Estructura de electrodos de capacitancia para medir la humedad.

Dispositivo (1) para medir la humedad de materiales que fluyen en forma de gránulos secos, líquidos o gaseosos, o en forma de polvos en por lo menos un conducto dispuesto por lo menos parcialmente a lo largo del eje

(X-X) a través del cual fluye el material cuya humedad debe medirse, que comprende:

- por lo menos un condensador (Cx) en el que fluye el material cuya humedad debe medirse, caracterizado por que el condensador (Cx) comprende:

- por lo menos tres anillos metálicos (3) montados de manera coaxial a dicho eje (X-X) y adyacentes a una pared interior del conducto a través del cual fluye el material cuya humedad debe medirse;

- por lo menos un elemento (5) dieléctrico que presenta una constante dieléctrica sustancialmente lineal al cambio de temperatura, y una expansión térmica inferior a α ≥ 27 x 10-6/ºC;

- por lo menos una unidad (15) para compensar la expansión térmica del material dieléctrico.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2010/001654.

Solicitante: Bry-Air Prokon Sagl.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: Viale A. Volta 16 6830 Chiasso SUIZA.

Inventor/es: SAMMARTINI,MARCO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales mediante... > G01N27/22 (investigando la capacidad)

PDF original: ES-2498830_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Estructura de electrodos de capacitancia para medir la humedad.

La presente invención se refiere a la medición industrial de la humedad y, particularmente, a un dispositivo para medir la humedad de productos procesados en tratamientos industriales.

Los aparatos para medir la humedad son instrumentos adaptados para medir la humedad presente en muchas muestras de sustancia y presentan varias aplicaciones, utilizándose de hecho en las industrias alimentaria, química y farmacéutica.

Existen diferentes tipos de aparatos para medir la humedad.

El documento WO893527, por ejemplo, describe un instrumento electrónico portátil para medir la humedad que comprende una sonda capacitiva y un circuito correspondiente que detectan el coeficiente dieléctrico de un material analizado con sonda para obtener una señal correspondiente al contenido en humedad. La sonda comprende además una sonda de temperatura que detecta la temperatura del material analizado con sonda y el circuito parece estar adaptado para proporcionar la compensación de temperatura para la señal obtenida del contenido en humedad.

Por otro lado, el documento US4736156 describe un aparato para medir "en línea" la constante dieléctrica o el porcentaje de humedad de un material, tal como "tabaco", que se desplaza dentro de las paredes de un tubo o canal. Se utiliza una diferencia capacitiva como medida.

El aparato está compuesto por un dispositivo con cuatro electrodos, con dos de los electrodos fuera de las paredes de tubo o canal y dos de los electrodos unidos dentro de las paredes de tubo o canal. Los dos electrodos interiores están conectados mediante interruptores a los dos electrodos exteriores respectivamente, de tal manera que las primera y segunda capacitancias se revelan en los terminales de salida del dispositivo de electrodo en función de las posiciones de interruptor. Los terminales de salida del dispositivo de electrodo están conectados a un oscilador que produce una señal de salida que indica la frecuencia de oscilación que es proporcional a la capacitancia medida en los terminales del dispositivo de electrodo. La señal de salida del oscilador está conectada a un microprocesador utilizado para calcular un valor proporcional al cambio de la capacitancia del dispositivo de electrodo cuando los interruptores están cerrados. Este valor puede utilizarse para determinar la constante dieléctrica o el porcentaje de humedad del material dentro del canal.

El solicitante se percató en primer lugar de que en algunos dispositivos conocidos la medición de la humedad no se produce en línea durante el proceso de fabricación, sino en la toma de muestras y la medición posterior.

Un enfoque similar es muy complicado, requiere mucho tiempo y la medición puede no ser fiable debido a muchos elementos provocados por una toma de muestras incorrecta.

En estos casos, el solicitante observó además que la toma de muestras no es muy representativa de la producción en curso porque los sistemas de laboratorio pueden tomar muestras de sólo algunos gramos y en algunos procesos de fabricación no es posible tomar una muestra en el punto específico de interés, por ejemplo en silos o secadoras en entornos de nitrógeno.

El solicitante observó además que en los sistemas conocidos en los que la medición se produce en línea, los dispositivos de medición presentan una estructura compleja que hace difícil el flujo de material en su interior y por consiguiente la medición de la humedad de material.

El solicitante observó además que la estructura compleja de medidores de sistema en los que la medición se produce en línea impediría su fácil instalación e integración en el proceso de tratamiento y/o fabricación.

El solicitante descubrió que los problemas mencionados anteriormente pueden superarse con un dispositivo para medir la humedad de materiales que fluyen en forma de gránulos secos, líquidos o gaseosos, o en forma de polvos adaptado para detectar los cambios de capacitancia de un condensador que comprende una pluralidad de anillos en el que fluye el material cuyo porcentaje de agua debe medirse. El documento GB 717.217 da a conocer un aparato conocido para medir las propiedades dieléctricas de materiales granulares.

Por tanto, en un primer aspecto, la invención se refiere a un dispositivo para medir la humedad de materiales que fluyen en forma de gránulos secos, líquidos o gaseosos, o en forma de polvos en por lo menos un conducto dispuesto por lo menos parcialmente a lo largo de un eje (X-X) a través del cual fluye el material cuya humedad debe medirse, que comprende:

- por lo menos un condensador Cx en el que fluye el material cuya humedad debe medirse, caracterizado por que el condensador comprende:

por lo menos tres anillos metálicos montados de manera coaxial a dicho eje X-X y adyacentes a una pared interior del conducto a través del cual fluye el material cuya humedad debe medirse;

- por lo menos un elemento dieléctrico que presenta:

una constante dieléctrica sustancialmente lineal al cambio de temperatura, y

una expansión térmica Inferior a a = 27 x 1'6/°C, además, el dispositivo para medir la humedad presenta por lo menos una unidad para compensar la expansión térmica de dicho por lo menos un elemento dieléctrico.

La presente invención, en el aspecto mencionado anteriormente, puede presentar por lo menos una de las características preferidas descritas a continuación en la presente memoria.

Preferiblemente, dicho por lo menos un elemento dieléctrico comprende por lo menos un anillo de material dieléctrico que presenta una dimensión sustancialmente correspondiente a la dimensión de dichos por lo menos tres anillos metálicos.

Convenientemente, una superficie radialmente interior de los anillos metálicos está dispuesta sustancialmente alineada con la pared interior del conducto a través del cual fluye el material cuya humedad debe medirse.

Preferiblemente, el dieléctrico presenta características higroscópicas bajas.

Convenientemente, según una forma de realización, el condensador Cx comprende cuatro anillos de material dieléctrico y tres anillos metálicos interpuestos entre los cuatro anillos de material dieléctrico.

Preferiblemente, la unidad de compensación comprende por lo menos unos medios elásticos y por lo menos un sensor, dispuestos entre por lo menos un anillo de material dieléctrico y una brida para soportar el condensador.

Para proporcionar una medición correcta en línea de la humedad, como la constante dieléctrica del agua cambia a medida que cambia la temperatura, el dispositivo para medir la humedad comprende además por lo menos una sonda de temperatura.

Preferentemente, la sonda de temperatura es un sensor RTD.

Ventajosamente, el condensador está insertado en un circuito puente.

Convenientemente, el circuito puente comprende por lo menos una primera y una segunda línea de energía eléctrica conectadas en paralelo, comprendiendo la primera línea por lo menos dos resistencias (R1; R2) y comprendiendo dicha segunda línea por lo menos una resistencia de referencia (RX) y por lo menos dicho condensador (Cx).

Preferiblemente, el circuito puente está conectado a un oscilador adaptado para aplicar una señal sinusoidal variable determinada al circuito puente para medir los cambios de capacitancia del condensador.

Convenientemente, el elemento dieléctrico está realizado sustancialmente en PTFE.

Alternativamente, el elemento dieléctrico está realizado sustancialmente en material cerámico.

Además, las paredes interiores del condensador Cx están selladas herméticamente.

Esto hace que el dispositivo también pueda funcionar en entornos de nitrógeno.

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Reivindicaciones:

1. Dispositivo (1) para medir la humedad de materiales que fluyen en forma de gránulos secos, líquidos o gaseosos, o en forma de polvos en por lo menos un conducto dispuesto por lo menos parcialmente a lo largo del eje (X-X) a través del cual fluye el material cuya humedad debe medirse, que comprende:

- por lo menos un condensador (Cx) en el que fluye el material cuya humedad debe medirse, caracterizado por que el condensador (Cx) comprende:

- por lo menos tres anillos metálicos (3) montados de manera coaxial a dicho eje (X-X) y adyacentes a una pared interior del conducto a través del cual fluye el material cuya humedad debe medirse;

- por lo menos un elemento (5) dieléctrico que presenta una constante dieléctrica sustanclalmente lineal al cambio de temperatura, y una expansión térmica inferior a a = 27 x 1'6/°C;

por lo menos una unidad (15) para compensar la expansión térmica del material dieléctrico.

2. Dispositivo (1) para medir la humedad según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho por lo menos un elemento (5) dieléctrico comprende por lo menos un anillo de material dieléctrico (6).

3. Dispositivo (1) para medir la humedad según la reivindicación 2, caracterizado por que una superficie radialmente interior de dichos electrodos está dispuesta sustancialmente alineada con dicha pared interior de dicho por lo menos un conducto.

4. Dispositivo (1) para medir la humedad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que presenta una estructura modular.

5. Dispositivo (1) para medir la humedad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho elemento (5) dieléctrico presenta unas características higroscópicas bajas.

6. Dispositivo (1) para medir la humedad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho condensador (Cx) comprende cuatro anillos de material dieléctrico (6) y tres anillos metálicos (3) interpuestos entre los cuatro anillos de material dieléctrico (6).

7. Dispositivo (1) para medir la humedad según la reivindicación 6, caracterizado por que dicha unidad (15) de compensación comprende por lo menos unos medios (16) elásticos y por lo menos un sensor (17) dispuestos entre por lo menos un anillo de material dieléctrico (6) y una brida para soportar el condensador (Cx).

8. Dispositivo (1) para medir la humedad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende por lo menos una sonda de temperatura.

9. Dispositivo (1) para medir la humedad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicho condensador (Cx) está insertado en un circuito (29) puente.

1. Dispositivo (1) para medir la humedad según la reivindicación 9, caracterizado por que dicho circuito (29) puente comprende por lo menos una primera (2) y una segunda (21) línea de energía eléctrica conectadas en paralelo, comprendiendo la primera línea (2) por lo menos dos resistencias (R1; R2) y comprendiendo dicha segunda línea (21) por lo menos una resistencia de referencia (RX) y por lo menos dicho condensador (Cx).

11. Dispositivo (1) para medir la humedad según la reivindicación 9 o 1, caracterizado por que dicho circuito (29) puente está conectado a un oscilador (19) adaptado para aplicar una señal sinusoidal variable a dicho circuito (29) puente para medir los cambios de capacitancia de dicho condensador (Cx).

12. Dispositivo (1) para medir la humedad según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho por lo menos un elemento dieléctrico está compuesto sustancialmente por PTFE.

13. Dispositivo (1) para medir la humedad según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho elemento (5) dieléctrico está compuesto sustancialmente por material cerámico.

14. Dispositivo (1) para medir la humedad según la reivindicación 1, caracterizado por que las paredes interiores de dicho condensador (Cx) están selladas herméticamente.