DE9106191U1 - Device for measuring moisture in coarse and fine-grained bulk materials, especially aggregates in the construction industry in online operation - Google Patents
Device for measuring moisture in coarse and fine-grained bulk materials, especially aggregates in the construction industry in online operationInfo
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Dipl.-ing. Arndt Göller
Helmholtzring 3
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O-6300 IlmenauDipl.-Ing. Arndt Göller
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Doz. Dr. se. techn. G. Fuchs
JoIiot-Curie-Str. 3 b
O-6300 IlmenauDoz. Dr. se. techn. G. Fuchs
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Vorrichtung zur Feuchtemessung an grob- und feinkörnigen Schüttgütern, insbesondere Zuschlagstoffe der Bauindustrie, im On-1ine-Betrieb Device for measuring moisture in coarse and fine-grained bulk materials, especially aggregates in the construction industry, in online operation
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 process measurement technology, different methods and arrangements are used to determine the moisture content of granular bulk materials. Microwave measuring devices represent a favorable compromise between costs, measurement accuracy and measurement speed. Transmission or reflection methods are usually used. Transmission methods have the advantage that they allow the moisture content to be determined not only on the surface but also in the depth of the material being measured.
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 AccurateIn Berliner, MA: Humidity measurement. VEB Verlag Technik, Berlin,
1980, p.79 ff., basic arrangements for determining the moisture content of a material to be measured from the attenuation or phase shift of free space waves or conduction waves caused by this are given. The article Microwave moisture meter FXD 753 for sand processing. Microwave Magazine 3 (1977), p.224-225, describes an attenuation measuring arrangement for determining moisture. The disadvantage of pure attenuation measuring devices is the great dependence of the measured values on the structure, density, temperature and conductivity of the material to be measured. 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.Moisture and Density Measurement of Timber. The Journal of Microwave Power 15 (1980), pp.251-254, suggest determining the temperature with an infrared measuring device and the density with a gamma radiation probe. With the former, the moisture content of the material being measured is included in the temperature measurement, the latter is not suitable for industrial moisture measurement for reasons of occupational health and safety.
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.A value that depends on the humidity but not on the density is obtained, for example, when two density-dependent parameters of the measured material such as attenuation and phase shift are measured and the quotient is formed from these measured values. In Kraszewski, A., Kulinski, S.: An Improved Microwave Method of Moisture Content Measurement and Control. IEEE-IECI 23 (1976) No.4, an arrangement is described with which it is possible to measure attenuation and phase shift 2U. For this purpose, a homodyne mixture is carried out between the measurement and reference signal, whereby the reference signal was previously modulated. If the phase of the reference signal is influenced with a phase shifter so that the output voltage of the homodyne mixer is always maximum, the amplitude can be determined from the mixer output signal and the phase of the measurement signal can be determined from the position of the phase shifter. The disadvantage of this arrangement is the large number of microwave modules required, which is associated with high costs.
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.In Morgeneier, K.-D., Kupfer, K.: Report on performance level G4 of the FE topic "Moisture measurement on aggregates for the production of concrete mixtures", HAB Weimar, Section for Building Materials Process Engineering, WB Automation Technology, 1989, a microwave measuring bridge is presented that also allows the attenuation and phase shift caused by the material being measured to be determined. The microwave split into reference and measurement signals is then brought together again in a multi-probe arrangement, so that phase information is obtained in addition to the attenuation information obtained by adjustable attenuation elements. Another disadvantage here is the large amount of microwave assemblies required, especially those with moving parts.
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).Another measuring device that makes it possible to measure two density-dependent material parameters appears in US 4361801, a patent document that refers to DE 2928487. The microwaves generated in a generator are divided into a measuring and a reference branch and converted to an intermediate frequency, at which attenuation and phase information can be obtained much more easily than in the microwave range. The proportion of microwave components in the overall device remains small. The disadvantage of this arrangement is that other material parameters that influence the quality of the measurement, such as temperature, conductivity or the structure of the material being measured, are not taken into account. Other literature references that refer to the problem of microwave moisture measurement that is independent of the environmental parameters are, for example, DD 251622, where an additional density determination using a load cell is proposed (hardly justifiable mechanical effort) or US 4311957, where an arrangement based on phase measurement is proposed (can only be used for small-sized particles).
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, dieThe invention specified in claim 1 is based on the object of creating a device for determining the moisture content of coarse and fine-grained bulk materials, in particular aggregates in the construction industry, which
- für On-line-Betrieb unter rauhen Betriebsbedingungen geeignet i st,- suitable for online operation under harsh operating conditions i st,
- eine Messung aller für eine fehlerarme Bestimmung des Feuchtewertes relevanten Einflußgrößen über ein breites Kornband
durchzuführen gestattet,- a measurement of all influencing factors relevant for a low-error determination of the moisture value over a wide grain range
permitted to carry out,
- nicht für jede neu auftretende Charge im täglichen Betrieb neu kalibriert werden muß- does not have to be recalibrated for each new batch in daily operation
- eine Eingliederung in ein übergeordnetes Produktionssystem
ermöglicht und damit bei der Realisierung automatischer Prozeßsteuerungen
hilft,- integration into a higher-level production system
and thus helps in the realization of automatic process controls,
- in Bezug auf den technischen Aufwand und damit auf Anschaffungs- und Betriebskosten in vernünftigen Grenzen bleibt.- remains within reasonable limits in terms of technical effort and thus acquisition and operating costs.
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:The invention can be used to measure the moisture content of coarse and fine-grained bulk materials in online operation in construction, industry and agriculture. The precise moisture measurement has direct and indirect advantages:
- kontinuierliche Meßwerterfassung,- continuous measurement data acquisition,
- starke Unterdrückung von Ausreißermeßwerten,- strong suppression of outlier measurements,
- ständige Qualitätskontrolle der Meßgüter,- constant quality control of the measured goods,
- Automatisierung des Herstellungsprozesses möglich,- Automation of the manufacturing process possible,
- Materialeinsparungen (z.B. in der Bauindustrie: Zement),- Material savings (e.g. in the construction industry: cement),
- durch die bereits im Produktionsprozeß erzielte hohe Qualität lassen sich Nacharbeiten und spätere Reparaturen oder Sanierungen reduzieren.- the high quality already achieved in the production process rework and subsequent repairs or renovations can be reduced.
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.The object of the invention is achieved in that a combination of microwave transmitter and receiver measures the transmission parameters of a microwave measuring section at a fixed frequency of 2.45 GH2 and a control computer converts these measurement signals together with measurement signals for the temperature and conductivity of the material being measured into a measurement signal equivalent to the moisture content of the material. When correcting the measured value, the control computer also takes into account correction signals corresponding to the structure of the respective material being measured, which are generated by a memory bank. The memory bank can have several sectors that can be switched over by a higher-level control system, so that correction signals can be generated for several different materials being measured.
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.The signal obtained from the measurement and correction signals, which is equivalent to the moisture content of the material being measured, is made available at an interface for further processing in a higher-level system and on the display.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand Figur 1 erläutert, die das Blockschaltbild einer Anordnung zur Feuchtemessung an Betonzuschlagstoffen zeigt.An embodiment is explained using Figure 1, which shows the block diagram of an arrangement for measuring the moisture content of concrete aggregates.
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-In a microwave block, microwaves are generated by an oscillator 1 stabilized by a phase-locked loop 3, which are fed mostly to a humidity sensor 4 via a buffer amplifier 2 and a smaller part to a reference branch via a directional coupler integrated in the buffer amplifier. The frequency of the microwaves is selected so that both the structure and the contamination of the material being measured, which manifest themselves in direct current conductivity, have a negligible influence on the measurement result; in this case 2.45 GHz.
A VCO 5 generates another signal that controls the mixers 6 and 7 and is offset in frequency by the amount of the intermediate frequency compared to the measuring frequency. Starting from the reference signal, a part of the signal generated in the reference branch is
henden zwischenfrequenten Signals als Eingangsgröße einer weiteren Phasenregelschleife 8 genutzt, die die Zwischenfrequenz konstant hält.The intermediate frequency signal is used as the input of another phase-locked loop 8, which keeps the intermediate frequency constant.
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.The intermediate frequency signals generated in the measuring and reference branches are fed to controlled amplifiers 9 and 10 for further processing, whose control voltages are converted into digital signals via the AD converters 11 and 12. These digital signals are a measure of the amplitudes of the measuring and reference signals.
In two further mixers 13 and 14, the output signals of the controlled amplifiers are converted to a further intermediate frequency using an oscillator 15. At this intermediate frequency, the phase difference between the two signals is measured in a phase detector 16. The output voltage of the phase detector is converted into a digital signal in an AD converter 17.
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.In a temperature sensor 18, the temperature of the material being measured is converted into an analogue signal and in a subsequent AD converter 19 into a digital temperature signal. A digital ohmmeter 20 is used to measure the direct current conductivity of the material being measured. The digital temperature and conductivity signals are input variables of a control computer 21. The control computer 21 controls the display 22 via a serial interface. The correction of the moisture-equivalent signal is also carried out by evaluating the structure of the respective material being measured using correction signals that are generated by a memory bank 23. Each sector of the memory bank 23 is able to generate the signals that correspond to the material structure of one of the grain fractions to be measured. The switching causes an external control signal that is generated by the higher-level system control.
Auf dem Display 22 bzw. an einer im Steuerrechner 21 integrierten Schnittstelle wird der korrigierte Feuchtemeßwert ausgegeben. The corrected moisture measurement value is output on the display 22 or on an interface integrated in the control computer 21.
Claims (3)
dadurch gekennzeichnet,2. Device according to claim 1,
characterized,
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE4445203C1 (en) * | 1994-10-05 | 1996-02-29 | Haendle Gmbh & Co Kg | Method and appliance for checking ceramic materials for shaping properties |
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-
1991
- 1991-05-18 DE DE9106191U patent/DE9106191U1/en not_active Expired - Lifetime
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