FANAL On-line Feuchtemessung

MESSPRINZIP

Mikrowellen gehören zu den elektromagnetischen Wellen, die in der Lage sind, Materie zu durchdringen. Dies gilt, solange diese nicht elektrisch leitend ist.

In Materialen, die sich aus Dipol- Molekülen zusammensetzen, wie z.B. Wasser, werden die Moleküle durch die Mikrowellen in Schwingungen versetzt. Hierbei verlieren sie ihre Energie. Der Verlust ist abhängig von der Menge Wasser, die sie durchdringen. Der Verlust an Energie ist also ein Maß für den Wassergehalt des durchdrungenen Materials. Wenn der Verlust nicht zu groß ist, wird ein Teil der Mikrowellen auf der gegenüberliegenden Seite ankommen und kann dort gemessen werden.

Die Mikrowellen verlieren nicht nur Ihre Energie, sie werden auch reflektiert in dem Medium, das sie durchdringen. Auch die Reflektion kann als Maß für den Wassergehalt des Stoffes gemessen werden.

Bei der Transmissionsmessung, wenn das zu messende Material zwischen Sender und Empfänger plaziert ist, wird das gesamte Materal erfaßt. Bei der Reflektion müssen die Mikrowellen den doppelten Weg zurücklegen, die erfaßte Schichtdicke ist also geringer. Auch ist es schwierig, den Abstand zum Meßgut konstant zu halten - eine wichtige Bedingung für eine Reflektionsmessung.

An einem Förderband, dem meist verwendeten Meßort, ist also die Transmissionsmethode aussagekräftiger.

Vorteile der Mikrowellen - Feuchtemessung

• die Messung wird nicht beeinflußt durch wechselnden pH-Wert oder Leitfähigkeit des Meßmediums
• der gesamte Wassergehalt, nicht nur der an der Oberfläche wird erfaßt
• die Methode ist absolute berührungslos. Es gibt keinen Verschleiß von Elektroden oder Anbackungen.
• die Meßergebnisse liegen sofort vor und können deshalb für die direkte Prozesskontrolle verwendet werden.

Welches Material kann gemessen werden?

Nahezu in allen Schüttgüter kann mit dieser Methode die Feuchte gemessen werden. Es gibt wenige Ausnahmen: Probleme können entstehen bei Materialen, in denen das anhaftende Wasser nicht in der Lage ist, zu oszillieren, z.B., wenn es in Kapilaren " gefangen" ist. Aus dem gleichen Grund kann auch Kristallwasser nicht erfaßt werden. Auch Eis reagiert nicht wie Wasser, sondern wie ein anderer Feststoff.

Einige Beispiele für Materiale, die zu erfolgreichen Messungen führten: Braun- und Steinkohle, Sand, Holzschnitzel, Kartoffelchips, Taback, Saatgut usw.

Die Mikrowellen sind wegen der extrem niedrigen Energie, die von Sender ausgesandt wird, nicht in der Lage, das Meßgut zu erwärmen. Es würden ca. eintausend Sender benötigt, um eine meßbare Temperaturerhöhung zu bewirken.

Die Meßgenauigkeit

Die meiste Erfahrung liegt vor mit Kohle von ca. 0-20 mm Korngröße. Die erreichbare Genauigkeit hängt ab von den genauen Meßbedingungen, z.B., ob es sich um Filterkuchen handelt oder um homogene Feuchteverteilungen. Für Kohlen wurde eine Genauigkeit von ± 0.5% ermittelt. Die besten Ergebnisse wurden bisher in Sand mit ± 0.1% erreicht. Bei anderen Meßgütern kann man von ± 0,3% oder besser ausgehen, z.B. wurde dieser Wert in Kupfererz erreicht.

Applikationen

Die Meßstrecke besteht aus einem Mikrowellensender und einem Empfänger.

Weil die Transmissionsmethode in jedem Fall vorzuziehen ist, wird der Sender unter dem Fördergurt und der Empfänger darüber angebracht. Zur Montage bietet sich ein Bügel an, der die nötige Stabilität hat und geometrische Veränderungen Verhindert.

Die RGI - MIKROWELLEN - FEUCHTEMESSUNG kann außerdem in verschiedenen anderen Applikationen erfolgreich angewendet werden. Die Meßstrecke kann an Rohren, Meßschächten mit durchlaufendem Material oder auch Behältern angebracht werden. Metallische Wände müssen dann aber ausgeschnitten und durch keramisches oder Kunststoff ersetzt werden.

Auf einem Förderband wird in den meisten Fällen die Belegung, d.h. Schüttdichte oder Höhe, variieren. Die Messung erfaßt unterschiedliche Wassermengen, ohne zu entscheiden, ob sie durch welchselnde Feuchte oder Menge verursacht werden. Es ist daher notwendig, bei wechselder Beladung der Messung diese Information zu geben, um den Meßwert eindeutig der Feuchte zuzuordnen. Die Information über die Belegung kann z.B. von einer elektromechanischen Bandwaage als 0 oder 4-20 mA-Signal übernommen werden. Ebenso kann eine radiometrische Bandwaage oder, falls die Förderleistung nicht von Interesse ist, nur eine Punktmessung der Belegung mit einem Ultraschall-Entfernungsmesser durchgeführt werden. Berührungslos arbeitende radiometrische Bandwaagen sind Bestandteil der RGI-Produktpalette und können mit der Feuchtemessung als Einheit in einem Rechner die Meßwertverarbeitung durchführen. Radiometrische Bandwaagen sind unter MACON beschrieben.

Es ist dann ebenfalls auf einfachem Weg möglich, die Tonnage mit dem Feuchtewert auf einem Bildschirm anzuzeigen und als Prozessdaten zur Verfügung zu stellen.

Die Auswertung

Der Industrie-Computer von RGI basiert auf einem Standard-PC, mit dem heute fast jeder Anwender ohne besondere Ausbildung arbeiten kann. Das Menü ist trotz der komplizierten physikalischen und mathematischen Aufgabe einfach zu verstehen. Die Meßwerte liegen in verschiedenen Formen vor, z.B. als Grafik, als Mittelwerte über Chargen oder zeitliche Mittelwerte zur Bestimmung von Schichtwerten usw. Alle Ergebnisse können auf einem Farbmonitor angezeigt werden, sogar in einer Großdarstellung zum Ablesen über mehrere Meter Distanz. Daten werden bis zu 1 Monat abgeseichert und können im Tabellenformat oder als Liniengrafik angezeigt werden. Die Wirkung des Farbmonitors sollte nicht unterschätz werden: Neben den aufgezeigten Funktionen wird die Kalibrierung einfacher und die Genauigkeit gesteigert, da das Resultat der Kalibrierung sichtbar gemacht und auf Plausibilität im gesamten Meßbereich geprüft werden kann.

Daneben kann der Rechner eine Reihe von Wünschen zur Anbindung an andere Systeme erfüllen, beispielsweise an übergeordnete Rechner oder Prozessleitsysteme.

 

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