Procedimiento y dispositivo para medir un valor de humedad independiente de la densidad y un valor de densidad de materiales dieléctricos a partir de los desplazamientos de frecuencia de dos resonadores de microondas o de dos modos de un resonador de microondas.

Procedimiento para medir un valor de humedad F de materiales dieléctricos mediante la utilización de al menos un resonador de microondas, midiéndose respectivamente un desplazamiento para al menos dos modos de resonancia con frecuencias de resonancia distintas entre sí, determinándose los desplazamientos respectivamente como diferencia de la frecuencia de resonancia del resonador vacío con respecto al resonador, en cuyo intervalo de campo se encuentra el material dieléctrico, y calculándose a partir de los desplazamientos medidos de la frecuencia de resonancia un valor de humedad F independiente de la densidad, calculándose el valor de humedad F, independiente de la densidad, en dependencia de un cociente de dos desplazamientos de las frecuencias de resonancia y determinándose el valor de humedad F, independiente de la densidad, de manera independiente de una atenuación producida en cada uno de los modos de resonancia y determinándose tres o más puntos de medición para el desplazamiento de la frecuencia de resonancia a partir de una curva de dispersión A

(f) con la forma siguiente**Fórmula**

donde A1, A2 y π son constantes de valor real, de las que A1 y A2 se definen de acuerdo con los valores medidos y los valores A1 y A2 de la curva de dispersión se fijan y se evalúan como desplazamientos de la frecuencia de resonancia a una frecuencia pequeña y una frecuencia grande.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/006102.

Solicitante: TEWS ELEKTRONIK DIPL.-ING. MANFRED TEWS.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Sperberhorst 10 22459 Hamburg ALEMANIA.

Inventor/es: HERRMANN, RAINER, SCHLEMM, UDO, RICHTER,HENDRIK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales por la utilización... > G01N22/04 (Investigación del contenido de agua)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > G01N22/00 (Investigación o análisis de materiales por la utilización de microondas (G01N 3/00 - G01N 17/00, G01N 24/00 tienen prioridad))

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Ilustración 1 de Procedimiento y dispositivo para medir un valor de humedad independiente de la densidad y un valor de densidad de materiales dieléctricos a partir de los desplazamientos de frecuencia de dos resonadores de microondas o de dos modos de un resonador de microondas.
Ilustración 2 de Procedimiento y dispositivo para medir un valor de humedad independiente de la densidad y un valor de densidad de materiales dieléctricos a partir de los desplazamientos de frecuencia de dos resonadores de microondas o de dos modos de un resonador de microondas.
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Ilustración 4 de Procedimiento y dispositivo para medir un valor de humedad independiente de la densidad y un valor de densidad de materiales dieléctricos a partir de los desplazamientos de frecuencia de dos resonadores de microondas o de dos modos de un resonador de microondas.
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Procedimiento y dispositivo para medir un valor de humedad independiente de la densidad y un valor de densidad de materiales dieléctricos a partir de los desplazamientos de frecuencia de dos resonadores de microondas o de dos modos de un resonador de microondas.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo para medir un valor de humedad independiente de la densidad y un valor de densidad de materiales dieléctricos a partir de los desplazamientos de frecuencia de dos resonadores de microondas o de dos 5 modos de un resonador de microondas.

La presente invención se refiere a un procedimiento para medir un valor de humedad de materiales dieléctricos mediante la utilización de al menos un resonador de microondas. La presente invención es adecuada en particular también para procesos de granulación, aglomeración, instantaneización, recubrimiento y secado en un lecho 10 fluidizado o un material a granel móvil.

En general es conocida la utilización de la técnica de microondas para determinar la masa y/o la humedad. Por el documento DE4004119C2 es conocido cómo se impide la influencia de variaciones de densidad/masa sobre una señal de humedad al realizarse una medición con una resonancia de microondas. A tal efecto, la variación en la 15 atenuación de la señal, como se indica, por ejemplo, mediante la variación de la anchura de resonancia o la amplitud de resonancia, se normaliza al desplazamiento de la frecuencia de resonancia. Por tanto, la señal de atenuación se normaliza a un estado de densidad que genera siempre un desplazamiento de la frecuencia de resonancia proporcional a la densidad. Este enfoque de dos parámetros, en el que, además de un desplazamiento de la frecuencia de resonancia, se mide también la atenuación producida, permite una medición precisa de la humedad de 20 manera independiente de la densidad. En particular, en caso de aplicarse en secadores de lecho fluidizado, el procedimiento de medición de dos parámetros permite distinguir de manera precisa las diferentes influencias sobre los resultados de medición. En particular, las influencias del grado de granulación diferente se pueden distinguir claramente de las influencias de la granulación.

25 El documento EP0970369 describe una medición de humedad en el intervalo de alta frecuencia en un lecho fluidizado o un material a granel móvil con la atenuación de un modo de resonancia para determinar la humedad. En este caso no se mide directamente la distribución del tamaño de grano. Más bien se asume que la humedad total del producto es una medida directa de la distribución del tamaño de grano y, por tanto, al conocerse la humedad, se conoce también la distribución del tamaño del grano. Dado que la atenuación medida de la señal de microondas 30 depende siempre, por una parte, de la cantidad de material en el campo de medición y, por la otra parte, de su contenido de humedad, no es posible compensar la Influencia de una variación de masa o densidad del material de medición sobre la señal de humedad al medirse sólo la atenuación. Por tanto, el procedimiento se puede utilizar sólo en procesos de lecho fluidizado y en materiales a granel móviles, en los que no resulta necesaria tal compensación de densidad.

Por el documento DE19645923A1 es conocido un cabezal de medición óptico para el análisis online de la humedad y/o del tamaño de partícula de partículas aglomeradas en granuladores o secadores.

Por el documento DE3739538A1 es conocido un dispositivo para la medición continua de humedad en lechos 40 fluldlzados. A este respecto se realiza una medición capacitiva en dos cilindros concéntricos, cuyos ejes de cilindro están dispuestos aproximadamente en paralelo al flujo de sólidos. El contenido de humedad se determina por medio de una variación de la capacidad. Dado que en el procedimiento de medición capacitiva, las señales de medición dependen del contenido de minerales del material de medición, no es posible distinguir entre humedad y densidad (o masa/tamaño de grano) en este procedimiento.

Por el documento DE3241544A1 es conocido un procedimiento para supervisar y/o controlar los procesos de secado, granulación, instantaneización, formación de grageas y recubrimiento de película. En este caso se mide la humedad del aire de salida, así como la humedad del aire de entrada y la diferencia de humedad resultante se utiliza para controlar el proceso de trabajo.

En el artículo de Lakshmlnarayana et al.: "Simple mlcrowave technlque for ¡ndependent measurement of sample slze and dielectric constant wlth results for a gunn osclllator system" de la publicación IEEE Transactlons on Mlcrowave Theory and Techniques, volumen MTT-27 de julio de 1979, No. 7, páginas 661 a 665, se describe para un caso ideal la determinación de la parte real de la constante dieléctrica. A tal efecto, en un resonador rectangular o en un 55 resonador cilindrico se mide un producto en forma de hilo y se supone que debido al producto se producen pequeñas perturbaciones en el resonador, que se pueden calcular con ayuda de las aproximaciones de la teoría de perturbaciones. La ecuación (6) para el resonador rectangular y la ecuación (7) para el resonador cilindrico permiten determinar la parte real de la constante dieléctrica al utilizarse los modos TE y TH. La parte real de la constante dieléctrica depende de la densidad del hilo y de su valor de humedad. El enfoque de la teoría de perturbaciones se

encuentra también en el documento US4,257,001.

Ebbe Nyfors y Pertti Vainikainen: "Industrial microwave sensors", páginas 69 a 108, se basan en una técnica de medición ortogonal que se puede aplicar en materiales finos y planlformes. En caso de perturbaciones pequeñas, la 5 parte real de la constante dieléctrica se puede determinar a partir del cociente de la desintonización de la frecuencia de resonancia de dos modos ortogonales (véase la primera fórmula en la página 85). La parte real de las constantes dieléctricas depende tanto de la densidad como de la humedad del material y no permite distinguir entre medición de densidad y de humedad.

10 En el artículo "Microwave moisture measurement Systems and thelr applications", Kupfer describe un procedimiento de medición en las páginas 367 a 370, en el que se mide el producto con un modo. El segundo modo, que sirve como modo de referencia, no interactúa con el producto, porque el producto se guía a través de un nodo de oscilación. El modo de referencia sirve sólo para la compensación térmica y la detección de suciedad en el sensor. Se mantiene un procedimiento de un parámetro que no es capaz de ejecutar una medición separada de humedad y 15 densidad en el producto. A tal efecto, se mide adlclonalmente la atenuación de un emisor de rayos gamma.

Por el subcapítulo 7.4.8 del artículo "Method of denslty-lndependent moisture measurement" de Kupfer es conocido medir el desfase en el producto en caso de dos frecuencias diferentes de la propagación de ondas en el espacio libre y compensar la variación de las masas del producto en el campo de medición a partir del cociente de los dos 20 desfases. En principio, el comportamiento de las microondas en el espacio libre es distinto al de las ondas estacionarias, véase al respecto el documento DE102007057092B4.

La Invención tiene el objetivo de proporcionar un procedimiento que facilite resultados muy exactos con medios simples y permita compensar variaciones de masa o densidad del material de medición en particular en caso de 25 aplicarse en materiales a granel móviles o en lechos fluldlzados.

El objetivo anterior se consigue mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. Configuraciones preferidas constituyen los objetos de las reivindicaciones secundarias.

30 El procedimiento, según la invención, sirve para medir un valor de humedad en materiales dieléctricos mediante la utilización de al menos un resonador de microondas. En el procedimiento se evalúa respectivamente un desplazamiento de la frecuencia de resonancia para al menos dos modos de resonancia con frecuencias... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para medir un valor de humedad F de materiales dieléctricos mediante la utilización de

al menos un resonador de microondas, midiéndose respectivamente un desplazamiento para al menos dos modos 5 de resonancia con frecuencias de resonancia distintas entre si, determinándose los desplazamientos respectivamente como diferencia de la frecuencia de resonancia del resonador vacío con respecto al resonador, en cuyo intervalo de campo se encuentra el material dieléctrico, y calculándose a partir de los desplazamientos medidos de la frecuencia de resonancia un valor de humedad F independiente de la densidad, calculándose el valor de humedad F, independiente de la densidad, en dependencia de un cociente de dos desplazamientos de las 10 frecuencias de resonancia y determinándose el valor de humedad F, independiente de la densidad, de manera independiente de una atenuación producida en cada uno de los modos de resonancia y determinándose tres o más puntos de medición para el desplazamiento de la frecuencia de resonancia a partir de una curva de dispersión A (f) con la forma siguiente

4f)=A +

i+(2 m

donde Ai, A2 y t son constantes de valor real, de las que Ai y A2 se definen de acuerdo con los valores medidos y los valores Ai y A2 de la curva de dispersión se fijan y se evalúan como desplazamientos de la frecuencia de resonancia a una frecuencia pequeña y una frecuencia grande.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque un valor de densidad R independiente

de la humedad y/o un valor de masa M independiente de la humedad se calculan adicionalmente en dependencia de al menos dos desplazamientos de la frecuencia de resonancia.

25 3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como material dieléctrico están

previstos un material a granel, cuerpos sólidos discretos pequeños, cuerpos sólidos en forma de varilla, banda o hilo.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en un proceso de granulación, instantaneización, recubrimiento o secado, el valor de humedad medido se transmite a un control de

30 proceso que controla y/o regula el proceso en dependencia del valor de humedad aplicado.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el control de proceso determina por medio de los valores de humedad medidos un final de proceso o un final de una etapa de proceso.

35 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque en un proceso de

granulación, instantaneización, recubrimiento o secado, el valor medido de masa, densidad y/o tamaño de grano se transmite a un control de proceso que controla y/o regula el proceso en dependencia de los valores aplicados de masa, densidad y/o tamaño de grano.

40 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque al menos dos modos

de resonancia presentan respectivamente una frecuencia de resonancia situada a una distancia una de otra de al menos 0.5 GHz.