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.
Method and device for the capacitive measurement of the weight per unit length of textile goods
In the textile industry there is a need for measuring methods to determine the weight per unit length of textile goods in the spinning mill. Numerous methods have already become known which allow the tests to be carried out with sufficient accuracy. It has been shown that the high-frequency measuring capacitor is particularly suitable for this purpose.
In the known methods and the corresponding devices, in principle two electrodes are used as measuring capacitors, which are arranged parallel to one another at a certain distance. The textile material to be tested is passed through a free lane between the two electrodes. Depending on its weight per unit of length, it causes a greater or lesser degree of displacement of the air with a dielectric constant of 1.Instead of the displaced air, the test material occurs - with a higher dielectric constant itself, which results in a corresponding increase in capacity. In this way, an electrical signal can be obtained which, if the measuring capacitor and the associated evaluation equipment are appropriately designed, is strictly equivalent to the weight per unit length of the textile material mentioned.
The distance between the two electrodes of a plate capacitor, which is used as a measuring capacitor, depends on the external dimensions and the weight per unit length of the textile material to be tested. In the case of testing card or draw frame slivers, for example, the electrode spacing must be chosen to be quite wide so that no undesirable friction occurs in the measuring capacitor mentioned, which would result in inadmissible stretching of the loosely adhering and therefore very sensitive textile material.
For testing yarns, the distance between the electrodes of the measuring capacitor can be chosen to be much closer, since the yarns generally have a smaller diameter. Nevertheless, the electrode spacing still has to be chosen so far that any thickening that may occur in the yarn can pass the free lane formed by the two electrodes unhindered.
The use of a plate capacitor in connection with measurements on production machines in which the textile material is designed in layers, i.e. H. has a very small thickness and a relatively large width, with considerable disadvantages. This is because the plate spacing must be selected to be small in view of the aforementioned small thickness in order to achieve sufficient measurement sensitivity. This makes the insertion of the textile between the two electrodes of the measuring capacitor very laborious, especially when an automatically operating filling and emptying of the measuring capacitor is provided. Furthermore, with a plate capacitor, the risk of the textile material accumulating on the electrodes of the measuring capacitor increases the greater the ratio between the width and thickness of the free lane formed by the electrodes.
The present invention overcomes these disadvantages and relates to a method for the capacitive measurement of the weight per unit length of textile goods in the spinning mill by influencing a capacitor arrangement, the capacitance of which is a measure of the weight to be determined, in which the test material is guided over the surface of the capacitor arrangement that it essentially only affects the edge field of the electric field spreading between the capacitor layers.
The present invention also relates to a device for carrying out the method and consists of a capacitor arrangement for generating an edge field through which edge field the test material is to be drawn.
A device for carrying out the method according to the invention is explained, for example, with the aid of drawings. It shows:
1 schematically shows the edge field of a measuring capacitor,
2 shows the schematic structure of a measuring capacitor for determining the weight per unit length of layered textile material,
3 shows the schematic structure of a measuring capacitor for textile goods with a round cross-section, for example yarn,
4 shows a variant of the measuring capacitor shown in FIG. 3,
5 shows a variant of the measuring capacitor of FIGS. 2 or 3,
6 shows the schematic structure of a measuring device in a bridge circuit,
7 shows the schematic structure of a design variant of the measuring capacitor according to FIG. 2.
Fig. 1 shows a plate capacitor, consisting of the capacitor plates 20 and 21. An electrical potential E applied to these capacitor plates generates an electrical field in the free lane formed by these capacitor plates and in their vicinity, which in the known symbolic representation of electrical processes with the help is expressed by field lines. Between the capacitor plates there is usually a homogeneous field with stretched field lines, while a fringe field with curved field lines is formed in the area of the plate edges. Any influence on the space filled by straight or curved field lines by a substance with a dielectric constant different from 1 causes charge shifts in the capacitor, which can be measured as changes in capacitance with suitable means.
For the present device, the plate capacitor is advantageously designed structurally so that the desired edge field is particularly pronounced
In FIGS. 2 to 7, such measuring capacitors in which the edge field is used for the measurement are shown, for example.
In FIG. 2, 1 denotes a layered test material which has a small thickness a but a considerable width b, for example a fiber fleece in a drafting system. The columns 2, 3, 4, 5 and 6 represent electrode rods of a measuring capacitor, which are connected by means of the electrical leads 7, 8 to a high frequency potential supplied by an evaluation device 9 in such a way that a capacitor field is formed between each two of the adjacent electrode rods. In the present case, the electrode rods 2, 4 and 6 or 3 and 5 are connected in parallel.
The test item 1 generates a change in capacitance in each of the four capacitor edge fields assumed in the present example, which occurs as a total value at the leads 7, 8 as soon as the cross-section of the test item 1 above the electrode rods changes.
The metrological evaluation of the changes in capacitance of the measuring capacitor occurring at the leads 7, 8 is carried out in a known manner by means of an evaluation device 9. An electrical signal U is generated at the output terminals 10, 11 of the same, which, if the evaluation device 9 is suitably dimensioned and designed, corresponds to the weight per unit length of the Test material in the area of electrodes 2 to 6 is proportional.
The determination of the weight per unit length of the test material 1 is more precise the thinner the test material 1 guided over the electrode rods 2 to 6 is. By suitably designing the electrode rods mentioned and by choosing the correct distance between the electrode rods, the weight per unit length of the test item can be displayed with a sensitivity and accuracy that is sufficient in practice.
Depending on the intended use of the measuring device, it can be advantageous to fill the space created between the electrode rods but not occupied by the test material with an insulator with the lowest possible dielectric constant so that the rest capacitance of the measuring capacitor is only slightly affected.
In FIG. 3, 12 and 13 denote comb-shaped electrodes which are suitable for measurements of test material with an essentially round cross-section. The manufacture and construction of such a comb-shaped measuring capacitor are very simple. A capacitor edge field is created between the comb-shaped electrodes 12, 13, which is influenced by the test material 1 sliding over the electrode surface. The entire change in capacitance is measured at the leads 7 and 8, and if the evaluation apparatus 9 is correctly dimensioned, a signal U is produced which is equivalent to the weight per unit length of the test item 1 located above the comb-shaped electrodes 12 and 13.
With this electrode design, too, filling the intermediate spaces with an insulating material with a low dielectric constant can produce advantages.
FIG. 4 shows a structural variant compared to the example of a measuring capacitor shown in FIG. 3, in which the surface of the electrodes 12, 13 facing the test material 1 encompasses the said test material in a trough shape. As a result, a much more precise determination of the weight per unit length of the test item is achieved, since the edge field in which the test item 1 moves through is concentrated on the test item. In addition, this design of the comb-shaped measuring electrodes 12, 13 results in the advantage that the test item 1 is guided mechanically, which is particularly desirable when the device described is used in production machines in the textile industry.
In FIG. 5 a measuring device is shown which contains the electrode rods 2 to 6. The test material 1 is guided over the electrode rods 2 to 6 by means of two thread guides 14, 15 in such a way that a gap remains between the surface facing the test material and the test material 1 itself, which prevents any friction between the electrode rods and the test material. The test material 1 must, however, still remain in the capacitor edge field spreading around the electrode rods so that changes in capacitance can be caused. This arrangement offers the advantage that the measuring device for determining the weight per unit length of the test item 1 is significantly less dependent on moisture than when the test item rests on the electrode rods.
Another advantage of this arrangement is that the electrode rods 2 to 6 are not mechanically worn by the test material. In such a case, the thread guides 14, 15 are known to be made of very hard, wear-resistant material. With this arrangement, it is also advantageous that the measurement of the weight per unit length of test material is more reliable that the differences in capacitance change for the parts of the test material lying next to the electrodes and for the parts of the test material removed from the electrodes by the between the mentioned electrodes and the test material existing distance can be reduced.
6 shows a measuring device in a bridge circuit. In this case, the measuring capacitor formed from the electrode rods 2 to 6 is assigned a capacitor of as similar a structure as possible with the electrode rods 2 'to 6'.
The high-frequency feed takes place by means of the leads 7, 8, the two capacitors forming parts of an electrical measuring bridge.
Such an arrangement is advantageous if measurements that are constant over time are to be carried out, since temperature influences can be compensated.
Another embodiment of the measuring capacitor consists in that the electrodes are applied in the form of thin metal coatings 17, 18 on an appropriately shaped ceramic carrier 16.
Such a measuring capacitor is shown schematically in FIG. 7.
The measurement sensitivity of the present method and the corresponding devices can be increased by the fact that the test item 1 runs through a number of side-by-side, parallel-connected edge fields, since the sum of the partial capacities of the edge fields - influenced by the test material - increases more with an increasing number of electrodes than the sum does not influenced so-called dead partial capacities. The measuring capacitors shown for example in FIGS. 2 to 7 make use of this fact.