DE3743216C2 - Hochfrequenzschwingkreis - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzschwing
kreis, bestehend aus einer Kapazität und aus einer In
duktivität, zum Erfassen der Masse oder Konzentration
eines ersten Stoffes, der zusammen mit einem zweiten
Stoff, mit dem er in Verbindung steht oder als Mischung
vorliegt, das Dielektrikum der Kapazität bildet, insbe
sondere zum Erfassen der Feuchte (erster Stoff) in dem
zweiten Stoff oder zum Erfassen des zweiten Stoffes.
Zum Erfassen der Masse oder Konzentration eines
ersten Stoffes, z. B. einer Feuchte wie Wasser, der sich in
einem zweiten Stoff befindet, oder der von dem ersten
Stoff unbeeinflußten Messe oder Konzentration des
zweiten Stoffes sind Hochfrequenzschwingkreise der
geschilderten Art bekannt. Es ist dabei, z. B. durch die
US-PS 39 79 581, grundsätzlich bekannt, die Masse der
Stoffe unabhängig voneinander zu erfassen, d. h. ohne
daß z. B. schwankende Feuchtewerte die zu erfassenden
Trockenmassen oder umgekehrt schwankende Trocken
massen die zu erfassenden Feuchtewerte beeinflus
sen.
Durch die DE-OS 33 29 025 ist außerdem eine Hochfrequenzmeßanordnung
zum Bestimmen des Feuchtegehaltes von Getreide und dgl. bekanntgewor
den, die einen als Streufeldkondensator ausgebildeten kreisförmigen Meß
kondensator mit ringförmigen Elektroden aufweist. Über das Material des
Elektrodenträgers sind der Offenlegungsschrift keine näheren Angaben zu
entnehmen.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung der
Schwingkreiselemente im Sinne einer Stabilisierung,
insbesondere gegenüber dem Einfluß veränderlicher
Temperaturwerte und/oder Langzeitdriften.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß die Kapazität durch einen Kondensator ge
bildet wird, dessen Elektroden auf einem Träger aus
Keramik oder einem ähnlichen Stoff aufgebracht sind.
Als besonders geeignet hat sich Trägermaterial her
ausgestellt, das ganz oder zu einem großen Teil aus
Aluminiumoxyd (Al₂O₃) besteht.
Unter dem Begriff "ähnliche Stoffe" werden Stoffe
verstanden, die - wie Quarz - bezüglich des Verlust
winkels (Tangens Delta), der Dielektrizitätskonstante
und der Ausdehnung wenig abhängig sind von Tempe
raturschwankungen.
Obwohl die Form der Elektroden des Kondensators
gemäß der Erfindung an sich beliebig ist, z. B. aus sich
gegenüberstehenden plattenförmigen Elektroden be
stehen kann, ist für den Anwendungszweck der Feuch
teerfassung ein Streufeldkondensator besonders vor
teilhaft. Ein derartiger Streufeldkondensator gemäß der
Erfindung weist vorteilhaft eine ebene Fläche auf, in der
die Elektroden angeordnet sind.
Als besonders vorteilhaft haben sich gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung Elektrodenformen erwie
sen, deren Elektroden kammförmig ineinandergreifen.
Wenn der Träger die Form eines Rechtecks aufweist, so
kann die eine Elektrode die Form von Streifen haben
die entlang der Längskanten des Trägers verlaufen. Die
Teilelektroden erstrecken sich dann nach innen, wobei
sie sich zwischen den Teilelektroden der anderen Elek
trode befinden, die als Streifen im Mittenbereich dem
Trägers verläuft, so daß die Teilelektroden sich nach
außen erstrecken. Die Elektroden bestehen gemäß eine
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus einer
dünnen Metallschicht im Bereich von
1/100 oder 1/10 mm. Sie können in an sich bekannter
Weise mittels der sogenannten Dickschicht-Aufbring
technik aufgedruckt werden. Zur Vermeidung von Ab
rieb sind Träger und Elektroden mit einer sehr dünnen
Verschleißschicht, z. B. aus einem Spezialglas, überzo
gen, dessen Stärke vorteilhaft ebenfalls in der Größen
ordnung 1/100 oder 1/10 mm liegt. Mit einer Elektro
denform wie vorbeschrieben, können die besonderen
Vorteile ausreichender Kapazität und Streufeldhöhe er
reicht werden. Die Temperatureinflüsse und/oder Lang
zeitdriften sind minimiert.
Eine gegenüber Temperatureinflüssen und/oder
Langzeitdriften ebenfalls sehr stabile Induktivität läßt
sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteil
haft durch elektrisch leitende Windungen realisieren,
die sich auf einem zylindrischen Körper
aus Keramik oder einem ähnlichen Stoff (Spulenkörper)
befinden. Die Keramik ist ebenso wie die Keramik des
Streufeldkondensators gesintert. Dabei können die
Windungen aus einer dünnen Metall
schicht bestehen, aus der zur Trennung der Leiter von
einander Metall entfernt ist, so daß eine wendelförmige
Leiterbahn entsteht.
Die Elemente des Schwingkreises werden in vorteil
hafter Weise so angeordnet, daß der als Streufeldkon
densator ausgebildete Kondensator, der in Berührung
mit den zu messenden Stoffen kommt, an der Außensei
te eines Gehäuses angeordnet ist, in dem sich der Spu
lenkörper und die elektrischen Bauelemente zur Verar
beitung der von dem Schwingkreis abgegebenen Signa
le befinden.
Der Schwingkreis gemäß der Erfindung eignet sich
besonders zum Erfassen der Feuchte (erster Stoff) in
einem organischen Material, z. B. in Tabak, Kaffee, Tee
und dgl.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbei
spieles näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Streufeldkondensator
gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie I-I in Fig. 1 mit einer
Halterung für einen Streufeldkondensator und einen
Spulenkörper,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Spulenkörpers mit lei
tenden Windungen in vergrößertem Maßstab.
In Fig. 1 ist ein Streufeldkondensator 1 dargestellt,
dessen sehr dünne metallische Elektroden 2 und 3 auf
einem plattenförmigen Träger 4 aus keramischem oder
einem ähnlichen Material (z. B. Quarz) aufgebracht, z. B.
in Dickschicht-Aufbringtechnik aufgedruckt sind. Als
keramisches Trägermaterial eignet sich insbesondere
gesintertes Aluminiumoxyd (Al₂O₃), das rein oder mit
anderen Stoffen, z. B. mit Silikaten, gemischt sein kann.
Auch Hartporzellan ist grundsätzlich als Trägermaterial
geeignet. Wesentlich ist, daß das Trägermaterial eine
möglichst geringe Änderung des Verlustwinkels (Tan
gens Delta), der Dielektrizitätskonstanten oder der Aus
dehnung in Abhängigkeit von Temperaturschwankun
gen und/oder Langzeitschwankungen aufweist. Die
Elektrode 2 ist realisiert durch zwei elektrisch miteinan
der verbundene Streifen 6 und 7, die entlang der langen
Kanten 8 und 9 des rechteckförmigen Trägers 4 verlau
fen. Die Streifen 6 und 7 sind durch Verbindungsstreifen
11 entlang der kurzen Kanten 12 des Trägers 4 leitend
miteinander verbunden. Von den Streifen 6 und 7 er
strecken sich Einzelelektroden 13 in Richtung des Mit
tenbereiches 14 der Trägerplatte 4. In diesem Mittenbe
reich verläuft die als Streifen 16 ausgebildete Elektrode
3, von der Einzelelektroden 17 sich nach außen in Rich
tung der Streifen 6 und 7 erstrecken. Die Einzelelektro
den 13 und 17 wechseln sich jeweils ab, so daß die Elek
troden 2 und 3 zahnartig ineinandergreifen. Die Elektro
den 2 und 3 sind mit einer hochfrequenten Spannungs
quelle verbunden.
In Fig. 2 ist ein Teil eines Gehäuses 21 dargestellt, an
dessen Endflächen 22 der Träger 4 für die Elektroden 2
und 3 des Streufeldkondensators 1 angeklebt ist. Die
Elektroden 2 und 3 sind in Fig. 2 übertrieben stark ge
zeichnet, um sie darzustellen zu können.
Auf einem Absatz 23 des Gehäuses 21 ist eine Platine
24 befestigt, die einen Spulenkörper 26 des Schwing
kreises trägt. Der Spulenkörper nebst Windungen, von
dem Fig. 3 Einzelheiten zeigt, soll ähnlich stabil bezüg
lich Verlustwinkel, Dielektrizitätskonstante und Aus
dehnung bei schwankenden Temperaturen und/oder
Langzeitschwankungen sein wie der Streufeldkonden
sator. Zu diesem Zweck besteht der Spulenkörper 26
ebenfalls aus gesinterter Keramik. Seine Oberfläche ist
metallisiert. Die leitenden Windungen 27 sind aus der
metallischen Oberfläche 27a durch wendelförmiges Ent
fernen von leitendem Material gebildet.
Die zur Verarbeitung in an sich bekannter Weise ver
wendeten charakteristischen Größen des Schwingkrei
ses, der von einer Hochfrequenzquelle beaufschlagt
wird, gelangen zu einer elektrischen Auswertanordnung
28, in der der Meßwert für die Feuchte (erster Stoff)
oder die Trockenmasse (zweiter Stoff) des zu erfassen
den Materials nach bekannten Verfahren (z. B. gemäß
US-PS 39 79 581) gebildet wird. Das Ausgangssignal
wird dann an Ausgang 29 der Auswertanordnung 28
abgegeben.
Claims (11)
1. Hochfrequenzschwingkreis, bestehend aus einer Kapazi
tät und einer Induktivität, zum Erfassen der Masse oder
Konzentration eines ersten Stoffes, der zusammen mit
einem zweiten Stoff, mit dem er in Verbindung steht oder
als Mischung vorliegt, das Dielektrikum der Kapazität
bildet, insbesondere zum Erfassen der Feuchte (erster
Stoff) in dem zweiten Stoff oder zum Erfassen des zweiten
Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität durch
einen Kondensator (1) gebildet wird, dessen Elektroden
(2, 3) auf einem Träger (4) aus Keramik oder einem ähnli
chen Stoff aufgebracht sind.
2. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Kondensator ein Streufeldkondensator mit ebener
Fläche vorgesehen ist.
3. Schwingkreis nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Elektroden (13, 17) des Kondensa
tors (1) kammförmig ineinandergreifen.
4. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger
(4) die Form eines Rechtecks aufweist, daß eine Elektrode
(2) die Form von Streifen (6, 7), von denen sich Teil
elektroden (13) nach innen erstrecken, im Bereich der
langen Kanten (8) hat, und daß die andere Elektrode (3)
die Form eines Streifens (16), von dem sich Teilelektro
den (17) nach außen erstrecken, im Mittenbereich (14) des
Trägers hat.
5. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek
troden (2, 3) aus dünnen Metallschichten, die auf dem
Träger aufgebracht sind, bestehen.
6. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek
troden und der Träger mit einer dünnen Verschleißschicht,
insbesondere einer Glasur, überzogen sind.
7. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induk
tivität von elektrisch leitenden Windungen (27) gebildet
wird, die sich auf einem zylindrischen Körper (26) aus
Keramik oder einem ähnlichen Stoff (Spulenkörper) befin
den.
8. Schwingkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Windungen (27) aus einer dünnen Metallschicht
bestehen, aus der zur Trennung der Leiter voneinander
Metall entfernt ist.
9. Schwingkreis nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der als
Streufeldkondensator (1) ausgebildete Kondensator, der in
Berührung mit den zu messenden Stoffen kommt, an der Au
ßenseite eines Gehäuses (21) angeordnet ist, in dem sich
der Spulenkörper (26) und die elektrischen Bauelemente (28)
zur Verarbeitung der von dem Schwingkreis abgegebenen Si
gnale befinden.
10. Verwendung eines Schwingkreises nach einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche zum Erfassen der
Feuchte (erster Stoff) in einem organischen Material.
11. Verwendung eines Schwingkreises nach Anspruch 10 zum
Erfassen der Feuchte eines Stoffes der Nahrungs- oder
Genußmittelindustrie (z. B. Tabak, Kaffee, Tee).
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Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HAUNI MASCHINENBAU AG, 21033 HAMBURG, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |