DE9106191U1

DE9106191U1 - Vorrichtung zur Feuchtemessung an grob- und feinkörnigen Schüttgütern, insbesondere Zuschlagstoffen der Bauindustrie im On-line-Betrieb

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Publication number: DE9106191U1
Application number: DE9106191U
Authority: DE
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Priority date: 1991-05-18
Filing date: 1991-05-18
Publication date: 1991-11-21
Anticipated expiration: 2001-05-19

Description

Beschreibung
Anmelder

Dipl.-ing. Arndt Göller
Helmholtzring 3
N / 103
O-6300 Ilmenau

Doz. Dr. se. techn. G. Fuchs
JoIiot-Curie-Str. 3 b
O-6300 Ilmenau

Vorrichtung zur Feuchtemessung an grob- und feinkörnigen Schüttgütern, insbesondere Zuschlagstoffe der Bauindustrie, im On-1ine-Betrieb

In der Prozeßmeßtechnik werden zur Bestimmung dee Feuchtigkeitsgehaltes körniger Schüttgüter unterschiedliche Verfahren und Anordnungen angewendet. Mikrowellenmeßgeräte stellen dabei einen günstigen Kompromiß zwischen Kosten, Meßgenauigkeit und Meßgeschwindigkeit dar. In der Regel werden Transmissions- oder Reflexionsverfahren benutzt. Transmissionverfahren haben den Vorteil, daß sie es gestatten, den Feuchtigkeitsgehalt nicht nur an der Oberfläche, sondern auch in der Tiefe des Meßguts zu bestimmen.

In Berliner, M.A.: Feuchtemessung. VEB Verlag Technik, Berlin,
1980, S.79 ff., werden prinzipielle Anordnungen zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes eines Meßgutes aus der durch dieses hervorgrufenen Dämpfung oder Phasenverschiebung von freien Raumwellen oder Leitungswellen angegeben. Der Beitrag Mikrowellen-Feuchtemesser FXD 753 für die Sandaufbereitung. Mikrowellenmagazin 3 (1977), S.224-225, beschreibt eine Dämpfungsmeßanordnung zur Bestimmung der Feuchte. Nachteilig bei reinen Dämpfungsmeßgeräten ist die große Abhängigkeit der Meßwerte von Struktur, Dichte, Temperatur und Leitfähigkeit des Meßgutes. Tiuri, M., Jokela, K., Heikkilä, S.:Microwave Instrumentation for Accurate

Moisture and Density Measurement of Timber. The Journal of Microwave Power 15 (1980), pp.251-254, schlagen dazu vor, die Temperatur mit einem Infrarotmeßgerät und die Dichte mit einer Gammastrahlungssonde zu bestimmen. Bei ersterem geht in den Temperaturmeßwert auch der Feuchtigkeitsgehalt des Meßgutes ein, letzteres scheidet aus Gründen des Arbeitsschutzes für die industrielle Feuchtemessung aus.

Ein von der Feuchte, aber nicht von der Dichte abhängiger Wert ergibt sich zum Beispiel dann, wenn zwei dichteabhängige Parameter des Meßgutes wie Dämpfung und Phasenverschiebung gemessen werden und der Quotient aus diesen Meßwerten gebildet wird. In Kraszewski, A., Kulinski, S.: An Improved Microwave Method of Moisture Content Measurement and Control. IEEE-IECI 23 (1976) No.4, wird eine Anordnung beschrieben, mit der es möglich ist, Dämpfung und Phasenverschiebung 2U messen. Zu diesem Zweck wird eine Homodynmischung zwischen Meß- und Referenzsignal durchgeführt, wobei das Referenzsignal vorher moduliert wurde. Wird mit einem Phasenschieber die Phase des Referenzigna1 es so beeinflußt, daß die Ausgangsspannung des Homodynmischers immer maximal ist, kann aus dem Mischerausgangssignal die Amplitude und aus der Stellung des Phasenschiebers die Phase des Meßsignals ermittelt werden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die große Zahl benötigter Mikrowellenbaugruppen, die mit hohen Kosten verbunden ist.

In Morgeneier, K.-D., Kupfer, K.: Bericht zur Leistungsstufe G4 des FE-Themas "Feuchtemessung an Zuschlagstoffen für die Herstellung von Betongemenge", HAB Weimar, Sektion Baustoffverfahrenstechnik, WB Automatisierungstechnik, 1989, wird eine Mikrowellenmeßbrücke vorgestellt, die ebenfalls die durch das Meßgut hervorgerufene Dämpfung und Phasenverschiebung zu bestimmen gestattet. Dabei wird die in Referenz- und Meßsignal aufgespaltene MikrowelIe in einer Mehrsondenanordnung wieder zusammengeführt, so daß man neben der durch stellbare Dämpfungsglieder gewonnenen Dämpfungsinformation auch eine Phaseninformation erlangt. Als Nachteil ist hier ebenfalls der große Aufwand an Mikrowellenbaugruppen zu sehen, vor allem solcher mit beweglichen Teilen.

Ein weiteres Meßgerät, mit dem es möglich ist, zwei dichteabhängige Materialparameter zu messen, erscheint in US 4361801, einer Patentschrift, die sich auf DE 2928487 bezieht. Die in einem Generator erzeugten Mikrowellen werden auf einen Meß- und einen Referenzzweig aufgeteilt und auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt, bei der sich Dämpfungs- und Phaseninformation viel leichter gewinnen lassen als im Mikrowellenbereich. Der Anteil mikrowellentechnischer Baugruppen am Gesamtgerät bleibt gering. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß andere die Qualität der Messung beeinflussende Materialparameter wie Temperatur, Leitfähigkeit oder die Struktur des Meßgutes unberücksichtigt bleiben. Weitere Literaturstellen, die sich auf die Problematik einer von den Umgebungsparametern unabhängigen Mikrowellen-Feuchtemessung beziehen, sind z.B. DD 251622, wo eine zusätzliche Dichtebestimmung mittels Kraftmeßdose vorgeschlagen wird (kaum vertretbarer mechanischer Aufwand) oder US 4311957, wo eine Anordnung auf Basis der Phasenmessung vorgeschlagen wird (nur für Partikel geringer Größe verwendbar).

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Feuchte von grob- und feinkörnigen Schüttgütern, insbesondere Zuschlagstoffen der Bauindustrie, zu schaffen, die

- für On-line-Betrieb unter rauhen Betriebsbedingungen geeignet i st,

- eine Messung aller für eine fehlerarme Bestimmung des Feuchtewertes relevanten Einflußgrößen über ein breites Kornband
durchzuführen gestattet,

- nicht für jede neu auftretende Charge im täglichen Betrieb neu kalibriert werden muß

- eine Eingliederung in ein übergeordnetes Produktionssystem
ermöglicht und damit bei der Realisierung automatischer Prozeßsteuerungen hilft,

- in Bezug auf den technischen Aufwand und damit auf Anschaffungs- und Betriebskosten in vernünftigen Grenzen bleibt.

Die Erfindung kann bei der Messung der Feuchte grob- und feinkörniger Schüttgüter im On-line-Betrieb im Bauwesen, in der Industrie und in der Landwirtschaft verwendet werden. Die genaue Feuchtemessung hat direkte und indirekte Vorteile:

- kontinuierliche Meßwerterfassung,

- starke Unterdrückung von Ausreißermeßwerten,

- ständige Qualitätskontrolle der Meßgüter,

- Automatisierung des Herstellungsprozesses möglich,

- Materialeinsparungen (z.B. in der Bauindustrie: Zement),

- durch die bereits im Produktionsprozeß erzielte hohe Qualität lassen sich Nacharbeiten und spätere Reparaturen oder Sanierungen reduzieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß bei einer Fest frequenz von 2,45 GH2 eine Kombination aus Mikrowellensender und -empfänger die Übertragungsparameter einer Mikrowellenmeßstrecke mißt und ein Steuerrechner diese Meßsignale gemeinsam mit Meßsignalen für Temperatur und Leitfähigkeit des Meßgutes in ein der Materialfeuchte äquivalentes Meßsignal umwandelt. Der Steuerrechner berücksichtigt bei der Meßwertkorrektur außerdem der Struktur des jeweiligen Meßguts entsprechende Korrektursignale, die von einer Speicherbank erzeugt werden. Die Speicherbank kann mehrere durch eine übergeordnete Steuerung umschaltbare Sektoren haben, so daß Korrektursignale für mehrere verschiedene Meßgüter erzeugt werden können.

Das aus den Meß- und Korrektursignalen gewonnene, der Feuchte des Meßguts äquivalente Signal wird an einer Schnittstelle für die Weiterverarbeitung in einem übergeordneten System als auch auf Display zur Verfügung gestellt.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand Figur 1 erläutert, die das Blockschaltbild einer Anordnung zur Feuchtemessung an Betonzuschlagstoffen zeigt.

In einem Mikrowellenblock werden durch einen mit einem Phasenregelkreis 3 stabilisierten Oszillator 1 Mikrowellen erzeugt, die über einen Pufferverstärker 2 zum größeren Teil einem Feuchtesensor 4 und zum kleineren Teil über einen im Pufferverstärker integrierten Richtkoppler einem Referenzzweig zugeführt werden. Die Frequenz der Mikrowellen ist so gewählt, daß sowohl die Struktur als auch die Verunreinigungen des Meßgutes, die sich in einer Gleichstromleitfähigkeit äußern, vernachlässigbaren Einfluß auf das Meßergebnis haben; in diesem Fall 2,45 GHz.
Ein VCO 5 erzeugt ein weiteres Signal, das die Mischer 6 und 7 aussteuert und in seiner Frequenz um den Betrag der Zwischenfrequenz gegenüber der Meßfrequenz versetzt ist. Von dem Referenzsignal ausgehend wird ein Teil des im Referenzzweig entste-

henden zwischenfrequenten Signals als Eingangsgröße einer weiteren Phasenregelschleife 8 genutzt, die die Zwischenfrequenz konstant hält.

Die im Meß- und Referenzzweig erzeugten Zwischenfrequenzsignale werden zur Weiterverarbeitung gereglten Verstärkern 9 und 10 zugeführt, deren Regel spannungen über die AD-Wandler 11 und 12 in digitale Signale umgewandelt werden. Diese digitalen Signale sind ein Maß für die Amplituden von Meß- und Referenzsignal.
In zwei weiteren Mischern 13 und 14 werden die Ausgangssignale der geregelten Verstärker mit Hilfe eines Oszillators 15 auf eine weitere Zwischenfrequenz umgesetzt. Bei dieser Zwischenfrequenz erfolgt in einem Phasendetektor 16 die Messung der Phasendifferenz beider Signale. Die Ausgangsspannung des Phasendetektors wird in einem AD-Wandler 17 in ein digitales Signal umgewandelt.

In einem Temperatursensor 18 wird die Meßgut temperatur in ein analoges und in einem sich anschließenden AD-Wandler 19 in ein digitales Temperatursignal umgewandelt. Ein digitales Ohmmeter 20 dient zur Messung der Gleichstromleitfähigkeit des Meßgutes. Die digitalen Temperatur- und Leitfähigkeitssignale sind Eingangsgrößen eines Steuerrechners 21. Der Steuerrechner 21 steuert über eine serielle Schnittstelle das Display 22 an. Die Korrektur des feuchteäquivalenten Signals erfolgt zusätzlich durch Auswertung der Struktur des jeweiligen Meßgutes entsprechender Korrektursignale, die von einer Speicherbank 23 erzeugt werden. Jeder Sektor der Speicherbank 23 ist in der Lage, die der Materialstruktur einer der zu messenden Kornfraktionen entsprechenden Signale zu erzeugen. Die Umschaltung bewirkt ein äußeres Steuersignal, das durch die übergeordnete Anlagensteuerung generiert wird.

Auf dem Display 22 bzw. an einer im Steuerrechner 21 integrierten Schnittstelle wird der korrigierte Feuchtemeßwert ausgegeben.

Claims

Schut2anspr liehe

1. Vorrichtung zur Feuchtemessung an grob- und feinkörnigen Schüttgütern, insbesondere Zuschlagstoffen der Bauindustrie, im On-line-Betrieb, mit einem Mikrowellenblock und einer Signalverarbeitungseinheit zur Bestimmung des komplexen Transmissionsfaktors des Schüttgutes sowie einem Steuerrechner,

dadurch gekennzeichnet,

daß die für die Korrektur des Meßsignales relevanten Meßgrößen Temperatur und Leitfähigkeit erfaßt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Temperatur- und ein Leitfähigkeitssensor der Temperatur und der Leitfähigkeit des Meßgutes entsprechende Signale generieren, die ein Steuerrechner als Korrektursignale zum Meßsignal berücksichtigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß dem Steuerrechner ein in unterschiedliche Sektoren eingeteilter Bereich einer Speicherbank zugeordnet ist, von denen jeder Sektor der Struktur des jeweiligen Meßgutes entsprechende Korrektursignale erzeugen kann, wobei die Sektoren durch Anlegen eines äußeren Steuerungssignals umgeschaltet werden können.