FR2461945A1 - Procede pour mesurer l'humidite relative independamment de la densite - Google Patents
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Abstract
LES APPAREILS CONNUS POUR LA MESURE DE L'HUMIDITE NE SONT PAS FIABLES LORS D'UNE VARIATION DE LA DENSITE ET LORS D'UNE REPARTITION IRREGULIERE DE L'OBJET A MESURER DANS LE VOLUME DE MESURE. ON DECRIT DES PROCEDES, SUIVANT LESQUELS ON MESURE DE MANIERE CONNUE LE FACTEUR DE TRANSMISSION COMPLEXE DE L'OBJET A MESURER ET, CHOSE NOUVELLE SIMULTANEMENT LE COEFFICIENT DE REFLEXION COMPLEXE. UNE MESURE PREALABLE SOUS UNE FORME DETERMINEE POUR L'ETABLISSEMENT D'UNE COURBE D'ETALONNAGE RESTE NECESSAIRE. LES PRINCIPESTHEORIQUES CONFIRMES PAR LES RESULTATS DE MESURE SONT MONTRES POUR DIFFERENTS VOLUMES DE MESURE TANT POUR DES ONDES LIBRES ET DES GUIDES EM TRANSVERSAUX, C'EST-A-DIRE DES GUIDES COAXIAUX, QUE POUR DES GUIDES D'ONDES DANS LE CAS PARTICULIER D'ECHANTILLONS A FAIBLE PERTE ET BASSE CONSTANTE DIELECTRIQUE ET DANS UN RESONATEUR FERME. APPLICATION AUX MESURES INDUSTRIELLES DE L'HUMIDITE RELATIVE DE SUBSTANCES DIVERSES.
Description
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"Procédé pour mesurer l'humidité relative indépendamment
de la densité".
A. Arrière-plan de l'invention
A(1) Domaine de l'invention.
L'invention concerne un procédé pour mesurer
en hyperfréquences, indépendamment de la densité, l'humi-
dité relative d'un objet, et comprend les stades suivants
(1) on amène l'objet à mesurer dans un applica-
teur, lequel présente, en l'absence d'objet à mesurer, des propriétés mécaniques et électriques connues, (2) on mesure l'influence que l'objet à mesurer exerce sur les propriétés diélectriques de l'applicateur
à la fréquence de mesure.
En soi, il est possible de déterminer par pesée la teneur en humidité des matières. En l'occurrence, les
matières à examiner sont pesées à l'état humide et à l'é-
tat sec. La teneur absolue en humidité est alors égale à
la différence du résultat des deux pesées. L'humidité re-
lative Y (en %) est donnée par la relation m -7= 100 e me + m e d o me est la masse de la quantité d'eau en présence et md est la masse de la matière sèche. Un tel mode opératoire par pesée est toutefois extrêmement lent et onéreux dans
un procédé continu, de sorte que d'autres procédés de me-
sure ont été mis au point depuis longtemps.
Par exemple, on sait d'après Hasted (ref. D(1)) qu'en mesurant l'impédance complexe en hyperfréquences
(amortissement et déphasage), on peut déterminer la cons-
tante diélectrique complexe E de la matière humide. Cette
constante diélectrique complexe est, en raison des proprié-
tés spécifiques de l'eau dans le domaine des hyperfréquences une mesure de la quantité absolue d'eau en présence. Un instrument basé sur ce principe est décrit dans l'article de Kraszewski (ref. D(2)).IPr une détermination distincte de la densité, par exemple par pesée, il est alors possible
de déterminer l'humidité relative Y. L'inconvénient pré-
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cité subsiste donc sans restriction pour la mesure de l'humidité relative y./ On a déjà proposé également (ref.D(3)) d'effectuer la mesure sur l'objet à mesurer
à densité et température constantes sous une forme géo-
métrique déterminée et d'en déduire une courbe d'étalon-
nage pour l'humidité relative. Un inconvénient est que l'objet à mesurer doit toujours être disponible sous une certaine forme géométrique. Dans un procédé de mesure
continu (bande transporteuse) ceci constitue un inconvé-
nient parce que l'épaisseur de l'objet à mesurer (blé, café, sable, tabac) sur la bande transporteuse n'est pas constante et est donc introduite directement comme erreur
de mesure lors de la détermination de l'humidité relative.
A(2) Etat actuel de la technique Un procédé du type décrit dans le préambule pour la mesure de l'humidité relative t d'un objet à mesurer
indépendamment de l'épaisseur et/ou de la densité est con-
nu d'après la (ref. D(4)). Il est indiqué dans cet article
que si l'objet à mesurer est homogène et si l'amortisse-
ment et le déphasage évoluent linéairement avec le poids
de l'eau et le poids de l'objet à mesurer sec, il est pos-
sible d'établir pour l'humidité relative une formule qui est indépendante de la densité ou de l'épaisseur de couche En dehors des limitations indiquées qui sont imposées à
l'établissement de la formule, la dépendance de l'épais-
seur de couche subsiste pour partie, comme il est montré
dans l'article précité à la page 368, aux figures 6 et 7-
Il en ressort que les erreurs commises dépendent de la te-
neur en humidité et sont donc très gênantes.
B. Résumé de l'invention L'invention a pour but de mettre en oeuvre un
procédé du type décrit dans le préambule pour la détermi-
nation de l'humidité relative Y d'un objet à mesurer in-
dépendamment de l'épaisseur et de la densité et permettant
de mesurer en hyperfréquences de manière simple et préci-
se l'humidité d'objets indépendamment de l'épaisseur et
de la densité.
Le procédé de l'invention est caractérisé en ce
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qu'il comprend en outre, les stades suivants: (3) on détermine une grandeur A donnée par la relation:
A=
o E1(it,) est la partie réelle et &I'( Y, S) est la partie imaginaire de la constante diélectrique E= O ( ú' - i C"), et R est la densité de l'objet à mesurer, (4) au moyen de la valeur de A déterminée au
stade précédent, on déduit l'humidité relative Y à par-
tir d'une courbe d'étalonnage A(^ laquelle courbe d'é-
talonnage est spécifique à la matière constituant l'objet à mesurer et aux propriétés mécaniques et électriques de
l'applicateur.
L'invention a de plus pour but de déterminer un
appareil pour l'exécution du procédé de mesure en hyper-
fréquences de l'humidité relative Yjd'un objet indépen-
damment de l'épaisseur et de la densité, en particulier dans le cas d'un objet à faible constante diélectrique ú
et à faible perte. L'appareil comprenant une source d'hy-
perfréquences, un détecteur d'hyperfréquences et un cir-
cuit de mesure a, conformément à l'invention, pour carac-
téristique de mettre en oeuvre des moyens pour la mesure du déphasage 0 et de l'amortissement de transmission AE des ondes hyperfréquences de la source vers le détecteur,
des moyens pour la détermination de la grandeur A satis-
faisant à la relation: o2
A = -2
o 00 est le déphasage en l'absence d'objet à mesurer
dans le circuit de mesure, 0 est le déphasage en présen-
ce d'un objet à mesurer, A& est l'amortissement de trans-
mission en présence d'un objet à mesurer, en outre des moyens pour associer la valeur ainsi déterminée de.A avec
l'humidité à l'aide d'une courbe d'étalonnage A (lY).
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C. Description des dessins
Des exemples d'éxécution de l'invention et leurs avantages sont décrits plus en détail avec référence aux dessins annexés, parmi ceux-ci: La figure 1 représente différents applicateurs
qui peuvent être utilisés pour la mesure de l'objet confor-
mément à l'invention, la figure 2 représente les courbes d'étalonnage A(Y) indépendantes de la densité pour le blé (w) et pour D le tabac (t) à une fréquence de 12,5 GHz pour l'application de l'invention, la figure 3 représente une courbe d'étalonnage A( Y) pour le tabac avec une densité constante 3 = 0,26
g/cm3-
la figure 4 indique quelques points de mesure pour le tabac avec un degré d'humidité à déterminer pour différentes densités; la figure 5 représente les courbes d'étalonnage
A(XjI)correspondant aux applicateurs illustrés sur la fi-
gure 1 pour déterminer conformément à l'invention l'humi-
dité relative Y à partir de la valeur mesurée de A, la figure 6 représente l'évolution de tangente & pour la laine en fonction de la fréquence de mesure pour quelques teneurs en humidité, la figure 7 représente l'évolution de tangente
déduite de la figure 6 en fonction de l'humidité rela-
tive, la figure 8 représente l'évolution des grandeurs ú'' ". et A en fonction de la densité J; la figure 9 est un schéma d'un appareil pour la mesure de l'humidité conforme à l'invention, la figure 10 donne un exemple d'exécution d'un appareil de mesure de l'humidité conforme à l'invention, la figure 11 représente un applicateur pour la
mesure de l'humidité du tabac dans des cigarettes.
D. Références 1. Hasted J.B. "Aquous Dielectrics"
Chapman & Hall, London, p. 57, 238.
2. Kraszewski, A. "Microwave instrumentation for moisture content measurement", Jrnl of Microw. Power, Vol. 8,
N03/4 1973 pp 323-335.
3. Kalinski, J. "Einige Probleme der industriellen Feuch-
o5 tigkeitsmessung mit Microwellen", Microwellen Magazin,
Vo!.6, 1978, pp 441-452.
4. Kraszewski, A. Kalinski, S."An improved microwave method of moisture content measurement and control", IEEE,
Trans IECI, Vol. 23, 1976 pp 364-370.
5. Meyer, W. Schilz, W.tMicrowave absorption by water in organic materials" in Dielectric materials, measurements and applications IEEE Conf. Publ. 177, London 1979,
p 215.
E. Description d'exemples d'exécution
E(1) Description générale
Le principe de la mesure de l'humidité au moyen des hyperfréquences est basé sur le fait qu'aux fréquences des micro-ondes, la constante diélectrique complexe de l'eau ( = 63-j31 à 9 GHz) diffère sensiblement de celle de nombreuses matières ou substances sèches. Par conséquent, le comportement diélectrique des matières humides dépend, dans une grande mesure, de la teneur en humidité, ce qui
se traduit par la valeur de la partie réelle et de la par-
tie imaginaire de la constante diélectrique E = ( ' -
j ú ").
Pour une grande variété de matières importantes en pratique (tabac, thé, blé), il est apparu que le rapport de ( 6',( N)-1) et de "\( y, >) est indépendant de la densité pour des teneurs en humidité qui ne sont pas
trop élevées. Cela signifie qu'en déterminant dans l'ex-
pression: ú' (lr,))-1
A( ) = (1)
simultanément É' et " et en étalonnant l'appareil de mesure en termes de A( y), indépendant de la densité, on peut déterminer l'humidité relative Y. Le procédé est applicable non seulement à des matières dont la phase et
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l'amortissement évoluent linéairement avec la teneur en eau et la densité de la matière sèche, comme admis dans
la réf. D(4), mais est également valable en général lors-
qu'il y a proportionnalité entre le numérateur et le déno-
minateur de la relation (1) Pour certaines matières, par exemple la laine,
la relation (1) donne une description insuffisante des ré-
sultats expérimentaux. Dans ce cas, une expression modi-
fiée A^( t) convient mieux: A ( Y) = tan es ()(%) (2)
En principe, il n'est pas possible, à une fré-
quence de mesure déterminée, de mesurer de manière absolue et simultanée, sans connaissance des dimensions de l'objet à mesurer, la partie réelle et la partie imaginaire de la constante diélectrique, comme indiqué cidessus dans la relation (1). Comme précisé plus en détail ci-après, il est toutefois possible de mesurer une grandeur A indépendante de la longueur qui comprend les grandeurs î' et t " et de
la choisir, en outre, de façon que A soit encore indépen-
dant de la densité des matières à mesurer.
1) Tubes (entre autres microbande, guide d'ondes, espaces
libres, par exemple entre deux éléments rayonnants à cor-
net).
I. L'échantillon de longueur inconnue (en l'occur-
rence la hauteur ou l'épaisseur) L est présent dans l'ap-
plicateur de conductivité qui peut être réalisé sous la forme d'un morceau de câble coaxial, d'un guide d'ondes ou aussi de l'espace libre entre deux éléments rayonnants à
cornet. Entre la résistance en hyperfréquence Z0 de l'espa-
ce de transmission en l'absence d'objet à mesurer et l'im-
pédance complexe Z a de l'objet à mesurer, on a la relation (z0) (s Sî) S212 =R +jI (3)
Zú (1+S,1)2 _S 212
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o S1l est le coefficient de réflexion complexe et S21 est le facteur de transmission complexe. Avec les résistances en hyperfréquences valables pour les ondes planes:
Z = 120 (I)
et pour des ondes coaxiales EM transversales, r Z ln o (5) rV / o r est le rayon du conducteur extérieur et r. est le o 1 rayon du conducteur intérieur. Il en ressort que pour des ondes coaxiales EM transversales, on a--: ú 1 1_ 1-E oRR
A = ", - (6)
o RE et I sont donnés par la relation (3).
Pour des guides d'ondes de type H, on a la relation:
Z = 120 ' (7)
<E y(E/u -(>A/> >2) Dans ce cas c est la longueur d'onde limite et est
la longueur d'onde de service du guide d'ondes. Il en ré-
sulte que: À 1î-?/1 c)2 -ER (8)
A = " =- (8)I
E 1 ot
De telles formules peuvent être données égale-
ment pour des guides d'ondes tubulaires qui ne sont que partiellement remplis, de même que pour des guides d'ondes
plats et superficiels. Les équations (6) et (8) sont éga-
lement valables pour des échantillons très longs, c'est-
A-dire infinis, pour lesquels on ne peut constater aucune transmission et pour lesquels la définition de la longueur serait sans signification. Dans ce cas, S21 prend la valeur zéro dans la grandeur A mesurée conformément à l'équation (3). Dans le cas particulier d'un échantillon d'une matière A mesurer ne présentant que de faibles pertes et
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ayant une faible constante diélectrique ' 'si Eo l'application de l'équation (3) est trop imprécise pour des mesures pratiques. Dans ce cas également, la longueur d'un échantillon peut être éliminée par une combinaison opportune de la phase mesurée: os = úE /-rad _7 (9) et de l'amortissement oA 1A, =-7 (10) Avec les valeurs 1 = V o)2 út c-.1, ko k = t vc 2 1 = (o-) ú "2,O Ce= 2 1f (12)
&20.1
2.02 o = ( 2;)ú 1.12 , 1
() ' = A C 0*(1
2) Résonateurs.
A l'aide de la théorie des perturbations, on cal-
cule l'évolution de la fréquenceet de la qualité d'un ré-
sonateur lors de l'insertion d'un diélectrique à faible per-
te de la manière suivante: f f
2 10
-_ _ _t f1 2 Q1 QO (14) A) = a =.o (14) (1 8'lj 5 1) so úo Ait s CC(0 E E + /uo HoH1) dVc L'indice 0 est relatif aux champs E et H, à la fréquence f, à la qualité Q, à la constante diélectrique du résonateur sans objet à mesurer etl'indlioe lestrelatifaau résonateur partiellement rempli. L'expression intégrale est
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réelle pour de petites perturbations. On obtient ainsi pour A: É'11 (fi) /f A =8tt1, - = 2 T(1Q1 - 1/Qo (15)
o QO est la qualité du résonateur sans la matière à me-
surer,
Q1 est la qualité du résonateur avec la matière à me-
surer, f0 est la fréquence de résonance du résonateur vide, et f1 est la fréquence de résonance du résonateur rempli
de la matière à mesurer.
E(2) Réalisation pratique d'appareils pour mesurer l'humi-
dit é
Suivant une forme d'exécution pratique d'un ap-
pareil pour la mesure de l'humidité au moyen des hyperfré-
quences indépendamment de la densité, l'appareil se compo-
se principalement de l'applicateur et du réseau d'hyperfré-
quences, dans lequel, par exemple, par mesure du signal
transmis et du signal réfléchi, on déduit à partir du si-
gnal électrique l'impédance complexe de l'objet à mesurer, l'appareil comprenant, en outre, l'étage de traitement de
signal avec un indicateur, au moyen duquel on forme, à par-
tir des signaux de mesure, l'expression indépendante de la densité à l'aide des équations (1) et (2), par exemple au moyen d'un microprocesseur, et on compare cette expression avec la courbe d'étalonnage A( Y) établie par mesure en
laboratoire sur l'objet à mesurer.
La figure 1 représente un certain nombre d'appli-
cateurs.
La figure la représente un conducteur dit à ima-
ge inversée comportant deux connexions de.guides d'ondes 3.
L'applicateur comprend en 1 un guide d'onde fait d'un dié-
lectrique à faible perte et à constante diélectrique rela-
tivement élevée (E - 6, par exemple Stycast) qui passe dans le milieu 2 o E " 6. La matière en vrac passe dans
le sens de la flèche 4 sur le plan et modifie les proprié-
tés de conductivité qui sont mesurées au moyen des coeffi-
cient de réflexion et de transmission.
La figure lb représente un applicateur comprenant deux éléments rayonnants à cornet 5 et 6 orientés l'un
vers l'autre. Les deux éléments rayonnants à cornet déli-
mitent un volume 7 dans lequel est entretenueune onde é-
lectromagnétique plane. L'objet à mesurer est introduit
dans le volume 7.
La figure le représente un applicateur à micro-
bande. Une bande conductrice 9 est appliquée sur une pla-
que diélectrique 8 et conduit à une sortie 11 un signal amené à une entrée 10. Du fait que le champ produit par ce signal existe aussi au- dessus de la plaque diélectrique 8, on détermine l'influence exercée sur les propriétés du guide hyperfréquences par l'objet à mesurer déposé à cet endroit. La figure 2 indique pour deux substances (blé (G.) et tabac (t) les courbes d'étalonnage A('Y) telles
qu'elles sont mesurées à température constante à 12,5 GHz.
La courbe d'étalonnage A( Y) est, comme déjà noté, indé-
pendante de la densité. En illustration de la mesure dans laquelle la courbe d'étalonnage A(x) est indépendante de la densité, la figure 3 indique une courbe d'étalonnage A() mesurée pour une densité constante ? = 0,26 g/cm3 du
tabac à différents degrés d'humidité. A titre de comparai-
son, la figure 4 donne pour le tabac d'une teneur en humi-
dité inconnue un certain nombre de points de mesure de A(V) pour différentes densités t. La valeur moyenne de
A se révèle être voisine de 21 avec une dispersion de + 1.
De la comparaison de ce résultat avec la courbe d'étalonna-
ge indiquée à la figure 3, il ressort que le degré d'humi-
dité est de 4% et que, la mesure étant faite indépendamment de la densité, il s'introduit une erreur absolue de mesure
qui s'échelonne de -0,4% à +0,2%.
La figure 5 présente les courbes d'étalonnage
A(Y) relatives aux applicateurs de la figure 1. Les cour-
bes d'étalonnage A( Y) sont donc, comme il ressort de la figure 2 et de la figure 5, spécifiques de la nature de l'objet mesuré et des propriétés mécaniques et électriques
de l'applicateur utilisé.
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Le choix de la fréquence f des micro-ondes à laquelle l'humidité de l'objet à mesurer est déterminée n'est pas sans importance. La figure 6 indique, dans le cas de la laine, l'évolution de tangente S en fonction
de la fréquence de mesure pour un certain nombre de va-
leurs de l'humidité relative Y. La ligne en pointillés indique l'évolution de tangente z en fonction de f pour
un objet sec ( = 0). Les courbes en trait continu indi-
quent l'évolution de tangente 8 en fonction de f pour un objet ayant des teneurs en humidité Y de 5, de 9, de 14, de 23 et de 26%, respectivement. Dans le cas de la
laine, il en ressort donc qu'il faut choisir une fréquen-
ce de mesure très élevée f = 15 GHz pour obtenir une -sen-
sibilité de mesure aussi grande que possible. La sensibili-
té dans le domaine des basses fréquences est encore plus
élevée, comme il ressort de la figure 6. Néanmoins, la me-
sure aux basses fréquences expose à l'inconvénient que la mesure est alors sensible à la conduction ionique, tandis
qu'au-delà d'environ 10 GHz, cette influence est pratique-
ment sans importance ainsi qu'il ressort de la réf. D(5)
et aussi de la réf. D(1).
Si on choisit pour la mesure de la laine une fréquence de mesure de 15 GHz, l'évolutionde tangente S en fonction de l'humidité relative déterminée conformément
à la figure 6 conduit aux résultats de la figure 7.
Il ressort même de nombreuses mesures sur des matières organiques, telles que les plumes, le tabac et la laine, que l'évolution tant de 8 '(ô, S> (donc aussi ú ' (VI, -1) que de E"Il(y,) dépend presque linéairement
de la densité. Le critère pour l'établissement de la for-
mule (1) est alors certainement satisfait. La figure 8a
montre l'évolution de ú "( Y, R) en fonction de la den-
sité \ et la figure 8b montre l'évolution de &'( ',y) en fonction de 2 et la valeur de A qui en résulte d'après la formule (1) est représentée sur la figure 8c. Le domaine de densité exploré pour la laine à l'état sec s'échelonne
de 0,025 g/cm3 à 0,2 g/cm3.
L'appareil pour la mesure de l'humidité conforme
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à la figure 9 comprend un conformateur 12, un double
applicateur par éléments rayonnants à cornet 13, un ré-
seau hyperfréquences 14 comportant, entre autres, des os-
cillateurs, des mélangeurs et détecteurs, une unité de
traitement de signal 15 qui détermine, par exempleseIonlafor-
mule (13), indépendamment de la densité, la valeur de A au moyen de laquelle on détermine, par exemple à l'aide d'une courbe d'étalonnage A(Y) stockée dans une mémoire, l'humidité relative qui est affichée sur le dispositif d'affichage 16. On peut utiliser sans inconvénient dans
* ce montage de mesure, outre l'applicateur à cornet, éga-
lement un autre applicateur, par exemple celui de la fi-
gure la ou le.
La figure 10 donne un exemple d'exécution d'un
appareil de mesure en hyperfréquences. Il convient de dis-
tinguer trois hiérarchies de fréquences, à savoir (a) un
étage hyperfréquences proprement dit (environ 9 GHz) in-
diqué en traits discontinus; (b) un étage moyenne fréquen-
ce (environ 10 MHz) indiqué en trait continu et (c) un éta-
ge de traitement du signal en basse fréquence (environ
-10 KHz) indiqué en pointillés.
L'étage hyperfréquences proprement dit comprend un premier oscillateur 17 et un second oscillateur 18, par
exemple des oscillateurs de Gunn qui sont maintenus à en-
viron 9 GHz avec un écart de fréquence constant de 10 MHz par une boucle de verrouillage de phase stabilisée par quartz. Le signal du premier oscillateur 17 est transmis
à l'applicateur 19 dans lequel ou sur lequel se trouve l'ob-
jet à mesurer. Le signal à la sortie de l'applicateur est
transmis à un premier mélangeur 20 o ce signal est mélan-
gé avec le signal décalé en fréquence de 10 MHz provenant
du second oscillateur 18. Un second mélangeur à haute fré-
quence 21 est utilisé, d'une part, pour engendrer à la sor-
tie 22 un signal de réglage de 10 MHz à l'usage de la bou-
cle de verrouillage de phase et, d'autre part, pour engen-
drer un signal qui est une mesure de l'amortissement et du déphasage du signal hyperfréquences dans l'applicateur
sans objet de mesure.
246 1945
L'étage moyenne fréquence comprend la boucle
de verrouillage de phase 23 qui est connectée à un pre-
mier oscillateur de référence 24 (fréquence de 10 MHz) et reçoit le signal de la sortie 22 du mélangeur 21 qui est connecté par l'intermédiaire d'un amplificateur 24
sur une autre entrée de la boucle de verrouillage de pha-
se 23. Une sortie de la boucle de verrouillage de phase
23 est connectée à une admission de commande 25 de l'os-
cillateur commandé en tension 18. L'étage moyenne fré-
quence comporte, en outre, un deuxième oscillateur de ré-
férence 28 (fréquence de 9,99 MHz) qui est connecté à une première entrée 27 d'un autre mélangeur 28. Une deuxième
entrée 29 du mélangeur 28 reçoit le signal de sortie pro-
duit par le mélangeur 20. A une sortie 30 du mélangeur 28
on dispose ainsi d'un signal de 10 KHz. Le deuxième oscil-
lateur de référence 26 est, en outre connecté à une pre-
mière entrée 31 d'un autre mélangeur 32. Le signal de sor-
tie produit par le mélangeur 21 est transmis à une deuxiè-
me entrée 33 du mélangeur 32. Un signal de 10 KHz est ain-
si également disponible à une sortie 34 du mélangeur 32.
L'étage basse fréquence comprend des filtres à
bande passante de 10 KHz 35 et 36 qui sont connectés res-
pectivement aux mélangeurs 28 et 32. Les signaux de sortie des deux mélangeurs 28 et 32 sont transmis à un dispositif
à différence d'amplitude 37 pour la détermination de l'a-
mortissement A qui est induit dans l'applicateur par l'objet à mesurer. Les signaux de sortie des mélangeurs 28 et 32 sont transmis par des convertisseurs 38 et 39 respectivement, à un dispositif à différence de phase 40
pour la détermination de la différence de phase 0 E pro-
duite dans l'applicateur par l'objet à mesurer. Les deux dispositifs différentiels sont connectés à une unité de
traitement 41, par exemple un microprocesseur, qui calcu-
le la valeur de A à partir du quotient de 0g et AE
(-suivant la formule (13)] et qui détermine ensuite l'hu-
midité relative Y au moyen de l'information relative à la
courbe d'étalonnage stockée dans une mémoire.
246 1945
La figure Il est une vue d'un appareil de mesure
réalisé sous la forme d'un résonateur à spirale (applica-
teur) propre à recevoir des cigarettes et déterminer les propriétés diélectriques du tabac et constitué par un tube de quartz 42 recevant les cigarettes 43, par une spirale
métallique 44 pour l'entretien de la fréquence de réso-
nance, par un couplage à haute fréquence 45 et par ln blin-
dage 15. Après l'insertion des cigarettes A( y)sont dédui-
tes des valeurs de mesure au moyen de l'équation (15).
246 1 945
Claims (7)
1. Procédé pour mesurer en hyperfréquences indé-
pendamment de la densité, l'humidité relative d'un ob-
jet et qui comprend les stades suivants: (1) on amène l'objet à mesurer dans un applicateur lequel présente, en l'absence d'objet à mesurer, des propriétés mécaniques et électriques connues;
(2) on mesure l'influence que l'objet exerce sur les pro-
priétés diélectriques de l'applicateur à la fréquence.de mesure,
caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les stades sui-
vants: (3) on détermine une grandeur A donnée par la relation:
A
o 1'(ô,\) est la partie réelle et É"(,S) est la par-
tie imaginaire de la constante diélectrique ú= úo( E2-jú") et S est la densité de l'objet à mesurer,
(4) au moyen de la valeur de A déterminée au stade précé-
dent, on déduit l'humidité relative Y d'une courbe d'éta-
lonnage A(lf), laquelle courbe d'étalonnage est spécifique
à la matière constituant l'objet à mesurer et aux proprié-
tés mécaniques et électriques de l'applicateur.
2. Procédé pour mesurer en hyperfréquences indé-
pendamment de la densité, l'humidité relative Y d'un ob-
jet et qui comprend les stades suivants: (1) on amène l'objet à mesurer dans un applicateur lequel présente, en l'absence d'objet à mesurer, des propriétés mécaniques et électriques connues,
(2) on mesure ltinOEuence que l'objet exerce sur les pro-
priétés diélectriques de l'applicateur à la fréquence de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les stades suivants: (3) on détermine la grandeur A donnée par la relation
246 1 945
A=tan& o ú est la partie réelle et E"(WS) est la partie imaginaire de la constante diélectrique = 2 D ( E '-j E"), tangente = et est la densité de l'objet à mesurer
(4) au moyen de la valeur de A déterminée au stade précé-
dent, on déduit l'humidité relative T d'une courbe d'é-
talonnage A( r), laquelle courbe d'étalonnage est spéci-
fique à la matière constituant l'objet à mesurer et aux
propriétés mécaniques et électriques de l'applicateur.
3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, sui-
vant lequel le premier stade comprend la mesure du facteur de transmission complexe, caractérisé en ce que le premier stade comprend aussi la mesure du coefficient de réflexion complexe.
4. Appareil pour l'exécution du procédé suivant la revendication 1 ou 2 en vue de la mesure de l'humidité
relative trd'un objet à faible perte présentant une cons-
tante diélectrique, îE faible caractérisé en ce qu'il comprend une source d'hyperfréquences, un applicateur, un
détecteur d'hyperfréquence, des moyens pour mesurer le dé-
phasage 0 et l'armortissement de transmission A e des ondes hyperfréquences de la source à travers l'applicateur vers
le détecteur, des moyens pour déterminer la grandeur A don-
née par la relation:
E'-1 0ú 2 0- 2
A = E" - 0
o 00 représente le déphasage sans objet à mesurer dans le
circuit de mesure, 0 représente le déphasage avec un ob-
jet à mesurer dans le circuit de mesure et A t représente le coefficient de transmission avec l'objet à mesurer dans
le circuit de mesure, outre des moyens pour déduire l'humi-
dite de la valeur mesurée de A à l'aide d'une courbe
d'étalonnage A().
5. Appareil pour l'exécution du procédé suivant la
revendication 1 ou 2 en vue de la mesure de l'humidité re-
lative Y d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend un résonateur hyperfréquences, des moyens pour mesurer la fréquence de résonance f et le facteur de qualité Q sans objet à mesurer dans le résonateur (fo et Qo) et avec un objet à mesurer dans le résonateur (f1 et Q1), des moyens pour déterminer la grandeur A donnée par la relation: A - u (f fo)/fl A úg (l/Ql-1/Q0
et des moyens pour déduire l'humidité 1 de la valeur me-
surée de A à l'aide d'une courbe d'étalonnage A( i).
6. Appareil pour l'exécution du procédé suivant
la revendication 3 en vue de la mesure del'humidité rela-
tive T d'un objet à mesurer, caractérisé en ce qu'il comprend une source d'hyperfréquences, un applicateur qui est en particulier un applicateur à système de conduction coaxial, un détecteur d'hyperfréquences, des moyens pour
mesurer le facteur de transmission complexe S21 et le coef-
ficient de réflexion complexe Sil des ondes hyperfréquences
de la source à travers l'objet à mesurer dans l'applica-
teur vers le détecteur, des moyens pour déterminer la gran-
deur A donnée par la relation:
A = 1- ú R
o go est la constante diélectrique de l'air et R E est
la partie réelle et I E est la partie imaginaire de l'im-
pédance en hyperfréquences Z = R + jI ú de l'objet à mesurer avec la relation
(1-S) - S2
Z= R + jI = il21 (us11)i -S212
en outre des moyens pour déduire l'humidité Y de la va-
leur mesurée de A à l'aide d'une courbe d'étalonnage A(f).
7. Appareil pour l'exécution du procédé suivant
la revendication 3 en vue de la mesure de l'humidité rela-
tive t d'un objet caractérisé en ce qu'il comprend une source d'hyperfréquences, un applicateur en forme de guide
d'ondes tubulaire, un détecteur d'hyperfréquences, des mo-
yens pour mesurer le facteur de transmission complexe S21 et le coefficient de réflexion complexe Sll des ondes hyperfréquences de la source à travers l'objet à mesurer
dans l'applicateur jusqu'au d6tecteur, des moyens pour dé-
terminer la grandeur A donnée par la relation: 1-()2 - oR oE. A = C=ni Ac o G0 est la constante diélectrique de l'air et R test la
partie réelle et I ú est la partie imaginaire de l'impé-
dance complexe Z = R + jIEú de l'objet à mesurer dans l'applicateur, tandis que est la longueur d'onde dans le guide d'ondes tubulaire et Ac est la longueur d'onde
de coupure dans le guide d'ondes tubulaire avec la rela-
tion: (1-Sl)2 - S212 Z = R E + jI = 2 (1+Sl)2 - S212 il 21 outre des moyens pour déduire l'humidité relative t de la valeur mesurée de A à l'aide d'une courbe d'étalonnage A().
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