DE19652679C1 - Method of determining moisture content in porous building materials using dielectric coefficient measurement - Google Patents
Method of determining moisture content in porous building materials using dielectric coefficient measurementInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Feuchtegehalts in porösen Baustoffen auf der Basis von Dielektrizitätskoeffizienten-Messung, bei dem eine Hochfrequenzwelle auf den feuchten Baustoff geleitet wird, die von diesem reflektierte Reflexionswelle empfangen und hinsichtlich ihres Reflexionsfaktors bezüglich der zugeleiteten Welle bestimmt wird, mit diesem Reflexionsfaktor, dem Wellenwiderstand des Wellenleitungssystems und der Impedanz der Sonde der komplexe Dielektrizitätskoeffizient des feuchten Baustoffs berechnet wird, und anhand dieses Dielektrizitätskoeffizienten auf den gewichts- oder volumenanteiligen Feuchtegehalt des Baustoffs rückgeschlossen wird.The invention relates to a method for determining the moisture content in porous Building materials on the basis of dielectric coefficient measurement, in which a High-frequency wave is directed to the damp building material, which is reflected by this Reflection wave received and in terms of its reflection factor with respect to supplied wave is determined with this reflection factor, the wave resistance of the waveguide system and the impedance of the complex Dielectric coefficient of the damp building material is calculated, and based on this Dielectric coefficient on the weight or volume moisture content of the Building material is closed.
Zahlreiche Bauwerksschäden werden durch die Einwirkung von Feuchtigkeit ausgelöst. Mit dem Eindringen von Wasser ist stets auch ein Salzeintrag verbunden. Dieses Salz kann das Bauteil bei Trocknung nicht verlassen. Dadurch kommt es zu einer zunehmenden Versalzung der betroffenen Bauteilbereiche. Schäden wie Nachlassen der thermischen Isolation, wandinnenseitige Schimmelbildung und wandaußenseitige Frostabsprengung treten auf Zusätzliche Schäden wie Absprengung durch Volumenvergrößerung und erneute Durchfeuchtung infolge hygroskopischer Wasseraufnahme werden durch die Versalzung noch begünstigt.Numerous structural damage is caused by the action of moisture. A salt entry is always associated with the penetration of water. That salt cannot leave the component when drying. This leads to a increasing salinization of the affected component areas. Damage such as easing of thermal insulation, mold formation on the inside and outside on the wall Frost blasting occurs due to additional damage such as blasting Volume increase and rewetting due to hygroscopic Water absorption is further promoted by the salinization.
Die Ausarbeitung wirksamer und dauerhafter Feuchteschutzmaßnahmen setzt die Kenntnis der Feuchtesituation, d. h. die zeitveränderliche und von der Mauertiefe abhängige Feuchteverteilung des betroffenen Bauteils voraus. . Gerade aus dieser Feuchteverteilung können erste konkrete Hinweise auf Durchfeuchtungsursachen gewonnen werden. The development of effective and permanent moisture protection measures Knowledge of the moisture situation, d. H. the time-varying and from the depth of the wall dependent moisture distribution of the affected component ahead. . Straight from this Moisture distribution can provide first concrete indications of the causes of moisture penetration be won.
Zur Messung der Durchfeuchtung von Baustoffen bzw. Bauteilen sind zahlreiche
Verfahren bekannt. Darunter sind diejenigen bevorzugt, die eine Messung ohne
Beschädigung der betreffenden Bauteile, d. h. ohne eine Entnahme von Bohrkernen
ermöglicht, wie z. B. die elektrische Widerstandsmessung, die Messung des
Dielektrizitätskoeffizienten, die Infrarot-Thermographie-Messung, das Neutronen
Meßverfahren, das Gammastrahlen-Meßverfahren, die NMR-Methode und die Radar-
Messung. All diese Verfahren bzw. die zu ihrer Durchführung bereit stehenden Geräte
haben jedoch spezifische Mängel und Unsicherheiten und sind deshalb für die Baupraxis
nur mit spezifischen Einschränkungen geeignet:
Numerous methods are known for measuring the moisture penetration of building materials or components. Among them, those are preferred that enable measurement without damaging the components in question, ie without removing drill cores, such as. B. the electrical resistance measurement, the measurement of the dielectric coefficient, the infrared thermography measurement, the neutron measurement method, the gamma ray measurement method, the NMR method and the radar measurement. However, all of these methods and the devices available for their implementation have specific defects and uncertainties and are therefore only suitable for construction practice with specific restrictions:
-
- Die Messung des elektrischen Widerstands und die herkömmliche Messung des
Dielektrizitätskoeffizienten des betreffenden Baustoffs haben insbesondere den
Nachteil, daß sowohl der elektrische Widerstand als auch der Dielektrizitätskoeffizient
nicht nur von der Art des Baustoffs und dessen Gehalt an freiem Wasser abhängt,
sondern ebenso vom Salzgehalt des Wassers und von dem in dem Baustoff
gebundenen Wasser, und daß der Einfluß dieser einzelnen Komponenten auf das
Zustandekommen des ermittelten Meßwertes nicht oder allenfalls unzureichend
quantifizierbar ist.
Im Fall des dielektrischen Meßverfahrens mit Wechselspannung ist dieser Nachteil vor allem dadurch bedingt, daß nur der Realteil des Dielektrizitätskoeffizienten berücksichtigt wird und nicht auch der durch die Leitfähigkeit des Dielektrikums verursachte dielektrische Verlust, d. h. der Imaginärteil des Dielektrizitätskoeffizienten. Zwar kann der Einfluß der dielektrischen Verluste durch die Verwendung von Wechselspannungen mit hohen Frequenzen wie z. B. Mikrowellenfrequenzen (mittels Mikrowellengeräten) verringert werden, aber diese hohen Frequenzen den Nachteil, daß der Einfluß der Kornabmessungen des Baustoffs und Inhomogenitäten desselben wie z. B. Hohlräume noch nicht ausreichend geklärt ist.- The measurement of the electrical resistance and the conventional measurement of the dielectric coefficient of the building material in question have the particular disadvantage that both the electrical resistance and the dielectric coefficient depend not only on the type of building material and its free water content, but also on the salinity of the water and of the water bound in the building material, and that the influence of these individual components on the occurrence of the determined measured value cannot be quantified, or at least insufficiently.
In the case of the dielectric measuring method with AC voltage, this disadvantage is primarily due to the fact that only the real part of the dielectric coefficient is taken into account and not also the dielectric loss caused by the conductivity of the dielectric, ie the imaginary part of the dielectric coefficient. Although the influence of the dielectric losses through the use of AC voltages with high frequencies such. B. microwave frequencies (using microwave ovens) can be reduced, but these high frequencies have the disadvantage that the influence of the grain dimensions of the building material and inhomogeneities of the same, such as, for. B. cavities have not been sufficiently clarified. - - Die Infrarot-Thermographie-Methode, d. h. die Messung der von den betreffenden Bauteilen ausgesandten langwelligen Wärmestrahlung als Maß für die durch den Feuchtegehalt veränderte Wärmeleitfähigkeit, liefert allenfalls orientierende, qualitative Aussagen bezüglich des Durchfeuchtungszustandes einer Wand, quantitative Aussagen sind nicht möglich. - The infrared thermography method, d. H. the measurement of those concerned Components emitted long-wave heat radiation as a measure of the through the Moisture content changes thermal conductivity, provides at most orientative, qualitative statements regarding the moisture level of a wall, quantitative statements are not possible.
- - Das Neutronen-Meßverfahren, bei dem die Bremsung von Neutronen an Wasserstoffkernen ermittelt und als Maß für die Anzahl vorhandener Wassermoleküle dient, hat vor allem den Nachteil, daß auch chemisch gebundenes Wasser miterfaßt wird und daß dieses Verfahren aufgrund des strahlenden Materials nur unter Einhaltung bestimmter Vorschriften und in jedem Fall nur unter hohem Kostenaufwand durchführbar ist.- The neutron measuring method, in which the braking of neutrons Hydrogen nuclei determined and as a measure of the number of water molecules present The main disadvantage is that chemically bound water is also included is and that this procedure due to the radiating material only under Compliance with certain regulations and in any case only with high Cost is feasible.
- - Im Prinzip dasselbe gilt für die NMR-Methode und ganz ähnliches für das Gammastrahlen-Meßverfahren.- In principle, the same applies to the NMR method and very similar for that Gamma ray measurement method.
- - Bei der Radar-Messung wird die Laufzeit eines Impulses elektromagnetischer Wellen mit Frequenzen zwischen 100 und 1000 MHz beim Durchlaufen des Bauteils ermittelt. Aus der Laufzeit wird die Wellengeschwindigkeit und aus dieser der Realteil des Dielektrizitätskoeffizienten des Materials errechnet. Ein wesentlicher Nachteil, dieses Verfahrens besteht darin, daß gerade in dem Frequenzbereich zwischen 100 und 1000 MHz gegebenenfalls vorhandene Salze einen sehr großen Einfluß auf die Meßergebnisse haben, und daß eine ausreichende Trennung zwischen Salz- und Wassereinfluß derzeit nicht möglich ist. Außerdem sind bei diesem Verfahren zur Bestimmung des Feuchtegehalts anhand der ermittelten Dielektrizitätskoeffizienten materialbezogene Kalibriergeraden notwendig, deren Aufstellung in vielen Fällen die Entnahme von Materialproben aus dem betreffenden Bauwerk mit anschließender gravimetrischer Feuchtebestimmung erfordert.- With radar measurement, the transit time of a pulse of electromagnetic waves with frequencies between 100 and 1000 MHz when passing through the component determined. The running time becomes the wave speed and from this the real part of the dielectric coefficient of the material. A major disadvantage This method consists in the fact that precisely in the frequency range between 100 and 1000 MHz any salts present have a very large influence on the Have measurement results, and that a sufficient separation between salt and Influence of water is currently not possible. In addition, in this procedure Determination of the moisture content on the basis of the determined dielectric coefficients material-related calibration lines are necessary, the set-up of which in many cases Taking material samples from the relevant structure with subsequent gravimetric moisture determination required.
In der täglichen Praxis sind die Verfahren auf der Basis der Dielektrizitätskoeffizienten- Messung bevorzugt, weil sie ohne übermäßigen technischen Aufwand, ohne die Gefahr von Strahlenschäden und ohne übermäßigen Kostenaufwand durchführbar sind. Bei allen bekannten Verfahren dieser Art besteht jedoch das bereits genannte Problem, daß das dielektrische Verhalten eines Baustoffs von den dielektrischen Eigenschaften seiner einzelnen Komponenten, nämlich Feststoff, freies und gebundenes Wasser, darin gelöste Salze und Luft bestimmt wird, und daß der Einfluß von physikalisch gebundenem Wasser, Salzen und auch der Temperatur auf die gemessenen Dielektrizitätskoeffizienten bisher nicht erfaßt oder allenfalls grob geschätzt werden kann. Eine zuverlässige Aussage zum Wasser- bzw. Feuchtegehalt eines betreffenden Baustoffs ist demzufolge praktisch unmöglich.In everyday practice, the procedures are based on the dielectric Measurement preferred because it is without excessive technical effort, without the risk of radiation damage and can be carried out without undue cost. At all known methods of this type, however, there is the problem already mentioned that dielectric behavior of a building material from the dielectric properties of its individual components, namely solid, free and bound water, dissolved therein Salts and air is determined, and that the influence of physically bound Water, salts and also the temperature on the measured dielectric coefficients So far it has not been recorded or at most can be roughly estimated. A reliable statement the water or moisture content of a building material in question is therefore practical impossible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahren zur Ermittlung des Feuchtegehalts in porösen Baustoffen, das keine Beschädigung des Bauwerks erfordert und bei dem die genannten Nachteile vermieden sind, sowie einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The object of the present invention is therefore to provide a method for Determination of the moisture content in porous building materials that does not damage the Requires building and in which the disadvantages mentioned are avoided, and one Device for performing this method.
Eine Lösung dieser Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs
genannten Art, bei dem zunächst eine Mehrzahl von Messungen, die die
Verfahrensschritte
One solution to this problem is to provide a method of the type mentioned at the outset, in which a plurality of measurements are first carried out, showing the method steps
- a) leiten der Hochfrequenzwelle mit einer Frequenz f auf eine ausgewählte Stelle des Baustoffs,a) direct the high-frequency wave at a frequency f to a selected location of the building material,
- b) detektieren der reflektierten Welle und bestimmen ihres Reflexionsfaktors bezüglich der hingeleiteten Welle, undb) detect the reflected wave and determine its reflection factor regarding the guided wave, and
- c) bestimmen des Dielektrizitätskoeffizienten εm anhand des ermittelten Reflexionsfaktors und des bekannten Wellenwiderstands des Wellenleitungssystems sowie der Impedanz der Sonde, wobei bei der Modellierung der Sonde neben der Leerlaufkapazität ein Parallelleitwert zugeschaltet ist, und die Änderungen der Leerlaufkapazität und des Parallelleitwerts in Abhängigkeit von der Frequenz und des Dielektrizitätskoeffizienten des anliegenden Mediums berücksichtigt werden,c) determine the dielectric coefficient ε m on the basis of the determined reflection factor and the known wave resistance of the waveguide system and the impedance of the probe, a parallel conductance value being switched on in addition to the idle capacitance when modeling the probe, and the changes in the idle capacitance and the parallel conductance depending on the frequency and the dielectric coefficient of the applied medium are taken into account,
umfassen, wiederholt bei verschiedenen Frequenzen f1 include, repeated at different frequencies f 1
, f2 , f 2
, f3 , f 3
usw. der Hochfrequenz welle durchgeführt werden. Die Bestimmung des Dielektrizitätskoeffizienten εm etc. of the high frequency wave. The determination of the dielectric coefficient ε m
erfolgt durch itterative Berechnungen, wobei aus dem aktuell gemessenen Reflexionsfaktor zunächst mit Anfangswerten der Leerlaufkapazität und des Parallelleitwerts der Sonde aus einem zuvor erstellten Kalibrierwerte-Pool ein Näherungswert für den Dielektrizitätskoeffizienten berechnet wird, und dann iterativ der wahre Wert von εm is carried out by iterative calculations, an approximate value for the dielectric coefficient being calculated from the currently measured reflection factor with initial values of the idle capacitance and the parallel conductance of the probe from a previously created calibration value pool, and then iteratively the true value of ε m
bestimmt wird.is determined.
Die so bestimmten frequenzspezifischen Dielektrizitätskoeffizienten εm1, εm2, εm3 usw. werden dann in eine Gleichung wie die von Polder-Van Santen/de Loor, kombiniert mit der Cole-Cole-Gleichung für salzhaltiges Wasser eingesetzt. The frequency-specific dielectric coefficients ε m1 , ε m2 , ε m3 etc. determined in this way are then used in an equation like that of Polder-Van Santen / de Loor, combined with the Cole-Cole equation for saline water.
Die Gleichung von Polder-Van Santen/de Loor lautet:
The Polder-Van Santen / de Loor equation is:
mit:
εm: Dielektrizitätskoeffizient des feuchten Baustoffs
εb: Dielektrizitätskoeffizient des reinen Feststoffs
εi: Dielektrizitätskoeffizient der Einschließungen (Wasser und Luft)
Vi: Volumenfraktionen der einzelnen Einschließungen
ε*: effektive Dielektrizitätskoeffizient an den Phasengrenzen,
Aj: Depolarisationsfaktor eines Ellipsoids entlang seiner j-Achsen,
es gilt: j = a, b oder c, und Aa + Ab + Ac = 1 (d. h. die Summe der
Depolarisationsfaktoren um die Achsen a, b und c ist gleich eins.With:
ε m : dielectric coefficient of the damp building material
ε b : dielectric coefficient of the pure solid
ε i : dielectric constant of the enclosures (water and air)
V i : volume fractions of the individual enclosures
ε *: effective dielectric coefficient at the phase boundaries,
A j : depolarization factor of an ellipsoid along its j-axes, the following applies: j = a, b or c, and A a + A b + A c = 1 (ie the sum of the depolarization factors around the axes a, b and c is the same one.
Diese Gleichung wird bezüglich des physikalisch gebundenen Wassers wie folgt
erweitert:
This equation is expanded as follows regarding the physically bound water:
mit:
εgw: komplexer Dielektrizitätskoeffizient des physikalisch gebundenen Wassers
εfw: komplexer Dielektrizitätskoeffizient des freien Wassers
εl: komplexer Dielektrizitätskoeffizient der Luft
Vgw: Volumenanteil des physikalisch gebundenen Wassers
Vfw: Volumenanteil des freien Wassers
Vl: Volumenanteil der Luft
Agw: Depolarisationsfaktor des physikalisch gebundenen Wassers um die Achse a
Afw: Depolarisationsfaktor des freien Wassers um die Achse a
Al: Depolarisationsfaktor der Luft um die Achse a
und wobei gesetzt wird:
ε* = 0,5.εm
30-5.i ≦ εgw ≦ 50-15.i, vorzugsweise εgw = 40-10.i
Al = Aa-l = Ab-l = Ac-l = 1/3
Agw = Aa-gw = Ab-gw = 0; Ac-gw = 1
Afw = Aa-fw = Ab-fw; Ac-fw = 1-2.Afw With:
ε gw : complex dielectric coefficient of the physically bound water
ε fw : complex dielectric coefficient of free water
ε l : complex dielectric coefficient of the air
V gw : volume fraction of the physically bound water
V fw : volume fraction of free water
V l : volume fraction of air
A gw : depolarization factor of the physically bound water around the axis a
A fw : depolarization factor of free water around the axis a
A l : depolarization factor of the air around the axis a
and where:
ε * = 0.5.ε m
30-5.i ≦ ε gw ≦ 50-15.i, preferably ε gw = 40-10.i
A l = A al = A bl = A cl = 1/3
A gw = A a-gw = A b-gw = 0; A c-gw = 1
A fw = A a-fw = A b-fw ; A c-fw = 1-2.A fw
Die Cole-Cole Gleichung für salzhaltiges Wasser lautet:
The cole-cole equation for saline water is:
mit:
εfw: komplexer Dielektrizitätskoeffizient des freien salzhaltigen Wassers
ε∞: optische Dielektrizitätskonstante (vorzugsweise gilt ε∞ = 4,5)
εstat.: Statische Dielektrizitätskonstante
τ: Relaxationskonstante in [s]
α: Konstante für Breite des Dispersionsgebietes (vorzugsweise gilt α = 0,02)
σ: Ionische Leitfähigkeit in [S/m].
εo: Elektrische Feldkonstante (εo = 8,8542.10₋12 pF/m).
ω: Kreisfrequenz in [Hz.].
i: √-1With:
ε fw : complex dielectric coefficient of the free saline water
ε ∞ : optical dielectric constant (preferably ε ∞ = 4.5)
ε stat. : Static dielectric constant
τ: relaxation constant in [s]
α: constant for the width of the dispersion area (preferably α = 0.02)
σ: Ionic conductivity in [S / m].
ε o : electrical field constant (ε o = 8.8542.10₋ 12 pF / m).
ω: angular frequency in [Hz.].
i: √-1
Die Abhängigkeit der Parameter εstat., τ und σ vom Salzgehalt S [g/Liter] und von der Temperatur T wird wie folgt berücksichtigt:The dependence of the parameters ε stat. , τ and σ of the salinity S [g / liter] and of the temperature T are taken into account as follows:
εstat.(T, S) = εstat.(T, 0).α(S) ± 1,052ε stat. (T, S) = ε stat. (T, 0) .α (S) ± 1.052
mit:
εstat.(T,0) = 87,74-4,0008.10₋1.T+0,09398.10₋2.T2-0,00141.10₋3.T3 ± 0,009
α(S) = 1,0-4,355.10₋3.S+1,194.10₋5.S2-1,411.10₋8.S3
τ(T, S) = τ(T, 0).b(T, S) ± 1,013.10₋12 sec.
mit:
τ(T, 0) = 17,68703-6,2240692.10₋1.T+1,263.10₋2.T2-0,1354.10₋3.T3
+0,005631.10₋4.T4 ± 0,0375.10₋2 sec.
b(T, S) = 1,0+2,497.10₋5.T.S+1,763.10₋8.T.S2-8,357.10₋4.S
-0,235.10₋6.S2 +1,567.10₋8.S3
With:
ε stat. (T, 0) = 87.74-4.0008.10₋ 1 .T + 0.09398.10₋ 2 .T 2 -0.00141.10₋ 3 .T 3 ± 0.009 α (S) = 1.0-4.355.10₋ 3 . S + 1,194.10₋ 5 .S 2 -1,411.10₋ 8 .S 3
τ (T, S) = τ (T, 0) .b (T, S) ± 1,013.10₋ 12 sec.
With:
τ (T, 0) = 17.68703-6.2240692.10₋ 1 .T + 1,263.10₋ 2 .T 2 -0.1354.10₋ 3 .T 3 + 0.005631.10₋ 4 .T 4 ± 0.0375.10₋ 2 sec .
b (T, S) = 1.0 + 2.497.10₋ 5 .T.S + 1.763.10₋ 8 .TS 2 -8.357.10₋ 4 .S -0.235.10₋ 6 .S 2 + 1.567.10₋ 8 .S 3
mit:
σ(25, S) = S.(0,1774-5,675.10₋4.S+2,459.10₋6.S2-4,979.10₋9.S3)
Δ = 25-TWith:
σ (25, S) = S. (0,1774-5,675.10₋ 4 .S + 2,459.10₋ 6 .S 2 -4,979.10₋ 9 .S 3 ) Δ = 25-T
Das dadurch erhaltene Gleichungssystem wird nach dem Depolarisationsfaktor des freien Wassers (Afw) aufgelöst, und anhand dieses Gleichungssystems wird das Volumen des freien Wassers (Vfw), des gebundenen Wassers (Vgw), und der Luft (Vl, der Salzgehalt (S) und letztendlich auch der Depolarisationsfaktor (Afw) bestimmt.The system of equations thus obtained is solved for the depolarization factor of free water (A fw ), and this system of equations is used to calculate the volume of free water (V fw ), bound water (V gw ), and air (V l , salinity ( S) and ultimately also the depolarization factor (A fw ) is determined.
Durch die Addition des Volumens des freien Wassers (Vfw) und des Volumen des gebundenen Wassers (Vgw) wird der gesuchte Feuchtegehalt erhalten.The moisture content sought is obtained by adding the volume of free water (V fw ) and the volume of bound water (V gw ).
Zu Lösung des erfindungsgemäß verwendeten Gleichungssystems sind die folgenden Größen
gegeben:
εm der komplexe Dielektrizitätskoeffizient des feuchten Baustoffs, der durch die
Dielektrizitätsmessung ermittelt wird,
εb der komplexer Dielektrizitätskoeffizient des reinen Feststoffs ist entweder aus
Vergleichsmessungen bereits bekannt oder er wird im Labor durch dielektrische
Messungen an einer im Ofen bei 105°C getrockneten Probe ermittelt.
εi der komplexer Dielektrizitätskoeffizient der Luft ist bekannt als εl = 1-0.i
θ die Porosität des Baustoff, d. h. die Summe der Volumenanteile des physikalisch
gebundenen Wassers, des freien Wassers und der Luft Vgw+Vfw+Vl = θ
ist entweder aus Vergleichsmessungen bereits bekannt oder wird im Labor an
einer kleinen Probe mit Standardverfahren ermittelt.The following quantities are given to solve the system of equations used according to the invention:
ε m is the complex dielectric coefficient of the moist building material, which is determined by the dielectric measurement,
ε b the complex dielectric coefficient of the pure solid is either already known from comparative measurements or it is determined in the laboratory by dielectric measurements on a sample dried in the oven at 105 ° C.
ε i the complex dielectric coefficient of the air is known as ε l = 1-0.i.
θ the porosity of the building material, ie the sum of the volume fractions of the physically bound water, the free water and the air V gw + V fw + V l = θ is either already known from comparative measurements or is determined in the laboratory on a small sample using standard methods.
Im Rahmen der Erfindung wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die Größen
In the context of the invention it has now surprisingly been found that the sizes
- - εgw = der komplexe Dielektrizitätskoeffizient des physikalisch gebundenen Wassers- ε gw = the complex dielectric coefficient of the physically bound water
- - Agw = der Depolarisationsfaktor des physikalisch gebundenen Wassers- A gw = the depolarization factor of the physically bound water
- - Al = der Depolarisationsfaktor der Luft- A l = the depolarization factor of air
- - Afw = der Depolarisationsfaktor des freien Wassers- A fw = the depolarization factor of free water
unter den genannten Meßbedingungen, d. h. insbesondere bei der Verwendung von
Hochfrequenzwellen im Frequenzbereich zwischen 100 und 500 MHz,
frequenzunabhängig sind und zahlenmäßig wie folgt gesetzt werden können:
30-5.i ≦ εgw are frequency-independent under the measurement conditions mentioned, ie especially when using high-frequency waves in the frequency range between 100 and 500 MHz, and can be set numerically as follows:
30-5.i ≦ ε gw
≦ 50-15.i, vorzugsweise εgw ≦ 50-15.i, preferably ε gw
= 40-10.i
Al = 40-10.i
A l
= Aa-l = A al
= Ab-l = A bl
= Ac-l = A cl
= 1/3
Agw = 1/3
A gw
= Aa-gw = A a-gw
= Ab-gw = A b-gw
= 0; Ac-gw = 0; A c-gw
= 1= 1
Darüberhinaus wurde - ebenfalls unerwartet - gefunden, daß für den
Depolarisationsfaktor des freien Wassers Afw unter den Bedingungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens gilt:
Afw = Aa-fw = Ab-fw und Ac-fw = 1-2 Afw In addition, it was - also unexpectedly - found that the following applies to the depolarization factor of the free water A fw under the conditions of the process according to the invention:
A fw = A a-fw = A b-fw and A c-fw = 1-2 A fw
Als gesuchte und mit Hilfe des erfindungsgemäßen Gleichungssystems zu ermittelnden
Größen verbleiben demnach letztendlich nur noch:
εfw: komplexer Dielektrizitätskoeffizient des freien salzhaltigen Wassers
Vgw: Volumenanteil des physikalisch gebundenen Wassers
Vfw: Volumenanteil des freien Wassers
Vl: Volumenanteil der Luft
Afw: Depolarisationsfaktor des freien Wassers
S: Salzgehalt.Ultimately, all that remains as the quantities sought and to be determined with the aid of the system of equations according to the invention:
ε fw : complex dielectric coefficient of the free saline water
V gw : volume fraction of the physically bound water
V fw : volume fraction of free water
V l : volume fraction of air
A fw : depolarization factor of free water
S: salinity.
Diese unbekannten Größen können mit dem erfindungsgemäßen Gleichungssystem und den Dielektrizitätskoeffizienten bei verschiedener Frequenzen bestimmt werden. These unknown quantities can be calculated using the system of equations and the dielectric coefficients can be determined at different frequencies.
Mit der erfindungsgemäßen Verwendung des genannten Gleichungssystems wird auf dem Gebiet der Feuchtemessung von Baustoffen erstmals eine Gleichung eingesetzt, die die Geometrie der Einschließungen von Luft und Wasser in dem Baustoff berücksichtigt, die eine extrem wichtige Rolle bei der Bestimmung des Dielektrizitätskoeffizienten des Baustoffs spielt.With the inventive use of the system of equations mentioned above used an equation for the first time in the field of moisture measurement of building materials takes into account the geometry of the inclusions of air and water in the building material, which plays an extremely important role in determining the dielectric coefficient of the Building material plays.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den im Stand der Technik bekannten dielektrischen Meßverfahren darüberhinaus den Vorteile, daß bei der Bestimmung der Impedanz der Sonde nicht nur - wie im Stand der Technik üblich - die einfache Kapazität der Sonde berücksichtigt wird, sondern daß außerdem ein Parallelleitwert zur Auswertung mit herangezogen wird und der Sachverhalt berücksichtigt wird, daß sich die Leerlaufkapazität und der Parallelleitwert der Sonde mit der Frequenz und dem Dielektrizitätskoeffizienten des anliegenden Mediums ändert. Auf diese Weise wird neben dem Realteil auch der Imaginärteil des komplexen Dielektrizitätskoeffizienten des feuchten Baustoffes erfaßt und die Bestimmung desselben somit wesentlich genauer. Die Leerlaufkapazität und der Parallelleitwert der Sonde werden anhand von Kalibrierwerten, die in Vergleichsversuchen mit einer Rundhohleitersonde ermittelt werden, bestimmt.The method according to the invention has compared to those known in the prior art Dielectric measurement methods also have the advantages that when determining the Impedance of the probe not only - as usual in the prior art - the simple capacitance the probe is taken into account, but also that a parallel conductance for Evaluation is used and the fact is taken into account that the idle capacity and the parallel conductance of the probe with the frequency and Dielectric coefficient of the applied medium changes. That way in addition to the real part also the imaginary part of the complex dielectric coefficient of the damp building material and the determination of the same is therefore much more accurate. The idle capacity and the parallel conductance of the probe are calculated using Calibration values determined in comparative tests with a circular semiconductor probe be determined.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Messungen im Frequenzbereich von 100-500 MHz mit einem Abstand von 50 MHz durchgeführt, weil hier der Imaginärteil von Wasser besonders salzempfindlich ist.In a preferred variant of the method according to the invention, the measurements performed in the frequency range of 100-500 MHz with a distance of 50 MHz, because here the imaginary part of water is particularly sensitive to salt.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Messung. Diese Vorrichtung umfaßt einen Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung von Hochfrequenzwellen verschiedener, vorbestimmter Frequenzen, einen Richtkoppler, eine Sonde, beispielsweise eine Oberflächensonde oder eine Einstecksonde mit bekannter Leerlauf-Kapazität und bekanntem Parallelleitwert, ein Vektorvoltmeter zur Analyse von Phasenverschiebung und Dämpfung der Reflexionswelle im Vergleich zur erzeugten und auf den Baustoff geleiteten Hochfrequenzwelle sowie ein Datenverarbeitungssystem, das aus Phasenverschiebung und Dämpfung der Reflexionswelle den Reflexionsfaktor und daraus den Dielektrizitätskoeffizienten errechnet, und das die eingegebenen und/oder errechneten Daten anhand zuvor eingespeister Rechenregeln derart verknüpft, daß im Ergebnis der Feuchtegehalt des betrachteten Baustoffs angegeben wird.The invention also relates to a device for carrying out the invention Measurement. This device comprises a high frequency generator for generating Radio frequency waves of different, predetermined frequencies, a directional coupler, a Probe, for example a surface probe or an insertion probe with a known one Idle capacity and known parallel conductance, a vector voltmeter for the analysis of Phase shift and attenuation of the reflection wave compared to the generated and high-frequency wave guided on the building material and a data processing system that from phase shift and attenuation of the reflection wave the reflection factor and from this, the dielectric coefficient is calculated, and that the entered and / or calculated data based on previously fed calculation rules linked so that in Result the moisture content of the building material under consideration is given.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Vergleichs- und Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below on the basis of comparative and exemplary embodiments explained in more detail.
Für die Festigkeitsklassen C 20/25,C 30/37 und C 40/50 werden scheibenförmige Betonproben mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Höhe von 5 cm hergestellt. Für jede Festigkeitsklasse wird eine Serie von 15 Probekörpern betoniert, wobei keine Zusatzmittel oder Zusatzstoffe zugegeben werden. Als Zuschlag wird ein Rheinsand/Kies mit einem Größtkorn von 16 mm verwendet. Für die Betonproben der Festigkeitsklasse C 20/25 und C 30/37 werden die gleichen Zuschlagsmengen verwendet, so daß sich diese Proben nur durch ihre Anteile an Zement und Wasser unterscheiden. Für die Festigkeitsklassen C 20/25 und C 30/37 wurde ein Zement CEM I 32,5 R und für den C 40/50 ein CEM I 42,5 R verwendet. Angaben über die Betone sind in der nachfolgenden Tabelle (1) aufgelistet.For the strength classes C 20/25, C 30/37 and C 40/50 are disc-shaped Concrete samples with a diameter of 15 cm and a height of 5 cm were made. A series of 15 test specimens is concreted for each strength class, none of them Additives or additives are added. A sands / gravel is added as a surcharge with a maximum grain size of 16 mm. For concrete samples of the strength class C 20/25 and C 30/37 the same surcharge quantities are used, so that these Differentiate samples only by their proportions of cement and water. For the Strength classes C 20/25 and C 30/37 was a cement CEM I 32.5 R and for the C 40/50 uses a CEM I 42.5 R. Details of the concretes are in the following Table (1) listed.
Eigenschaften der verschiedenen BetonfestigkeitsklassenProperties of the different concrete strength classes
Eigenschaften der verschiedenen BetonfestigkeitsklassenProperties of the different concrete strength classes
Um die Strukturänderung des Betons in Zusammenhang mit den unterschiedlichen Feuchtelagerungen zu vermeiden, werden sämtliche Proben nach der Herstellung und dem Ausschalen zunächst versiegelt und 28 Tage in geschlossenen Boxen bei einer Temperatur von 20°C gelagert. Danach erfolgt die Feuchtekonditionierung, für die die 15 einzelnen Proben jeder Betonfestigkeit in 5 Gruppen zu je drei Proben aufgeteilt werden, jede dieser Gruppen auf einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt eingestellt wird, nämlich 66%, 75,5%, 86%, 97% und Sättigungsfeuchte (im Wasser), und alle Gruppen bei 20°C über einen Zeitraum von 360 Tagen gelagert werden. To the structural change of the concrete in connection with the different To avoid moisture storage, all samples are made after production and the formwork was initially sealed and 28 days in closed boxes at one Stored at a temperature of 20 ° C. This is followed by moisture conditioning, for which the 15 individual samples of each concrete strength divided into 5 groups of three samples each each of these groups is adjusted to a certain moisture content, namely 66%, 75.5%, 86%, 97% and saturation moisture (in water), and all groups be stored at 20 ° C for a period of 360 days.
Nach Ablauf der Lagerzeit werden die Proben im feuchten Zustand gewogen und danach
dielektrisch gemessen. Anschließend werden die Proben bei 105°C bis zur
Gewichtskonstanz getrocknet. An den getrockneten Proben wird erneut eine
dielektrische Messungen durchgeführt. Parallel dazu wird anhand gravimetrischer
Messungen der jeweilige Wassergehalt der einzelnen Proben bestimmt. Diese
gravimetrische Messung und Bestimmung erfolgt beispielsweise unter Anwendung der
folgenden Gleichung:
After the storage period has expired, the samples are weighed in the moist state and then measured dielectrically. The samples are then dried to constant weight at 105 ° C. A dielectric measurement is carried out again on the dried samples. At the same time, the respective water content of the individual samples is determined using gravimetric measurements. This gravimetric measurement and determination is carried out, for example, using the following equation:
wobei gilt:
Um: massenbezogener Wassergehalt in [M-%]
mf: Gewicht der feuchten Probe in [g]
mt: Gewicht der trockenen Probe in [g].where:
U m: mass-based water content [% by mass]
m f : weight of the wet sample in [g]
m t : weight of the dry sample in [g].
Die Umrechnung auf den volumenbezogenen Wassergehalt geschieht mit der folgenden
Gleichung:
The conversion to the volume-related water content is done with the following equation:
wobei gilt:
Uv: volumenbezogener Wassergehalt in [V.-%]
ρt: Rohdichte der trockenen Probe in [g/cm3]
ρw: Dichte des Wassers in [g/cm3].where:
U v : volume-related water content in [V .-%]
ρ t : bulk density of the dry sample in [g / cm 3 ]
ρ w : density of water in [g / cm 3 ].
Zunächst wird der Dielektrizitätskoeffizient des reinen Feststoffs εb berechnet. Dazu werden die gemessenen Dielektrizitätskoeffizienten εm der getrockneten Proben in der Polder-Van Santen/de Loor Gleichung eingesetzt. Er ergibt sich für die verschiedenen Betonfestigkeitsklassen wie folgt:First, the dielectric coefficient of the pure solid ε b is calculated. The measured dielectric coefficients ε m of the dried samples are used in the Polder-Van Santen / de Loor equation. It results for the different concrete strength classes as follows:
Gemessener Dielektrizitätskoeffizient des reinen FeststoffsDielectric coefficient of the pure solid
Gemessener Dielektrizitätskoeffizient des reinen FeststoffsDielectric coefficient of the pure solid
Die Porenstruktur des Zementsteins setzt sich aus Kapillar- und Gelporen zusammen. Die Kapillarporen sind Reste des Volumens, das ursprünglich vom Mischwasser eingenommen wurde. Die Gelporen trennen die einzelnen Hydratationsprodukte voneinander, die durch die chemische Reaktion zwischen den Zementkörnern und dem Wasser entstehen. Sie haben einen Durchmesser der Größenordnung von ca. 10⁻5-10⁻7 mm. Da das Wasser in den Gelporen des Zementsteins im Kräftefeld der großen Oberflächen (200-300 m2/g) des hydratisierten Zementsteins liegt, ist es physikalisch gebunden, verliert die Eigenschaften von freiem Wasser und wird im angebrachten elektromagnetischen Wechselfeld schwerer beweglich.The pore structure of the cement block consists of capillary and gel pores. The capillary pores are remnants of the volume that was originally taken up by the mixed water. The gel pores separate the individual hydration products that result from the chemical reaction between the cement grains and the water. They have a diameter of the order of about 10⁻ 5 -10⁻ 7 mm. Since the water in the gel pores of the cement block is in the force field of the large surfaces (200-300 m 2 / g) of the hydrated cement block, it is physically bound, loses the properties of free water and becomes more difficult to move in the alternating electromagnetic field.
Der Anteil an Kapillar- und Gelporenvolumen kann in Abhängigkeit des Hydratationsgrads und des Wasser/Zement-Wertes errechnet werden. Dabei ergaben sich für die Betonserien folgende Werte:The proportion of capillary and gel pore volume can vary depending on the Degree of hydration and the water / cement value can be calculated. This resulted in the following values for the concrete series:
Anteil an Kapillar- und Gelporen im BetonShare of capillary and gel pores in the concrete
Anteil an Kapillar- und Gelporen im BetonShare of capillary and gel pores in the concrete
Da ein großer Anteil der Poren von den Gelporen eingenommen wird, wurde das dielektrische Mischungsmodell hinsichtlich des physikalisch gebundenen Wasseranteils erweitert. Hierzu ist die Kenntnis des Dielektrizitätskoeffizienten des physikalisch gebundenen Wassers notwendig.Since a large proportion of the pores are taken up by the gel pores, this became dielectric mixture model with regard to the physically bound water content expanded. For this purpose, the knowledge of the dielectric coefficient of the physical bound water necessary.
Zur Bestimmung des Dielektrizitätskoeffizienten dieses physikalisch gebundenen Wassers εgw wird der aus den gravimetrischen Messungen bekannte Wassergehalt in der Polder- Van Santen/de Loor Gleichung anstelle der Variablen (Vfw + Vgw) eingesetzt.To determine the dielectric coefficient of this physically bound water ε gw , the water content known from the gravimetric measurements in the Polder-Van Santen / de Loor equation is used instead of the variables (V fw + V gw ).
Der auf diese Weise ermittelte Dielektrizitätskoeffizient des physikalisch gebundenen Wassers εgw beträgt für die Betonproben aller drei Festigkeitsklassen annähernd:The dielectric coefficient of the physically bound water ε gw determined in this way is approximately the same for the concrete samples of all three strength classes:
εgw = 40-10.i ε gw = 40-10.i
Ein Vergleich zwischen den anhand von Gleichungen (1) und (2) auf der Grundlage von gravimetrisch ermittelten Werten und den anhand der Polder-Van Santen-/de Loor Gleichung auf der Grundlage von dielektrischen Messungen errechneten Werten zeigte eine sehr gute Übereinstimmung der mit den verschiedenen Methoden gewonnenen Meßergebnisse.A comparison between the equations (1) and (2) based on gravimetrically determined values and those based on the Polder-Van Santen- / de Loor Equation based on values calculated from dielectric measurements a very good agreement between those obtained with the different methods Measurement results.
Claims (4)
- - eine Hochfrequenzwelle auf den feuchten Baustoff geleitet wird,
- - die von diesem reflektierte Reflexionswelle empfangen und hinsichtlich ihres Reflexionsfaktors bezüglich der zugeleiteten Welle bestimmt wird,
- - mit diesem Reflexionsfaktor, dem Wellenwiderstand des Wellenleitungssystems und der Impedanz der Sonde der komplexe Dielektrizitätskoeffizient des feuchten Baustoffs berechnet wird, und
- - anhand dieses Dielektrizitätskoeffizienten auf den gewichts- oder
volumenanteiligen Feuchtegehalt des Baustoffs rückgeschlossen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Messungen, die die Verfahrensschritte - a) leiten der Hochfrequenzwelle mit einer Frequenz f auf eine ausgewählte Stelle des Baustoffs,
- b) detektieren der reflektierten Welle und bestimmen ihres Reflexionsfaktors bezüglich der hingeleiteten Welle, und
- c) bestimmen des Dielektrizitätskoeffizienten εm anhand des ermittelten Reflexionsfaktors und des bekannten Wellenwiderstands des Wellenleitungssystems sowie der Impedanz der Sonde, wobei bei der Modellierung der Sonde neben der Leerlaufkapazität ein Parallelleitwert zugeschaltet ist, und die Änderungen der Leerlaufkapazität und des Parallelleitwerts in Abhängigkeit von der Frequenz und des Dielektrizitätskoeffizienten des anliegenden Mediums berücksichtigt werden,
mit:
εm: Dielektrizitätskoeffizient des feuchten Baustoffs
εb: Dielektrizitätskoeffizient des reinen Feststoffs
εi: Dielektrizitätskoeffizient der Einschließungen (Wasser und Luft)
Vi: Volumenfraktionen der einzelnen Einschließungen
ε*: effektive Dielektrizitätskoeffizient an den Phasengrenzen,
Aj: Depolarisationsfaktor eines Ellipsoids entlang seiner j-Achsen, es gilt: j = a, b oder c, und Aa + Ab + Ac = 1 (d. h. die Summe der Depolarisationsfaktoren um die Achsen a, b und c ist gleich eins,
die bezüglich des physikalisch gebundenen Wassers wie folgt erweitert wird:
mit:
εgw: komplexer Dielektrizitätskoeffizient des physikalisch gebundenen Wassers
εfw: komplexer Dielektrizitätskoeffizient des freien Wassers
εl: komplexer Dielektrizitätskoeffizient der Luft
Vgw: Volumenanteil des physikalisch gebundenen Wassers
Vfw: Volumenanteil des freien Wassers
Vl: Volumenanteil der Luft
Agw: Depolarisationsfaktor des physikalisch gebundenen Wassers um die Achse α,
Afw: Depolarisationsfaktor des freien Wassers um die Achse α
Al: Depolarisationsfaktor der Luft um die Achse α
und wobei gesetzt wird:ε* = 0,5.εm
30-5.i ≦ εgw ≦ 50-15.i, vorzugsweise εgw = 40-10.i
Al = Aa-l = Ab-l = Ac-l = 1/3
Agw = Aa-gw = Ab-gw = 0; Ac-gw = 1
Afw = Aa-fw = Ab-fw; Ac-fw = 1-2.Afwin Kombination mit der Cole-Cole Gleichung für salzhaltiges Wasser:
mit:
εfw: komplexer Dielektrizitätskoeffizient des freien salzhaltigen Wassers
ε∞: optische Dielektrizitätskonstante (vorzugsweise gilt ε∞ = 4,5)
εstat.: Statische Dielektrizitätskonstante
τ: Relaxationskonstante in [s]
α: Konstante für Breite des Dispersionsgebietes (vorzugsweise gilt α = 0,02)
σ: Ionische Leitfähigkeit in [S/m].
εo: Elektrische Feldkonstante (εo = 8,8542.10₋12 pF/m).
ω: Kreisfrequenz in [Hz.].
i: √-1
wobei die Abhängigkeit der Parameter εstat., τ und σ vom Salzgehalt S [g/Liter] und von der Temperatur T berücksichtigt wird,
eingesetzt werden,
daß das dadurch erhaltene Gleichungssystem nach dem Depolarisationsfaktor des freien Wassers (Afw) aufgelöst wird und anhand dieses Gleichungssystems das Volumen des freien Wassers (Vfw), des gebundenen Wassers (Vgw), der Luft (Vl) und der Salzgehalt (S) und auch der Depolarisationsfaktor (Afw) bestimmt werden und
daß das Volumen des freien Wassers (Vfw) und das Volumen des gebundenen Wassers (Vgw) addiert werden, wodurch der gesuchte Feuchtegehalt erhalten wird. 1. Method for determining the moisture content in porous moist building materials on the basis of dielectric coefficient measurement, in which
- - a high-frequency wave is directed onto the damp building material,
- the reflection wave reflected by the latter is received and its reflection factor with respect to the supplied wave is determined,
- - With this reflection factor, the wave resistance of the waveguide system and the impedance of the probe, the complex dielectric coefficient of the moist building material is calculated, and
- - the dielectric or weight percentage of the moisture content of the building material is used on the basis of this dielectric coefficient,
characterized in that a plurality of measurements covering the process steps - a) directing the high-frequency wave at a frequency f to a selected location on the building material
- b) detect the reflected wave and determine its reflection factor with respect to the guided wave, and
- c) determine the dielectric coefficient ε m on the basis of the determined reflection factor and the known wave resistance of the waveguide system and the impedance of the probe, a parallel conductance value being switched on in addition to the idle capacitance when modeling the probe, and the changes in the idle capacitance and the parallel conductance depending on the frequency and the dielectric coefficient of the applied medium are taken into account,
With:
ε m : dielectric coefficient of the damp building material
ε b : dielectric coefficient of the pure solid
ε i : dielectric constant of the enclosures (water and air)
V i : volume fractions of the individual enclosures
ε *: effective dielectric coefficient at the phase boundaries,
A j : depolarization factor of an ellipsoid along its j-axes, the following applies: j = a, b or c, and A a + A b + A c = 1 (ie the sum of the depolarization factors around the axes a, b and c is the same one,
which is expanded as follows regarding the physically bound water:
With:
ε gw : complex dielectric coefficient of the physically bound water
ε fw : complex dielectric coefficient of free water
ε l : complex dielectric coefficient of the air
V gw : volume fraction of the physically bound water
V fw : volume fraction of free water
V l : volume fraction of air
A gw : depolarization factor of the physically bound water around the axis α,
A fw : depolarization factor of free water around the axis α
A l : depolarization factor of the air around the axis α
and where is set: ε * = 0.5.ε m
30-5.i ≦ ε gw ≦ 50-15.i, preferably ε gw = 40-10.i
A l = A al = A bl = A cl = 1/3
A gw = A a-gw = A b-gw = 0; A c-gw = 1
A fw = A a-fw = A b-fw ; A c-fw = 1-2.A fw in combination with the Cole-Cole equation for saline water:
With:
ε fw : complex dielectric coefficient of the free saline water
ε ∞ : optical dielectric constant (preferably ε ∞ = 4.5)
ε stat. : Static dielectric constant
τ: relaxation constant in [s]
α: constant for the width of the dispersion area (preferably α = 0.02)
σ: Ionic conductivity in [S / m].
ε o : electrical field constant (ε o = 8.8542.10₋ 12 pF / m).
ω: angular frequency in [Hz.].
i: √-1
where the dependence of the parameters ε stat. , τ and σ of the salinity S [g / liter] and the temperature T is taken into account,
be used
that the resulting system of equations is solved for the depolarization factor of free water (A fw ) and based on this system of equations the volume of free water (V fw ), bound water (V gw ), air (V l ) and salinity (S. ) and also the depolarization factor (A fw ) can be determined and
that the volume of free water (V fw ) and the volume of bound water (V gw ) are added, whereby the sought moisture content is obtained.
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|---|---|---|---|
| DE1996152679 DE19652679C1 (en) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | Method of determining moisture content in porous building materials using dielectric coefficient measurement |
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| DE1996152679 Expired - Fee Related DE19652679C1 (en) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | Method of determining moisture content in porous building materials using dielectric coefficient measurement |
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|---|---|
| DE (1) | DE19652679C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001036952A1 (en) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Delfin Technologies Ltd. | Method for measuring skin surface hydration and device for applying the method |
| WO2001098777A1 (en) * | 2000-06-21 | 2001-12-27 | Proceq Sa | Method and device for the determination of at least one parameter of a mixture of a support, water and gas |
| FR2880424A1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-07 | Airbus France Sas | SYSTEM FOR DETECTING, QUANTIFYING AND / OR LOCATING WATER IN SANDWICH AIRCRAFT STRUCTURES AND METHODS OF IMPLEMENTING SAID SYSTEM |
| DE102005017550A1 (en) * | 2005-04-16 | 2006-10-19 | CiS Institut für Mikrosensorik gGmbH | Wet test body e.g. building body, drying condition determining method, involves detecting and evaluating temporal characteristic of room climate parameter within measurement chamber by regression analysis |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4432687A1 (en) * | 1994-09-14 | 1996-03-21 | Karlsruhe Forschzent | Meteorological humidity sensor using HF reflection measuring device |
-
1996
- 1996-12-18 DE DE1996152679 patent/DE19652679C1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4432687A1 (en) * | 1994-09-14 | 1996-03-21 | Karlsruhe Forschzent | Meteorological humidity sensor using HF reflection measuring device |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001036952A1 (en) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Delfin Technologies Ltd. | Method for measuring skin surface hydration and device for applying the method |
| WO2001098777A1 (en) * | 2000-06-21 | 2001-12-27 | Proceq Sa | Method and device for the determination of at least one parameter of a mixture of a support, water and gas |
| DE10030602C2 (en) * | 2000-06-21 | 2003-06-18 | Haissam Mouhasseb | Process for the non-destructive, material-, density- and salt-dependent as well as temperature-compensated determination of the liquid water component and its depth-dependent non-uniform distribution in a multi-component mixture and device for carrying out the process |
| FR2880424A1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-07 | Airbus France Sas | SYSTEM FOR DETECTING, QUANTIFYING AND / OR LOCATING WATER IN SANDWICH AIRCRAFT STRUCTURES AND METHODS OF IMPLEMENTING SAID SYSTEM |
| WO2006072716A1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-07-13 | Airbus France | System for detecting, quantifying and/or locating water in aircraft sandwich structures and methods for using this system |
| CN101095045B (en) * | 2004-12-30 | 2011-01-05 | 空中客车法国公司 | System for detecting, quantifying and/or locating water in aircraft sandwich structures and methods for using this system |
| US8305089B2 (en) | 2004-12-30 | 2012-11-06 | Airbus Operations Sas | System for detecting, quantifying and/or locating water in aircraft sandwich structures and methods for using this system |
| DE102005017550A1 (en) * | 2005-04-16 | 2006-10-19 | CiS Institut für Mikrosensorik gGmbH | Wet test body e.g. building body, drying condition determining method, involves detecting and evaluating temporal characteristic of room climate parameter within measurement chamber by regression analysis |
| DE102005017550B4 (en) * | 2005-04-16 | 2010-06-24 | CiS Institut für Mikrosensorik gGmbH | Method and device for determining the drying state of moist bodies |
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