the magnetron 5.
Die von den Sensoren 24, 26, 29, 31 ermittelten Überwachungswerte werden einer Rechen- und Steuereinheit 33 zugeführt, die als ein Mikroprozessor ausgebildet ist der den gesamten Messvorgang überwacht, steuert und die Proben- bzw. Materialfeuchte berechnet. BezugszeichenlisteThe monitoring values determined by the sensors 24, 26, 29, 31 are supplied to a computing and control unit 33 which is designed as a microprocessor which monitors and controls the entire measuring process and calculates the sample or material moisture content. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vorr. zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung1 quantity for thermogravimetric material moisture determination
2 Prüfkammer2 test chamber
3 Probenträger3 sample carriers
4 Wellenleiter4 waveguides
5 Magnetron5 magnetrons
6 Wägemodul6 weighing module
7 Kammerboden7 chamber floor
8 Kammerdecke8 chamber ceiling
9 zylindrische Wandung9 cylindrical wall
10 Unterteil10 lower part
11 Oberteil11 upper part
12 Scharnier 3 Drehachse12 hinge 3 rotation axis
14 Elektromotor 6 Portal 7 Öffnung 8 Abluftkanal 9 Ventilator 0 Probe 1 Glasscheibe 2 Tuningstab 3 freies Ende von 22 4 Sensor 5 Temperatursensor 6 zweiter Sensor 7 Mikrowellensensor 8 Abdeckung 9 Sensor 0 Luftfeuchtesensor Sensor Temperatursensor Rechen- und Steuereinheit 14 Electric motor 6 Portal 7 Opening 8 Exhaust air duct 9 Fan 0 Sample 1 Glass pane 2 Tuning bar 3 Free end of 22 4 Sensor 5 Temperature sensor 6 Second sensor 7 Microwave sensor 8 Cover 9 Sensor 0 Humidity sensor Sensor temperature sensor computing and control unit

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung, bei dem einer auf einem Probenträger (3) angeordneten Probe (20) in einer Prüfkammer (2) mittels Erwärmung in einem von einem Magnetron (5) erzeugten und über einen Wellenleiter (4) der Prüfkammer (2) zugeführten Mikrowellenfeld, durch mindestens einen Sensor (24, 26, 29) in der Prüfkammer1. Method for the thermogravimetric material moisture determination, in which a sample (20) arranged on a sample carrier (3) is heated in a test chamber (2) by means of heating in a magnetron (5) and via a waveguide (4) of the test chamber (2) supplied microwave field, by at least one sensor (24, 26, 29) in the test chamber
(2) überwacht, Feuchtigkeit entzogen und das Gewicht der Probe (20) mindestens vor und nach dem(2) monitored, deprived of moisture and the weight of the sample (20) at least before and after
Feuchtigkeitsentzug von einem Wägemodul (6) bestimmt und zur Berechnung der Materialfeuchte in einer Rechen- und Steuereinheit (33) genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prüfkammer (2) das Mikrowellenfeld durch einen Mikrowellensensor (27) und/oder die von dem Mikrowellenfeld erzeugte Temperatur durch einen berührungslosen Temperatursensor (25) und gleichzeitig der Abluftstrom aus der Prüfkammer (2) durch einen Luftfeuchtesensor (30) überwacht und die ermittelten Überwachungswerte zur Steuerung der Materialfeuchtebestimmung genutzt werden.Moisture removal determined by a weighing module (6) and used to calculate the material moisture in a computing and control unit (33), characterized in that in the test chamber (2) the microwave field by a microwave sensor (27) and / or the microwave field temperature generated by a non-contact temperature sensor (25) and at the same time the exhaust air flow from the test chamber (2) monitored by an air humidity sensor (30) and the determined monitoring values are used to control the material moisture determination.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich am Magnetron (5) durch einen Temperatursensor (32) die Temperatur überwacht und der ermittelte Überwachungswert zur Steuerung der Materialfeuchtebestimmung genutzt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that in addition to the magnetron (5) by a temperature sensor (32) monitors the temperature and the determined monitoring value is used to control the material moisture determination.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Mikrowellenfeldes von mindestens einem der Sensoren (24, 26, 29, 31) gesteuert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the heating power of the microwave field of at least one of the sensors (24, 26, 29, 31) is controlled.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatoren (19) von mindestens einem der Sensoren (24, 26, 29, 31) gesteuert werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the fans (19) of at least one of the sensors (24, 26, 29, 31) are controlled.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass elektronische Filtereinstellungen von mindestens einem der Sensoren (24, 26, 29, 31) gesteuert werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that electronic filter settings of at least one of the sensors (24, 26, 29, 31) are controlled.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messendeerkennung von mindestens einem der Sensoren (24, 26, 29, 31) gesteuert wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a measuring end detection of at least one of the sensors (24, 26, 29, 31) is controlled.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messendwertprognose von mindestens einem der Sensoren (24, 26, 29, 31) gesteuert wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a Messendwertforgnose of at least one of the sensors (24, 26, 29, 31) is controlled.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (24, 26, 29, 31) eine Überbelastung einzelner Vorrichtungskomponenten durch Gegensteuern verhindern. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the sensors (24, 26, 29, 31) prevent overloading of individual device components by countersteering.
9. Vorrichtung (l)zur thermogravimetrischen Materialfeuchtebestimmung mit einem von einem Magnetron9. Device (l) for thermogravimetric material moisture determination with one of a magnetron
(5) erzeugten über einen Wellenleiter (4) einer Prüfkammer (2) zuführbaren Mikrowellenfeld., einem in der Prüfkammer (2) angeordneten Tuningstab (22), einem Probenträger (3), der mit einem der Prüfkammer (2) vorgelagerten Wägemodul (6) in Wirkverbindung steht, und mindestens einem Ventilator (19) in einem mit der Prüfkammer (2) in Verbindung stehenden Abluftkanal (18) , dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftfeuchtesensor (30) im Abluftstrom und ein Mikrowellensensor (27) und/oder ein berührungslos messender Temperatursensor (25) in der Prüfkammer (2) angeordnet sind.(5) produced via a waveguide (4) a test chamber (2) can be supplied microwave field., In the test chamber (2) arranged Tuningstab (22), a sample carrier (3) with one of the test chamber (2) upstream weighing module (6 ) is in operative connection, and at least one fan (19) in a with the test chamber (2) in communication associated exhaust duct (18), characterized in that an air humidity sensor (30) in the exhaust air flow and a microwave sensor (27) and / or a non-contact measuring temperature sensor (25) in the test chamber (2) are arranged.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Magnetron (5) ein Temperatursensor (32) vorgesehen ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the magnetron (5), a temperature sensor (32) is provided.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Tuningstab (22) an der Kammerdecke (8) mittig oberhalb des Probenträgers (3) angeordnet ist und dass an dem der Kammerdecke (8) abgewandten freien Ende (23) des Tuningstabs (22) mindestens ein Sensor (24) angeordnet ist.11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the tuning rod (22) on the chamber ceiling (8) is arranged centrally above the sample carrier (3) and that at the chamber ceiling (8) facing away from the free end (23) of the tuning rod (22) at least one sensor (24) is arranged.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (4) fixiert ist, dass der Probenträger (3) um eine vertikale Drehachse über die er mit dem Wägemodul (6) in Verbindung steht drehbar ist, und dass in der Kammerdecke (8) Abluftöffnungen (17) vorgesehen sind, über die ein von mindestens einem Ventilator (19) erzeugter Abluftstrom aus der Prüfkammer (2) nach außen ableitbar ist. 12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the waveguide (4) is fixed, in that the sample carrier (3) is rotatable about a vertical axis of rotation via which it communicates with the weighing module (6), and in that chamber ceiling (8) exhaust openings (17) are provided, via which one of at least one fan (19) generated exhaust air flow from the test chamber (2) can be derived to the outside.
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