[发明专利]用来确定气溶胶中除空气之外的介质浓度的方法和装置

说明书

本发明涉及一种通过用中空波导管中的微波来测量介质的介电常数而确定空气/介质气溶胶中除空气之外的介质浓度的方法、及一种实现这种方法的装置，特别是，用来确定空气/H₂O₂(过氧化氢)气溶胶中的H₂O₂浓度。

当在本专利申请中描述H₂O₂浓度的确定时，这不打算以任何方式限制本发明的范围，而是仅作为确定空气/介质气溶胶中介质的浓度的一种例子。

在用于层压包装中食品的无菌包装的包装设备中，包装在其刚要填充之前通过引入热空气/H₂O₂气溶胶来杀菌。这种气溶胶通过一种其中在气流中调节H₂O₂溶液(水中的H₂O₂)的浓度的计量系统来制备。为了在经济条件下实现最佳杀菌，重要的是测量气溶胶中的H₂O₂浓度。最后，由使用的空气量和H₂O₂浓度导出使用的H₂O₂总量。

尽管计量系统中的空气量借助于悬浮的固体颗粒来测量，并且然后能通过调节空气压力而保持恒定，但是必须计算H₂O₂浓度。这里有可能使用其中测量的量取决H₂O₂体积的诸测量方法，或者使用其中测量的量取决于气溶胶中H₂O₂小滴计数的诸测量方法。

基于体积的测量方法具有它们直接产生希望的测量结果而不用转换的优点。此外，提供了一种这样的测量方法：通过使用不管怎样存在的连接管能够进行测量，而不需要与测量仪器和介质直接接触，例如不与高腐蚀性的H₂O₂接触。为此目的要考虑不同于空气中的介电常数的测量。

德国专利No.4,431,001 A1公开了用中空波导管和微波收发机来测量介电常数的一种方法和一种装置。把中空波导管设计成一个在其中心区域中带有一个横向狭缝的空腔谐振器，以布置一个垂直于中空波导管纵向的试验页。通过空腔谐振器带有与不带有试样的谐振频率之差，能测量试样的介电常数。

本发明的目的在于设计和改进测量介电常数的已知方法和一种适于进行这种测量的装置，从而能没有什么测量技术方面的复杂性地使用它们，以便在流经中空波导管的气溶胶中测量除空气之外的介质的浓度。

根据这种方法该目的的特征在于这样的事实：气溶胶通过一根中间管和中空波导管相交；在中空波导管中传播的微波信号受到衰减，并且由于介质的介电常数不同于空气的介电常数而经受相位偏移；考虑有效路径距离(中空波导管横截面中的管)测量微波信号的相位偏移，相位偏移与介质的浓度成正比；把结果调节到具有已知介电常数的气溶胶的相位偏移，并且由对于介质如此确定的浓度值形成一个平均值。

就设备而论，该目的借助于一个传感器和一个分析单元实现，其中传感器由中空波导管、微波发送机和接收机形成，和一根中间管穿过中空波导管以便气溶胶流过，及分析单元带有至少一个用于电压平衡的前置放大器、和两个用来测量介质浓度的波动和介质平均浓度的低通滤波器。

关于根据本发明的方法，一个微波信号在其中有带有流动气溶胶的管的中空波导管中传播。该信号由从空气到小滴和返回的过渡散射，产生在波传播方向的衰减。另一方面，由于具有另一种介电常数的小滴的存在，在过渡时间内有在恒定工作频率下从外部能作为相位偏移测量的偏移。

由于已经发现，相位测量和吸收测量定性地按照相同的模式，所以有可能使用具有较高信号产生率的测量、相位偏移或相位偏移和吸收测量的结合。这导致在测量技术方面的复杂性降低，因为相位和幅值不需要相互分开测量，并因此不需要分析在工作频率范围内的信号曲线。由于相位和幅值曲线的相同，相对测量就足够了，并且在混合幅值测量和相位测量中没有害处。