專利名稱：連續(xù)測(cè)量松散物料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用一個(gè)微波傳感器在一個(gè)測(cè)量通路中連續(xù)測(cè)量某種松散物料例如食品或飼料的一種方法和裝置。
新近提出了用微波來連續(xù)測(cè)量松散物料濕度的許多建議。在碾磨業(yè)范圍內(nèi)用喇叭天線的方法已在一定程度用于實(shí)際。其中，當(dāng)然需要同時(shí)測(cè)量松散物料的密度。US-PS 4 131 845建議用伽瑪(γ)射線測(cè)量密度，據(jù)報(bào)道，這種方法可獲得可用的結(jié)果。伽瑪射線的缺點(diǎn)是，由于對(duì)這種射線已在法律上作了部分規(guī)定，所以必須采取特殊的安全措施。
EP-PS 249 738提出了用重量測(cè)試值敏感元件來測(cè)量松散物料的密度。測(cè)量通路布置在被測(cè)物料的稱重元件上，以便測(cè)量總電流，并通過各兩個(gè)對(duì)應(yīng)的喇叭天線測(cè)量通過的微波。這樣的測(cè)量是不可靠的。此外，濕度測(cè)量只能在被測(cè)物料潤(rùn)濕之前進(jìn)行。
為了阻止圍墻產(chǎn)生干擾微波反射，這種墻用吸收微波的泡沫材料作成。朝里面的泡沫材料附加覆蓋一種微波透射材料，以避免被測(cè)物例如食品與泡沫材料接觸。這種測(cè)量方法沒有在實(shí)際中較廣泛的推廣。估計(jì)是由于微波反射和吸收的精確比例不能確定，所以這是一個(gè)大的誤差來源。
另外，例如在EP-B-468 023或EP-A-669 522中公開了一種借助于所謂諧振器型的微波應(yīng)用。這種方法根據(jù)產(chǎn)品不同需要不同的諧振頻率，而且精度有限。
FR-A-2205 196以及專業(yè)出版物(微波功率期刊，1504 1980年、第209至220頁，A·K著“微波滴定測(cè)水法”-綜述)提出了用微波場(chǎng)在線操作下來連續(xù)測(cè)量包括食品和飼料成份的濕度。這種方法需要產(chǎn)生一個(gè)微波場(chǎng)并測(cè)出松散物料中通過的微波量和相位，從中算出濕度并用算出的值來調(diào)整松散物料的濕度。此法沒有考慮其他的參數(shù)。FR-A-22 05 196示出了一種帶有一個(gè)傳感器的測(cè)量通路，該通路中有一個(gè)垂直于被測(cè)物料流動(dòng)方向的棒。
WO 90/07 110試圖測(cè)量圍繞松散物料通過的微波量和相位并從中計(jì)算被測(cè)物料的濕度。為了產(chǎn)生微波場(chǎng)，在測(cè)量通路中使用了一根插入松散物料的天線。最好在處理區(qū)域的最后段內(nèi)產(chǎn)生微波場(chǎng)并同時(shí)測(cè)出松散物料的溫度。經(jīng)過一系列試驗(yàn)得出了一個(gè)相應(yīng)的濕度測(cè)量與被測(cè)物料種類密切有關(guān)。但是如所周知，各種不同的谷物特別是不同的糧食混合物恰好是在碾磨設(shè)備中加工的。所以在新的一種糧食混合物的第一次加工時(shí)，人們不知道微波測(cè)量相關(guān)產(chǎn)品特性，以致至少在每次產(chǎn)品與另一種未知的產(chǎn)品更換后必須進(jìn)行測(cè)量裝置的重新校正。迄今為止，這個(gè)問題尚未通過儀器內(nèi)部的自動(dòng)校正來解決，而是為了達(dá)到含水量誤差例如±0.2％的要求精度，必須附加地對(duì)每次校正進(jìn)行一次試驗(yàn)室測(cè)量。這就是說，只是部分地達(dá)到了(自動(dòng))在線濕度測(cè)量的目標(biāo)。如所周知，與電容性的測(cè)量方法比較，微波測(cè)量法可直接精確測(cè)出剛用水潤(rùn)濕的小麥的含水量。在一個(gè)封閉的調(diào)節(jié)回路中對(duì)精確的添加水的實(shí)際調(diào)節(jié)必須根據(jù)加水后的濕度或含水量的測(cè)量來進(jìn)行。過去的所有試驗(yàn)證明，存在著與被測(cè)物料種類密切相關(guān)的問題和加水到含水量測(cè)量的時(shí)間因素影響著測(cè)量結(jié)果。由于在碾磨加工中通常要向谷物加二或三次水，所以這個(gè)問題用迄今為止公知的方法不可能得到滿意解決。
本發(fā)明的任務(wù)是，盡可能消除公知的解決方案的缺點(diǎn)，提出并改進(jìn)一種微波測(cè)量法，此法在實(shí)際中，即使在被測(cè)物料更換時(shí)也能使用，特別是可對(duì)剛潤(rùn)濕的小麥進(jìn)行測(cè)量并根據(jù)測(cè)量結(jié)果來進(jìn)行加水量的實(shí)際調(diào)整，例如調(diào)整到一定的理論值。
潤(rùn)濕前濕度的另一次補(bǔ)充測(cè)量同樣可用公知的方式進(jìn)行。
本發(fā)明解決方案的特征是，傳感器作成三通管路并測(cè)量裝滿了松散物料的傳感器的導(dǎo)電性能，而且傳感器最好作成測(cè)量通路的一部分。
迄今為止，微波測(cè)量技術(shù)已大量用于化工過程測(cè)量技術(shù)，但特別是用來測(cè)定固體如木料、紙張、紡織品等等的含水量。從技術(shù)上講，所謂的空心天線應(yīng)用得最廣泛。這種方法在上述技術(shù)范圍內(nèi)已經(jīng)高度發(fā)展成熟。
上述的戈波傳感器(Gobosensor)法(WO 90/07110)以及諧振器法是眾所周知的。如前所述，戈波傳感器法不能測(cè)量松密度，所以測(cè)量結(jié)果不精確。但令人驚奇的是，用所謂三通管路法來測(cè)定充填松散物料的導(dǎo)電性能時(shí)卻消除了重要的影響因素，特別是由微波反射和微波吸收問題范圍的干擾因素。迄今為止的主要困難即與谷物種類的相關(guān)性可作為誤差原因基本上予以消除。測(cè)量結(jié)果與谷物潤(rùn)濕和測(cè)量之間的時(shí)間因素沒有關(guān)系，而且具有精確的可重復(fù)性。
除了松散物料的通過量和溫度外，包括松密度都可測(cè)量?？墒紫冗M(jìn)行可靠的、與谷物種類無關(guān)的濕度測(cè)量，然后進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)，并按先有技術(shù)不可能用明顯的方式推導(dǎo)出來。
本發(fā)明有許多特別有利的解決方案，特別是用微波測(cè)量單元通過外差式測(cè)量原理進(jìn)行導(dǎo)電性能的測(cè)量，并通過電子估算單元與其他的測(cè)量值一起算出被測(cè)物料的濕度。為了校準(zhǔn)或提高測(cè)量精度，例如為了消除溫度和長(zhǎng)度變化而與傳感器周期地并聯(lián)一條基準(zhǔn)線路。此外，作為特別有利的解決方案是將三通管路作成在稱重技術(shù)上與固定設(shè)備部分分開的測(cè)量通路的一部分，這樣通過相應(yīng)的稱重信號(hào)便可求出被測(cè)物料的密度。還表明了在某些情況中是不需要測(cè)量被測(cè)物料密度的。但試驗(yàn)證明，同時(shí)確定被測(cè)物料的密度可提高測(cè)量可靠性，特別是為了更好控制測(cè)量，即使在相對(duì)于被測(cè)物料種類極端不同的情況下，例如由不同的原料或谷類形成的粗粒、細(xì)粒。成團(tuán)或粉狀的松散物料時(shí)尤其如此。
此外，本發(fā)明涉及用一個(gè)松散物料通過的測(cè)量通路以及在測(cè)量通路出口側(cè)上設(shè)置的一個(gè)回流元件來進(jìn)行在線操作連續(xù)測(cè)量松散物料特別是食品或飼料的濕度的測(cè)量裝置，該測(cè)量通路在裝料區(qū)具有一個(gè)微波傳感器，其特征是，測(cè)量通道作成三通管路。
最好測(cè)量通路具有一稱重段與松散物料的可控出料單元對(duì)應(yīng)。其中稱重段最好作成杠桿秤，而且電子估算單元以及出料單元的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)布置在杠桿的一側(cè)上，而測(cè)量通路則布置在杠桿的另一側(cè)上。在杠桿上可附加設(shè)置一份可調(diào)節(jié)的配重，以便秤出裝有一定松散物料的測(cè)量裝置的全部?jī)糁亍?br> 此外，建議將測(cè)量通路的整個(gè)高度分成兩段一個(gè)上測(cè)量段和一個(gè)向下連接的出料段。其中，測(cè)量段從上向下擴(kuò)大，而出料段則從上向下變窄，而且出料段向下通過一個(gè)螺旋式出料計(jì)量器限定。
從傳感器到電子估算單元的連接線路為一條同軸線路。其中用一個(gè)喇叭接頭來使電纜的波阻抗與傳感器無反射的匹配。對(duì)微波有效的測(cè)量通路部分用金屬制成。喇叭接頭過渡到測(cè)量通路的內(nèi)部。最好測(cè)量通路作成旁路與松散物料主通路傾斜或錯(cuò)開布置，并從松散物料的主通路到測(cè)量通路的入口作成格篩狀。
此外，本發(fā)明涉及用一個(gè)通過松散物料的測(cè)量通路以及在測(cè)量通路出口側(cè)上布置上一個(gè)回流元件來進(jìn)行在線連續(xù)測(cè)量松散物料特別是食品或飼料的濕度。該測(cè)量通路在測(cè)量通路內(nèi)的裝料區(qū)內(nèi)具有一根垂直于松散物料流動(dòng)方向的棒，其特征是，測(cè)量裝置是一秤，最好是杠桿秤。最好重量信號(hào)通過一個(gè)壓力測(cè)量傳感器來測(cè)量，并從該信號(hào)中算出密度。
此外，可測(cè)量微波傳輸信號(hào)的振幅和/或相位。
下面結(jié)合幾個(gè)實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖是

圖1表示本發(fā)明微波測(cè)量裝置的一個(gè)截面；圖2表示圖1中的II-II截面；圖3表示三通管路的基本原理；圖4表示外差式測(cè)量系統(tǒng)的方框圖；圖5表示圖4的一種特殊方案；圖6表示例如谷物用的一種完整的潤(rùn)濕裝置；圖7表示水量調(diào)節(jié)用的基本元件。
參看圖1和圖2。被測(cè)物料通過入口2進(jìn)入被測(cè)物料主通路1并通過出口3輸出。在該主通路上朝左半部連接一個(gè)通過一個(gè)格篩5的旁路4.被測(cè)物料最好通過一個(gè)固定的分管段6導(dǎo)入旁路4中，并通過水平管段7重新進(jìn)入主通路1中。實(shí)際的測(cè)量段8以分管段6的下端開始，并由管段7的出料端限定。測(cè)量段8由一垂直的測(cè)量通路9和一個(gè)出料計(jì)量器10組成。該計(jì)量器具有一螺旋輸送器11和一臺(tái)傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)12。測(cè)量段8上下端稱重是與主通路1分開的，所以相應(yīng)的稱重運(yùn)動(dòng)不可能受測(cè)量段8阻礙。測(cè)量段8通過一個(gè)垂直支柱13和一個(gè)水平桿14掛在一個(gè)刀形旋轉(zhuǎn)點(diǎn)15上。桿14與一個(gè)力敏感元件16連接。從電子估算單元18有一條與它連接的同軸導(dǎo)線19、19’引導(dǎo)傳感器20，該傳感器由一根穿透被測(cè)物料的棒21以及至少兩個(gè)例如用鋼作成的金屬壁22或22’組成(圖3)，因此在測(cè)量通路9的測(cè)量過程中產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)H和電場(chǎng)E，直接與電導(dǎo)體，棒21或22和22’對(duì)應(yīng)。
用一個(gè)溫度傳感器26來測(cè)量被測(cè)物料的溫度。
從圖2可看出，兩條同軸導(dǎo)線19或19’類似于喇叭形天線具有一個(gè)喇叭形的擴(kuò)大23、23’，以匹配波阻抗例如從同軸電纜的50歐到電介質(zhì)24范圍內(nèi)的130歐，電介質(zhì)由被測(cè)物料構(gòu)成。兩個(gè)喇叭形的擴(kuò)大23或23’朝測(cè)量通路8用微波透射層25或25’遮蓋。通過一個(gè)開關(guān)30可接通基準(zhǔn)導(dǎo)線31。
圖4表示外差式測(cè)量系統(tǒng)的方框圖。微波輸入信號(hào)a(f+Δf)輸入測(cè)量段和輸出信號(hào)b(f+Δf)向下混合。所以可進(jìn)行中頻段內(nèi)的簡(jiǎn)單的相位和振幅測(cè)量。信息(振幅和相位)不會(huì)消失(微波和向下混合的信號(hào)成比例)。
圖5表示圖4測(cè)量系統(tǒng)的具體實(shí)施。微波輸入信號(hào)a(f+Δf)在測(cè)量段輸入端上通過一個(gè)移頻器(單邊帶調(diào)制器)來產(chǎn)生。測(cè)量段的輸入端和輸出端向下混合并在一個(gè)估算單元中進(jìn)行處理。另一種實(shí)現(xiàn)外差式系統(tǒng)的可能性是一個(gè)帶有鎖相環(huán)路的變型方案。在這種情況中，測(cè)量段的微波輸入信號(hào)不按中頻漂移，而是混頻信號(hào)X通過一個(gè)鎖相環(huán)路保持在f+Δf上。所以混合器輸出端重新提供繼續(xù)處理的中頻信號(hào)。
下面參看表示完整的潤(rùn)濕裝置的圖6。潤(rùn)濕裝置40通過一個(gè)入口41例如將干燥的谷物輸入并通過它的出口42直接與被測(cè)物料主通路1的入口連接。潤(rùn)濕裝置40具有一個(gè)或多個(gè)由一臺(tái)傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)44傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)的離心轉(zhuǎn)子43。微波測(cè)量裝置45通過微波測(cè)量裝置45的控制單元47的相應(yīng)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行理論和實(shí)測(cè)值比較，并作為控制信號(hào)輸入水計(jì)量單元48中，該單元調(diào)整所需的水量并通過一根水管49和一根噴水管50將水噴入松散物料上。水量的控制和調(diào)節(jié)在圖7中按公知的方式用一些主要元件如水表51、電子控制器55、電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)閥52、過濾器53和旁路54進(jìn)行。
標(biāo)號(hào)表1.物料主通路2.入口3.出口4.旁路5.格篩6.分管段7.水平管段8.測(cè)量段9.測(cè)量通路10.出料計(jì)量器11.螺旋轉(zhuǎn)送器12.傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)13.支柱14.桿15.旋轉(zhuǎn)點(diǎn)16.力敏感元件17.18.電子估算單元19.同軸導(dǎo)線19’.同軸導(dǎo)線20.傳感器21.棒22.壁22’.壁23.擴(kuò)大23’.擴(kuò)大24.介質(zhì)25.層25’.層26.溫度傳感器40.潤(rùn)濕裝置41.入口42.出口43.離心轉(zhuǎn)子44.傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)45.微波測(cè)量裝置46.控制儀47.控制單元48.水計(jì)量單元49.水管50.噴水管51.水表52.電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)閥53.過濾器54.旁路55.電子控制器H場(chǎng)E場(chǎng)X混合器信號(hào)a輸入信號(hào)b輸出信號(hào)
權(quán)利要求
1.用一個(gè)微波傳感器來對(duì)一個(gè)測(cè)量通路中的松散物料例如食品或飼料的濕度進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的方法，即測(cè)出松散物料中透射的微波的量和/或相位，并用算出的值來確定松散物料的濕度，其特征是，該傳感器(20)構(gòu)成一條三通管路，并測(cè)出裝有松散物料的傳感器(20)的導(dǎo)電性能，其中傳感器作為在出口側(cè)設(shè)置有一個(gè)回流元件的測(cè)量段(8)的一部分，并通過一個(gè)電子估算單元(18)共同與松散物料的溫度和松密度來測(cè)定相應(yīng)的被測(cè)物料的濕度并隨后進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，導(dǎo)電性能通過外差式測(cè)量原理用一個(gè)微波測(cè)量單元(45)進(jìn)行。
3.按權(quán)利要求1和2的方法，其特征是，為3周期校準(zhǔn)或?yàn)榱颂岣邷y(cè)量精度可與傳感器(20)并聯(lián)一條基準(zhǔn)線路來例如消除溫度和長(zhǎng)度變化。
4.按權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)的方法，其特征是，傳感器(20)或三通管路構(gòu)成測(cè)量段(8)在稱重技術(shù)上與固定設(shè)備部分隔開的測(cè)量通路(9)的一部分，并通過相應(yīng)的稱重信號(hào)來測(cè)量松散物料的密度(松密度)。
5.按權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，用一個(gè)通過松散物料的測(cè)量通路(9)以及一個(gè)在該測(cè)量通路(9)出口端上的回流元件來在在線操作情況下連續(xù)測(cè)量某種松散物料特別是食品或飼料的濕度的測(cè)量裝置，該測(cè)量通路具有一根作為傳感器(20)一部分的棒(21)垂直于被測(cè)物料流動(dòng)方向，其特征是，測(cè)量通路(9)以旁路(4)的形式構(gòu)成三通管路，而且測(cè)量通路(9)構(gòu)成一個(gè)由被測(cè)物料主通路和其他固定元件在稱重技術(shù)上隔開的稱重段。
6.按權(quán)利要求5的裝置，其特征是，該測(cè)量通路(9)出口端配置了一個(gè)強(qiáng)制性輸出松散物料用的出料元件(10、11)。
7.按權(quán)利要求6的裝置，其特征是，稱重段構(gòu)成杠桿秤，其中出料元件的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)(12)設(shè)置在杠桿秤杠桿(14)的一側(cè)上，而測(cè)量通路(9)是設(shè)置在杠桿秤的杠桿(14)的另一側(cè)上。
8.按權(quán)利要求5至7任一項(xiàng)的裝置，其特征是，測(cè)量通路(9)垂直分成兩段上測(cè)量段和向下連接的出料段，其中測(cè)量段從上向下擴(kuò)大，而出料段則從上向下變窄，而且出料段向下通過一個(gè)螺旋出料計(jì)量器(10)限制。
9.按權(quán)利要求5至8任一項(xiàng)的裝置，其特征是，從傳感器(20)到電子估算單元的連接線作成同軸線(19、19’)，具有一個(gè)喇叭接頭使同軸線(19、19’)的電纜的波阻抗與傳感器(20)無反射的匹配。
10.按權(quán)利要求9的裝置，其特征是，測(cè)量通路(9)用金屬制成，喇叭接頭在過渡區(qū)到測(cè)量通路(9)用一層微波透射層(25、25’)遮蓋。
11.按權(quán)利要求5至10任一項(xiàng)的裝置，其特征是，測(cè)量通路(9)作為旁路(4)相對(duì)于被測(cè)物料主通路(1)傾斜布置，并從主通路(1)到測(cè)量通路的入口作成格篩狀。
12.用一個(gè)通過松散物料的測(cè)量通路(9)以及一個(gè)在該測(cè)量通路(9)出口端上的回流元件來在在線操作情況下連續(xù)測(cè)量某種松散物料特別是食品或飼料的濕度的測(cè)量裝置，該測(cè)量通路具有一根垂直于被測(cè)物料流動(dòng)方向的棒(21)，其特征是，測(cè)量裝置作成秤。
全文摘要
本發(fā)明涉及用一個(gè)微波傳感器來連續(xù)測(cè)量松散物料特別是食品或飼料的含水量的一種方法和裝置。本發(fā)明建議該傳感器作為測(cè)量通路特別是作為三通管路的一部分構(gòu)成。測(cè)出用松散物料充填的傳感器的導(dǎo)電特性,并從中算出濕度。此外,本發(fā)明涉及一種測(cè)量裝置,其中,出口側(cè)的測(cè)量通路具有松散物料的回流元件并在裝料區(qū)作為傳感器的一部分具有一根垂直于產(chǎn)品流動(dòng)方向的棒。測(cè)量裝置作成秤,最好作成杠桿秤。
文檔編號(hào)G01N22/00GK1185834SQ96194263
公開日1998年6月24日 申請(qǐng)日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月29日
發(fā)明者H·托布勒, R·萊曼, R·馬勒 申請(qǐng)人:布勒公司