Verfahren und Vorrichtung für die kapazitive Messung des Gewichtes pro Längeneinheit an Textilgütern
In der Textilindustrie besteht das Bedürfnis nach Messmethoden zur Bestimmung des Gewichtes pro Längeneinheit an Textilgütern der Spinnerei. Es sind bereits zahlreiche Verfahren bekanntgeworden, welche gestatten, die Prüfungen mit hinreichender Genauigkeit durchzuführen. Dabei hat es sich gezeigt, dass zu diesem Zwecke vor allem der Hochfrequenz Messkondensator geeignet ist.
In den bekannten Verfahren und den entsprechenden Vorrichtungen werden im Prinzip zwei Elektroden als Messkondensator verwendet, die in einem bestimmten Abstand parallel zueinander angeordnet sind. Das zu prüfende Textilgut wird dabei durch eine freie Gasse zwischen den beiden Elektroden hindurchgeführt. Je nach seinem Gewicht pro Längeneinheit bewirkt es eine mehr oder weniger grosse Verdrängung der Luft mit der Dielektrizitätskonstante 1. Anstelle der verdrängten Luft tritt das Prüfgut - mit einer grösseren Dielektrizitätskonstante selbst, was eine entsprechende Kapazitätsvergrösserung zur Folge hat. Auf diese Weise lässt sich ein elektrisches Signal erhalten, welches bei zweckmässiger Ausbildung des Messkondensators und der zugeordneten Auswerteapparatur dem Gewicht pro Längeneinheit des erwähnten Textilgutes streng äquivalent ist.
Der Abstand zwischen den beiden Elektroden eines Plattenkondensators, welcher als Messkondensator verwendet wird, richtet sich nach den äusseren Dimensionen sowie nach dem Gewicht pro Längeneinheit des zu prüfenden Textilgutes. Im Falle der Prüfung von Karden- oder Streckenbändern muss beispielsweise der Elektrodenabstand ziemlich weit gewählt werden, damit im genannten Messkondensator keine unerwünschte Reibung entsteht, was eine unzulässige Verstreckung des nur lose aneinanderhaftenden und deshalb sehr zugempfindlichen Textilgutes zur Folge hätte.
Für die Prüfung von Garnen kann der Abstand der Elektroden des Messkondensators wesentlich enger gewählt werden, da die Garne im allgemeinen einen kleineren Durchmesser aufweisen. Trotzdem muss der Elektrodenabstand noch so weit gewählt werden, dass alle eventuell im Garn vorkommenden Verdickungen ungehindert die von den beiden Elektroden gebildete freie Gasse passieren können.
Die Verwendung eines Plattenkondensators bringt im Zusammenhang mit Messungen auf Produktionsmaschinen, bei welchen das Textilgut schichtartig ausgebildet ist, d. h. eine sehr geringe Dicke und eine relativ grosse Breite aufweist, erhebliche Nachteile mit sich. Der Plattenabstand muss nämlich im Hinblick auf die genannte geringe Dicke klein gewählt werden, um eine genügende Messempfindlichkeit zu erreichen. Diese macht das Einführen des Textilgutes zwischen die beiden Elektroden des Messkondensators sehr mühsam, besonders dann, wenn eine automatisch arbeitende Füllung und Entleerung des Messkondensators vorgesehen ist. Ferner wächst bei einem Plattenkondensator die Gefahr, dass sich das Textilgut an den Elektroden des Messkondensators staut um so mehr, je grösser das Verhältnis zwischen Breite und Dicke der von den Elektroden gebildeten freien Gasse ist.
Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile und betrifft ein Verfahren für die kapazitive Messung des Gewichtes pro Längeneinheit von Textilgütern der Spinnerei durch Beeinflussung einer Kondensatoranordnung, deren Kapazität ein Mass für das zu bestimmende Gewicht darstellt, bei welchem das Prüfgut derart über die Oberfläche der Kondensatoranordnung geführt wird, dass dasselbe im wesentlichen nur das Randfeld des sich zwischen den Kondensatorbelägen ausbreitenden elektrischen Feldes beeinflusst.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und besteht aus einer Kondensatoranordnung zur Erzeugung eines Randfeldes, durch welches Randfeld das Prüfgut hindurchzuziehen ist.
Anhand von Zeichnungen sei beispielsweise eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemä ssen Verfahrens erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch das Randfeld eines Messkondensators,
Fig. 2 den schematischen Aufbau eines Messkondensators zur Bestimmung des Gewichtes pro Längen einheit an schichtförmigem Textilgut,
Fig. 3 den schematischen Aufbau eines Messkondensators für Textilgut mit rundem Querschnitt, beispielsweise Garn,
Fig. 4 eine Variante zu dem in Fig. 3 gezeigten Messkondensator,
Fig. 5 eine Abart des Messkondensators der Fig. 2 bzw. 3,
Fig. 6 den schematischen Aufbau einer Messvorrichtung in Brückenschaltung,
Fig. 7 den schematischen Aufbau einer konstruktiven Variante des Messkondensators nach Fig. 2.
Fig. 1 zeigt einen Plattenkondensator, bestehend aus den Kondensatorplatten 20 und 21. Ein an diese Kondensatorplatten gelegtes elektrisches Potential E erzeugt in der durch diese Kondensatorplatten gebildeten freien Gasse und in deren Umgebung ein elektrisches Feld, das in der bekannten symbolischen Darstellungsweise elektrischer Vorgänge mit Hilfe von Feldlinien zum Ausdruck gebracht wird. Zwischen den Kondensatorplatten besteht meistens ein homogenes Feld mit gestreckten Feldlinien, während sich im Bereiche der Plattenränder ein Randfeld mit gekrümmten Feldlinien ausbildet. Jede Beeinflussung des von geraden oder von gekrümmten Feldlinien erfüllten Raumes durch einen Stoff mit einer von 1 verschiedenen Dielektrizitätskonstante verursacht Ladungsverschiebungen im Kondensator, welche als Kapazitätsänderungen mit geeigneten Mitteln messbar sind.
Für die vorliegende Einrichtung wird mit Vorteil der Plattenkondensator konstruktiv so gestaltet, dass das erwünschte Randfeld besonders ausgeprägt ist
In den Fig. 2 bis 7 sind solche Messkondensatoren, bei denen das Randfeld zur Messung ausgenützt wird, beispielsweise dargestellt.
In Fig. 2 bedeutet 1 ein schichtförmiges Prüfgut, welches eine geringe Dicke a, jedoch eine erhebliche Breite b aufweist, beispielsweise ein Faservlies in einem Streckwerksystem. Die Säulen 2, 3, 4, 5 und 6 stellen Elektrodenstäbe eines Messkondensators dar, welche vermittels der elektrischen Zuführungen 7, 8 derart an ein von einer Auswerteapparatur 9 geliefertes Hocbfrequenzpotential angeschlossen sind, dass sich zwischen je zwei der benachbarten Elektrodenstäbe ein Kondensatorfeld ausbildet. Im vorliegenden Falle werden die Elektrodenstäbe 2, 4 und 6 beziehungsweise 3 und 5 parallel geschaltet.
Das Prüfgut 1 erzeugt in jedem der vier im vorliegenden Beispiel angenommenen Kondensator-Randfelder eine Kapazitätsänderung, welche an den Zuführungen 7, 8 als Summenwert in Erscheinung tritt, sobald sich der Querschnitt des über den Elektrodenstäben liegenden Prüfgutes 1 ändert.
Die messtechnische Auswertung der an den Zuführungen 7, 8 auftretenden Kapazitätsänderungen des Messkondensators erfolgt in bekannter Weise vermittels einer Auswerteapparatur 9. An den Ausgangsklemmen 10, 11 derselben entsteht ein elektrisches Signal U, welches bei geeigneter Dimensionierung und Ausführung der Auswerteapparatur 9 dem Gewicht pro Längeneinheit des Prüfgutes im Bereich der Elektroden 2 bis 6 proportional ist.
Die Bestimmung des Gewichtes pro Längeneinheit des Prüfgutes 1 ist um so genauer, je dünner das über die Elektrodenstäbe 2 bis 6 geführte Prüfgut 1 ist. Durch geeignete Ausbildung der genannten Elektrodenstäbe sowie durch richtige Wahl des Abstandes der Elektrodenstäbe untereinander kann die Anzeige des Gewichtes pro Längeneinheit des Prüfgutes mit einer für die Praxis hinreichenden Empfindlichkeit und Genauigkeit erreicht werden.
Je nach dem Verwendungszweck der Messvorrichtung kann es von Vorteil sein, den zwischen den Elektrodenstäben entstehenden, jedoch nicht vom Prüfgut belegten Raum durch einen Isolator mit möglichst kleiner Dielektrizitätskonstante auszufüllen, damit die Ruhekapazität des Messkondensators nur wenig beeinflusst wird.
In Fig. 3 bedeuten 12 und 13 kammförmige Elektroden, welche für Messungen von Prüfgut mit im wesentlichen rundem Querschnitt geeignet sind. Herstellung und Aufbau eines solchen kammförmigen Messkondensators sind sehr einfach. Zwischen den kammförmigen Elektroden 12, 13 entsteht ein Kondensatorrandfeld, welches durch das über die Elektrodenfläche hinweggleitende Prüfgut 1 beeinflusst wird. An den Zuführungen 7 und 8 wird wiederum die gesamte Kapazitätsänderung gemessen und am Ausgang der Auswerteapparatur 9 entsteht bei richtiger Dimensionierung derselben ein dem Gewicht pro Längen einheit des über den kammförmigen Elektroden 12 und 13 befindlichen Prüfgutes 1 äquivalentes Signal U.
Auch bei dieser Elektrodenausbildung kann ein Ausfüllen der Zwischenräume mit einem Isoliermaterial kleiner Dielektrizitätskonstante Vorteile erbringen.
In Fig. 4 wird eine konstruktive Variante gegen über dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel eines Messkondensators gezeigt, in dem die dem Prüfgut 1 zugekehrte Oberfläche der Elektroden 12, 13 das genannte Prüfgut muldenförmig umfasst. Dadurch wird eine wesentlich genauere Bestimmung des Gewichtes pro Längeneinheit des Prüfgutes erzielt, da das Randfeld, in dem sich das Prüfgut 1 hindurchbewegt, auf das Prüfgut konzentriert wird. Zudem ergibt diese Ausbildung der kammförmigen Messelektroden 12, 13 den Vorteil, dass das Prüfgut 1 mechanisch geführt wird, was insbesondere bei der Anwendung der beschriebenen Vorrichtung in Produktionsmaschinen der Textilindustrie erwünscht ist.
In Fig. 5 ist eine Messvorrichtung gezeigt, welche die Elektrodenstäbe 2 bis 6 enthält. Dabei wird das Prüfgut 1 vermittels zweier Fadenführer 14, 15 derart über die Elektrodenstäbe 2 bis 6 geführt, dass zwischen deren dem Prüfgut zugekehrten Oberfläche und dem Prüfgut 1 selbst ein Zwischenraum verbleibt, wodurch jede Reibung zwischen den Elektrodenstäben und dem Prüfgut verhindert wird. Das Prüfgut 1 muss jedoch noch in dem um die Elektrodenstäbe sich ausbreitenden Kondensatorrandfeld verbleiben, damit Kapazitätsänderungen hervorgerufen werden können. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass die Messvorrichtung für die Bestimmung des Gewichtes pro Längeneinheit des Prüfgutes 1 bedeutend weniger feuchtigkeitsabhängig ist, als wenn das Prüfgut auf den Elektrodenstäben aufliegt.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist der, dass die Elektrodenstäbe 2 bis 6 durch das Prüfgut mechanisch nicht abgenützt werden. Die Fadenführer 14, 15 werden in einem solchen Falle bekanntlich aus sehr hartem, verschleissfestem Material hergestellt. Bei dieser Anordnung ist es weiterhin von Vorteil, dass die Messung des Gewichtes pro Längeneinheit von Prüfgut dadurch zuverlässiger wird, dass die Unterschiede der Kapazitätsänderung für die den Elektroden zunächst liegenden Teile des Prüfgutes und für die von den Elektroden entfernten Teile des Prüfgutes durch den zwischen den genannten Elektroden und dem Prüfgut vorhandenen Abstand verringert werden.
Fig. 6 zeigt eine Messvorrichtung in Brückenschaltung. In diesem Falle wird dem aus den Elektrodenstäben 2 bis 6 gebildeten Messkondensator ein möglichst ähnlich aufgebauter Kondensator mit den Elektrodenstäben 2' bis 6' zugeordnet.
Die Speisung mit Hochfrequenz erfolgt vermittels der Zuführungen 7, 8, wobei die beiden Kondensatoren Teile einer elektrischen Messbrücke bilden.
Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, wenn zeitlich konstante Messungen durchgeführt werden sollen, da Temperatureinflüsse kompensiert werden können.
Eine weitere Ausführungsform des Messkondensators besteht darin, dass die Elektroden in Form von dünnen Metallbelägen 17, 18 auf einem zweckmässig geformten keramischen Träger 16 aufgetragen sind.
Ein solcher Messkondensator ist in Fig. 7 schematisch gezeigt.
Die Messempfindlichkeit des vorliegenden Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtungen kann dadurch vergrössert werden, dass das Prüfgut 1 eine Anzahl hintereinanderliegender, parallel geschalteter Randfelder durchläuft, da die Summe der - durch das Prüfgut beeinflussten - Teilkapazitäten der Randfelder mit zunehmender Elektrodenzahl mehr wächst als die Summe der nicht beeinflussten sogenannten toten Teilkapazitäten. Die in den Fig. 2 bis 7 beispielsweise dargestellten Messkondensatoren machen von dieser Tatsache Gebrauch.