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2018-02-21T22:45:30Z

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Das '''Mikrowellen-Messverfahren''' ist eine nicht-invasive Wassergehaltsbestimmung von Materialien mit Hilfe von [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Wellen]]. Die Methode findet in der [[Landwirtschaft]], der [[Zuckerindustrie]], der Nahrungs-, Genussmittel- und Pharmaindustrie, aber auch im Bauwesen, der [[Kohle]]-, [[Erdöl]]- und [[Erdgas]]gewinnung sowie der Transport- und Lagerwirtschaft Anwendung.

== Allgemeines ==
Bei Mikrowellen-Messverfahren wird der Unterschied zwischen der hohen [[Permittivität|relativen Permittivität]] von Wasser (bei f = 2,54 GHz ist ε<sub>r</sub> = 77) im Gegensatz zu vielen anderen Materialien ausgenutzt. Die Bestimmung des Feuchtegehaltes erfolgt durch die Analyse eines Feststoff-Wasser-Gemisches in einem elektromagnetischen Feld.
Dabei wird der Einfluss der Permittivitätszahl von Wasser auf die Sensorkapazität registriert. Die Messfrequenzen liegen zwischen 0,3 und 20 [[Hertz (Einheit)|GHz]]. Für die Wahl der Messfrequenz sind Temperatur und [[Salinität|Salzgehalt]] des Materials maßgeblich. Die Materialkörnung beeinflusst außerdem das Messergebnis.

== Funktionsweise ==

Bei Mikrowellen-Messverfahren werden die Unterschiede zwischen ausgesandten und empfangenen Wellen gemessen, die durch [[Dämpfung]] der [[Amplitude]] und [[Phasenverschiebung]] verursacht werden. Die Veränderungen von Amplitude und Phase ergeben sich durch [[Reflexion (Physik)|Reflexion]], [[Brechung (Physik)|Brechung]] und [[Streuung (Physik)|Streuung]] der hochfrequenten Wellen an den Grenzschichten des [[Dielektrikum]]s und durch [[Absorption (Physik)|Absorption]] im Inneren des Untersuchungsmaterials. Die Basis für Mikrowellen-Messverfahren bilden die folgenden zwei Verfahren.

=== Transmissionsverfahren ===
Auf einer Seite des zu untersuchenden Stoffes werden [[Mikrowellen]] ausgesendet. Die Wellen werden, je nach Eigenschaften des Stoffes, an den Grenzflächen des Materials [[Reflexion (Physik)|reflektiert]] oder beim Durchqueren des Materials vollkommen oder teilweise [[Absorption (Physik)|absorbiert]]. Diesen Vorgang nennt man [[Transmission (Physik)|Transmission]].

Auf der anderen Seite des Stoffes werden die veränderten Wellen wieder empfangen. Die Veränderungen von Wellenamplitude und -phase durch die Abwandlung der anfänglichen Feldverteilung werden gemessen.

=== Reflexionsverfahren ===
Die Messung der Mikrowellen erfolgt bei diesem Verfahren nur auf einer Seite der Materialprobe. Die Wellen werden beim Durchqueren des Materials [[Reflexion (Physik)|reflektiert]] und durch ein Messgerät erfasst. Beeinflusst wird die Messgröße durch die Permittivitätszahl.

== Vorteile ==
Mikrowellen-Messverfahren zeichnen sich insbesondere durch eine zuverlässige Arbeitsweise unter rauen Industriebedingungen aus. Weitere Vorteile sind eine
*zerstörungsfreie Messung,
*Messung in Echtzeit<ref>{{Internetquelle |url=https://www.bma-worldwide.com/uploads/media/BMA_DynFAS_MW_de.pdf |titel=Mikrowellen – Messtechnik zur Bestimmung des Trockensubstanzgehaltes |hrsg=Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG |format=PDF; 416 kB |datum=2010-08 |zugriff=2017-10-22}}</ref>
*hohe [[Empfindlichkeit (Technik)|Empfindlichkeit]] und
*durchdringende Messung, im Gegensatz zu optischen Verfahren die nur an der Oberfläche des Materials messen, wie z. B. Nahinfrarot-Feuchtemessung
*eine geringe [[Einschwingzeit]].

Der Einfluss der [[Ionenleitfähigkeit]] auf die Messergebnisse ist aufgrund der hohen Messfrequenzen gering. Im Vergleich zu anderen Verfahren, wie dem nuklearen Feuchtemessverfahren, sind die Messzeiten kurz und die Maßnahmen zum [[Arbeitsschutz]] gering. Eine Beeinflussung der Messergebnisse durch Umwelteinflüsse wie [[Staub]] oder [[Wasserdampf]] findet nicht statt. So können bei den Messungen hohe Genauigkeiten erreicht werden. Da Mikrowellen-Messverfahren berührungslos arbeiten, sind sie unabhängig von den Oberflächeneigenschaften des zu untersuchenden Materials. Mit Hilfe des Mikrowellen-Messverfahrens lässt sich die [[Feuchte]] im gesamten, durchstrahlten Volumen des Feststoff-Wasser-Gemisches ermitteln.

== Nachteile ==
Die Messgenauigkeit der Transmissions- und Reflexionsverfahren ist abhängig von verschiedenen Störgrößen wie Dicke, [[Dichte]] und Körnung des zu untersuchenden Materials. Durch den Einsatz von [[Mehrparameter-Verfahren]] können diese Abhängigkeiten kompensiert oder in die Messung einbezogen werden.

Frequenzkonstanz und stabile [[Sendeleistung]]en lassen sich nur durch den Gebrauch hochwertiger Messgeräte gewährleisten. Als weiteren Nachteil kann man ansehen, dass mit Mikrowellen-Messverfahren nur ein über das Untersuchungsmaterial gemittelter Feuchtegehalt bestimmt wird. Dieser Wert enthält keine Informationen über die Feuchteverteilung im Material.

== Siehe auch ==

*[[Materialfeuchte]]

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=A. Göller |Titel=MOISTURE MAPPING - Flächen- und tiefenaufgelöste Feuchtemessung mit dem MOIST-Verfahren |Sammelwerk=DGZfP-Berichtsband |Nummer=69-CD |Datum=1999 |Online=[http://www.dgzfp.de/Portals/24/PDFs/BBonline/bb_69-CD/bb69-p10.pdf PDF] |Kommentar=freier Volltext}}
* Klaus Kupfer: ''Materialfeuchtemessung. Grundlagen, Messverfahren, Applikationen, Normen''. expert-Verlag, Renningen-Malmsheim 1997, ISBN 3-8169-1359-8, (''Kontakt & Studium'' 513).
* Stefan Völkner: ''Zum Einfluss räumlich begrenzter Diskontinuitäten auf die zeitabhängige Feuchteverteilung in Außenwänden''. Dissertation, Ruhr-Universität Bochum, 2003 ({{URN|nbn|de:hbz:294-7916}}).

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Physikalisches Analyseverfahren]]

Mikrowellen-Messverfahren - Versionsgeschichte

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