DE3133012A1 - Vorrichtung zur messung des feuchtigkeitsgehalts bahn- und zylinderfoermiger, elektrisch nichtleitender materialien - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts bahn-
• und zylinderförmiger, elektrisch nichtleitender Materialien Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts einer langgestreckten bewegten Probe, insbesondere einer Pepier- oder Folienbahn, mit einem Mikrowellenresonator, dessen Güteänderungen durch die dielektrischen Verluste der Probe als Maß ftir den Feuchtigkeitsgehalt dient.
• Bei der industriellen Produktion wird insbesondere bei der automatischen Produktion eine schnell ansprechende, hinreichend selektiv und einfach arbeitende Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts benötigt.
• Damit können die Kosten der Untersuchung gesenkt und durch rechtzeitige Steuerung der Fertigung Verluste vermieden werden. Zur Feuchtemessung industrieller Produkte können auch Mikrowellengeräte verwendet werden.
• Die Mikrowellenmethode basiert auf der Messung der dielektrischen Eigenschaften des Produkts, d.h. sie spricht auf Änderung des Reals- und Imaginärteils der komplexen Dielektrizitätskonstanten an. Bekanntlich zeigt Wasser im Mikrowellenbereich relativ hohe Werte des Imaginärteils der Dielektrizitätskonstanten an und kann dadurch empfindlich und selektiv nachgewiesen werden. Die Meßempfindlichkeit und Selektivität im Restfeuchtegebiet ist bei Mikrowellenverfahren, die auf den Realteil der Dielektrizität ansprechen, d.h.
• Verstimmungs- oder Kapazitätsmessung, relativ gering.
• Aber Mikrowellenverfahren, die auf der Messung des Imaginärteils, d.h. Absorptions- oder dielektrische Verlustmessung beruhen, bieten im Restfeuchtegebiet merkliche Vorteile. Die Mikrowellen-Feuchtemessung ist eine indirekte Meßmethode, deshalb sind zur Eichung des Gerätes direkt arbeitende Meßverfahren wie die Karl-Fischer-Titration heranzuziehen. Die dielektrische Messung mit Mikrowellen arbeitet mit Meßfrequenzen von etwa 2 bis 20 GHz.
• Es ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtegehalts von' dünnen, flächenhaften Materialien bekannt, die als Mikrowellenresonator einen Rechteckresonator verwendet, dessen Gütefaktor einstellbar ist. Aufgrund der Resonanz findet eine Vielfachdurchstrahlung der Probe im Resonator statt. Hieraus ergibt sich die hohe Meßempfindlichkeit. Die Anzahl der Durchstrahlungen ist um so höher, je größer die Güte des Resonators ist. Die Messungen erfolgen berührungsfrei, und die Größe des Luftspaltes im zweiteiligen Resonator, der Feldtyp im Resonator und die Meßfrequenz werden entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Produkts gewählt (deutsche Auslegeschrift 2 340 130).
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtegehalts von dünnen flächenhaften Materialien zu verbessern, insbesondere die Meßempfindlichkeit und die Unempfindlichkeit des Meßergebnisses gegen Änderungen der Resonatorgeometrie zu erhöhen. Außerdem soll die Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtegehalts auch zylinderförmiger, elektrisch nichtleitender Proben dienen.
• Diese Aufgabe wirci erfindungsgemäß gelöst mit den kexmzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Durch diesen Resonator wird die Meßempfindlichkeit und die Unempfindlichkeit der Meßergebnisse gegen Änderungen der Resonatorgeometrie erhöht. Die absolute Größe der transformierten Eingangs- und Ausgangsleitwerte wird bestimmt durch die Stärke der Ankopplung der jeweiligen Koaxialleitung an den Resonator, d.h. durch die einstellbare Größe der Koppelschleife.
• In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Perot-Fabry-Resonatorspiegel jeweils in der Mitte mit einer zylinderförmigen Öffnung versehen. Außerdem ist zur genauen FUhrung in der Mitte des Resonators und zum Schutz der Koppelspulen ein Rohr geringer Absorption, vorzugsweise Acrylglasrohr, vorgesehen. Durch diese Maßnahmen kann bei zylinderförmigen, elektrisch nichtleitenden Materialien der Feuchtigkeitsgehalt bestimmt werden.
• Zur Ein- und Auskopplung der Mikrowellenenergie an den Resonatorspiegeln des Resonators sind Koaxialkoppler vorgesehen, bei denen die Koppelschleife und der Wellenwiderstand veränderbar sind. Durch diese Gestaltung kann die Meßempfindlichkeit eingestellt werden und damit die gesamte technisch interessante Spanne der Papierflächengewichte von Tissue bis Karton mit nur einem einzigen Gerät abgedeckt werden.
• Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts einer bewegten Probe nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
• Figur 1 zeigt einen Resonator mit dem Perot-Fabry-Spiegelsystem. In Figur 2 ist ein Resonator für zylinderförmige, elektrisch nichtleitende Materialien dargestellt und in Figur 3 ist ein Koaxialkoppler veranschaulicht.
• In Figur 1 ist ein Resonator mit 2 bezeichnet, der aus einem Perot-Fabry-Spiegelsystem mit zwei gleichen, sphärisch gekrümmten Resonatorspiegeln 4,mit einem Krümmungsradius R und einem Meßspalt 8 besteht. Die Resonatorspiegel 4 sind jeweils mit einem AnschluB-flansch 10 und mit einer Halterung 12 versehen. Der AnschluBflansch 10 ist in der Mitte mit einer zylindrischen Bohrung 24 versehen, in der ein Koaxialkoppler 14 angeordnet ist.
• Der Spiegeldurchmesser wird so groß gewählt, daß die Resonatorgüte nicht beeinflußt wird. Die Resonatoren werden weit von der konfokalen Aufstellung entfernt betrieben, damit die Form der Resonanzkurve nicht vom Spiegelabstand abhängig wird. Durch diese Gestaltung wird die Meßempfindlichkeit und die Unempfindlichkeit der Meßergebnisse gegen Änderungell der Resonatorgeometrie im Vergleich zu einem Rechteckresonator erhöht. Die Anforderungen an die Traver'>iereinrichtung für beispielsweise 1 % Meßgenauigkeit sind: Abstand der Resonatorhälften beispielsweise + 0,1 mm, seitliche Versetzung der Resonatorhälften relativ zueinander beispielsweise + 5 mm und Verdrehung der Resonatorhälften gegeneinander beispielsweise + 2'.
• Nach Figur 2 besteht der Resonator 2 aus zwei gleichen, sphärisch gekrümmten Resonatorspiegeln 4, bei denen jeweils in der Mitte eine zylinderförmige Bohrung 18 vorgesehen ist. Zur genauen Führung in der Mitte des Resonators und zum Schutz der Koppelschleifen 16 ist ein Rohr 26 geringer Absorption vorgesehen, das vorzugsweise ein Acrylglasrohr sein kann. An einem der beiden Resonatorspiegel 4 sind die Koaxialkoppler 14 angeordnet. Durch diese Gestaltung kann der Feuchtigkeitsgehalt zylinderförmiger, elektrisch nichtleitender Materialien gemessen werden, wobei die Meßempfindlichkeit einen Meßbereich von beispielsweise o bis 4 g Wasser abdeckt.
• Nach Figur 3 besteht der Koaxialkoppler 14 aus einem üblichen Hochfrequenz-Stecker, beispielsweise einem HF-N-Stecker 22 und einer Koppelschleife 16. Außerdem sind die Resonatorspiegel 4 jeweils mit einem Koppelloch 20 versehen. Die Größe des Koppellochs 20 beträgt vorzugsweise etwa 4 mm, weil dadurch die Leerlaufgüte des Resonators annähernd unbeeinflußt bleibt. Durch diese Gestaltung des Koaxialkopplers 14 bleibt der Wellenwiderstand des Kabels bis zur Koppelschleife durch die geeignete Wahl der Innen-und Außenleiterdurchmesser wenigstens annähernd konstant. Um die Meßempfindlichkeit weiter zu erhöhen wird die Koppelschleife vergrößert und der Wellenwiderstand entsprechend verkleinert. Durch diese Änderung der Meßempfindlichkeit kann mit nur einem einzigen Gerätetyp die gesamte technisch interessante Spanne der Papierflächengewichte von Tissue bis Karton abgedeckt werden.
• 5 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (5)

1. PatentansPrtUche Qi Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts einer langgestreckten bewegten Probe, insbesondere einer Papier- oder Folienbahn, mit einem Mikrowellenresonator, dessen Güteänderung durch die dielektrischen Verluste der Probe als Maß für den Feuchtigkeitsgehalt dient, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein Resonator (2) mit einem Perot-Fabry-Spiegelsystem als Mikrowellenresonator vorgesehen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Resonatorspiegel (4) des Perot-Fabry-Spiegelsystems in der Mitte Jeweils mit einer zylinderförmigen Öffnung (24) versehen sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in den Öffnungen (18) ein Acrylglasrohr (26) vorgesehen ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Resonatorspiegel (4) mit Koaxialkopplern (14) versehen sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Koppelschleife (16) und der Wellenwiderstand der Koaxialkoppler (14) veränderbar sind.