WO2015062766A1 - Device and system for determining refractive index - Google Patents

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WO2015062766A1
WO2015062766A1 PCT/EP2014/068208 EP2014068208W WO2015062766A1 WO 2015062766 A1 WO2015062766 A1 WO 2015062766A1 EP 2014068208 W EP2014068208 W EP 2014068208W WO 2015062766 A1 WO2015062766 A1 WO 2015062766A1
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WO
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frequency
medium
sensor
electromagnetic waves
container
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PCT/EP2014/068208
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Blödt
Sergej Lopatin
Ronja Binczyk
Original Assignee
Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G01N22/04Investigating moisture content
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G01N27/225Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity by using hygroscopic materials

Definitions

  • the invention relates to a device and a system for determining the
  • Refractive index which occurs at the interface to a medium or between two media with different refractive indices.
  • the refractive index is also called the refractive index and corresponds to the ratio of the speed of light of electromagnetic waves in the vacuum to the propagation speed in the medium.
  • the complex refractive index is linked to permittivity and permeability.
  • the permittivity is a measure of the permeability of a material for electric fields and the permeability is a measure of the permeability of a material for magnetic fields.
  • Permittivity and dielectric conductivity are synonymous terms.
  • the relative permittivity also called
  • Permitt foundedsress or referred to as the dielectric constant, describes the permittivity of a medium to the permittivity of the vacuum.
  • Magnetic substances are classified by permeability as diamagnetic, paramagnetic or ferromagnetic substances.
  • field devices In automation technology, in particular in process automation but also in factory automation, field devices are used which are used to determine and monitor process variables.
  • Sensors record for example, the various process variables such as level, flow, pH, turbidity, substance concentration, pressure, temperature, humidity, conductivity, density and viscosity.
  • process variables such as level, flow, pH, turbidity, substance concentration, pressure, temperature, humidity, conductivity, density and viscosity.
  • the present invention relates to the determination or monitoring of the refractive index that occurs at the interface to a medium. Depending on the material properties of the medium to be monitored, it is therefore possible with the invention to obtain both statements about the relative permittivity and about the permeability.
  • An important field of application of the present invention is described below: Field devices have both electrical / electronic and mechanical components. For electrical / electronic and mechanical components water condensate or water vapor is often problematic because condensed water has a high dielectric constant and a high conductivity. Therefore, deposits in the form of condensate usually interfere with the normal operation of the field devices. In addition, condensate can also lead to corrosion of the metallic parts of the field devices. Therefore, the protection against water condensate and
  • Suitable water adsorbers are silica gels and zeolites. Both adsorbers are able to effectively bind water molecules, thus keeping the electrical and mechanical components dry.
  • Silica gel is one of the simplest water adsorbers. Silica gel is an amorphous silica with irregular pores. Have such pores
  • Silica gel typically a broad size distribution ranging from 1 nm to 5 nm or from 5 nm to 30 nm, depending on the manufacturing process. Silica gel therefore adsorbs all molecules that fit into the pores because of their size. It also has an increased affinity for the polar water molecules. Silica gels are one of the moderate water adsorbers: they can easily adsorb and desorb the water depending on humidity in the ambient atmosphere. The fine-pored silica gels absorb up to 40-50% by mass of water. The adsorbed water can be released almost completely under light vacuum or at elevated temperatures again. This is the
  • Zeolites are inorganic aluminosilicate-based crystals with nanochannels that can bind molecules of a given size in the channel lattice. Such substances are also known by a term 'molecular sieves'.
  • zeolites a group of substances with over 200 known individual substances, which are usually produced artificially, called. These substances have a complex crystal structure and can adsorb different molecules from water to amino acids and peptides.
  • two zeolites with a channel opening of 0.4 nm (type 4A) and 0.3 nm (type 3A) are used. These substances are widely used in industry as drying agents and can effectively adsorb up to 25% by mass of water.
  • a major advantage of zeolites type 3A and 4A compared to the desiccant silica gel is the very narrow pore size distribution. This guarantees excellent selectivity and efficiency for the adsorption of water molecules.
  • zeolite binds the water strongly exothermic (67 kJ / mol at room temperature) and binds the water to 100-120 ° C. Complete dehydration under normal atmospheric pressure takes place at 300-450 ° C.
  • the water absorption capacity of the silica gel or zeolite adsorbers is usually constantly monitored.
  • silica gel in particular colored indicators are known. These are substances that change their color as soon as the moisture content in the silica gel reaches a certain limit.
  • the effect is exploited that the water absorption in adsorber materials such as zeolite or silica gel changes the electrical properties of the respective materials. Therefore, the electrical properties can serve as a measure of the water adsorption: by determining the relative permittivity, the degree of saturation of the adsorber can be determined very accurately and continuously. It is also possible, the present invention for
  • a method for determining the proportion of an adsorbed substance which is contained in a shaped body, granules or powder of a zeolite, a zeolite compound or silica gel as an adsorbent material is presented.
  • the adsorbent material is in the form of a shaped body, at least two electrodes are spaced from each other on a surface of the shaped body applied and / or firmly inserted into the molded body.
  • the adsorbent material is in the form of a powder or granules
  • a molded article of the same material is prepared and two electrodes are spaced apart on a surface of the molded article or fixedly inserted into the molded article; Subsequently, the shaped body is introduced into the powder or granules.
  • the electrodes are subjected to an alternating current, whereby an electrical characteristic of the adsorbent material is determined. On the basis of the determined electrical parameter, the proportion of the adsorbed substance in the
  • Adsorber material determined.
  • the known methods for measuring the proportion of water in zeolite have two
  • the zeolite probe with electrodes is electrically connected to the actual measuring unit. Electrical connections may be due to e.g. the oxidation of the
  • Electrodes be problematic. Furthermore, the drying agents usually exist in granules (diameter to 3-4 mm) or powder form. For corresponding free-flowing substances, a measurement of the conductivity or capacity with immersed electrodes is uncertain.
  • the electrical measurement is carried out with at least two electrodes, which are burned or sputtered onto the measuring body. If the electrode is released from the material due to liability errors, the measured values are evaluated incorrectly. In the worst case, a water-saturated state is then not detected by an electrical measurement. In addition, increased by the
  • the invention is based on the object, a device and a system
  • the object is achieved by a device for determining the refractive index, which occurs at the interface to a medium
  • An active high-frequency module for generating electromagnetic waves lying within a predetermined frequency band
  • a sensor which is acted upon by the electromagnetic waves and which is arranged at least temporarily with respect to the medium in such a way that the phase position of the electromagnetic waves reflected at the boundary surface changes under the influence of the medium
  • the device according to the invention is also referred to below as a microwave resonator.
  • the device according to the invention is able to make statements regarding the electrical or magnetic properties or the changing electrical or magnetic properties of the medium.
  • microwave resonator for the detection and differentiation of operating materials, e.g. to use of oils in production.
  • the self-excited system oscillates in the steady state on a defined oscillation frequency, which is located in the microwave range.
  • the self-excited oscillating frequency of the self-excited system that is the microwave resonator, depends on the refractive index at the interface with the medium, wherein the microwave resonator must be arranged with respect to the interface so that the
  • Oscillation frequency is influenced by the properties of the medium.
  • the microwave resonator must be located in close proximity to the medium or in the medium.
  • Shaped bodies e.g. From zeolite, the oscillation frequency changes depending on the moisture content of the molding, since with increasing moisture content the
  • Dielectric constant increases. Measured in connection with the invention, the oscillation frequency or the frequency change due to the influence of the medium.
  • a frequency counter is preferably used as the frequency detector.
  • the senor consists of an electrode which is arranged on an insulating material.
  • the electrode and the insulating material and optionally a shaped body in this case form a measuring cell.
  • Natural frequency of the sensor is located.
  • the natural frequency of the sensor is reflected by the geometric dimensions of the sensor or the transit time of the sensor
  • the medium is preferably a liquid or gas-adsorbed solid, liquid or gaseous substance.
  • Container or disposed in the wall of a container, wherein in the container is the medium to be monitored.
  • the wall consists of a transparent material for the electromagnetic waves. The thickness of the wall of the container between the sensor and the medium is dependent on the
  • Dielectric constants or the magnetic permeability of the medium to be monitored The higher the dielectric constant of the medium, the thicker the wall can be made.
  • the container is a tank or a bag.
  • the measuring cell of the device according to the invention or of the system according to the invention can be produced cost-effectively and if necessary can be recycled.
  • the sensor is mounted on the outside of the wall of the container or is temporarily brought into contact with the outside of the wall of the container.
  • An advantageous embodiment of the system according to the invention proposes that the measuring cell is shaped so that it is adapted in the region of attachment to the geometry of the container or in the case of a solid medium to the geometry of the medium.
  • the device according to the invention or the system according to the invention is used to determine and / or monitor the adsorption of the water fraction in a water-adsorbing material, wherein the water
  • adsorbing material is preferably a zeolite or a silica gel.
  • the invention is furthermore suitable, for example, for analysis purposes.
  • statements about the composition of the medium influencing the oscillation frequency of the microwave resonator can be generated via the change in the refractive index.
  • the material to be monitored or determined has an electrical or magnetic characteristic which also changes as the composition of the material changes, and which subsequently affects the
  • Oscillation frequency of the device according to the invention or the system according to the invention influenced.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention which is suitable for use in a solid adsorbent material
  • FIG. 2 shows an embodiment of the device according to the invention which is suitable for use in an adsorbent material made from a granulate or powder
  • FIG. 3 shows a diagram which reproduces the frequency characteristic of a microwave resonator according to the invention under the influence of a solid adsorber material
  • FIG. 4 shows a diagram which reproduces the frequency profile of a microwave resonator according to the invention under the influence of a granular adsorber material
  • microwave resonator according to the invention shows the proportion of water in a solid Adsorbermaterial
  • FIG. 6 shows a first embodiment of a circuit arrangement for detecting the frequency of a microwave resonator according to the invention and 7 shows a second embodiment of a circuit arrangement for detecting the frequency of a microwave resonator according to the invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the device according to the invention, which can be used for example for determining or monitoring the moisture content of an adsorbent material.
  • the measuring cell 1 is suitable for use in connection with a shaped body 4, which consists of an adsorbent material. In the case shown, the measuring cell 1 serves to determine or monitor the moisture content in a shaped body 4 made of a zeolite-containing composite material.
  • the measuring cell 1 has an electrode 2 which is arranged on a carrier material 13.
  • the electrode 2, the insulating material 3 and the carrier body 13 form the
  • the measuring cell 1 and the electronic components 5, 6, 7, 8, 9 form the microwave resonator according to the invention or the self-excited system.
  • the carrier material 13 of the measuring cell 1 is preferably adapted to the geometry of the shaped body 4: In the case shown, the carrier material 13 is designed as a half pipe and is dimensioned such that it can receive the correspondingly configured cylindrical shaped body 4 of an adsorbent composite material.
  • the measuring cell 1 is used with the molding 4 for drying the air in an electronic device, in particular in a field device of automation technology. It goes without saying that the invention can be used in any application.
  • the measuring cell 1 shown is suitable, for example, for controlling the degree of saturation in a zeolite or silica gel-based moisture adsorber.
  • the determination of the refractive index or in this case the dielectric constant works as follows: With respect to the microwave with a defined oscillation frequency
  • zeolite-containing composite material or silica gel arranged so that the oscillation frequency of the microwave resonator is influenced by the composite material of the molded body 4.
  • the microwaves are generated by a high-frequency functional unit 5 or an active high-frequency module 5. Together with a decoupling network 6, a sinusoidal signal S is generated whose period length or
  • Frequency component reflects the dielectric constant or the current saturation level of the moist-adsorbent molding 4.
  • the following modules are involved in the measurement: the electrode 2 or the
  • High-frequency element 2 the high-frequency functional unit 5 and the active
  • the majority-passive-frequency-determining element is the Electrode 2. This is connected to the active high-frequency module 5.
  • the passive high-frequency module 7 is set as a minority frequency-determining passive element fixed to an operating frequency.
  • the passive high-frequency module 7 includes the necessary for the generation of vibrations Bescharistechnik 8 and the power supply 9. In one embodiment, for the purpose of
  • Control voltage provided. This is optional.
  • the dependent of the degree of saturation of the shaped body 4 signal S is tapped.
  • the input of the control voltage is a
  • the electrode 2 is made of an electrically conductive material, for example, it is a copper-etched structure in an elongated, round or square shape. In the case shown, the shape is square.
  • an insulating layer 3 is provided for the purpose of process separation, which consists for example of PP or PTFE.
  • Composite material and the electrode 2 may, but need not exist. Will the
  • Insulating layer 3 is used, the electrode 2 and the molded body 4 are not electrically connected to each other.
  • the connection between the electrode 2 and the active high-frequency module 5 may consist of a periodically meandering structure.
  • the system according to the invention preferably has the following operating or
  • Fig. 2 shows a measuring structure which is suitable for use in a water adsorber, if it consists of a granulate or a powder.
  • the measuring cell 1 a for the adsorbent granules or powder has a measuring electrode 2 a.
  • a reference measuring cell 1b is provided with a reference electrode 2b.
  • the reference measuring cell 1b preferably contains a water-saturated or a dry zeolite or silica gel.
  • the measuring cell 1 a high-frequency waves are supplied from the generator 5a; In the reference measuring cell, high-frequency waves are supplied from the reference generator 5b. While the frequency the reference measuring cell 1 b remains constant, the frequency of the high-frequency waves, which are supplied to the measuring cell 1 a, depending on the degree of saturation of the zeolite or silica gel granules or powder changes.
  • the frequency difference between the high-frequency waves of measuring cell and reference measuring cell is in the
  • Frequency difference images 10 determined.
  • the difference frequency is from the
  • Frequency detector 1 1 detected. Based on the temperature-compensated difference frequency, the evaluation unit 21 determines the degree of saturation of the granules or powder to be monitored. As already mentioned above in connection with the embodiment described in FIG. 2, the solution according to the invention can be used not only for shaped articles 4 made of an adsorbent material but also for granulated or powdered moisture adsorbers, such as silica gel and zeolite. In this case, granules are measured in a measuring cell 1 a, so to speak, as bulk material. The frequency change is referenced with a preferably identical measuring cell 1 b with a dry or water-saturated adsorber. The temperature-compensated frequency difference is a measure of the moisture content in the granulate or powder.
  • the measuring methods described above enable a cost-effective, continuous monitoring of the degree of saturation in a water adsorber.
  • the degree of saturation in a water adsorber Preferably, the
  • the device according to the invention can be used in a closed housing of a field device:
  • Adsorber material binds the water molecules in the closed housing and the moisture content is determined continuously or temporarily.
  • the measurement data can be used to make an early statement as to when
  • Adsorber material goes into the saturation state and will no longer be able to bind additional moisture.
  • the solution according to the invention is also suitable for detecting a leak in the seal and a saturated state of the adsorber material in good time before the device fails. On the basis of this information, appropriate countermeasures can be taken early.
  • FIG. 3 shows a diagram showing the frequency response of a fiction, according to the invention
  • the adsorber material is a solid composite of 65% zeolite 4A and 35% PFA.
  • the water absorption from the ambient air takes place in the case shown on a readable on the X-axis period at room temperature.
  • the Moisture content of the adsorber material zero, at the end point of the saturation state of the adsorbent material is reached. It can be clearly seen from the diagram that the
  • Oscillation frequency of the microwave resonator decreases almost continuously with increasing proportion of water.
  • the drop between the starting point and the end point is in the case shown at 18 MHz, so that the microwave resonator according to the invention is characterized by a high measuring sensitivity.
  • FIG. 4 shows the frequency response of a microwave resonator according to the invention for a granular adsorber material.
  • FIG. 4 shows the typical behavior of the oscillation frequency in a measuring cell with a dry silica gel (1-0, 1 mm) during the absorption of water from ambient air at room temperature.
  • the frequency change of the oscillation frequency is a measure of the respective degree of saturation of the adsorbent material.
  • FIG. 5 shows a diagram which shows the functional dependence of the frequency of a microwave resonator according to the invention on the degree of saturation or the proportion of water (in%) in a solid adsorbent material, e.g. in zeolite shows.
  • the oscillation frequency of the microwave resonator decreases continuously.
  • the measuring sensitivity is particularly high when the proportion of water in the zeolite is 5-6%. Therefore, the solution according to the invention is particularly effective for e.g. for detecting a leakage at a field device in the initial phase (e.g., immediately following manufacture) when the adsorptive power of the adsorbent material has the highest efficiency.
  • FIG. 6 shows a first advantageous circuit arrangement for detecting the frequency of a microwave resonator according to the invention.
  • On the line 12 is a
  • This high frequency signal is at least approximately sinusoidal.
  • the high-frequency signal originates for example from the electronic part 14 of a field device, in particular a sensor of the automation technology, which works on the basis of microwaves.
  • the sensor is a radar level gauge.
  • the circuit is designed so that it realizes the frequency of the high-frequency signal with the least possible effort and with the lowest possible cost of assemblies and power consumption.
  • the high-frequency signal is supplied to the high-frequency mixer 15.
  • the high-frequency mixer 15 is further a high-frequency signal supplied in the high frequency oscillator 16.
  • the high-frequency oscillator 16 is a VCO whose output frequency is
  • a cost-effective VCO from the WI_AN segment can be used.
  • a signal which consists of a superposition of the sum and the difference between the two frequencies
  • High frequency generator 16 come. In the simplest case, there is the
  • High frequency mixer 15 from a single diode.
  • a low-pass filter 17 is attached.
  • the low pass 17 is a passive low pass consisting of a resistor and two capacitors.
  • the low-pass filter 17 is dimensioned so that only one frequency is transmitted to 0 Hz (DC voltage) with high amplitude.
  • the low-pass filter 17 is followed by a rectifier 18, which acts as a detector.
  • the rectifier 18 consists for example of at least one diode, which is advantageously supplemented by a capacitor / of a capacitor. The interconnection of low pass 17 and the rectifier 18 causes a
  • High frequency signal is increasingly attenuated with increasing frequency.
  • the output signal of the two modules 17, 18 is fed to a control circuit or a control circuit 19. This adjusts the high-frequency oscillator 16 so that the amplitude of the output signal of the rectifier 18 is maximized. Consequently, the frequency of the output signal 20 (or the output voltage) of the VCO 16 corresponds to the frequency of the high-frequency signal applied to the line 12
  • a narrow-band bandpass filter can be used instead of the low-pass filter 17, instead of the low-pass filter 17, a narrow-band bandpass filter can be used.
  • the maximum amplitude at the rectifier 18 is not at 0 Hz (DC voltage), but at the transmission frequency of the bandpass filter. Consequently, the high-frequency oscillator 16, which is preferably designed as a VCO, is set to the difference frequency between the high-frequency signal delivered by the field device electronics 14 and the high-frequency signal present at the output of the bandpass filter.
  • the measured oscillation frequency can thus be calculated as follows, the evaluation in the
  • the VCO 16 is replaced by a much cheaper high-frequency oscillator with a fixed operating frequency.
  • the bandpass filter is replaced by a tunable bandpass filter. This can be realized, for example, by replacing the capacitances associated with the bandpass filter with varactor diodes.
  • the varactor diodes receive a control voltage.
  • the control unit 19 and the output signal 20 are then arranged between the rectifier 18 and the bandpass.
  • FIG. 7 shows a further advantageous circuit arrangement for detecting the frequency of the microwave resonator according to the invention.
  • the circuit arrangement shown is much simpler and thus cheaper, but the
  • the high frequency signal 12 provided by the field device electronics 14 is fed to a bandpass filter 22.
  • Bandpass filter 22 has a frequency-dependent characteristic
  • Bandpass filter 22 is designed as a passive filter to reduce temperature dependencies.
  • the high-frequency signal 12 must have a constant amplitude or be stabilized by a limiter amplifier (not shown separately in FIG. 7) connected between the field device electronics 14 and the bandpass filter 22.
  • the frequency dependence of the bandpass filter 22 leads to a frequency-dependent amplitude of the output signal 23, which is present at the output of a rectifier 18.
  • the DC voltage of the output signal 23 clearly corresponds to a frequency.
  • the control unit 19 is saved.
  • An inexpensive high-frequency oscillator 16 can not be changed in frequency.
  • a bandpass filter (or low-pass filter) is applied to the difference frequency between that supplied by the field device electronics 14
  • High frequency signal fixed and thus set without control. If a low-pass filter 17 is used instead of the bandpass filter, the two high-frequency signals have the same frequency. If the frequency of the high-frequency signal 12 is varied, the amplitude at the output of the low-pass filter 17 and the rectifier 18 decreases. The amplitude of the signal at the output of the rectifier 18 is now in a fixed state
  • High frequency signals detectable.
  • the frequency of the high-frequency signal of the high-frequency oscillator 16 becomes a band limit of the one to be detected
  • control unit / control unit 19 can be implemented both in analog technology and digitally in a microprocessor. If it is accepted that the frequency of the high-frequency signal supplied by the high-frequency oscillator 16 deviates from the frequency of the high-frequency signal applied to the low-pass filter 17, it is possible to use very inexpensive components which have been developed for markets which require mass production. By way of example, the areas GPS, WLAN or UMTS can be mentioned.

Abstract

The invention relates to a device for determining the refractive index which is created on the boundary surface to a medium (4), comprising a self-excited system which consists of - an active high-frequency assembly (5) for generating electromagnetic waves of an operating frequency within a predetermined frequency band, - a sensor (2) which is supplied with said electromagnetic waves and which is at least temporarily arranged relative to the medium (4) such that the phase position of the electromagnetic waves reflected on the boundary surface changes under the influence of the medium (4), and - a feedback loop (6, 7, 8, 9) which feeds back the electromagnetic waves to the sensor (2), thereby determining the frequency of the self-excited system. The device further comprises a frequency detector which detects the frequency of the self-excited system, and an evaluation unit (21) which determines the refractive index on the boundary surface to the medium (4) on the basis of the detected frequency.

Description

Vorrichtung und System zur Bestimmung des Brechungsindex  Device and system for determining the refractive index
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein System zur Bestimmung des The invention relates to a device and a system for determining the
Brechungsindex, der an der Grenzfläche zu einem Medium bzw. zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes auftritt. Refractive index, which occurs at the interface to a medium or between two media with different refractive indices.
Der Brechungsindex wird auch als Brechungszahl bezeichnet und entspricht dem Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen im Vakuum zur Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium. Der komplexe Brechungsindex ist mit der Permittivität und der Permeabilität verknüpft. Hierbei ist die Permittivität ein Maß für die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder und die Permeabilität ein Maß für die Durchlässigkeit eines Materials für magnetische Felder. Permittivität und dielektrische Leitfähigkeit sind synonyme Begriffe. Die relative Permittivität, die auch als The refractive index is also called the refractive index and corresponds to the ratio of the speed of light of electromagnetic waves in the vacuum to the propagation speed in the medium. The complex refractive index is linked to permittivity and permeability. Here, the permittivity is a measure of the permeability of a material for electric fields and the permeability is a measure of the permeability of a material for magnetic fields. Permittivity and dielectric conductivity are synonymous terms. The relative permittivity, also called
Permittivitätszahl bzw. als Dielektrizitätszahl bezeichnet wird, beschreibt die Permittivität eines Mediums zu der Permittivität des Vakuums. Magnetische Stoffe werden über die Permeabilität als diamagnetische, paramagnetische oder ferromagnetische Stoffe klassifiziert. Permittivitätszahl or referred to as the dielectric constant, describes the permittivity of a medium to the permittivity of the vacuum. Magnetic substances are classified by permeability as diamagnetic, paramagnetic or ferromagnetic substances.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierung aber auch in der Fabrikautomatisierung, werden Feldgeräte eingesetzt, die zur Bestimmung und Überwachung von Prozessvariablen dienen. Unter dem Begriff 'Feldgeräte' werden in Zusammenhang mit der Erfindung sowohl Aktoren als auch Sensoren verstanden. In automation technology, in particular in process automation but also in factory automation, field devices are used which are used to determine and monitor process variables. The term 'field devices' in the context of the invention, both actuators and sensors understood.
Sensoren erfassen beispielsweise die verschiedenen Prozessvariablen, wie Füllstand, Durchfluss, pH-Wert, Trübung, Stoffkonzentration, Druck, Temperatur, Feuchte, Leitfähigkeit, Dichte und Viskosität. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firmengruppe Endress + Hauser angeboten und vertrieben. Sensors record, for example, the various process variables such as level, flow, pH, turbidity, substance concentration, pressure, temperature, humidity, conductivity, density and viscosity. A large number of such field devices are offered and distributed by the Endress + Hauser Group.
Wichtige Prozessgrößen sind darüber hinaus die Feuchte und die Important process variables are also the humidity and the
Dielektrizitätskonstante. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein gesprochen auf die Bestimmung oder Überwachung des Brechungsindex', der an der Grenzfläche zu einem Medium auftritt. In Abhängigkeit von den Materialeigenschaften des zu überwachenden Mediums ist es daher mit der Erfindung möglich, sowohl Aussagen über die Dielektrizitätszahl als auch über die Permeabilität zu erhalten. Ein wichtiger Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben: Feldgeräte weisen sowohl elektrische/elektronische als auch mechanische Komponenten auf. Für elektrische/elektronische und mechanische Komponenten ist Wasserkondensat oder Wasserdampf oftmals problematisch, da kondensiertes Wasser neben einer hohen Dielektrizitätszahl auch eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Ablagerungen in Form von Kondensat stören daher üblicherweise den Normalbetrieb der Feldgeräte. Darüber hinaus kann Kondensat auch zu einer Korrosion der metallischen Teile der Feldgeräte führen. Daher spielt der Schutz vor Wasserkondensat und Dielectric constant. More generally, the present invention relates to the determination or monitoring of the refractive index that occurs at the interface to a medium. Depending on the material properties of the medium to be monitored, it is therefore possible with the invention to obtain both statements about the relative permittivity and about the permeability. An important field of application of the present invention is described below: Field devices have both electrical / electronic and mechanical components. For electrical / electronic and mechanical components water condensate or water vapor is often problematic because condensed water has a high dielectric constant and a high conductivity. Therefore, deposits in the form of condensate usually interfere with the normal operation of the field devices. In addition, condensate can also lead to corrosion of the metallic parts of the field devices. Therefore, the protection against water condensate and
Wasserdampf in der Automatisierungstechnik eine wichtige Rolle. Water vapor plays an important role in automation technology.
Um die Feldgeräte vor Wasserkondensat und Wasserdampf zu schützen, werden verschiedene Arten von Wasseradsorbern eingesetzt. Geeignete Wasseradsorber sind Silikagele und Zeolithe. Beide Adsorber sind in der Lage, Wassermoleküle effektiv binden und halten somit die elektrischen und mechanischen Komponenten trocken. To protect the field devices from water condensate and water vapor, various types of water adsorbers are used. Suitable water adsorbers are silica gels and zeolites. Both adsorbers are able to effectively bind water molecules, thus keeping the electrical and mechanical components dry.
Silikagel gehört zu den einfachsten Wasseradsorbern. Bei Silikagel handelt es sich um ein amorphes Siliziumdioxid mit unregelmäßigen Poren. Solche Poren haben Silica gel is one of the simplest water adsorbers. Silica gel is an amorphous silica with irregular pores. Have such pores
typischerweise eine breite Größenverteilung, die je nach Fertigungsverfahren von 1 nm bis 5 nm oder von 5 nm bis 30 nm reicht. Silikagel adsorbiert daher alle Moleküle, die aufgrund ihrer Größe in die Poren passen. Es hat darüber hinaus eine erhöhte Affinität zu den polaren Wassermolekülen. Silikagele gehören zu den moderaten Wasseradsorbern: sie können das Wasser je nach Luftfeuchtigkeit in der Umgebungsatmosphäre leicht adsorbieren und desorbieren. Die feinporigen Silikagele nehmen bis zu 40-50 Masse-% Wasser auf. Das adsorbierte Wasser kann unter leichtem Vakuum oder bei erhöhten Temperaturen wieder nahezu vollständig freigestellt werden. Hierdurch ist der typically a broad size distribution ranging from 1 nm to 5 nm or from 5 nm to 30 nm, depending on the manufacturing process. Silica gel therefore adsorbs all molecules that fit into the pores because of their size. It also has an increased affinity for the polar water molecules. Silica gels are one of the moderate water adsorbers: they can easily adsorb and desorb the water depending on humidity in the ambient atmosphere. The fine-pored silica gels absorb up to 40-50% by mass of water. The adsorbed water can be released almost completely under light vacuum or at elevated temperatures again. This is the
Anwendungsbereich für Silikagel eingeschränkt. Scope for silica gel restricted.
Zeolithe sind anorganische Kristalle auf Alumosilikatbasis mit Nanokanälen, die Moleküle einer bestimmten Größe im Kanalgitter binden können. Solche Stoffe sind auch unter einem Begriff 'Molekularsiebe' bekannt. Als Zeolithe wird eine Stoffgruppe mit über 200 bekannten individuellen Substanzen, die meistens künstlich hergestellt werden, bezeichnet. Diese Substanzen haben eine komplexe Kristallstruktur und können unterschiedliche Moleküle von Wasser bis zu Aminosäuren und Peptiden adsorbieren. Für eine selektive Wasseradsorption werden zwei Zeolithe mit einer Kanalöffnung von 0,4 nm (Typ 4A) und 0,3 nm (Typ 3A) verwendet. Diese Stoffe finden in der Industrie eine breite Anwendung als Trocknungsmittel und können bis zu 25 Masse-% Wasser effektiv adsorbieren. Ein großer Vorteile der Zeolithe vom Typ 3A und 4A im Vergleich zu dem Trocknungsmittel Silikagel ist die sehr enge Porengrößeverteilung. Das garantiert eine exzellente Selektivität und Effizienz für die Adsorption von Wassermolekülen. Zudem bindet Zeolith das Wasser stark exotherm (67 kJ/mol bei Raumtemperatur) und bindet das Wasser bis 100-120°C. Eine vollständige Dehydratation unter normalem Luftdruck findet erst bei 300-450°C statt. Für eine effektive Verwendung der Trocknungsstoffe in elektrischen/ elektronischen und mechanischen Geräten wird üblicherweise die Wasseraufnahmekapazität der Silikagel- oder Zeolithadsorber ständig beobachtet. Für Silikagel sind insbesondere farbige Indikatoren bekannt. Hierbei handelt es sich um Stoffe, die ihre Farbe verändern, sobald der Feuchtigkeitsanteil im Silikagel einen bestimmten Grenzwert erreicht. SolcheZeolites are inorganic aluminosilicate-based crystals with nanochannels that can bind molecules of a given size in the channel lattice. Such substances are also known by a term 'molecular sieves'. As zeolites, a group of substances with over 200 known individual substances, which are usually produced artificially, called. These substances have a complex crystal structure and can adsorb different molecules from water to amino acids and peptides. For selective water adsorption two zeolites with a channel opening of 0.4 nm (type 4A) and 0.3 nm (type 3A) are used. These substances are widely used in industry as drying agents and can effectively adsorb up to 25% by mass of water. A major advantage of zeolites type 3A and 4A compared to the desiccant silica gel is the very narrow pore size distribution. This guarantees excellent selectivity and efficiency for the adsorption of water molecules. In addition, zeolite binds the water strongly exothermic (67 kJ / mol at room temperature) and binds the water to 100-120 ° C. Complete dehydration under normal atmospheric pressure takes place at 300-450 ° C. For effective use of the drying agents in electrical / electronic and mechanical equipment, the water absorption capacity of the silica gel or zeolite adsorbers is usually constantly monitored. For silica gel in particular colored indicators are known. These are substances that change their color as soon as the moisture content in the silica gel reaches a certain limit. Such
Indikatoren ermöglichen jedoch keine ständige Beobachtung des Adsorptionsprozesses. However, indicators do not allow for constant monitoring of the adsorption process.
Bei einem bevorzugten Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung wird der Effekt ausgenutzt, dass die Wasseraufnahme in Adsorbermaterialien wie Zeolith oder Silikagel die elektrischen Eigenschaften der jeweiligen Materialien verändert. Daher können die elektrischen Eigenschaften als Maß für die Wasseradsorption dienen: durch Bestimmung der Dielektrizitätszahl lässt sich der Sättigungsgrad des Adsorbers sehr genau und kontinuierlich ermitteln. Ebenso ist es möglich, die vorliegende Erfindung zur In a preferred field of application of the present invention, the effect is exploited that the water absorption in adsorber materials such as zeolite or silica gel changes the electrical properties of the respective materials. Therefore, the electrical properties can serve as a measure of the water adsorption: by determining the relative permittivity, the degree of saturation of the adsorber can be determined very accurately and continuously. It is also possible, the present invention for
Oberflächenanalyse bzw. zur Analyse eines Mediums heranzuziehen. Insbesondere können Aussagen über die Reinheit von Medien getroffen werden. Surface analysis or to analyze a medium. In particular, statements can be made about the purity of media.
Für eine Beobachtung der Wasseraufnahmekapazität in zeolithhaltigen Werkstoffen wurden bereits verschiedene elektrische Messverfahren vorgeschlagen. Insbesondere ist es bekannt, dass eine eindeutige Abhängigkeit zwischen der Leitfähigkeit und dem Wassergehalt in Zeolith-Membranen besteht. In der US 3,186,225 wurde ein Sensor zum Zwecke der Feuchtigkeitskontrolle vorgeschlagen. Bei dem bekannten Sensor wird die Leitfähigkeit in einem Zeolithkörper mittels eingebauter Messelektroden bestimmt. In der US 2009/0261987 A1 ist ein analytischer Sensor beschrieben, der die adsorbierenden Zeolithpartikel in einer Matrix zwischen zwei Messelektroden einschließt. For an observation of the water absorption capacity in zeolite-containing materials, various electrical measuring methods have already been proposed. In particular, it is known that there is a clear dependence between the conductivity and the water content in zeolite membranes. In US 3,186,225 a sensor has been proposed for the purpose of moisture control. In the known sensor, the conductivity is determined in a zeolite body by means of built-in measuring electrodes. US 2009/0261987 A1 describes an analytical sensor which includes the adsorbing zeolite particles in a matrix between two measuring electrodes.
In der WO 201 1/124419 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung des Anteils eines adsorbierten Stoffes, welcher in einem Formkörper, Granulat oder Pulver aus einem Zeolith, einer Zeolithverbindung oder Silikagel als Adsorbermaterial enthalten ist, vorgestellt. Für den Fall, dass das Adsorbermaterial in Form eines Formkörpers vorliegt, sind mindestens zwei Elektroden voneinander beabstandet auf einer Oberfläche des Formkörpers aufgebracht und/oder fest in den Formkörper eingebracht. Für den Fall, dass das Adsorbermaterial in Form eines Pulvers oder Granulats vorliegt, wird ein Formkörper aus dem gleichen Material hergestellt und zwei Elektroden werden voneinander beabstandet auf eine Oberfläche des Formkörpers aufgebracht oder fest in den Formkörper eingebracht; anschließend wird der Formkörper in das Pulver oder Granulat eingebracht. Die Elektroden werden mit einem Wechselstrom beaufschlagt, wodurch eine elektrische Kenngröße des Adsorbermaterials ermittelt wird. Anhand der ermittelten elektrischen Kenngröße wird der Anteil des adsorbierten Stoffes im In WO 201 1/124419 A1, a method for determining the proportion of an adsorbed substance which is contained in a shaped body, granules or powder of a zeolite, a zeolite compound or silica gel as an adsorbent material is presented. In the event that the adsorbent material is in the form of a shaped body, at least two electrodes are spaced from each other on a surface of the shaped body applied and / or firmly inserted into the molded body. In the case where the adsorbent material is in the form of a powder or granules, a molded article of the same material is prepared and two electrodes are spaced apart on a surface of the molded article or fixedly inserted into the molded article; Subsequently, the shaped body is introduced into the powder or granules. The electrodes are subjected to an alternating current, whereby an electrical characteristic of the adsorbent material is determined. On the basis of the determined electrical parameter, the proportion of the adsorbed substance in the
Adsorbermaterial ermittelt. Die bekannten Verfahren zur Messung des Wasseranteils in Zeolith haben zwei Adsorber material determined. The known methods for measuring the proportion of water in zeolite have two
Nachteile: Disadvantage:
1 . Die Zeolith-Sonde mit Elektroden ist mit der eigentlichen Messeinheit elektrisch verbunden. Elektrische Verbindungen können infolge z.B. der Oxidation der1 . The zeolite probe with electrodes is electrically connected to the actual measuring unit. Electrical connections may be due to e.g. the oxidation of the
Elektroden problematisch sein. Weiterhin existieren die Trocknungsmittel meistens in Granulat- (Durchmesser bis 3-4 mm) oder Pulverform. Für entsprechende rieselfähige Stoffe ist eine Messung der Leitfähigkeit oder Kapazität mit eingetauchten Elektroden unsicher. Electrodes be problematic. Furthermore, the drying agents usually exist in granules (diameter to 3-4 mm) or powder form. For corresponding free-flowing substances, a measurement of the conductivity or capacity with immersed electrodes is uncertain.
2. Die elektrische Messung erfolgt mit mindestens zwei Elektroden, die auf den Messkörper eingebrannt oder gesputtert werden. Falls die Elektrode vom Material aufgrund von Haftungsfehlern gelöst wird, werden die Messwerte verfälscht ausgewertet. Im schlimmsten Fall wird dann ein wassergesättigter Zustand durch eine elektrische Messung nicht erkannt. Zudem erhöht sich durch die 2. The electrical measurement is carried out with at least two electrodes, which are burned or sputtered onto the measuring body. If the electrode is released from the material due to liability errors, the measured values are evaluated incorrectly. In the worst case, a water-saturated state is then not detected by an electrical measurement. In addition, increased by the
Wasseraufnahme das Volumen der Zeolithe. Als Folge davon können kritische mechanische Scherspannungen im Elektrodenbereich auftreten, die gleichfalls zu einem Ablösen der Elektroden führen können.  Water absorption the volume of zeolites. As a result, critical mechanical shear stresses can occur in the electrode area, which can also lead to detachment of the electrodes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein System The invention is based on the object, a device and a system
vorzuschlagen, über die/über das der Brechungsindex, der an der Grenzfläche zwischen zwei Medien auftritt, mit hoher Messgenauigkeit bestimmt werden kann. to propose, over which the refractive index, which occurs at the interface between two media, can be determined with high accuracy.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung des Brechungsindex, der an der Grenzfläche zu einem Medium auftritt, gelöst The object is achieved by a device for determining the refractive index, which occurs at the interface to a medium
mit einem selbsterregten System, bestehend aus with a self-excited system consisting of
- einer aktiven Hochfrequenz-Baugruppe zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen mit innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes liegenden - An active high-frequency module for generating electromagnetic waves lying within a predetermined frequency band
Betriebsfrequenz,  Operating frequency,
- einem Sensor, der mit den elektromagnetischen Wellen beaufschlagt wird und der bezüglich des Mediums zumindest temporär derart angeordnet ist, dass sich die Phasenlage der an der Grenzfläche reflektierten elektromagnetischen Wellen unter dem Einfluss des Mediums ändert, und  a sensor, which is acted upon by the electromagnetic waves and which is arranged at least temporarily with respect to the medium in such a way that the phase position of the electromagnetic waves reflected at the boundary surface changes under the influence of the medium, and
- einem Rückkopplungskreis, der die elektromagnetischen Wellen auf den Sensor rückkoppelt, wodurch die Frequenz des selbsterregten Systems bestimmt wird, mit einem Frequenzdetektor, der die Frequenz des selbsterregten Systems detektiert, und mit einer Auswerteeinheit, die anhand der erfassten Frequenz den Brechungsindex an der Grenzfläche zu dem Medium bestimmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend auch als Mikrowellen-Resonator bezeichnet. a feedback circuit which returns the electromagnetic waves to the sensor, thereby determining the frequency of the self-excited system, with a frequency detector detecting the frequency of the self-excited system, and an evaluation unit which, based on the detected frequency, assigns the refractive index at the interface determined the medium. The device according to the invention is also referred to below as a microwave resonator.
Je nach den an der Grenzfläche zu dem Medium herrschenden Gegebenheiten ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage, Aussagen bezüglich der elektrischen oder magnetischen Eigenschaften bzw. der sich ändernden elektrischen oder magnetischen Eigenschaften des Mediums zu machen. Die Einsatzmöglichkeiten des Depending on the conditions prevailing at the interface with the medium, the device according to the invention is able to make statements regarding the electrical or magnetic properties or the changing electrical or magnetic properties of the medium. The possible uses of
erfindungsemäßen Mikrowellen-Resonators sind vielfältig. Neben den bereits genannten Anwendungen ist es z.B. auch möglich, den Mikrowellen-Resonator zur Erkennung und Unterscheidung von Betriebsstoffen, z.B. von Ölen in der Produktion zu verwenden. erfindungsemäßen microwave resonator are many. In addition to the applications already mentioned, it is e.g. also possible to use the microwave resonator for the detection and differentiation of operating materials, e.g. to use of oils in production.
Das selbsterregte System schwingt im eingeschwungenen Zustand auf einer definierten Schwingfrequenz, die im Mikrowellenbereich angesiedelt ist. Die sich einstellende Schwingfrequenz des selbsterregten Systems, sprich des Mikrowellen-Resonators, hängt von dem Brechungsindex an der Grenzfläche zu dem Medium ab, wobei der Mikrowellen- Resonator bezüglich der Grenzfläche so angeordnet sein muss, dass die The self-excited system oscillates in the steady state on a defined oscillation frequency, which is located in the microwave range. The self-excited oscillating frequency of the self-excited system, that is the microwave resonator, depends on the refractive index at the interface with the medium, wherein the microwave resonator must be arranged with respect to the interface so that the
Schwingfrequenz durch die Eigenschaften des Mediums beeinflusst wird. Somit muss der Mikrowellen-Resonator in der nahen Umgebung zu dem Medium oder in dem Medium angeordnet sein. Im Falle der Bestimmung des Feuchtegehalts eines adsorbierenden Materials, z.B. der Bestimmung des Wassergehalts in einem wasseradsorbierendenOscillation frequency is influenced by the properties of the medium. Thus, the microwave resonator must be located in close proximity to the medium or in the medium. In the case of determining the moisture content of an adsorbent material, e.g. the determination of the water content in a water-adsorbing
Formkörper, z.B. aus Zeolith, ändert sich die Schwingfrequenz in Abhängigkeit von dem Feuchtgehalt des Formkörpers, da mit zunehmendem Feuchtegehalt die Shaped bodies, e.g. From zeolite, the oscillation frequency changes depending on the moisture content of the molding, since with increasing moisture content the
Dielektrizitätszahl zunimmt. Gemessen wird im Zusammenhang mit der Erfindung die Schwingfrequenz bzw. die Frequenzänderung infolge des Einflusses des Mediums. Dielectric constant increases. Measured in connection with the invention, the oscillation frequency or the frequency change due to the influence of the medium.
Hierzu wird als Frequenzdetektor bevorzugt ein Frequenzzähler eingesetzt. For this purpose, a frequency counter is preferably used as the frequency detector.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Sensor aus einer Elektrode, die auf einem Isolationsmaterial angeordnet ist. Die Elektrode und das Isolationsmaterial und ggf. ein Formkörper bilden hierbei eine Messzelle. According to an advantageous embodiment, the sensor consists of an electrode which is arranged on an insulating material. The electrode and the insulating material and optionally a shaped body in this case form a measuring cell.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Frequenzband, in dem das selbsterregte System schwingfähig ist, außerhalb der An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the frequency band in which the self-excited system is oscillatable outside the
Eigenfrequenz des Sensors liegt. Die Eigenfrequenz des Sensors ist durch die geometrischen Abmessungen des Sensors bzw. die Laufzeit der reflektierten Natural frequency of the sensor is located. The natural frequency of the sensor is reflected by the geometric dimensions of the sensor or the transit time of the sensor
elektromagnetischen Wellen innerhalb des Sensors bestimmt. Als Folge hiervon weist das selbsterregte System eine geringe Güte auf; dies ist für das selbsterregte System sehr vorteilhaft. Darüber hinaus wird durch die von der Eigenfrequenz abweichende Frequenz verhindert, dass der Sensor als Antenne wirkt und grosse Energieanteile aufnimmt oder abstrahlt. Somit werden Störungen vermindert. Bevorzugt handelt es sich bei dem Medium um eine Flüssigkeit oder Gas adsorbierende feste, flüssige oder gasförmige Substanz handelt. determined electromagnetic waves within the sensor. As a result, the self-excited system has a low quality; this is very advantageous for the self-excited system. In addition, the frequency deviating from the natural frequency prevents the sensor from acting as an antenna and absorbing or emitting large amounts of energy. Thus, interference is reduced. The medium is preferably a liquid or gas-adsorbed solid, liquid or gaseous substance.
Bei dem erfindungsgemäßen System wird eine zuvor in unterschiedlichen In the system according to the invention is a previously in different
Ausgestaltungen beschriebene Vorrichtung an der Außenseite der Wandung einesEmbodiments described device on the outside of the wall of a
Behälters oder in der Wandung eines Behälters angeordnet, wobei sich in dem Behälter das zu überwachende Medium befindet. Die Wandung besteht aus einem für die elektromagnetischen Wellen transparenten Material. Die Dicke der Wandung des Behälters zwischen dem Sensor und dem Medium ist in Abhängigkeit von der Container or disposed in the wall of a container, wherein in the container is the medium to be monitored. The wall consists of a transparent material for the electromagnetic waves. The thickness of the wall of the container between the sensor and the medium is dependent on the
Dielektrizitätskonstanten oder der magnetischen Permeabilität des zu überwachenden Mediums bemessen. Je höher die Dielektrizitätskonstante des Mediums ist, umso dicker kann die Wandung ausgeführt sein. Dielectric constants or the magnetic permeability of the medium to be monitored. The higher the dielectric constant of the medium, the thicker the wall can be made.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Behälter um einen Tank oder einen Beutel. In der pharmazeutischen oder biotechnologischen Anwendung werden oftmals Einweg-Tanks oder Einweg-Beutel eingesetzt, die nach einmaligem Gebrauch entsorgt werden. Dies stellt kein Problem dar, da die Messzelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Systems kostengünstig herstellbar und ggf. recycelbar ist. Neben der zuvor beschriebenen integralen Lösung von Sensor bzw. erfindungsgemäßer Vorrichtung und Behälter ist vorgesehen, dass der Sensor an der Außenseite der Wandung des Behälters angebracht ist oder temporär mit der Außenseite der Wandung des Behälters in Kontakt gebracht wird. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems schlägt vor, dass die Messzelle so geformt ist, dass sie im Bereich der Befestigung an die Geometrie des Behälters oder im Falle eines festen Mediums an die Geometrie des Mediums angepasst ist. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungs-gemäße System zur Bestimmung und/oder Überwachung der Adsorption des Wasseranteils in einem Wasser adsorbierenden Material verwendet, wobei es sich bei dem Wasser Preferably, the container is a tank or a bag. In the pharmaceutical or biotechnological application often disposable or disposable bags are used, which are disposed of after a single use. This poses no problem, since the measuring cell of the device according to the invention or of the system according to the invention can be produced cost-effectively and if necessary can be recycled. In addition to the above-described integral solution of sensor or inventive device and container is provided that the sensor is mounted on the outside of the wall of the container or is temporarily brought into contact with the outside of the wall of the container. An advantageous embodiment of the system according to the invention proposes that the measuring cell is shaped so that it is adapted in the region of attachment to the geometry of the container or in the case of a solid medium to the geometry of the medium. Preferably, the device according to the invention or the system according to the invention is used to determine and / or monitor the adsorption of the water fraction in a water-adsorbing material, wherein the water
adsorbierenden Material bevorzugt um einen Zeolith oder ein Silikagel handelt. Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, ist die Erfindung weiterhin beispielsweise für Analysezwecke geeignet. Über die Änderung des Brechungsindex lassen sich beispielsweise Aussagen über die Zusammensetzung des die Schwingfrequenz des Mikrowellen-Resonators beeinflussenden Mediums generieren. Insbesondere ist es möglich, eine Aussage über die Reinheit eines Mediums oder einer Oberflächen- beschichtung zu treffen. Ausschlaggebend für den Einsatz in möglichen adsorbing material is preferably a zeolite or a silica gel. As already mentioned above, the invention is furthermore suitable, for example, for analysis purposes. By way of example, statements about the composition of the medium influencing the oscillation frequency of the microwave resonator can be generated via the change in the refractive index. In particular, it is possible to make a statement about the purity of a medium or a surface coating to meet. Decisive for use in possible
Anwendungsbereichen ist, dass das zu überwachende oder zu bestimmende Material eine elektrische oder magnetische Kenngröße hat, die sich bei einer Änderung der Zusammensetzung des Materials gleichfalls ändert und die nachfolgend die Areas of application is that the material to be monitored or determined has an electrical or magnetic characteristic which also changes as the composition of the material changes, and which subsequently affects the
Schwingfrequenz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Systems beeinflusst. Oscillation frequency of the device according to the invention or the system according to the invention influenced.
Nachfolgend sind beispielhaft einige Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäße Lösung genannt: Below are some examples of applications for the inventive solution called:
1. Messung der Feuchtanteil und Bestimmung der Feuchtaufnahmekapazität der Trocknungsmittel in Form eines Festkörpers, eines Granulats oder eines Pulvers.1. Measurement of the moisture content and determination of the moisture absorption capacity of the drying agent in the form of a solid, granules or powder.
2. Ständige Beobachtung eine Wasseradsorbers, der zum Schutz von 2. Constant observation of a water adsorber for the protection of
elektronischen und mechanischen Geräten eingesetzt ist.  electronic and mechanical devices is used.
3. Kontinuierlicher Feuchtdosimeter.  3. Continuous Moisture Dosimeter.
4. Beobachtung der Adsorption in Zeolithen oder anderweitigen Adsorbern, die für die Adsorption von definierten Molekülen bestimmt sind.  4. Observation of adsorption in zeolites or other adsorbers intended for the adsorption of defined molecules.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
Fig. 1 : eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die für den Einsatz in einem festen Adsorbermaterial geeignet ist, 1 shows an embodiment of the device according to the invention which is suitable for use in a solid adsorbent material,
Fig. 2: eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die für den Einsatz in einem Adsorbermaterial aus einem Granulat oder Pulver geeignet ist, 2 shows an embodiment of the device according to the invention which is suitable for use in an adsorbent material made from a granulate or powder,
Fig. 3: ein Diagramm, das den Frequenzverlauf eines erfindungsgemäßen Mikrowellen- Resonators unter dem Einfluss eines festen Adsorbermaterials wiedergibt, Fig. 4: ein Diagramm, das den Frequenzverlauf eines erfindungsgemäßen Mikrowellen- Resonators unter dem Einfluss eines granulatförmigen Adsorbermaterial wiedergibt, 3 shows a diagram which reproduces the frequency characteristic of a microwave resonator according to the invention under the influence of a solid adsorber material; FIG. 4 shows a diagram which reproduces the frequency profile of a microwave resonator according to the invention under the influence of a granular adsorber material;
Fig. 5: ein Diagramm, das die funktionale Abhängigkeit der Frequenz eines 5 is a diagram showing the functional dependence of the frequency of a
erfindungsgemäßen Mikrowellen-Resonators von dem Wasseranteil in einem festen Adsorbermaterial zeigt, microwave resonator according to the invention shows the proportion of water in a solid Adsorbermaterial,
Fig. 6: eine erste Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung zur Detektion der Frequenz eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Resonators und Fig. 7: eine zweite Ausgestaltung einer Schaltungsanordnung zur Detektion der Frequenz eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Resonators. 6 shows a first embodiment of a circuit arrangement for detecting the frequency of a microwave resonator according to the invention and 7 shows a second embodiment of a circuit arrangement for detecting the frequency of a microwave resonator according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die beispielsweise zur Bestimmung oder Überwachung des Feuchtegehalts eines adsorbierenden Materials eingesetzt werden kann. Die Messzelle 1 ist für den Einsatz in Verbindung mit einem Formkörper 4 geeignet, der aus einem adsorbierenden Material besteht. Die Messzelle 1 dient im gezeigten Fall zur Bestimmung oder Überwachung des Feuchtegehalts in einem Formkörper 4 aus einem zeolithhaltigen Kompositmaterial. Fig. 1 shows an embodiment of the device according to the invention, which can be used for example for determining or monitoring the moisture content of an adsorbent material. The measuring cell 1 is suitable for use in connection with a shaped body 4, which consists of an adsorbent material. In the case shown, the measuring cell 1 serves to determine or monitor the moisture content in a shaped body 4 made of a zeolite-containing composite material.
Die Messzelle 1 weist eine Elektrode 2 auf, die auf einem Trägermaterial 13 angeordnet ist. Die Elektrode 2, das Isolationsmaterial 3 und der Trägerkörper 13 bilden die The measuring cell 1 has an electrode 2 which is arranged on a carrier material 13. The electrode 2, the insulating material 3 and the carrier body 13 form the
Messzelle 1 . Die Messzelle 1 und die Elektronikkomponenten 5, 6, 7, 8, 9 bilden den erfindungsgemäßen Mikrowellen-Resonator bzw. das selbsterregte System. Das Trägermaterial 13 der Messzelle 1 ist bevorzugt an die Geometrie des Formkörpers 4 angepasst: Im gezeigten Fall ist das Trägermaterial 13 als Halfpipe ausgebildet und ist so dimensioniert, dass es den entsprechend ausgestalteten zylindrischen Formkörper 4 aus einem adsorbierenden Kompositmaterial aufnehmen kann. Bevorzugt wird die Messzelle 1 mit dem Formkörper 4 zur Trocknung der Luft in einem elektronischen Gerät, insbesondere in einem Feldgerät der Automatisierungs-technik eingesetzt. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung in beliebigen Applikationen eingesetzt werden kann. Die gezeigte Messzelle 1 ist beispielsweise für die Kontrolle des Sättigungsgrads in einem Feuchteadsorber auf Zeolith- oder Silikagel-Basis geeignet. Die Bestimmung des Brechungsindex bzw. hier der Dielektrizitätskonstanten funktioniert wie folgt: Bezüglich der mit Mikrowellen einer definierten Schwingfrequenz Measuring cell 1. The measuring cell 1 and the electronic components 5, 6, 7, 8, 9 form the microwave resonator according to the invention or the self-excited system. The carrier material 13 of the measuring cell 1 is preferably adapted to the geometry of the shaped body 4: In the case shown, the carrier material 13 is designed as a half pipe and is dimensioned such that it can receive the correspondingly configured cylindrical shaped body 4 of an adsorbent composite material. Preferably, the measuring cell 1 is used with the molding 4 for drying the air in an electronic device, in particular in a field device of automation technology. It goes without saying that the invention can be used in any application. The measuring cell 1 shown is suitable, for example, for controlling the degree of saturation in a zeolite or silica gel-based moisture adsorber. The determination of the refractive index or in this case the dielectric constant works as follows: With respect to the microwave with a defined oscillation frequency
beaufschlagten Elektrode 2 der Messzelle 1 ist der Formkörper 4 aus einem acted upon electrode 2 of the measuring cell 1 is the shaped body 4 of a
zeolithhaltigen Kompositmaterial oder Silikagel so angeordnet, dass die Schwingfrequenz des Mikrowellen-Resonators durch das Kompositmaterial des Formkörpers 4 beeinflusst wird. Die Mikrowellen werden von einer Hochfrequenz-Funktionseinheit 5 bzw. einer aktiven Hochfrequenz-Baugruppe 5 erzeugt. Zusammen mit einem Auskoppelnetzwerk 6 wird ein sinusförmiges Signal S erzeugt, dessen Periodenlänge bzw. zeolite-containing composite material or silica gel arranged so that the oscillation frequency of the microwave resonator is influenced by the composite material of the molded body 4. The microwaves are generated by a high-frequency functional unit 5 or an active high-frequency module 5. Together with a decoupling network 6, a sinusoidal signal S is generated whose period length or
Frequenzkomponente die Dielektrizitätszahl bzw. den aktuellen Sättigungsgrad des feuchteadsorbierenden Formkörpers 4 widerspiegelt. Frequency component reflects the dielectric constant or the current saturation level of the moist-adsorbent molding 4.
Folgende Baugruppen sind an der Messung beteiligt: die Elektrode 2 bzw. das The following modules are involved in the measurement: the electrode 2 or the
Hochfrequenz-Element 2, die Hochfrequenz-Funktionseinheit 5 bzw. die aktive High-frequency element 2, the high-frequency functional unit 5 and the active
Hochfrequenz-Baugruppe 5, die passive Hochfrequenz-Baugruppe 7 und das High-frequency module 5, the passive high-frequency module 7 and the
Auskoppelnetzwerk 6. Das in Majorität passive frequenzbestimmende Element ist die Elektrode 2. Diese ist mit der aktiven Hochfrequenz-Baugruppe 5 verbunden. Die passive Hochfrequenz-Baugruppe 7 ist als in Minorität frequenzbestimmendes passives Element fest auf eine Betriebsfrequenz eingestellt. Die passive Hochfrequenz-Baugruppe 7 umfasst das für die Erzeugung der Schwingungen notwendige Beschaltungswerk 8 und die Stromversorgung 9. In einer Ausgestaltung ist zum Zwecke der Decoupling Network 6. The majority-passive-frequency-determining element is the Electrode 2. This is connected to the active high-frequency module 5. The passive high-frequency module 7 is set as a minority frequency-determining passive element fixed to an operating frequency. The passive high-frequency module 7 includes the necessary for the generation of vibrations Beschaltungswerk 8 and the power supply 9. In one embodiment, for the purpose of
Frequenzfeineinstellung (Minoritätenanpassung) noch die Zuführung einer  Frequency fine adjustment (minority adjustment) nor the supply of a
Steuerspannung vorgesehen. Diese ist optional. Über das Auskoppelnetzwerk 6 wird das vom Sättigungsgrad des Formkörpers 4 abhängige Signal S abgegriffen. Um die Control voltage provided. This is optional. About the decoupling network 6, the dependent of the degree of saturation of the shaped body 4 signal S is tapped. To the
Messgenauigkeit zu erhöhen, wird dem Eingang der Steuerspannung eine To increase measurement accuracy, the input of the control voltage is a
temperaturabhängige Spannung zur Kompensation des Temperatureinflusses zugeführt. Temperature-dependent voltage supplied to compensate for the influence of temperature.
Die Elektrode 2 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise handelt es sich um eine kupfergeätzten Struktur in länglicher, runder oder quadratischer Form. Im gezeigten Fall ist die Form quadratisch. Über der Elektrode 2 ist zwecks Prozesstrennung eine Isolationsschicht 3 vorgesehen, die beispielsweise aus PP oder PTFE besteht. Eine elektrische Verbindung zwischen dem Formkörper 4 aus z.B. zeolithhaltigen The electrode 2 is made of an electrically conductive material, for example, it is a copper-etched structure in an elongated, round or square shape. In the case shown, the shape is square. Over the electrode 2, an insulating layer 3 is provided for the purpose of process separation, which consists for example of PP or PTFE. An electrical connection between the molded body 4 of e.g. zeolite
Kompositmaterial und der Elektrode 2 kann, muss aber nicht bestehen. Wird die Composite material and the electrode 2 may, but need not exist. Will the
Isolationsschicht 3 verwendet, so sind die Elektrode 2 und der Formkörper 4 elektrisch nicht miteinander verbunden. Bevorzugt kann die Verbindung zwischen der Elektrode 2 und der aktiven Hochfrequenz- Baugruppe 5 aus einer periodisch mäanderförmigen Struktur bestehen. Eine Insulating layer 3 is used, the electrode 2 and the molded body 4 are not electrically connected to each other. Preferably, the connection between the electrode 2 and the active high-frequency module 5 may consist of a periodically meandering structure. A
entsprechende Struktur stellt bezüglich der Wärmeleitung einen relativ großen corresponding structure makes with respect to the heat conduction a relatively large
Widerstand dar; für die hochfrequenten Wellen handelt es sich jedoch nur um eine kurze Verbindungsleitung. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. bei dem Resistance; however, the high-frequency waves are only a short connection line. In the apparatus according to the invention or in the
erfindungsgemäßen System werden bevorzugt folgende Betriebs- bzw. The system according to the invention preferably has the following operating or
Schwingfrequenzen eingesetzt: 2,4 GHz, 433 MHz, 866 MHz oder 5.8 GHz. Ganz allgemein kann zumindest jede Frequenz im Frequenzbereich zwischen 300 MHz und 30 GHz eingesetzt werden. Fig. 2 zeigt einen Messaufbau, der für den Einsatz in einem Wasseradsorber geeignet ist, wenn dieser aus einem Granulat oder einem Pulver besteht. Die Messzelle 1 a für das adsorbierende Granulat bzw. Pulver weist eine Messelektrode 2a auf. Zusätzlich zu der eigentlichen Messzelle 1 a ist eine Referenz-Messzelle 1 b mit einer Referenzelektrode 2b vorgesehen. Soll die Messzelle 1 a den Feuchtegehalt in einem Zeolith- oder Silikagel- Granulat oder Pulver messen, so enthält die Referenz-Messzelle 1 b bevorzugt ein wassergesättigtes oder ein trockenes Zeolith oder Silikagel. Der Messzelle 1 a werden hochfrequente Wellen von dem Generator 5a zugeführt; der Referenz-Messzelle werden hochfrequente Wellen von dem Referenzgenerator 5b zugeführt. Während die Frequenz der Referenz-Messzelle 1 b konstant bleibt, ändert sich die Frequenz der hochfrequenten Wellen, die der Messzelle 1 a zugeführt werden, in Abhängigkeit von dem Sättigungsgrad des Zeolith- oder Silikagel-Granulats bzw. -Pulvers. Die Frequenzdifferenz zwischen den hochfrequenten Wellen von Messzelle und Referenz-Messzelle wird in dem Vibration frequencies used: 2.4 GHz, 433 MHz, 866 MHz or 5.8 GHz. In general, at least any frequency in the frequency range between 300 MHz and 30 GHz can be used. Fig. 2 shows a measuring structure which is suitable for use in a water adsorber, if it consists of a granulate or a powder. The measuring cell 1 a for the adsorbent granules or powder has a measuring electrode 2 a. In addition to the actual measuring cell 1a, a reference measuring cell 1b is provided with a reference electrode 2b. If the measuring cell 1a is to measure the moisture content in a zeolite or silica gel granulate or powder, the reference measuring cell 1b preferably contains a water-saturated or a dry zeolite or silica gel. The measuring cell 1 a high-frequency waves are supplied from the generator 5a; In the reference measuring cell, high-frequency waves are supplied from the reference generator 5b. While the frequency the reference measuring cell 1 b remains constant, the frequency of the high-frequency waves, which are supplied to the measuring cell 1 a, depending on the degree of saturation of the zeolite or silica gel granules or powder changes. The frequency difference between the high-frequency waves of measuring cell and reference measuring cell is in the
Frequenzdifferenzbilder 10 ermittelt. Die Differenzfrequenz wird von dem Frequency difference images 10 determined. The difference frequency is from the
Frequenzdetektor 1 1 detektiert. Anhand der temperaturkompensierten Differenzfrequenz ermittelt die Auswerteeinheit 21 den Sättigungsgrad des zu überwachenden Granulats oder Pulvers. Wie bereits zuvor im Zusammenhang mit der in Fig. 2 beschriebenen Ausgestaltung erwähnt, kann die erfindungsgemäße Lösung nicht nur für Formkörper 4 aus einem Adsorbermaterial, sondern auch für granulierte oder pulverartige Feuchtadsorber, wie Silikagel und Zeolith, verwendet werden. In diesem Fall wird Granulat in einer Messzelle 1 a sozusagen als Schüttgut gemessen. Die Frequenzänderung wird mit einer bevorzugt identischen Messzelle 1 b mit einem trockenen oder wassergesättigten Adsorber referenziert. Die temperaturkompensierte Frequenzdifferenz ist ein Maß für Feuchtegehalt im Granulat oder Pulver.  Frequency detector 1 1 detected. Based on the temperature-compensated difference frequency, the evaluation unit 21 determines the degree of saturation of the granules or powder to be monitored. As already mentioned above in connection with the embodiment described in FIG. 2, the solution according to the invention can be used not only for shaped articles 4 made of an adsorbent material but also for granulated or powdered moisture adsorbers, such as silica gel and zeolite. In this case, granules are measured in a measuring cell 1 a, so to speak, as bulk material. The frequency change is referenced with a preferably identical measuring cell 1 b with a dry or water-saturated adsorber. The temperature-compensated frequency difference is a measure of the moisture content in the granulate or powder.
Die zuvor beschriebenen Messverfahren ermöglichen eine kostengünstige, kontinuierliche Überwachung des Sättigungsgrads in einem Wasseradsorber. Bevorzugt erfolgt dieThe measuring methods described above enable a cost-effective, continuous monitoring of the degree of saturation in a water adsorber. Preferably, the
Überwachung durch einen Behälterwandung oder eine Verpackungsfolie hindurch. Wie bereits an vorhergehender Stelle erwähnt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem geschlossenen Gehäuse eines Feldgeräts eingesetzt werden: Das Monitoring through a container wall or a packaging film therethrough. As already mentioned above, the device according to the invention can be used in a closed housing of a field device:
Adsorbermaterial bindet die Wassermoleküle in dem geschlossenen Gehäuse und der Feuchtegehalt wird kontinuierlich oder zeitweise ermittelt. Die Messdaten können dazu verwendet werden, eine frühzeitige Aussage darüber zu treffen, wann das Adsorber material binds the water molecules in the closed housing and the moisture content is determined continuously or temporarily. The measurement data can be used to make an early statement as to when
Adsorbermaterial in den Sättigungszustand übergeht und nicht mehr in der Lage sein wird, zusätzliche Feuchtigkeit zu binden. Auch ist die erfindungsgemäße Lösung dazu geeignet, eine Dichtungsleckage und einen gesättigten Zustand des Adsorbermaterial rechtzeitig zu erkennen, bevor das Gerät ausfällt. Auf der Basis dieser Information können entsprechende Gegenmaßnahmen frühzeitig eingeleitet werden. Die Adsorber material goes into the saturation state and will no longer be able to bind additional moisture. The solution according to the invention is also suitable for detecting a leak in the seal and a saturated state of the adsorber material in good time before the device fails. On the basis of this information, appropriate countermeasures can be taken early. The
erfindungsgemäße Lösung ist daher für Predictive Maintenance und Advanced inventive solution is therefore for Predictive Maintenance and Advanced
Diagnostics Maßnahmen bestens geeignet. Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das den Frequenzverlauf eines erfindungs-gemäßen Diagnostics measures ideally suited. Fig. 3 shows a diagram showing the frequency response of a fiction, according to the invention
Mikrowellen-Resonators für ein Adsorbermaterial wiedergibt. Im gezeigten Fall handelt es sich bei dem Adsorbermaterial um ein festes Kompositmaterial aus 65% Zeolith 4A und 35% PFA. Die Wasseraufnahme aus der Umgebungsluft erfolgt im gezeigten Fall über einen auf der X-Achse ablesbaren Zeitraum bei Raumtemperatur. Am Startpunkt ist der Feuchtegehalt des Adsorbermaterial Null, am Endpunkt ist der Sättigungszustand des Adsorbermaterials erreicht. Klar ersichtlich ist anhand des Diagramms, dass die Microwave resonator for a Adsorbermaterial reproduces. In the case shown, the adsorber material is a solid composite of 65% zeolite 4A and 35% PFA. The water absorption from the ambient air takes place in the case shown on a readable on the X-axis period at room temperature. At the starting point is the Moisture content of the adsorber material zero, at the end point of the saturation state of the adsorbent material is reached. It can be clearly seen from the diagram that the
Schwingfrequenz des Mikrowellen-Resonators mit steigendem Wasseranteil nahezu kontinuierlich abnimmt. Je höher der Wasseranteil in dem Adsorbermaterial ist, desto höher wird die Dielektrizitätszahl des Adsorbermaterials und desto intensiver ist die Wechselwirkung der Mikrowellen mit dem Adsorbermaterial. Der Abfall zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt liegt im gezeigten Fall bei 18 MHz, so dass der erfindungsgemäße Mikrowellen-Resonator sich durch eine hohe Messempfindlichkeit auszeichnet. Oscillation frequency of the microwave resonator decreases almost continuously with increasing proportion of water. The higher the water content in the adsorber material, the higher the dielectric constant of the adsorber material becomes and the more intense the interaction of the microwaves with the adsorber material. The drop between the starting point and the end point is in the case shown at 18 MHz, so that the microwave resonator according to the invention is characterized by a high measuring sensitivity.
Das in Fig. 4 dargestellte Diagramm zeigt den Frequenzverlauf eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Resonators für ein granulatförmiges Adsorbermaterial. Insbesondere ist in Fig. 4 das typische Verhalten der Schwingfrequenz in einer Messzelle mit einem trockenen Silikagel (1-0, 1 mm) während der Wasseraufnahme aus Umgebungsluft bei Raumtemperatur gezeigt. Auch hier ist die Frequenzänderung der Schwingfrequenz ein Maß für den jeweiligen Sättigungsgrad des adsorbierenden Materials. The diagram shown in Fig. 4 shows the frequency response of a microwave resonator according to the invention for a granular adsorber material. In particular, FIG. 4 shows the typical behavior of the oscillation frequency in a measuring cell with a dry silica gel (1-0, 1 mm) during the absorption of water from ambient air at room temperature. Again, the frequency change of the oscillation frequency is a measure of the respective degree of saturation of the adsorbent material.
In Fig. 5 ist ein Diagramm dargestellt, das die funktionale Abhängigkeit der Frequenz eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Resonators von dem Sättigungsgrad bzw. dem Wasseranteil (in %) in einem festen Adsorbermaterial, z.B. in Zeolith zeigt. Mit steigendem Wasseranteil in dem Zeolith-Adsorber nimmt die Schwingfrequenz des Mikrowellen-Resonators kontinuierlich ab. Die Messempfindlichkeit ist hierbei besonders hoch, wenn der Anteil von Wasser in dem Zeolith bei 5-6% liegt. Daher lässt sich die erfindungsgemäße Lösung besonders effektiv z.B. für das Erkennen einer Leckage an einem Feldgerät in der Anfangsphase (z.B. unmittelbar auf die Fertigung folgend), wenn die Adsorptionsleistung des Adsorbermaterials die höchste Effizienz hat. FIG. 5 shows a diagram which shows the functional dependence of the frequency of a microwave resonator according to the invention on the degree of saturation or the proportion of water (in%) in a solid adsorbent material, e.g. in zeolite shows. With increasing proportion of water in the zeolite adsorber, the oscillation frequency of the microwave resonator decreases continuously. The measuring sensitivity is particularly high when the proportion of water in the zeolite is 5-6%. Therefore, the solution according to the invention is particularly effective for e.g. for detecting a leakage at a field device in the initial phase (e.g., immediately following manufacture) when the adsorptive power of the adsorbent material has the highest efficiency.
Fig. 6 zeigt eine erste vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Detektion der Frequenz eines erfindungsgemäßen Mikrowellen-Resonators. Auf die Leitung 12 wird ein 6 shows a first advantageous circuit arrangement for detecting the frequency of a microwave resonator according to the invention. On the line 12 is a
Hochfrequenzsignal gegeben. Dieses Hochfrequenzsignal ist zumindest annähernd sinusförmig. Das Hochfrequenzsignal stammt beispielsweise aus dem Elektronikteil 14 eines Feldgeräts, insbesondere eines Sensors der Automatisierungstechnik, der auf der Basis von Mikrowellen arbeitet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Sensor um ein Radar-Füllstandsmessgerät. High-frequency signal given. This high frequency signal is at least approximately sinusoidal. The high-frequency signal originates for example from the electronic part 14 of a field device, in particular a sensor of the automation technology, which works on the basis of microwaves. For example, the sensor is a radar level gauge.
Die Schaltung ist so ausgelegt, dass sie die Frequenz des Hochfrequenz-signals mit möglichst geringem Aufwand und mit möglichst geringen Kosten für Baugruppen und Stromverbrauch realisiert. Das Hochfrequenzsignal wird dem Hochfrequenzmischer 15 zugeführt. Dem Hochfrequenzmischer 15 wird weiterhin ein Hochfrequenzsignal zugeführt, das in dem Hochfrequenz-Oszillator 16 erzeugt wird. Bei dem Hochfrequenz- Oszillator 16 handelt es sich um einen VCO, dessen Ausgangsfrequenz sich The circuit is designed so that it realizes the frequency of the high-frequency signal with the least possible effort and with the lowest possible cost of assemblies and power consumption. The high-frequency signal is supplied to the high-frequency mixer 15. The high-frequency mixer 15 is further a high-frequency signal supplied in the high frequency oscillator 16. The high-frequency oscillator 16 is a VCO whose output frequency is
entsprechend einer Steuerspannung einstellt. In der technischen Ausführung kann beispielsweise ein kostengünstiger VCO aus dem WI_AN-Segment verwendet werden. Am Ausgang des Hochfrequenzmischers 15 liegt ein Signal an, welches aus einer Überlagerung der Summe und der Differenz der beiden Frequenzen der according to a control voltage. In the technical embodiment, for example, a cost-effective VCO from the WI_AN segment can be used. At the output of the high-frequency mixer 15 is a signal, which consists of a superposition of the sum and the difference between the two frequencies
Hochfrequenzsignale besteht, die von der Feldgeräteelektronik14 und dem High-frequency signals exist that of the Feldgeräteelektronik14 and the
Hochfrequenzgenerator 16 stammen. Im einfachsten Fall besteht der High frequency generator 16 come. In the simplest case, there is the
Hochfrequenzmischer 15 aus einer einzelnen Diode. High frequency mixer 15 from a single diode.
Am Ausgang des Hochfrequenzmischers 15 ist ein Tiefpass 17 angebracht. Im At the output of the high-frequency mixer 15, a low-pass filter 17 is attached. in the
einfachsten Fall handelt es sich bei dem Tiefpass 17 um einen passiven Tiefpass, das aus einem Widerstand und zwei Kondensatoren besteht. Der Tiefpass 17 ist derart dimensioniert, dass nur eine Frequenz nach 0 Hz (Gleichspannung) mit hoher Amplitude transmittiert wird. Dem Tiefpass 17 ist ein Gleichrichter 18, der als Detektor fungiert, nachgeschaltet. Der Gleichrichter 18 besteht beispielsweise aus mindestens einer Diode, die vorteilhafter Weise von einer Kapazität/von einem Kondensator ergänzt wird. Das Zusammenschalten von Tiefpass 17 und des Gleichrichter 18 bewirkt, dass ein In the simplest case, the low pass 17 is a passive low pass consisting of a resistor and two capacitors. The low-pass filter 17 is dimensioned so that only one frequency is transmitted to 0 Hz (DC voltage) with high amplitude. The low-pass filter 17 is followed by a rectifier 18, which acts as a detector. The rectifier 18 consists for example of at least one diode, which is advantageously supplemented by a capacitor / of a capacitor. The interconnection of low pass 17 and the rectifier 18 causes a
Gleichspannungssignal transmittiert und das üblicherweise sinusförmige DC signal transmitted and the usually sinusoidal
Hochfrequenzsignal mit zunehmender Frequenz immer stärker gedämpft wird. Das Ausgangssignal der beiden Baugruppen 17, 18 wird einer Regelschaltung bzw. einer Steuerungsschaltung 19 zugeführt. Diese stellt den Hochfrequenz-Oszillator 16 so ein, dass die Amplitude des Ausgangssignals des Gleichrichters 18 maximiert wird. Folglich entspricht die Frequenz des Ausgangssignals 20 (bzw. die Ausgangsspannung) des VCO 16 der Frequenz des auf die Leitung 12 gegebenen Hochfrequenzsignals der High frequency signal is increasingly attenuated with increasing frequency. The output signal of the two modules 17, 18 is fed to a control circuit or a control circuit 19. This adjusts the high-frequency oscillator 16 so that the amplitude of the output signal of the rectifier 18 is maximized. Consequently, the frequency of the output signal 20 (or the output voltage) of the VCO 16 corresponds to the frequency of the high-frequency signal applied to the line 12
Feldgeräteelektronik 14. Field device electronics 14.
In Abwandlung zu der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung kann anstelle des Tiefpasses 17 ein schmalbandiges Bandpassfilter eingesetzt werden. Hierdurch liegt die maximale Amplitude an den Gleichrichter 18 nicht bei 0 Hz (Gleichspannung), sondern bei der Transmissionsfrequenz des Bandpassfilters. Folglich wird der bevorzugt als VCO ausgebildete Hochfrequenz-Oszillator 16 auf die Differenzfrequenz zwischen dem von der Feldgeräteelektronik 14 gelieferten Hochfrequenzsignal und dem Hochfrequenzsignal, das am Ausgang des Bandpasses ansteht, eingestellt. Die gemessene Schwingfrequenz lässt sich somit folgendermaßen berechnen, wobei die Auswertung in der In a modification to the circuit arrangement described above, instead of the low-pass filter 17, a narrow-band bandpass filter can be used. As a result, the maximum amplitude at the rectifier 18 is not at 0 Hz (DC voltage), but at the transmission frequency of the bandpass filter. Consequently, the high-frequency oscillator 16, which is preferably designed as a VCO, is set to the difference frequency between the high-frequency signal delivered by the field device electronics 14 and the high-frequency signal present at the output of the bandpass filter. The measured oscillation frequency can thus be calculated as follows, the evaluation in the
Auswerteeinheit 21 erfolgt: Evaluation unit 21 takes place:
Frequenz der Feldgeräteelektronik 14 = Frequency of the field device electronics 14 =
Frequenz des VCO 16 + Transmissionsfrequenz des Tiefpasses 17 Um die Kosten für die Schaltungsanordnung weiter zu reduzieren, ist vorgesehen, dass der VCO 16 durch einen deutlich kostengünstigeren Hochfrequenz-Oszillator mit einer festen Betriebsfrequenz ersetzt wird. In diesem Fall wird der Bandpassfilter durch einen abstimmbaren Bandpassfilter ersetzt. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die dem Bandpassfilter zugeordneten Kapazitäten durch Varaktordioden ersetzt werden. Den Varaktordioden wird eine Steuerspannung zugeführt. Die Regeleinheit 19 und das Ausgangssignal 20 sind dann zwischen dem Gleichrichter 18 und dem Bandpass angeordnet. Bevorzugt wird übrigens der Hochfrequenzmischer 15 bei allen Frequency of the VCO 16 + transmission frequency of the low-pass filter 17 In order to further reduce the cost of the circuit arrangement, it is provided that the VCO 16 is replaced by a much cheaper high-frequency oscillator with a fixed operating frequency. In this case, the bandpass filter is replaced by a tunable bandpass filter. This can be realized, for example, by replacing the capacitances associated with the bandpass filter with varactor diodes. The varactor diodes receive a control voltage. The control unit 19 and the output signal 20 are then arranged between the rectifier 18 and the bandpass. By the way, the high-frequency mixer 15 is preferred in all cases
beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft in der Sättigung betrieben. described embodiments operated advantageously in saturation.
Fig. 7 zeigt eine weitere vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Detektion der Frequenz des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Resonators. Die gezeigte Schaltungsanordnung ist wesentlich einfacher und somit kostengünstiger aufgebaut, allerdings ist die FIG. 7 shows a further advantageous circuit arrangement for detecting the frequency of the microwave resonator according to the invention. The circuit arrangement shown is much simpler and thus cheaper, but the
Messgenauigkeit auch geringer. Das von der Feldgeräteelektronik 14 zur Verfügung gestellte Hochfrequenzsignal 12 wird einem Bandpassfilter 22 zugeführt. Der Measurement accuracy also lower. The high frequency signal 12 provided by the field device electronics 14 is fed to a bandpass filter 22. Of the
Bandpassfilter 22 besitzt eine frequenzabhängige Kennlinie. Bevorzugt ist der Bandpass filter 22 has a frequency-dependent characteristic. Preferably, the
Bandpassfilter 22 als passiver Filter ausgelegt, um Temperaturabhängigkeiten zu verringern. Das Hochfrequenzsignal 12 muss eine konstante Amplitude aufweisen oder durch einen zwischen die Feldgeräteelektronik 14 und den Bandpassfilter 22 geschalteten Begrenzerverstärker (in Fig. 7 nicht gesondert dargestellt) stabilisiert werden. Die Frequenzabhängigkeit des Bandpassfilters 22 führt zu einer frequenzabhängigen Amplitude des Ausgangssignals 23, das am Ausgang eines Gleichrichters 18 ansteht. Die Gleichspannung des Ausgangssignals 23 entspricht eindeutig einer Frequenz. Bei einer weiteren Variante, die von der Schaltungsanordnung nach Fig.6 ausgeht, wird die Regeleinheit 19 eingespart. Ein kostengünstiger Hochfrequenz-Oszillator 16 lässt sich in der Frequenz nicht verändern. Ein Bandpassfilter (bzw. Tiefpassfilter) wird auf die Differenzfrequenz zwischen dem von der Feldgeräteelektronik 14 gelieferten Bandpass filter 22 is designed as a passive filter to reduce temperature dependencies. The high-frequency signal 12 must have a constant amplitude or be stabilized by a limiter amplifier (not shown separately in FIG. 7) connected between the field device electronics 14 and the bandpass filter 22. The frequency dependence of the bandpass filter 22 leads to a frequency-dependent amplitude of the output signal 23, which is present at the output of a rectifier 18. The DC voltage of the output signal 23 clearly corresponds to a frequency. In a further variant, which starts from the circuit arrangement according to FIG. 6, the control unit 19 is saved. An inexpensive high-frequency oscillator 16 can not be changed in frequency. A bandpass filter (or low-pass filter) is applied to the difference frequency between that supplied by the field device electronics 14
Hochfrequenzsignal 12 und dem von dem Hochfrequenzoszillator 16 gelieferten High frequency signal 12 and the supplied from the high-frequency oscillator 16
Hochfrequenzsignal fest und somit ohne Steuerungsmöglichkeit eingestellt. Wird anstelle des Bandpasses ein Tiefpass 17 verwendet, haben die beiden Hochfrequenzsignale die gleiche Frequenz. Wird die Frequenz des Hochfrequenzsignals 12 variiert, verringert sich die Amplitude am Ausgang des Tiefpasses 17 und des Gleichrichters 18. Die Amplitude des Signals am Ausgang des Gleichrichters 18 steht nun in einer festen High frequency signal fixed and thus set without control. If a low-pass filter 17 is used instead of the bandpass filter, the two high-frequency signals have the same frequency. If the frequency of the high-frequency signal 12 is varied, the amplitude at the output of the low-pass filter 17 and the rectifier 18 decreases. The amplitude of the signal at the output of the rectifier 18 is now in a fixed state
Übertragungsfunktion zur Frequenz des Hochfrequenzsignals 12 und kann nachfolgend beispielsweise einem A/D-Wandler (nicht dargestellt) zugeführt werden. Transfer function to the frequency of the high-frequency signal 12 and can be subsequently supplied, for example, an A / D converter (not shown).
Wird als Filter ein 17 verwendet, so ist nur die Differenzfrequenz der beiden If a 17 is used as the filter, then only the difference frequency of the two is used
Hochfrequenzsignale detektierbar. Wird die Frequenz des Hochfrequenzsignals des Hochfrequenz-Oszillators 16 an eine Bandgrenze des zu detektierenden Frequenzbereichs gelegt, so ist dennoch eine eindeutige Zuordnung des High frequency signals detectable. When the frequency of the high-frequency signal of the high-frequency oscillator 16 becomes a band limit of the one to be detected However, a clear assignment of the
Frequenzbandes möglich. Frequency band possible.
Bei allen zuvor beschriebenen Ausgestaltungen lässt sich die Regeleinheit/Steuereinheit 19 sowohl in Analogtechnik als auch digital in einem Mikroprozessor realisieren. Wird in Kauf genommen, dass die Frequenz des von dem Hochfrequenz-Oszillator 16 gelieferten Hochfrequenzsignals von der Frequenz des Hochfrequenzsignals abweicht, das an dem Tiefpass 17 anliegt, lassen sich sehr kostengünstige Bauteile verwenden, die für Märkte entwickelt wurden, die Massenfertigung benötigen. Beispielhaft können die Bereiche GPS, WLAN oder UMTS genannt werden. In all the embodiments described above, the control unit / control unit 19 can be implemented both in analog technology and digitally in a microprocessor. If it is accepted that the frequency of the high-frequency signal supplied by the high-frequency oscillator 16 deviates from the frequency of the high-frequency signal applied to the low-pass filter 17, it is possible to use very inexpensive components which have been developed for markets which require mass production. By way of example, the areas GPS, WLAN or UMTS can be mentioned.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Messzelle cell
Messzelle cell
Referenzzelle reference cell
Elektrode / Hochfrequenzelement /Sensor  Electrode / high frequency element / sensor
Messelektrode  measuring electrode
Referenzelektrode  reference electrode
Isolationsmaterial  insulation material
Formkörper  moldings
Hochfrequenzgenerator / aktive Hochfrequenz-Baugruppe High frequency generator / active high frequency module
Hochfrequenzgenerator High-frequency generator
Referenzgenerator  reference generator
Auskoppelnetzwerk  coupling-out
passive Hochfrequenz-Baugruppe passive high-frequency module
Beschaltungsnetzwerk  snubber
Stromversorgung  power supply
Frequenzdifferenzbilder  Frequency difference images
Frequenzdetektor  frequency detector
Leitung  management
Trägermaterial  support material
Sensorelektronik / Feldgeräteelektronik  Sensor electronics / field device electronics
Hochfrequenzmischer  RF mixer
Hochfrequenzgenerator  High-frequency generator
Tiefpass  lowpass
Gleichrichter  rectifier
Regelschaltung/Steuerschaltung  Control circuit / control circuit
Ausgangssignal  output
Auswerteeinheit  evaluation
Bandpass  bandpass
Ausgangssignal  output

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Bestimmung des Brechungsindex, der an der Grenzfläche zu einem Medium (4) auftritt, 1. Device for determining the refractive index which occurs at the interface with a medium (4),
mit einem selbsterregten System (2, 5, 8), bestehend aus with a self-excited system (2, 5, 8) consisting of
- einer aktiven Hochfrequenz-Baugruppe (5) zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen mit einer innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes liegenden Betriebsfrequenz,  an active radio-frequency module (5) for generating electromagnetic waves having an operating frequency lying within a predetermined frequency band,
- einem Sensor (2), der mit den elektromagnetischen Wellen beaufschlagt wird und der bezüglich des Mediums (4) zumindest temporär derart angeordnet ist, dass sich die Phasenlage der an der Grenzfläche reflektierten  - A sensor (2) which is acted upon by the electromagnetic waves and with respect to the medium (4) is at least temporarily arranged such that the phase position of the reflected at the interface
elektromagnetischen Wellen unter dem Einfluss des Mediums (4) ändert, und electromagnetic waves under the influence of the medium (4) changes, and
- einem Rückkopplungskreis (6, 7, 8, 9), der die elektromagnetischen Wellen auf den Sensor (2) rückkoppelt, wodurch die Frequenz des selbsterregten Systems (2, 5, 8) bestimmt wird, a feedback circuit (6, 7, 8, 9) which feeds back the electromagnetic waves to the sensor (2), whereby the frequency of the self-excited system (2, 5, 8) is determined,
mit einem Frequenzdetektor (1 1 ), der die Frequenz des selbsterregten Systems detektiert, und with a frequency detector (1 1), which detects the frequency of the self-excited system, and
mit einer Auswerteeinheit (21 ), die anhand der erfassten Frequenz den Brechungsindex an der Grenzfläche zu dem Medium (4) bestimmt. with an evaluation unit (21), which determines the refractive index at the interface with the medium (4) on the basis of the detected frequency.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2. Apparatus according to claim 1,
wobei der Sensor aus einer Elektrode (2) besteht, die auf einem Isolationsmaterial (3) angeordnet ist, und wherein the sensor consists of an electrode (2), which is arranged on an insulating material (3), and
wobei die Elektrode (2) und das Isolationsmaterial (3) eine Messzelle (1 ) bilden. wherein the electrode (2) and the insulating material (3) form a measuring cell (1).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 3. Apparatus according to claim 1 or 2,
wobei die Auswerteeinheit (21 ) anhand des Brechungsindex die Dielektrizitätskonstante oder die magnetische Permeabilität des Mediums (4) bestimmt oder überwacht. wherein the evaluation unit (21) determines or monitors the dielectric constant or the magnetic permeability of the medium (4) on the basis of the refractive index.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, 4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3,
wobei das Frequenzband, in dem das selbsterregte System (2, 5, 8) schwingfähig ist, außerhalb der Eigenfrequenz des Sensor (2) liegt, wobei die Eigenfrequenz des Sensors (2) durch die geometrischen Abmessungen des Sensors bzw. die Laufzeit der reflektierten elektromagnetischen Wellen innerhalb des Sensors (2) bestimmt ist. wherein the frequency band, in which the self-excited system (2, 5, 8) is oscillatable, outside the natural frequency of the sensor (2), wherein the natural frequency of the sensor (2) by the geometric dimensions of the sensor or the duration of the reflected electromagnetic Waves within the sensor (2) is determined.
5. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1-4, 5. Device according to at least one of claims 1-4,
wobei es sich bei dem Medium (4) um eine Flüssigkeit oder Gas adsorbierende feste, flüssige oder gasförmige Substanz handelt. wherein the medium (4) is a liquid or gas adsorbing solid, liquid or gaseous substance.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6. Apparatus according to claim 5,
wobei es sich bei dem Medium (4) um eine Flüssigkeit oder ein Gas adsorbierende feste, flüssige oder gasförmige Substanz handelt. wherein the medium (4) is a liquid or a gas adsorbing solid, liquid or gaseous substance.
7. System bestehend aus einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1- 6 und einem Behälter mit einer Wandung aus einem für die elektromagnetischen Wellen transparenten Material, wobei die Dicke der Wandung des Behälters zwischen Sensor (2) und Medium (4) in Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstanten oder der magnetischen Permeabilität des zu überwachenden Mediums (4) bemessen ist. 7. System consisting of a device according to at least one of claims 1- 6 and a container having a wall of a transparent material for the electromagnetic waves, wherein the thickness of the wall of the container between the sensor (2) and medium (4) in dependence the dielectric constant or the magnetic permeability of the medium to be monitored (4) is dimensioned.
8. System nach Anspruch 7, wobei es sich bei dem Behälter um einen Tank oder einen Beutel handelt. The system of claim 7, wherein the container is a tank or a bag.
9. System nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Sensor an der Außenseite der Wandung des Behälters angebracht ist oder temporär mit der Außenseite der Wandung des9. System according to claim 7 or 8, wherein the sensor is mounted on the outside of the wall of the container or temporarily with the outside of the wall of the
Behälters in Kontakt gebracht wird. Container is brought into contact.
10. System nach Anspruch 7 oder 8, 10. System according to claim 7 or 8,
wobei der Sensor in die Wandung des Behälters integriert ist. wherein the sensor is integrated in the wall of the container.
1 1. System nach zumindest einem der Ansprüche 6-10, 1 system according to at least one of claims 6-10,
wobei die Messzelle (1 ) so geformt ist, dass sie im Bereich der Befestigung an die Geometrie des Behälters oder im Falle eines festen Mediums (4) an die Geometrie des Mediums (4) angepasst ist. wherein the measuring cell (1) is shaped so that it is adapted in the region of the attachment to the geometry of the container or in the case of a solid medium (4) to the geometry of the medium (4).
12. Verwendung der Vorrichtung, wie sie in zumindest einem der Ansprüche 1 - 6 beschrieben ist, oder des Systems, wie es in zumindest einem der Ansprüche 7-1 1 beschrieben ist, zur Bestimmung und/oder Überwachung der Adsorption des 12. Use of the device as described in at least one of claims 1-6, or the system as described in at least one of claims 7-1 1, for determining and / or monitoring the adsorption of
Wasseranteils in einem Wasser adsorbierenden Material, wobei es sich bei dem Wasser adsorbierenden Material bevorzugt um einen Zeolith oder ein Silikagel handelt. Water content in a water adsorbing material, wherein the water adsorbing material is preferably a zeolite or a silica gel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015112543A1 (en) 2015-07-30 2017-02-02 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Device for determining and / or monitoring at least one process variable

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3186225A (en) 1959-07-29 1965-06-01 Union Carbide Corp Moisture sensing method and apparatus
DE1229318B (en) * 1964-04-20 1966-11-24 Dr Richard Schachenmeier Refractometer for measuring the refractive index of air and other gases
US3684952A (en) * 1970-04-07 1972-08-15 Moisture Register Co Apparatus for measuring dielectric constant
US5148125A (en) * 1989-03-03 1992-09-15 Lincoln College Dielectric constant monitor
US5748002A (en) * 1996-01-26 1998-05-05 Phase Dynamics Inc. RF probe for montoring composition of substances
US20090261987A1 (en) 2002-09-09 2009-10-22 Yizhong Sun Sensor instrument system including method for detecting analytes in fluids
WO2011124419A1 (en) 2010-04-08 2011-10-13 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg Method and device for determining a ratio of an adsorbed material comprised in an adsorber material

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3898558A (en) * 1974-07-30 1975-08-05 Us Commerce Direct reading microwave refractometer
US4027237A (en) * 1976-07-22 1977-05-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Airborne microwave refractometer
WO2006108096A2 (en) * 2005-04-06 2006-10-12 President And Fellows Of Harvard College Method and apparatus for measuring and monitoring distances, physical properties, and phase changes of light reflected from a surface based on a ring-resonator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3186225A (en) 1959-07-29 1965-06-01 Union Carbide Corp Moisture sensing method and apparatus
DE1229318B (en) * 1964-04-20 1966-11-24 Dr Richard Schachenmeier Refractometer for measuring the refractive index of air and other gases
US3684952A (en) * 1970-04-07 1972-08-15 Moisture Register Co Apparatus for measuring dielectric constant
US5148125A (en) * 1989-03-03 1992-09-15 Lincoln College Dielectric constant monitor
US5748002A (en) * 1996-01-26 1998-05-05 Phase Dynamics Inc. RF probe for montoring composition of substances
US20090261987A1 (en) 2002-09-09 2009-10-22 Yizhong Sun Sensor instrument system including method for detecting analytes in fluids
WO2011124419A1 (en) 2010-04-08 2011-10-13 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg Method and device for determining a ratio of an adsorbed material comprised in an adsorber material

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