专利名称：连续测量松散物料的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用一个微波传感器在一个测量通路中连续测量某种松散物料例如食品或饲料的一种方法和装置。
新近提出了用微波来连续测量松散物料湿度的许多建议。在碾磨业范围内用喇叭天线的方法已在一定程度用于实际。其中，当然需要同时测量松散物料的密度。US-PS 4 131 845建议用伽玛(γ)射线测量密度，据报道，这种方法可获得可用的结果。伽玛射线的缺点是，由于对这种射线已在法律上作了部分规定，所以必须采取特殊的安全措施。
EP-PS 249 738提出了用重量测试值敏感元件来测量松散物料的密度。测量通路布置在被测物料的称重元件上，以便测量总电流，并通过各两个对应的喇叭天线测量通过的微波。这样的测量是不可靠的。此外，湿度测量只能在被测物料润湿之前进行。
为了阻止围墙产生干扰微波反射，这种墙用吸收微波的泡沫材料作成。朝里面的泡沫材料附加覆盖一种微波透射材料，以避免被测物例如食品与泡沫材料接触。这种测量方法没有在实际中较广泛的推广。估计是由于微波反射和吸收的精确比例不能确定，所以这是一个大的误差来源。
另外，例如在EP-B-468 023或EP-A-669 522中公开了一种借助于所谓谐振器型的微波应用。这种方法根据产品不同需要不同的谐振频率，而且精度有限。
FR-A-2205 196以及专业出版物(微波功率期刊，1504 1980年、第209至220页，A·K著“微波滴定测水法”-综述)提出了用微波场在线操作下来连续测量包括食品和饲料成份的湿度。这种方法需要产生一个微波场并测出松散物料中通过的微波量和相位，从中算出湿度并用算出的值来调整松散物料的湿度。此法没有考虑其他的参数。FR-A-22 05 196示出了一种带有一个传感器的测量通路，该通路中有一个垂直于被测物料流动方向的棒。
WO 90/07 110试图测量围绕松散物料通过的微波量和相位并从中计算被测物料的湿度。为了产生微波场，在测量通路中使用了一根插入松散物料的天线。最好在处理区域的最后段内产生微波场并同时测出松散物料的温度。经过一系列试验得出了一个相应的湿度测量与被测物料种类密切有关。但是如所周知，各种不同的谷物特别是不同的粮食混合物恰好是在碾磨设备中加工的。所以在新的一种粮食混合物的第一次加工时，人们不知道微波测量相关产品特性，以致至少在每次产品与另一种未知的产品更换后必须进行测量装置的重新校正。迄今为止，这个问题尚未通过仪器内部的自动校正来解决，而是为了达到含水量误差例如±0.2％的要求精度，必须附加地对每次校正进行一次试验室测量。这就是说，只是部分地达到了(自动)在线湿度测量的目标。如所周知，与电容性的测量方法比较，微波测量法可直接精确测出刚用水润湿的小麦的含水量。在一个封闭的调节回路中对精确的添加水的实际调节必须根据加水后的湿度或含水量的测量来进行。过去的所有试验证明，存在着与被测物料种类密切相关的问题和加水到含水量测量的时间因素影响着测量结果。由于在碾磨加工中通常要向谷物加二或三次水，所以这个问题用迄今为止公知的方法不可能得到满意解决。
本发明的任务是，尽可能消除公知的解决方案的缺点，提出并改进一种微波测量法，此法在实际中，即使在被测物料更换时也能使用，特别是可对刚润湿的小麦进行测量并根据测量结果来进行加水量的实际调整，例如调整到一定的理论值。
润湿前湿度的另一次补充测量同样可用公知的方式进行。
本发明解决方案的特征是，传感器作成三通管路并测量装满了松散物料的传感器的导电性能，而且传感器最好作成测量通路的一部分。
迄今为止，微波测量技术已大量用于化工过程测量技术，但特别是用来测定固体如木料、纸张、纺织品等等的含水量。从技术上讲，所谓的空心天线应用得最广泛。这种方法在上述技术范围内已经高度发展成熟。
上述的戈波传感器(Gobosensor)法(WO 90/07110)以及谐振器法是众所周知的。如前所述，戈波传感器法不能测量松密度，所以测量结果不精确。但令人惊奇的是，用所谓三通管路法来测定充填松散物料的导电性能时却消除了重要的影响因素，特别是由微波反射和微波吸收问题范围的干扰因素。迄今为止的主要困难即与谷物种类的相关性可作为误差原因基本上予以消除。测量结果与谷物润湿和测量之间的时间因素没有关系，而且具有精确的可重复性。
除了松散物料的通过量和温度外，包括松密度都可测量。可首先进行可靠的、与谷物种类无关的湿度测量，然后进行湿度调节，并按先有技术不可能用明显的方式推导出来。
本发明有许多特别有利的解决方案，特别是用微波测量单元通过外差式测量原理进行导电性能的测量，并通过电子估算单元与其他的测量值一起算出被测物料的湿度。为了校准或提高测量精度，例如为了消除温度和长度变化而与传感器周期地并联一条基准线路。此外，作为特别有利的解决方案是将三通管路作成在称重技术上与固定设备部分分开的测量通路的一部分，这样通过相应的称重信号便可求出被测物料的密度。还表明了在某些情况中是不需要测量被测物料密度的。但试验证明，同时确定被测物料的密度可提高测量可靠性，特别是为了更好控制测量，即使在相对于被测物料种类极端不同的情况下，例如由不同的原料或谷类形成的粗粒、细粒。成团或粉状的松散物料时尤其如此。
此外，本发明涉及用一个松散物料通过的测量通路以及在测量通路出口侧上设置的一个回流元件来进行在线操作连续测量松散物料特别是食品或饲料的湿度的测量装置，该测量通路在装料区具有一个微波传感器，其特征是，测量通道作成三通管路。
最好测量通路具有一称重段与松散物料的可控出料单元对应。其中称重段最好作成杠杆秤，而且电子估算单元以及出料单元的传动电动机布置在杠杆的一侧上，而测量通路则布置在杠杆的另一侧上。在杠杆上可附加设置一份可调节的配重，以便秤出装有一定松散物料的测量装置的全部净重。
此外，建议将测量通路的整个高度分成两段一个上测量段和一个向下连接的出料段。其中，测量段从上向下扩大，而出料段则从上向下变窄，而且出料段向下通过一个螺旋式出料计量器限定。
从传感器到电子估算单元的连接线路为一条同轴线路。其中用一个喇叭接头来使电缆的波阻抗与传感器无反射的匹配。对微波有效的测量通路部分用金属制成。喇叭接头过渡到测量通路的内部。最好测量通路作成旁路与松散物料主通路倾斜或错开布置，并从松散物料的主通路到测量通路的入口作成格筛状。
此外，本发明涉及用一个通过松散物料的测量通路以及在测量通路出口侧上布置上一个回流元件来进行在线连续测量松散物料特别是食品或饲料的湿度。该测量通路在测量通路内的装料区内具有一根垂直于松散物料流动方向的棒，其特征是，测量装置是一秤，最好是杠杆秤。最好重量信号通过一个压力测量传感器来测量，并从该信号中算出密度。
此外，可测量微波传输信号的振幅和/或相位。
下面结合几个实施例来详细说明本发明。附图是
图1表示本发明微波测量装置的一个截面；图2表示图1中的II-II截面；图3表示三通管路的基本原理；图4表示外差式测量系统的方框图；图5表示图4的一种特殊方案；图6表示例如谷物用的一种完整的润湿装置；图7表示水量调节用的基本元件。
参看图1和图2。被测物料通过入口2进入被测物料主通路1并通过出口3输出。在该主通路上朝左半部连接一个通过一个格筛5的旁路4.被测物料最好通过一个固定的分管段6导入旁路4中，并通过水平管段7重新进入主通路1中。实际的测量段8以分管段6的下端开始，并由管段7的出料端限定。测量段8由一垂直的测量通路9和一个出料计量器10组成。该计量器具有一螺旋输送器11和一台传动电动机12。测量段8上下端称重是与主通路1分开的，所以相应的称重运动不可能受测量段8阻碍。测量段8通过一个垂直支柱13和一个水平杆14挂在一个刀形旋转点15上。杆14与一个力敏感元件16连接。从电子估算单元18有一条与它连接的同轴导线19、19’引导传感器20，该传感器由一根穿透被测物料的棒21以及至少两个例如用钢作成的金属壁22或22’组成(图3)，因此在测量通路9的测量过程中产生一个磁场H和电场E，直接与电导体，棒21或22和22’对应。
用一个温度传感器26来测量被测物料的温度。
从图2可看出，两条同轴导线19或19’类似于喇叭形天线具有一个喇叭形的扩大23、23’，以匹配波阻抗例如从同轴电缆的50欧到电介质24范围内的130欧，电介质由被测物料构成。两个喇叭形的扩大23或23’朝测量通路8用微波透射层25或25’遮盖。通过一个开关30可接通基准导线31。
图4表示外差式测量系统的方框图。微波输入信号a(f+Δf)输入测量段和输出信号b(f+Δf)向下混合。所以可进行中频段内的简单的相位和振幅测量。信息(振幅和相位)不会消失(微波和向下混合的信号成比例)。
图5表示图4测量系统的具体实施。微波输入信号a(f+Δf)在测量段输入端上通过一个移频器(单边带调制器)来产生。测量段的输入端和输出端向下混合并在一个估算单元中进行处理。另一种实现外差式系统的可能性是一个带有锁相环路的变型方案。在这种情况中，测量段的微波输入信号不按中频漂移，而是混频信号X通过一个锁相环路保持在f+Δf上。所以混合器输出端重新提供继续处理的中频信号。
下面参看表示完整的润湿装置的图6。润湿装置40通过一个入口41例如将干燥的谷物输入并通过它的出口42直接与被测物料主通路1的入口连接。润湿装置40具有一个或多个由一台传动电动机44传动的旋转的离心转子43。微波测量装置45通过微波测量装置45的控制单元47的相应测量信号进行理论和实测值比较，并作为控制信号输入水计量单元48中，该单元调整所需的水量并通过一根水管49和一根喷水管50将水喷入松散物料上。水量的控制和调节在图7中按公知的方式用一些主要元件如水表51、电子控制器55、电动机调节阀52、过滤器53和旁路54进行。
标号表1.物料主通路2.入口3.出口4.旁路5.格筛6.分管段7.水平管段8.测量段9.测量通路10.出料计量器11.螺旋转送器12.传动电动机13.支柱14.杆15.旋转点16.力敏感元件17.18.电子估算单元19.同轴导线19’.同轴导线20.传感器21.棒22.壁22’.壁23.扩大23’.扩大24.介质25.层25’.层26.温度传感器40.润湿装置41.入口42.出口43.离心转子44.传动电动机45.微波测量装置46.控制仪47.控制单元48.水计量单元49.水管50.喷水管51.水表52.电动机调节阀53.过滤器54.旁路55.电子控制器H场E场X混合器信号a输入信号b输出信号
权利要求
1.用一个微波传感器来对一个测量通路中的松散物料例如食品或饲料的湿度进行连续测量的方法，即测出松散物料中透射的微波的量和/或相位，并用算出的值来确定松散物料的湿度，其特征是，该传感器(20)构成一条三通管路，并测出装有松散物料的传感器(20)的导电性能，其中传感器作为在出口侧设置有一个回流元件的测量段(8)的一部分，并通过一个电子估算单元(18)共同与松散物料的温度和松密度来测定相应的被测物料的湿度并随后进行湿度调节。
2.按权利要求1的方法，其特征是，导电性能通过外差式测量原理用一个微波测量单元(45)进行。
3.按权利要求1和2的方法，其特征是，为3周期校准或为了提高测量精度可与传感器(20)并联一条基准线路来例如消除温度和长度变化。
4.按权利要求1至3任一项的方法，其特征是，传感器(20)或三通管路构成测量段(8)在称重技术上与固定设备部分隔开的测量通路(9)的一部分，并通过相应的称重信号来测量松散物料的密度(松密度)。
5.按权利要求1-4中任一项的方法，用一个通过松散物料的测量通路(9)以及一个在该测量通路(9)出口端上的回流元件来在在线操作情况下连续测量某种松散物料特别是食品或饲料的湿度的测量装置，该测量通路具有一根作为传感器(20)一部分的棒(21)垂直于被测物料流动方向，其特征是，测量通路(9)以旁路(4)的形式构成三通管路，而且测量通路(9)构成一个由被测物料主通路和其他固定元件在称重技术上隔开的称重段。
6.按权利要求5的装置，其特征是，该测量通路(9)出口端配置了一个强制性输出松散物料用的出料元件(10、11)。
7.按权利要求6的装置，其特征是，称重段构成杠杆秤，其中出料元件的传动电动机(12)设置在杠杆秤杠杆(14)的一侧上，而测量通路(9)是设置在杠杆秤的杠杆(14)的另一侧上。
8.按权利要求5至7任一项的装置，其特征是，测量通路(9)垂直分成两段上测量段和向下连接的出料段，其中测量段从上向下扩大，而出料段则从上向下变窄，而且出料段向下通过一个螺旋出料计量器(10)限制。
9.按权利要求5至8任一项的装置，其特征是，从传感器(20)到电子估算单元的连接线作成同轴线(19、19’)，具有一个喇叭接头使同轴线(19、19’)的电缆的波阻抗与传感器(20)无反射的匹配。
10.按权利要求9的装置，其特征是，测量通路(9)用金属制成，喇叭接头在过渡区到测量通路(9)用一层微波透射层(25、25’)遮盖。
11.按权利要求5至10任一项的装置，其特征是，测量通路(9)作为旁路(4)相对于被测物料主通路(1)倾斜布置，并从主通路(1)到测量通路的入口作成格筛状。
12.用一个通过松散物料的测量通路(9)以及一个在该测量通路(9)出口端上的回流元件来在在线操作情况下连续测量某种松散物料特别是食品或饲料的湿度的测量装置，该测量通路具有一根垂直于被测物料流动方向的棒(21)，其特征是，测量装置作成秤。
全文摘要
本发明涉及用一个微波传感器来连续测量松散物料特别是食品或饲料的含水量的一种方法和装置。本发明建议该传感器作为测量通路特别是作为三通管路的一部分构成。测出用松散物料充填的传感器的导电特性,并从中算出湿度。此外,本发明涉及一种测量装置,其中,出口侧的测量通路具有松散物料的回流元件并在装料区作为传感器的一部分具有一根垂直于产品流动方向的棒。测量装置作成秤,最好作成杠杆秤。
文档编号G01N22/00GK1185834SQ96194263
公开日1998年6月24日 申请日期1996年3月28日 优先权日1995年5月29日
发明者H·托布勒, R·莱曼, R·马勒 申请人:布勒公司