DE19500559A1 - Sensorelement zur Umsetzung dielektrischer Materialeigenschaften in elektrisch meßbare Größen - Google Patents
Sensorelement zur Umsetzung dielektrischer Materialeigenschaften in elektrisch meßbare GrößenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umsetzung dielek
trischer Materialeigenschaften in elektrisch meßbare Größen
zur Anwendung in elektronischen Geräten für die zerstörungs
freie Materialprüfung, insbesondere in Geräten zur indirekten
Prüfung und Messung der Feuchte in festen Materialien,
Schüttgütern und Flüssigkeiten auf elektrischem bzw. elektro
magnetischem Wege.
Es ist vielfach üblich, in Geräten zur Materialfeuchtemessung
das Prinzip der Leitfähigkeitsmessung zu verwenden. Es sind
sowohl Geräte bekannt, welche die Leitfähigkeit des zu unter
suchenden Materials unter Anwendung von Gleichstrom messen,
als auch Geräte, welche die Leitfähigkeit unter Anwendung von
niederfrequentem Wechselstrom messen. Nachteilig wirkt sich
hierbei jedoch aus, daß die Leitfähigkeit eines Materials au
ßer vom Feuchtegehalt auch von störenden Beimengungen und da
mit verbundener Elektrolytbildung abhängig sein kann. Der da
durch verursachte Fehler der Feuchtemessung kann in vielen
Fällen nicht toleriert werden.
Es sind weiterhin Geräte und Verfahren bekannt, bei welchen
die von der Feuchte abhängige Dielektrizitätskonstante bei
niedrigen bis mittleren Frequenzen über die Messung der Kapa
zität eines mit dem zu untersuchenden Stoff gefüllten Konden
sators ermittelt wird. Bei der Bestimmung des Feuchtegehalts
von Materialien mit hohem Verlustfaktor zeigen auch diese Ge
räte einen hohen Meßfehler.
Es sind daher weiterhin Geräte bekannt, welche in einer Brüc
kenschaltung sowohl die Kapazität als auch den Verlustwider
stand des gefüllten Kondensators messen und somit den Fehler
der zuvor genannten Geräte und Verfahren vermeiden. Mit höher
werdender Arbeitsfrequenz wird jedoch die Realisierung einer
Brückenschaltung aufwendiger.
Bei weiteren bekannten Geräten wird der Meßkondensator in ei
nen Schwingkreis einbezogen. Dabei verändert das in den Meß
kondensator eingebrachte Material die Resonanzfrequenz und
die Güte des Schwingkreises. Dieses Verfahren hat besonders
bei höheren Frequenzen Realisierungsvorteile. Die Resonanz
frequenzänderung allein oder Resonanzfrequenzänderung und Gü
teänderung werden mit Hilfe einer angeschlossenen elektroni
schen Schaltung bestimmt und zur Messung des Feuchtegehalts
herangezogen. Die Eigenschaften bestimmter zu untersuchender
Materialien, wie z. B. Baustoffe, erfordern den Übergang zu
höheren Meßfrequenzen. Bei höheren Frequenzen im VHF- oder im
UHF-Bereich ist die Realisierung des Schwingkreises mit dis
kreten Bauelementen unter Einbeziehung eines offenen Meßkon
densators problematisch. Solche aus bekannten Anordnungen für
Messungen im VHF-Bereich erzeugen ein starkes Streufeld, sind
von außen leicht beeinflußbar, haben eine niedrige Eigengüte
und schlechte Stabilität der Resonanzfrequenz und lassen sich
nur unter Schwierigkeiten in die Konstruktion einer Meßanord
nung einfügen. Sie sind daher nur unter Inkaufnahme erhebli
cher Nachteile in Einrichtungen zur Messung dielektrischer
Materialeigenschaften einsetzbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Sensorelement mit
Schwingkreisverhalten zu schaffen, welches bei wesentlich
verringertem Streufeld, wesentlich verringerter Möglichkeit
der Beeinflußbarkeit von außen, hoher Güte, hoher Stabilität
der Resonanzfrequenz und bei - durch Gestaltung als geschlos
sene konstruktive Einheit - leichter Handhabbarkeit bzw. gu
ter Integrierbarkeit in eine Meßanordnung die Erfassung der
Dielektrizitätskonstante des zu untersuchenden Materials un
beeinflußt vom Verlustfaktor bzw. die getrennte Erfassung von
Dielektrizitätskonstante und Verlustfaktor gestattet.
Diese Aufgabe wird durch einen Resonator mit den im Patentan
spruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß das Sensorelement als
nunmehr mechanisch kompakte und elektrisch geschirmte und da
mit leicht handhabbare und in die Meßanordnung integrierbare
Einheit mit den Eigenschaften hoher Güte, hoher Stabilität
der Resonanzfrequenz, erheblich reduzierter Möglichkeit uner
wünschter Beeinflussung von außen sowie erheblich verringer
ter Erzeugung unerwünschter Streufelder die getrennte Erfas
sung von Dielektrizitätskonstante und Verlustfaktor des zu
untersuchenden Materials ermöglicht. Das zu untersuchende Ma
terial, in welches das aus dem Spalt des zum Resonator gehö
renden Streufeldkondensators austretende Feld eintaucht, ver
ändert die Resonanzfrequenz und die Güte des Resonators. Bei
de Größen können mit einer an den Resonator angeschlossenen
Meßeinrichtung ermittelt werden.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Im oberen Teil der Figuren ist jeweils die Draufsicht auf das
Sensorelement, im unteren Teil ein Längsschnitt durch den Re
sonator dargestellt.
Der Resonator, ein kapazitiv verkürzter Viertelwellen-
Leitungsresonator, ist zusammengesetzt aus dem Außenleiter
mit Kurzschlußboden 1, dem Innenleiter 2 und den beiden Plat
ten des Streufeldkondensators 3. Der Innenleiter 2 ist in
Fig. 1 ein gerader zylindrischer Leiter, während er in Fig. 2
als Wendel ausgebildet ist. Der Innenleiter 2 nach Fig. 1
wird vorzugsweise für Resonanzfrequenzen im UHF-Bereich, der
Innenleiter 2 nach Fig. 2 vorzugsweise für Resonanzfrequen
zen im VHF-Bereich verwendet. Im Resonator können sich zu
sätzlich Abgleichelemente 4 zum Abgleich von Resonanzfrequenz
und Güte befinden. Die Koppelelemente 5 dienen zur Ankopplung
des Resonators an eine Meßschaltung. Das in Fig. 1 aus Lei
tung und angeschlossener Leiterschleife bestehende Koppelele
ment 5 ist mit dem magnetischen Feld des Resonators verkop
pelt, während der Stift des Koppelelements 5 in Fig. 2 mit
dem elektrischen Feld des Resonators verkoppelt ist.
Wird der Resonator durch eine angeschlossene Meßschaltung er
regt, entsteht in seinem Inneren ein elektromagnetisches
Feld. Der Streufeldkondensator 3 wirkt derart, daß sich au
ßerhalb des Resonators, vornehmlich in der Umgebung des zwi
schen den beiden Platten des Streufeldkondensators 3 ausge
bildeten Spaltes ein Feld ausbildet. Wird dafür Sorge getra
gen, daß dieses Feld vollständig in das zu untersuchende Ma
terial eintaucht, ist die sich hierbei ergebende Änderung der
Resonanzfrequenz ein Maß für die Dielektrizitätskonstante und
die Änderung der Güte ein Maß für den Verlustfaktor. Im Falle
der Feuchtemessung kann über diese beiden Größen dem Material
ein bestimmter Feuchtegehalt zugeordnet werden.
Bezugszeichenliste
1 Außenleiter mit Kurzschlußboden
2 Innenleiter
3 Streufeldkondensator
4 Abgleichelement
5 Koppelelement.
2 Innenleiter
3 Streufeldkondensator
4 Abgleichelement
5 Koppelelement.
Claims (3)
1. Sensorelement zur Umsetzung dielektrischer Materialeigen
schaften in elektrisch meßbare Größen, ausgebildet als ka
pazitiv verkürzter, am Ende kurzgeschlossener Viertelwel
len-Leitungsresonator auf Basis einer Koaxialleitung oder
auf Basis einer koaxialen Wendelleitung, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verkürzungskapazität als offener Streu
feldkondensator ausgebildet ist, durch welchen das sich bei
entsprechender Anregung im Resonator ausbildende elektro
magnetische Feld in das außerhalb des Resonators befind
liche Medium eintreten kann.
2. Sensorelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Resonator zusätzliche Abgleichelemente ent
hält.
3. Sensorelement nach Patenanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Resonator ein Koppelelement oder mehrere
Koppelelemente zur Signalein- und zur Signalauskopplung
enthält.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995100559 DE19500559A1 (de) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Sensorelement zur Umsetzung dielektrischer Materialeigenschaften in elektrisch meßbare Größen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995100559 DE19500559A1 (de) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Sensorelement zur Umsetzung dielektrischer Materialeigenschaften in elektrisch meßbare Größen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19500559A1 true DE19500559A1 (de) | 1996-07-18 |
Family
ID=7751241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995100559 Withdrawn DE19500559A1 (de) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Sensorelement zur Umsetzung dielektrischer Materialeigenschaften in elektrisch meßbare Größen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19500559A1 (de) |
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