[发明专利]用于测量湿度的电容电极结构

说明书

技术领域

本发明涉及湿度的工业测量，尤其涉及一种用于测量在工业处理中加工的产品的湿度的装置。

背景技术

用于测量湿度的设备是适于测量许多物质样本中存在的湿度的仪器，并且具有实际上在食品、化学和制药工业中使用的许多应用。

存在不同种类的用于测量湿度的设备。

例如WO8903527说明了一种用于测量湿度的便携式电子仪器，包括电容探测器和对应的电路，该电路提供（meet）所探测的材料的介电常数以获得与湿度含量相对应的信号。探测器还包括提供所探测的材料温度的温度探测器和呈现适用于对所获得的湿度含量的信号提供温度补偿的电路。

另一方面，US4736156说明了一种用于“在线地”（in-line）测量在管道或滑槽壁内移动的诸如“烟叶”的材料的介电常数或湿度百分数的设备。电容差被用作测量值。

设备由具有四个电极的装置构成，其中，两个电极在管道或滑槽壁的外部并且两个电极连接在管道或滑槽壁内。两个内部电极通过开关分别连接至两个外部电极，以使得第一和第二电容在基于开关位置的电极装置的输出端子处露出。电极装置的输出端子连接至振荡器，振荡器产生表示与在电极装置的端子处所测量的电容成比例的振荡频率的输出信号。振荡器的输出信号连接至微处理器，微处理器用于计算当闭合开关时与电极装置电容的变化成比例的值。该值可以用于确定滑槽内的材料的介电常数或湿度百分数。

申请人首先注意到，在一些已知的装置中，在制造工艺期间不在线地进行湿度测量，而是通过采样和随后的测量。

类似的方法非常复杂，它需要长时间测量并且由于由不正确的采样所导致的一些因素，测量可能不可靠。

在这些情况下，申请人还观察到，采样不是非常代表生产中的产品，这是因为实验系统可能仅采样几克，并且在一些制造工艺中，不可能在特定的感兴趣的地点进行采样，例如在氮环境中的贮存室或干燥器中。

申请人还观察到，在在线地进行测量的已知的系统中，测量装置具有复杂的结构，使得材料难以在测量装置内流动，从而难以测量材料湿度。

申请人还观察到，在线地进行测量的系统仪表的复杂结构将防止它们在处理和/或制造工艺中容易地安装和集成。

发明内容

申请人发现，上述问题可以通过以下装置来解决：该装置用于测量以干燥的、液体或气体颗粒的形状或者以粉末的形状流动的材料的湿度，适于检测包括多个环的电容器的电容变化，其中，要测量水分百分数的材料在环中流动。

因此，在第一方面，本发明涉及一种装置，该装置用于测量在至少部分沿着轴（X-X）设置的至少一个管道中以干燥的、液体或气体颗粒的形状或者以粉末的形状流动的材料的湿度，其中，要测量湿度的材料经由管道流动，该装置包括：

-至少一个电容器Cx，要测量湿度的材料在电容器Cx中流动，其特征在于电容器包括：

-至少三个金属环，至少三个金属环同轴安装至轴X-X并且邻近管道的内壁，要测量湿度的材料经由管道流动；

-至少一个介电元件，具有：

与温度变化基本成线性的介电常数，以及

低于α=27×10^-6/℃的热膨胀系数。

本发明在前述方面可以具有在下文所述的优选特性中的至少一个。

优选地，至少一个介电元件包括至少一个介电材料的环，该环具有与所述至少三个金属环的尺寸基本上相对应的尺寸。

便利地，金属环的径向内表面被设置为基本上与管道的内壁对齐，要测量湿度的材料经由管道流动。

优选地，介电元件具有低的吸湿特性。

便利地，根据实施例，电容器Cx包括四个介电材料的环和插入在所述四个介电材料的环之间的三个金属环。

此外，用于测量湿度的装置具有至少一个用于补偿至少一个介电元件的热膨胀的单元。

优选地，补偿单元包括至少一个弹性部件和至少一个传感器，所述至少一个弹性部件和至少一个传感器设置在至少一个介电材料的环和用于支撑电容器的凸缘之间。

为了提供正确的湿度在线测量，因为水的介电常数随着温度改变而改变，所以用于测量湿度的装置还包括至少一个温度探测器。

优选地，温度探测器是RTD传感器。

有利地，电容器接入在桥接电路中。

便利地，桥接电路包括并联的至少第一电源线和第二电源线，第一线包括至少两个电阻（R1，R2），以及所述第二线包括至少一个基准电阻（Rx）和至少所述电容器（Cx）。

优选地，桥接电路连接至振荡器，振荡器适于将确定的可变正弦信号施加至桥接电路以测量电容器电容的变化。