Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Substanzquerschnittes von Faserwickeln, Faserbändern, Vorgarnen und Garnen, unabhängig von Schwankungen des Feuchtigkeits- gehaltes des Messgutes
In der Textiltechnik kennt man schon lange ein Verfahren zur Messung des Substanzquerschnittes von Faserwickeln, Faserbander, Vorgarnen und Garnen, das darin besteht, das betreffende Messgut zwischen den Platten eines Alesskondensators durchzufüh- ren und dessen Kapazitätsänderung zu messen.
Unter Substanzquerschnitt von Faserwickeln, Faserbändern, Vorgarnen und Garnen versteht man, im Gegensatz zum scheinbaren Querschnitt, den durch die eigentliche Fasermasse ohne Berücksichtigung der Lufteinschlüsse gebildeten Querschnitt. Unter gewissen Voraussetzungen ist die genannte Ka pazitätsänderung proportional dem Substanzquersehnitt des Messgutes. Aus USA-Patent Nr. Re 23368 ist femer bekannt, dass unter bestimmten Voraussetzungen die Kapazitäts- änderung weitgehend unabhängig von der Dielektrizitätskonstante des Messgutes ist. Der Beweis dieser Eigenschaft wird weiter unten erbraeht.
Bei erheblichen Schwankungen des Feuch- tigkeitsgehaltes des Messgutes wird jedoch die Anzeige des Substanzquerschnittes infolge der Einwirkung des dann auftretenden, schwan- kenden Verlustfaktors verfälseht.
Durch die vorliegende Erfindung wird nun ermöglicht, den Feuchtigkeitseinfluss bei der oben beschriebenen Substanzquerschnitts- messung vollkommen auszuschalten.
Das vorliegende Patent betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Substanzquer- schnittes von Faserwickeln, Faserbändern, Vorgarnen und Garnen, unabhängig von deren Feuchtigkeitsgehalt, und besteht darin, dass das Messgut zwischen den Platten eines Messkondensators durchgeführt wird, wobei nur die Kapazitätsänderung des Messkondensators unter Ausschaltung des Verlustfaktors dieses Messkondensators gemessen lmd in elek- trischen Instrumenten zur Anzeige gebracht wird.
Das vorliegende Patent betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchfiihrung des erfindungsgemässen Verfahrens und ist gekenn- zeichnet durch eine Wechse] strombrücke, welche sowohl die Anderungen der Kapazität als auch die des Verlustfaktors des Messkon densators vorerst in je einen entsprechenden, durch Amplitude und Phase definierten elektrischen Wert umwandelt, durch eine Phasenvergleichsvorrichtung, welche hierauf aus dem genannten elektrischen Wert die nur der Ka pazitätsänderung entsprechende Komponente abtrennt und durch elektrische Instrumente, welche diese Komponente, die ein Mass für den Substanzquerschnitt darstellt, anzeigen.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wird nun an Hand der Figure, die eine erfindungsgemässe Einrich- tung beispielsweise darstellen, erläutert :
Die Fig. I und 2 sind Schemas, die zur Erläuterung der Messung mittels der Weeh- selstrombriieke dienen.
Die Fig. 3 und 4 stellen ein Schema und ein Vektordiagramm dar, die zur Erläuterung der Funktion eines Ausführungsbeispiels einer Phasenvergleichsvorrichtung dienen.
Fig. 5 zeigt das Bloekschema eines Ausführungsbeispiels der kompletten erfindungsgemässen Einrichtung.
Fig. 6 zeigt das detaillierte Sehaltungs- sehema dieser Einrichtung.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der physikalischen Vorgänge mit sog. Messkondensator.
Fig. 8 gibt die relative Kapazitätsänderung im Messkondensator an in Funktion der Di elektrizitätskonstante des Messgutes bei ver schiedenen sog. Füllfaktoren.
Es sei zunächst der Beweis erbracht, dass die Kapazitätsänderung des Messkondensators unter gewissen Voraussetzungen nahezu unab- hängig von der Dielektrizitätskonstante des Messgutes proportional dem Substanzquersehnitt des Messgutes ist.
Fig. 7 zeigt einen Kondensator der Kapazität C, dessen Dielektrikum aus zwei zu den Platten parallelen Schichten bestehe. Die erste Schicht ist aus Isoliermaterial, dessen Dielek trizitätskonstante s > 1 und dessen Dicke = d sei. Sie stellt eine Teilkapazität C2 dar. Die zweite Schicht betehe aus Luft mit einer Di elektrizitätskonstante so = 1 und einer Dicke D-d, wobei D gleich dem Abstand der Platten des Kondensators ist. Diese zweite Schicht stellt eine Teilkapazität Cl dar.
Man kann nun sehreiben :
1=1+1 (20)
C C1 C2
Sei nun Co der Wert, den die Kapazität C annimmt, wenn d = 0 wird, das heisst, wenn das Dielektrikum nur aus Luft besteht.
Es ist dann :
EMI2.1
Sei nun ?C die Differenz zwischen den Kapazitäten C und CXO : ?C=C-C0 (23)
Sei weiterhin ?=d der F llfaktor des
D Kondensators C.
Die Gleiehungen (20), (21) und (22) ergeben :
EMI2.2
Naeli Umformung und Einsetzen von ? erhÏlt man hieraus :
C=C0?1 (25) ?+?(1-?)
Die Gleichungen (23) und (25) ergeben : daraus :
EMI2.3
EMI2.4
Fig. 8 zeigt den Verlauf dieser Funktion mit dem Füllfaktor als Parameter.
Der Arbeitsbereich des in Frage stehenden Messkondensators ist dureh Schraffierung markiert. Es ist gut ersichtlich, dass in diesem Bereich die Anzeige praktisch unabhängig von der DielektrizitÏtskonstanten ? ist. Man kann also mit genügender Annäherung schrei- ben : ?C=? (28)
C0
Fig. 1 zeigt ganz allgemein das Ersatzschaltbild eines Kondensators mit Verlusten im Dielektrikum. Es ist die Serieschaltung einer Kapazität I und eines Widerstandes 2.
Der Messkondensator ohne Messgut kann als verlustfrei angesehen werden. Seine Kapazität sei C. Wird nun ein feuchtes Messgut zwischen die Platten des Messkondensators eingeführt, so wird sich die Kapazität auf den Wert C'= C+?C Ïndern. Ferner werden Verluste auftreten, die wir bei der gegebenen festen Frequenz durch einen Seriewiderstand von der Grosse R darstellen können. Es ist dann der Verlustfaktor tg ? = R ? 0, wobei ?=2?f und f die Frequenz der angelegten Wechselspannung bedeutet.
Bei den praktisch vorkommenden Messun- gen ist stets ?C?1 und tg??l.
C
Fig. 2 zeigt als Beispiel eine Brüekensehal- tune, die zur Messung der Anderungen des Messkondensators dienen kann. Der Messkon- densator ist durch sein Ersatzschema darge tellt, also durch eine Kapazität 1 von der Grosse C'= C+? C in Serie mit einem Wi rterstand 2 von der Grosse R, und bildet einen Arm der ganzen Brüeke. Der gegenüberlie- rende Arm wird durch einen Vergleichskon- densator 5 von der Grosse C gebildet.
Die beiden andern Arme der Brücke werden durch einen Symmetriertransformator G gebildet, der auch zur Speisung der Brüeke dient.
TT sei der Spannungsvektor zwischen den Klemmen 10 und 7 und den Klemmen 7 und 9.
?U sei die Diagonalspannung der Brüeke. Sie entsteht zwischen den Klemmen 8 und 7.
Fr. sei die Spannung zwischen den Klem men 8 und 9.
Wenn ? C = 0 und R = 0, so ist die Brücke abgeglichen und ?U=0. Es soll nun ?U berechnet werden unter der Voraussetzung, da¯ tg ?=?CR?1 und ?C?1
C
Es ist ?U=U-UC, (1) ferrer ist Uc = J (9) y (ut wobei J der zwischen den Klemmen 10 und 9 fliessende Strom ist.
Es ist ferner
EMI3.1
Gleichung (3) in Gleichung (2) eingesetzt ergibt
EMI3.2
Nach entspreehender Umrechnung erhält man :
EMI3.3
Hierin ist :
EMI3.4
Da?C?1, so wird C ungefÏhr gleich 1.
C C'
C=1 (7) C'
Es ist au¯erdem ? C R?1. (8)
Die Gleiehungen (7) und (8) in Gleichung (5) eingesetzt ergeben :
EMI3.5
Gleichung (5') in Gleichung (1) eingesetzt, ergibt :
EMI3.6
?U lϯt sich nun aufteilen in zwei senk- recht zueinander stehende Komponenten, näm- -t-* lich einen Realteil ?UC, in Phase mit F, und zut einen ImaginÏrteil ?UR um 90¯ gegen U pha senverschoben.
Der Realteil ?UC, in Phase mit U, errech- net sich wie folgt :
EMI3.7
Es ist aber
1=1-x+x¯-x¯+... wenn |x| < 1 1+x Setzen wir x = ?C und ?C ? 1
C c so wird
EMI4.1
Gleichung (11) in Gleichung (10) eingesetzt, ergibt ?UC ? U ?C (12)
2 C Gleichung (12) zeigt also, dass ?UC proportional den Kapazitätsänderungen des Messkon densators, also aueh proportional dem Substanzquersehnitt ist.
Der Imaginärteil dUR von Gleichung (9), um 90¯ gegen U phasenverschoben, errechnet sich zu ?UR ? J U ? C R (13)
2 ist ?UR ist also proportional dem Verlustfaktor tg ! = ? C R des Me¯kondensators, das hei¯t nur von der Feuchtigkeit des Messgutes ab hängig.
Im folgenden soll nun gezeigt werden, wic mittels einer Phasenvergleichsvorrichtung ?UC oder ?UR aus ?U gewonnen werden können.
Fig. 3 zeigt das Beispiel einer solchen Phasen vergleichsvornchtung. Ein Symmetriertransformator 11 transformiert ?U in zwei gegen phasige Spannungen ? U1 und ?U2, wobei |?U1| = |?U2|.?U1 und ?U2 gelangen ber zwei Dioden 12 bzw. 13 zu zwei gleichen Widerständen 16 bzw. 15 mit dem Widerstandswert Ri. Zwischen den Klemmen 19 und 20 wird über einen Transformator 14 eine Ver gleichsspannung eingespiesen. Ist diese Spannung U, so erhÏlt man zwischen den Klemmen 17 und 18 eine Spannung, die ?UC proportional ist. Will man eine Spannung erhalten, die ?UR proportinal ist, so ist mit jÀU einzuspeisen ; man w rde so ein WIass f r die Feuch tigkeit des Messgutes erhalten.
Fig. zeigt das zugehörige Vektordia- gramm.? sei die Phasenverschiebung zwischen J U und U, somit auch zwischen ?U1 und U.
U sei die Vergleichsspannung, wobei |U|? |?U|. Die Schalterwirkung der beiden Dioden bewirkt, dass Strome Ja und Jg, die durch die beiden Widerstände 1. 5 und 16 flie¯en, in die sen Widerständen Jg und |J3| proportio nale Gleichspannungen erzeugen. Der Vektor U ist in Fig. 4 dargestellt durch die Streeke 21-22. Von 22 aus werden nun unter dem Winkel p die Vektoren ? (Strecke 22-23) und ?U2 (Strecke 22-24) aufgetragen. Die Strecke 21-24 entsprieht nun der Spannung U2 ber der Diode 13 und dem Widerstand 15.
U2 = U + ?U2 (14)
Die Strecke 21-23 entspricht der Span- nung Liber der Diode 12 und dem Widerstand 16.
U3 = U + ?U1 (15)
Die Strome, die durch die Widerstände 15 und 16 fliessen, sind gegenpolig und durch die Strecken 21-24 entsprechend J2 und 21-23 entspreehend J3 dargestellt. JI. ist der Projektion von J2 auf die Richtung von U und Jg der Projektion von Jg auf die Richtung von U proportional. Da | U|?|?U|, gilt |J3|-|J2|?J'3-J'2
In den Widerständen 15 und 16 entstehen entsprechende gegenpolige Gleichspannungen, und zwischen den Klemmen 17 und 18 entsteht eine Gleichspannung
U4?R1(J'3-J'2) (16)
U. ist also proportional der Strecke 25-26, welche definitionsgemϯ proportional |?UC| ist.
Wird als Vergleichsspannung jÀU verwendet anstatt U, so wird U4 proportional ! Z1 UR .
Die Fig. 5 zeigt nun das Blockschema eines Ausf hrungsbeispiels der vollständigen erfindungsgemässen Einrichtung. Ein Oszillator 27 erzeugt eine Wechselspannung konstanter Frequenz und Amplitude U. Diese Wechselspannung wird einerseits dem Symmetriertransfor- mator 6 der Wechselstrombrücke 29, anderseits dem Phasenschieber 30 zugeführt. In der Wechselstrombriieke 29 ist 5 die Vergleichs- kapazität und 32 der Messkondensator. Die Diagonalspannung d U der Wechselstrom- br cke 29 gelangt über den Verstärker 33 zu der Phasenvergleichsvorrichtung 34, welche ihre Vergleichsspannung U'vom Phasenschieber 30 erhält.
Dieser dient lediglich dazu, die im Verstärker 33 auftretende Phasenverschie- bung zu kompensieren. Von der Phasenver gleichsvorrichtung 34 gelangt die Gleichspan- nung U4 zu einem elektrisehen Anzeigeinstrument 35, das auch registrierend sein kann.
Die von der Phasenvergleichsvorrichtung 34 gelieferte Gleichspannung U4 ist proportional der Eapazitätsänderung des Messkonden sators 32, unabhängig von dessen Verlustfak- toränderung. Das Anzeigeinstrument 35 gibt demnach einen Aussehlag, der proportional dem Substanzquerschnitt des Messgutes ist, und unabhängig von dessen Feuchtigkeits- gehalt.
Fig. 6 zeigt als Beispiel ein detailliertes Schema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Einrichtung.
Ein Quarzoszillator, bestehend aus dem Quarz 36, den Kapazitäten 37, 38, 39 und 44, dem Gitterableitwiderstand 40, der Drossel 41 und der Robre 42, erzeugt in bekannter Schaltung eine Hochfrequenzspannung konstanter Amplitude und Frequenz. Über die Koppel- kapazität 43 wird diese Hochfrequenzspannung einem Verstärker in iiblicher Schaltung, bestehend aus den Widerständen 45 und 46, der Kapazität 47, der Röhre 48 und dem Aus- gangstransformator 49, zugeführt.
Von hier aus gelangt die Hochfrequenzspannung einerseits zu einem RC-Phasenschieber in bekannter Schaltung, bestehend aus einer Kapazität 51 und einem Widerstand 50, anderseits zu einem Symmetriertransformator 6, der die Wechselstrombrücke, bestehend aus dem Messkondensator 32 und den Kapazitäten 5 und 5', speist. Die Funktionen dieser Elemente sind bereits eingehend erläutert worden.
Die variable KapazitÏt 5' dient zum Null- abgleich der Brücke. Die Diagonalspannung der Brücke gelangt zu einem Verstärker mit hochohmigem Eingang, bestehend aus den Widerständen 60 und 61, der Kapazität 62, der Röhre 70 und dem Symmetriertransformator 11, welcher die Phasenvergleichsvorrichtung mit den Dioden 12 und 13, dem Symmetrier- potentiometer 67 und der Kapazität 68 speist.
Die Vergleichsspannung U'wird der Phasenvergleichsvorrichtung vom Phasenschieber 50-51 ber einen Trennverstärker zugeführt, der durch die Röhre 52, den Widerstand 53, die Kapazität 54 und den Ausgangstransformator 14 gebildet wird.
Die von der Phasenvergleichsvorrichtung an der Kapazität 68 erzeugte Gleichspannung wird einem Anzeigeinstrument 35 zugeführt.
Diesem Anzeigeinstrument können nach Bedarf noch weitere, eventuell registrierende, zugeschaltet werden.
PATENTANSPRErCHE
I. Verfahren zur Bestimmung des Sub stanzquerschnittes von Faserwickeln, Faserbändern, Vorgarnen und Garnen, unabhängig von deren Feuchtigkeitsgehalt, dadurch gekennzeichnet, dass das Me¯gut zwischen den Platten eines Messkondensators durchgeführt wird, wobei nur die Kapazitätsänderung des Messkondensators unter Ausschaltung des Verlustfaktors dieses Messkondensators gemessen
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
Method and device for determining the substance cross-section of fiber laps, fiber ribbons, rovings and yarns, regardless of fluctuations in the moisture content of the material to be measured
In textile technology, a method for measuring the substance cross-section of fiber laps, slivers, rovings and yarns has been known for a long time, which consists in carrying out the material to be measured between the plates of an Aless capacitor and measuring its change in capacitance.
In contrast to the apparent cross-section, the substance cross-section of fiber laps, fiber ribbons, roving and yarns is understood to be the cross-section formed by the actual fiber mass without taking air inclusions into account. Under certain conditions, the change in capacity mentioned is proportional to the cross-section of the substance to be measured. From USA patent no. Re 23368 it is also known that under certain conditions the change in capacitance is largely independent of the dielectric constant of the material to be measured. The proof of this property is given below.
In the event of significant fluctuations in the moisture content of the material to be measured, however, the display of the substance cross-section is falsified as a result of the effect of the fluctuating loss factor that then occurs.
The present invention now makes it possible to completely eliminate the influence of moisture in the substance cross-section measurement described above.
The present patent relates to a method for determining the substance cross-section of fiber laps, fiber ribbons, rovings and yarns, regardless of their moisture content, and consists in the fact that the material to be measured is carried out between the plates of a measuring capacitor, whereby only the change in capacitance of the measuring capacitor is switched off Loss factor of this measuring capacitor is measured and displayed in electrical instruments.
The present patent also relates to a device for carrying out the method according to the invention and is characterized by an alternating current bridge which initially converts both the changes in the capacitance and the loss factor of the measuring capacitor into a corresponding electrical value defined by amplitude and phase converts, by a phase comparison device, which thereupon separates the component corresponding only to the change in capacitance from the electrical value mentioned, and by electrical instruments that display this component, which is a measure of the substance cross-section.
An exemplary embodiment of the method according to the invention will now be explained with reference to the figures, which for example represent a device according to the invention:
FIGS. 1 and 2 are diagrams which serve to explain the measurement by means of the alternating current bridge.
FIGS. 3 and 4 show a scheme and a vector diagram which are used to explain the function of an exemplary embodiment of a phase comparison device.
5 shows the block diagram of an exemplary embodiment of the complete device according to the invention.
Fig. 6 shows the detailed layout of this device.
7 shows a schematic representation of the physical processes with what is known as a measuring capacitor.
Fig. 8 shows the relative change in capacitance in the measuring capacitor as a function of the dielectric constant of the material to be measured with various so-called filling factors.
Let us first provide evidence that, under certain conditions, the change in capacitance of the measuring capacitor is almost independent of the dielectric constant of the material being measured and proportional to the cross section of the substance being measured.
FIG. 7 shows a capacitor of capacitance C, the dielectric of which consists of two layers parallel to the plates. The first layer is made of insulating material whose dielectric constant s> 1 and whose thickness = d. It represents a partial capacitance C2. The second layer consists of air with a dielectric constant so = 1 and a thickness D-d, where D is the distance between the plates of the capacitor. This second layer represents a partial capacity C1.
One can now write:
1 = 1 + 1 (20)
C C1 C2
Let Co be the value that the capacitance C assumes when d = 0, that is, when the dielectric consists only of air.
It is then :
EMI2.1
Now let? C be the difference between the capacities C and CXO:? C = C-C0 (23)
Let? = D be the fill factor of the
D capacitor C.
The equations (20), (21) and (22) give:
EMI2.2
Naeli reshaping and inserting? one obtains from this:
C = C0? 1 (25)? +? (1-?)
The equations (23) and (25) result in: from this:
EMI2.3
EMI2.4
8 shows the course of this function with the fill factor as a parameter.
The working area of the measuring capacitor in question is marked by hatching. It can be clearly seen that in this area the display is practically independent of the dielectric constant? is. So one can write with sufficient approximation:? C =? (28)
C0
1 shows in general the equivalent circuit diagram of a capacitor with losses in the dielectric. It is the series connection of a capacitance I and a resistor 2.
The measuring capacitor without the material to be measured can be regarded as lossless. Its capacitance is C. If a moist material to be measured is now introduced between the plates of the measuring capacitor, the capacitance will change to the value C '= C +? C. Furthermore, losses will occur, which we can represent at the given fixed frequency by a series resistance of the size R. It is then the loss factor tg? = R? 0, where? = 2? F and f means the frequency of the applied alternating voltage.
For the measurements that occur in practice,? C? 1 and tg ?? l are always used.
C.
As an example, FIG. 2 shows a bridge hall which can be used to measure the changes in the measuring capacitor. The measuring capacitor is represented by its substitute scheme, that is by a capacitance 1 of the size C '= C +? C in series with a term of 2 of the size R, and forms one arm of the entire bridge. The opposite arm is formed by a comparison capacitor 5 of size C.
The other two arms of the bridge are formed by a balancing transformer G, which also serves to feed the bridge.
Let TT be the voltage vector between terminals 10 and 7 and terminals 7 and 9.
? U is the diagonal voltage of the bridge. It is created between terminals 8 and 7.
Let the voltage between terminals 8 and 9 be.
If ? C = 0 and R = 0, the bridge is balanced and? U = 0. Now? U should be calculated under the assumption that tg? =? CR? 1 and? C? 1
C.
It is? U = U-UC, (1) ferrer is Uc = J (9) y (ut where J is the current flowing between terminals 10 and 9.
It is further
EMI3.1
Equation (3) inserted into equation (2) gives
EMI3.2
After the appropriate conversion, you get:
EMI3.3
Herein is:
EMI3.4
Since? C? 1, then C becomes approximately equal to 1.
C C '
C = 1 (7) C '
It is also? C R? 1. (8th)
The equations (7) and (8) inserted into equation (5) give:
EMI3.5
Equation (5 ') inserted into equation (1) gives:
EMI3.6
? U can now be divided into two perpendicular components, namely- -t- * a real part? UC, in phase with F, and an imaginary part? UR shifted in phase by 90¯ against U.
The real part? UC, in phase with U, is calculated as follows:
EMI3.7
But it is
1 = 1-x + x¯-x¯ + ... if | x | <1 1 + x Let's set x =? C and? C? 1
C c so will
EMI4.1
Equation (11) inserted into equation (10) gives? UC? U? C (12)
2 C equation (12) thus shows that? UC is proportional to the changes in capacitance of the measuring capacitor, i.e. also proportional to the cross-section of the substance.
The imaginary part dUR of equation (9), phase shifted by 90¯ with respect to U, is calculated as? UR? J U? C R (13)
2? UR is proportional to the loss factor tg! =? C R of the Mēcondenser, that means only depends on the humidity of the material to be measured.
The following is intended to show how “UC” or “UR” can be obtained from “U” by means of a phase comparison device.
Fig. 3 shows the example of such a phase comparator. A balancing transformer 11 transforms? U into two voltages in opposite phase? U1 and? U2, where |? U1 | = |? U2 |.? U1 and? U2 pass through two diodes 12 and 13 to two identical resistors 16 and 15 with the resistance value Ri. Between the terminals 19 and 20, a comparative voltage is fed in via a transformer 14. If this voltage is U, a voltage is obtained between terminals 17 and 18 that is proportional to? UC. If one wants to obtain a voltage that is proportional to? UR, then feed in with jÀU; you would get a knowledge of the moisture of the material to be measured.
Fig. Shows the associated vector diagram. be the phase shift between J U and U, thus also between? U1 and U.
Let U be the equivalent voltage, where | U |? |? U |. The switching effect of the two diodes causes currents Ja and Jg, which flow through the two resistors 1. 5 and 16, to flow into these resistors Jg and | J3 | Generate proportional DC voltages. The vector U is represented in FIG. 4 by the line 21-22. From 22, the vectors? (Route 22-23) and? U2 (route 22-24) are plotted. The path 21-24 now arises from the voltage U2 across the diode 13 and the resistor 15.
U2 = U +? U2 (14)
The section 21-23 corresponds to the voltage across the diode 12 and the resistor 16.
U3 = U +? U1 (15)
The currents that flow through the resistors 15 and 16 are of opposite polarity and are represented by the lines 21-24 corresponding to J2 and 21-23 corresponding to J3. JI. is proportional to the projection of J2 onto the direction of U and Jg to the projection of Jg onto the direction of U. Since | U |? |? U |, | J3 | - | J2 |? J'3-J'2 applies
Corresponding DC voltages of opposite polarity arise in resistors 15 and 16, and a direct voltage is generated between terminals 17 and 18
U4? R1 (J'3-J'2) (16)
U. is therefore proportional to the line 25-26, which by definition is proportional to |? UC | is.
If jÀU is used as comparison voltage instead of U, then U4 becomes proportional! Z1 UR.
FIG. 5 now shows the block diagram of an exemplary embodiment of the complete device according to the invention. An oscillator 27 generates an alternating voltage of constant frequency and amplitude U. This alternating voltage is fed to the balancing transformer 6 of the alternating current bridge 29 on the one hand and to the phase shifter 30 on the other. In the alternating current bridge 29, 5 is the comparison capacitance and 32 is the measuring capacitor. The diagonal voltage d U of the alternating current bridge 29 arrives via the amplifier 33 to the phase comparison device 34, which receives its comparison voltage U ′ from the phase shifter 30.
This only serves to compensate for the phase shift occurring in amplifier 33. The DC voltage U4 passes from the phase comparison device 34 to an electrical display instrument 35, which can also be registered.
The DC voltage U4 supplied by the phase comparison device 34 is proportional to the change in capacitance of the measuring capacitor 32, regardless of the change in its loss factor. The display instrument 35 accordingly gives a reading that is proportional to the substance cross-section of the material to be measured and independent of its moisture content.
As an example, FIG. 6 shows a detailed diagram of an exemplary embodiment of the device according to the invention.
A crystal oscillator, consisting of the crystal 36, the capacitors 37, 38, 39 and 44, the grid bleeder resistor 40, the choke 41 and the Robre 42, generates a high-frequency voltage of constant amplitude and frequency in a known circuit. This high-frequency voltage is fed via the coupling capacitance 43 to an amplifier in the usual circuit, consisting of the resistors 45 and 46, the capacitance 47, the tube 48 and the output transformer 49.
From here, the high-frequency voltage reaches, on the one hand, an RC phase shifter in a known circuit, consisting of a capacitor 51 and a resistor 50, and, on the other hand, to a balancing transformer 6, which feeds the AC bridge, consisting of the measuring capacitor 32 and the capacitors 5 and 5 ' . The functions of these elements have already been explained in detail.
The variable capacitance 5 'is used to zero the bridge. The diagonal voltage of the bridge goes to an amplifier with a high-impedance input, consisting of the resistors 60 and 61, the capacitance 62, the tube 70 and the balancing transformer 11, which the phase comparison device with the diodes 12 and 13, the balancing potentiometer 67 and the capacitance 68 feeds.
The comparison voltage U ′ is fed to the phase comparison device from the phase shifter 50-51 via an isolating amplifier which is formed by the tube 52, the resistor 53, the capacitance 54 and the output transformer 14.
The DC voltage generated by the phase comparison device at the capacitance 68 is fed to a display instrument 35.
If required, further, possibly registering, can be connected to this display instrument.
PATENT APPROVAL
I. A method for determining the substance cross-section of fiber laps, fiber ribbons, rovings and yarns, regardless of their moisture content, characterized in that the material is carried out between the plates of a measuring capacitor, with only the change in capacitance of the measuring capacitor, with the loss factor of this measuring capacitor being eliminated measured
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