SE434999B - Sett och apparat for metning av koncentrationen i ett fluidum - Google Patents

Description

_7v1uavo-a 2 Averkas också i någon mån av kristallhalten i kristall-fluidbland- ningen. Detta beroende har i praktiken visat sig vara mycket till- fredsställande för nämnda ändamål. Emellertid har mätmetoden inte fungerat vid små och varierande saltkoncentrationer. 2) ökningen av kokpunkten och brytningsindex: Mätningen är en- bart beroende av koncentrationen av modersirapen.

Om man ser detta i förhållande till slutet av kristallisering- en, där modersirapen bildar en mättad eller något övermättad socker- lösning, vars koncentration praktiskt taget inte ändras, är det nöd- vändigt att använda en mätmetod, vilken också är beroende av kristall- halten, varigenom dessa mätmetoder inte kan användas för styrning av hela kristalliseringsförloppet. 3) Mätning av viskositeten eller koncistensen: Denna mätmetod används idag med framgång för reglering av kristalliseringsförlop- pet. Den utrustning, som krävs för denna mätning, är emellertid re- latívt komplicerad och mätmetoden är något mer beroende av kristall- halten än vad som önskvärt är. _ De andra ovan nämnda mätmetoderna används normalt inte i kris- talliseringsprocessen beroende på praktiska svårigheter.

Det är känt att många fluiders dielektricitetskonstant varierar -med fluidkoncentrationen och att impedansen hos en i en fluid ned- sänkt antenn är beroende av fluidens dielektricitetskonstant. Dessa fakta har använts i olika metoder för mätning av vattenhalten hos fluider. US-PS 3 612 996 beskriver en mätmetod, som är beroende av mikrovågsresonansen i en fluidfylld kavitet, som är speciellt kon- struerad för ändamålet, och US-PS 3 684 952 beskriver en mätmetod, som är beroende av ändringar i en oscillators resonansfrekvens, vil- ka ändringar orsakas av en i fluiden nedsänkt antenn.

Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en mätmetod och en apparat, vilka likaledes är baserade på fluidens dielektricitets- konstant och dess påverkan av antennimpedansen men vilka inte är fberoende av resonansfenomen och därför är lättare att installera för många användningsfall, speciellt i anslutning till standardutrust- ning för behandling av vätskor, vilkas koncentration skall överva- kas och regleras under en sådan behandling.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en mätmetod och en apparat, vilka är speciellt lämpliga för övervak- ning och reglering av sockerfluidkoncentrationen i vakuumpannor för kristallisering av socker under kristalliseringsförloppet.

Särdragen hos det nya sättet för mätning av en fluidkoncentra- tion framgår av efterföljande patentkrav. ha 1v14avo-a Det må påpekas att detta sätt inte bygger på några resonans- fenomen utan på mätning av impedansanpassningen, Beroende på an- tennens placering inne i den med fluid fyllda Faradaybnren har dess- utom själva vågfortplantningen i fluiden liten betydelse, varför mätapparatens mekaniska dimensioner har liten inverkan på mätresul- tatet. Anpassningen av mätapparaten till vilken som helst fluidbe- handlingsapparat av standardtyp är därför lätt att genomföra.

Dessutom har man funnit att, när mätmetoden och apparaten en- ligt uppfinningen används för övervakning och reglering av koncent- rationen i en vakuumpanna för sockerkristallisering, kommer det genom metoden bestämda koncentrationsvärdet att träffa en lämplig balans mellan sirapskoncentrationen och kristallhalten, så att mät- metoden kan användas under hela förloppet av kristalliseringsproces- sen ända fram till avslutningen av denna process.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas med ett utföringsexempel under hänvisning till medföljande ritning, vilken schematiskt visar en mätapparat enligt en utföringsform av uppfinningen, vilken appa- rat är monterad på en vakuumpanna för kristallisering av socker.

Figuren visar en vakuumpanna l för kristallisering av socker, varvid det nedre partiet av vakuumpannans yttervägg är borttaget för åskådliggörande av ett konventionellt röruppvärmningssystem 2 och en bottenkammare 3 av vakuumpannan; I botten av vakuumpannan är monterad en stavantenn C, som via en justerbar impedansanpassningslänk eller impedanstransformator B är ansluten till en högfrekvensgenerator A, som fungerar som en elektrisk oscillator med konstant effekt och konstant frekvens inom VHF-området.

I matningsledningen från generatorn A till antennen C finns en riktkopplare D med en inbyggd detektor, som är ansluten till ett mätinstrument E, t ex en voltmeter. Antennen C kan vara en enkel stavantenn, som är mycket motstândskraftig mot det ganska kraftiga fluidflöde, som kan uppstå i dess omgivning.

Som välkänt är inom den elektriska kretstekniken upptas maxi- mala elektriska effekten i en last, när lastimpedansen sett från ge- neratorn är lika med generatorimpedansen eller med andra ord, när de tvâ impedanserna är anpassade.

Samma sak gäller för utstrålningen av elektrisk effekt från _ en antenn. Således matas maximal elektrisk effekt till antennen för utstrålning, när antennens impedans och generatorns impedans är an- passade.

Eftersom impedansen är beroende av antennens utformning och' 1114e?o-a 4 omgivning, är det nödvändigt att åstadkomma en impedanstransforme- ring mellan en generator och den antenn, som användes i ett spe- ciellt fall, i syfte att uppnå så stor matning av elektrisk effekt till antennen som möjligt. Impedanstransformeringen är väl känd i den elektriska kretstekniken. _ Formen av en impedanstransformering eller impedansanpassning är dlika beroende på den använda frekvensen, vilket är känt från den elektriska filtertekniken.

Om en impedansanpassning inte uppnås, kommer en del av den från generatorn matade elektriska effekten att reflekteras av lasten i riktning mot generatorn. Detta kan uttryckas medelst ekvationen P = p . l3ïå__ifiL r *G ZG + ZB' där PG = den av generatorn matade elektriska effekten, Pr = den av lasten reflekterade elektriska effekten, ZG = generatorns impedans ZB = lastimpedansen. _ Av ekvationen ovan framgår att reflekterad effekt Pr = O upp- nås vid ZG = ZB och att en ändring av ZB kommer att medföra en änd- ring av Pr. 3 I extremfallen inser man att Pr = PG om ZB = 0 (kortslutning) g eller ZB = w (öppen krets).

Eftersom impedansen hos vilken antenn som helst är beroende av omgivningen runt antennen och på.dielektricitetskonstanten hos É det omgivande mediet, torde det inses, att en ändring av dielektrici- tetskonstanten hos det omgivande mediumet kommer att medföra en änd- ring av den reflekterade effekten. Genom att åstadkomma en optimal anpassning vid en konstant frekvens kan man uppnå ett värde ZG - ZB av praktiskt taget O vid en speciell dielektricitetskonstant hos det omgivande mediumet och en eventuell ändring av dielektricitets- konstanten kommer att medföra ZG - ZB # 0.

Det har visat sig att dielektricitetskonstanten e.i ett samman- satt medium kan uttryckas som en summa av dielektricitetskonstanter- na el, sz, etc hos de olika komponenterna av mediet, vilket framgår av ekvationen. 1 e = al - nl + sz - èz där dl och oz är volymkoncentrationen av komponenterna, vilken är basen för mätprincipen. Således är det uppmätta värdet av dielektri- citetskonstanten hos en fluid i en sockerkristalliseringsvakuumpanna en additiv funktion av dielektricitetskonstanterna för vatten, upp- löst socker och kristalliserat socker. ev714avo-s Mätningen kan företrädesvis genomföras på ett av följande sätt: l) Anpassningstransformatorn B inställes för minimalt reflek- terad effekt från antennen C vid en given koncentration. Denna re- flektion kommer i praktiken inte att vara exakt lika med 0 utan, »som nämnts ovan, i stort sett lika med 0. En eventuell ändring av koncentrationen eller kristalliseringstillståndet hos fluiden medför en ändring av antennimpedansen, vilken ändring kan utläsas medelst mätinstrumentet E. U ' Det må påpekas, att det icke är alltför kritiskt att hålla den av generatorn A matade effekten konstant. För att eliminera effek- ten av små variationer i från generatorn A matad effekt kan den av instrumentet E mätta effekten om så önskas jämföras med effekten från generatorn A, så att mätningen uttryckes i procent av utmatad effekt. 2) Under kontinuerlig mätning inställes kontinuerligt impedans- anpassningslänken B för minimalt reflekterad effekt från antennen C och det inställda läget av länken B under kristalliseringsförlop- pet används som ett uttryck för koncentrationen och därigenom för kristalliseringstillståndet.

I detta fall elimineras automatiskt effekten av små ändringar i från generatorn A matad effekt.

Konstant frekvens hos generatorn A är inte heller en kritisk faktor. Huvudkravet är att ändringar av impedansen i antennen C inte märkbart bör påverka frekvensen. För korrekt mätning är det nödvändigt att antennen är så placerad, att de omgivande väggarna bildar en effektiv och enhetlig Faradaybur, vilken ska vara fylld med fluid. Detta tillstånd är uppfyllt genom placering av antennen C i botten av vakuumpannan, såsom visas i figuren, varvid rörupp- värmningssystemets metallytor ovanför antennen även åstadkommer den nödvändiga skärmningen mot varierande fluidnivå (fyllmassa).

För mätningen kan i princip vilken som helst frekvens inom VHF-omrâdet användas. Ju högre frekvens desto mer kan mätningen gö- ras oberoende av salthalten i fluiden. Det föredragna frekvensområ- det ligger mellan 30 MHz och l GHz. _ A Vid en satsvis kristallisering av socker i en vakuumpanna ma- tas först en förutbestämd mängd omättad sirap till pannan, vilken sirap förångas genom kokning under vakuum, tills ett något övermät- tat tillstånd uppnås. Därefter tillför man ett groddmaterial, t ex i form av sockerdamm eller en sockerdammsuspension, och alltefter- som kristalliseringen fortskrider matas ytterligare sirap till pan- nan. Den ytterligare sirapsmatningen regleras under hela kristalli-

Claims (5)

'ffzfiaavo-e - ' » t seringsförloppet på sådant sätt, att en koncentration, som varierar långsamt i förhållande till ett program, vilket en gång för alla är bestämt genom experiment och erfarenhet, uppnås vid varje tid- punkt under kristalliseringen. Det har visat sig att när en gång detta program har upprättats för en speciell apparat, som användes för ett speciellt förfarande, kan mätmetoden enligt uppfinningen an- vändas för den automatiska regleringen i enlighet med ett sådant program genom väl kända sätt för programmerad reglering, som bestäm- mes av det på instrumentet E avlästa koncentrationsvärdet. Om så önskas kan mätningen temperaturkompenseras. PATENTKRAV I
1. l. Sätt att mäta koncentrationen i ett fluidum, vars dielektri- citetskonstant är beroende av_koncentrationen, speciellt att automa- tiskt och programmerat reglera sirapsmatning i en sockerkristalli- seringsprocess i motsvarighet till ett förutbestämt program, k ä n n e t e c k n a t därav, att en elektrisk signal med konstant effekt och konstant frekvens matas från en signalkälla via en in- ställbar anpassningslänk till en antenn, som är monterad i en flui- dumbehàllare inuti en i denna bildad Faradaybur, vilken fylles med fluidumet; och att den från antennen reflekterade signaleffekten lvid avvikelse från ideel anpassning av antennimpedansen och käl- lans impedans utnvttjas för mätningen antingen genom att anpass- ningslänken inställes för minimal reflektion från antennen vid en given koncentration och att avvikelser från detta minimum användes som ett uttrvck för variationer av koncentrationen från nämnda givna koncentration eller genom att anpassningslänken kontinuerligt in- ställes för minimal reflektion från antennen under kontinuerlig 'mätning och att länkens inställningsläge användes som ett uttrvck för ändringar i koncentrationen, varvid den elektriska signalen har en så hög frekvens, att den elektriska konduktiviteten inte har någon väsentlig inverkan på mätresultatet.
2. 2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t'e c k n a t därav, att den elektriska signalens frekvens ligger i området 30 MHz till l GHz.
3. 3. Sätt enligt något av de föregående patentkraven, k ä n - n e t e c k n-a t därav, att mätningen användes för automatisk, programmerad reglering av sirapsmatning i en sockerkristalliserings- process i motsvarighet till ett förutbestämt program. 7714870-8
4. 4. Apparat för genomförande av sättet enligt något av de föro- gàende patentkraven för mätning av koncentrationen av ett fluidum, vars dielektricitetskonstant är beroende av koncentrationen, k ä n - n e t e c k n a t därav, att en signalkälla (A) med konstant cffött och konstant frekvens är via en inställbar impedansanpassningslänk (B) ansluten till en antenn (C), som är monterad inom en Faradavbur i en behållare (l) för fluidumet, vilken bur är bildad i behållaren och är fvlld med fluidumet, och att organ (D, E) är anordnade för mätning av den från antennen reflekterade effekten.
5. 5. Apparat enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d 'därav, att mätorganen innefattar en riktkopplare (D), som är an- ordnad mellan källan (A) och antennen (C), en detektor och ett mät- instrument (E).