CH644208A5 - Verfahren und vorrichtung zum messen der menge eines auf einen faden angebrachten elektrisch leitenden mediums. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Menge eines auf einen sich bewegenden Faden angebrachten elektrisch leitenden Mediums, zur kontinuierlichen oder selektiven Überwachung der angebrachten Menge.

Es ist in der Qualitätskontrolle allgemein üblich, den Betrag der Oberflächenbeschichtung auf einem Faden nach dem Hindurchlaufen des Fadens durch eine Beschichtungs-Auftragsvorrichtung zu messen. Häufig wird eine Probe des Fadens aus dem System ausgeschnitten und in einem Labor chemisch getestet. Derartige Verfahren bewirken nicht nur eine Verzögerung im Gesamtbetrieb, wenn ein Probefaden aus dem System entnommen wird, sondern führen auch zu einer starken Verzögerung vor Eingang der Ergebnisse. Des weiteren gestatten die bekannten Verfahren eine kontinuierliche Überwachung der Oberflächenbeschichtung oder eine selektive Fehlersuche innerhalb eines Systems nicht.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Messung der auf einen Faden angebrachten Menge eines Mediums zur kontinuierlichen oder selektiven Überwachung des Betrages der Oberflächenbeschichtung auf einem sich bewegenden Faden innerhalb einer Anlage zu schaffen, bei welcher der kontinuierliche Betrieb der Anlage nicht gestört wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Messvorrichtung zu schaffen, deren Eichung keine vorherige Labor-Analyse des betreffenden verwendeten Oberflächenmediums erforderlich macht.

Gemäss einem Aspekt der vorliegenden im Anspruch 1 formulierten Aufgabenlösung der Erfindung treten erste und zweite im Abstand befindliche elektrische Kontaktelemente mit dem sich bewegenden Faden in Gleitkontakt. Der Betrag des auf den Faden aufgebrachten elektrisch leitenden Mediums wird als Funktion der Leitfähigkeit des Fadens zwischen den Kontaktelementen bestimmt. Unter Faden kann im vorliegenden Patent selbstverständlich auch Faser verstanden werden.

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Messvorrichtung eine Bezugszelle mit einer Probe des mit dem elektrisch leitenden Mediums behandelten Fadens. Die Menge des Mediums auf dem Faden wird in einer elektrischen Schaltung als Funktion des Verhältnisses der Leitfähigkeit der Fadenlänge zwischen den elektrischen Kontaktelementen und der Leitfähigkeit der Probezelle ermittelt.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Messvorrichtung eine von Hand geführte Vorrichtung, welche ein Mittel zur Erfassung des Fadens und zum Halten desselben in Gleitkontakt mit jedem der Faden-Kontaktelemente aufweist.

In einer bevorzugten Schaltung wird die Fadenlänge als Eingangswiderstand an einen Operationsverstärker und die Bezugszelle als Rückkopplungswiderstand an einen zweiten Operationsverstärker in Reihe mit dem ersten angeschlossen. Der Ausgang der Schaltung ist ein Signal, das proportional dem Verhältnis der Leitfähigkeit der Fadenlänge und der Bezugszelle ist.

Gemäss einer weiteren Schaltung werden Spannungen abwechselnd über die Fadenlänge und die Probenzelle an eine integrierende Schaltanordnung mit anschliessender

Bearbeitung nach dem Sägezahnprinzip zur Ermittlung des Verhältnisses der Leitfähigkeiten angelegt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Fadens, mit dem elektrische Kontaktelemente und eine Bezugszelle in Berührung treten, die jeweils Signale an einen Messkreis abgeben, um einen Ausgang zu liefern, welcher die Menge des Mediums auf dem Faden entsprechend der Erfindung anzeigt;

Fig. 2: eine Seitenansicht bevorzugter Kontaktelemente zur Erfassung eines sich bewegenden Fadens;

Fig. 3 : ein elektrisches Schaltdiagramm, bei dem die Bezugszelle als Rückkopplungswiderstand an einen ersten Operationsverstärker und die Fadenlänge als Eingangswiderstand an einen zweiten Operationsverstärker angeschlossen sind, um eine Ausgangsspannung proportional dem Leitfähigkeitsverhältnis zu liefern;

Fig. 4A: ein detailliertes elektrisches Schaltdiagramm einer bevorzugten Form des linken Teils der Schaltung nach Fig. 3;

Fig. 4B: ein detailliertes elektrisches Schaltdiagramm einer bevorzugten Form des rechten Teils der Schaltung nach Fig. 3;

Fig. 5: eine isometrische Ansicht einer von Hand geführten Messvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6: ein elektrisches Schaltdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher Spannungen über die Fadenlänge und die Bezugszelle an eine Schaltanordnung mit anschliessender Bearbeitung nach dem Sägezahnprinzip verwendet werden.

Fig. 7: eine graphische Darstellung der Sägezahnform der Spannung V(t) nach Fig. 6;

Fig. 8A: ein detailliertes Schaltdiagramm einer Stromzufuhr, welche mit einer bevorzugten Form der Schaltung nach Fig. 6 verwendet wird;

Fig. 8B: ein detailliertes elektrisches Schaltdiagramm einer bevorzugten Form der Analog-Schaltung nach Fig. 6;

Fig. 8C: ein detailliertes elektrisches Schaltdiagramm der digitalen Kontrollschaltung zur Steuerung der Analog-Schal-tung nach Fig. 8B.

Unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung werden zwei bevorzugte Vorrichtungen erläutert. Beide Vorrichtungen werden in einer on-line-Betriebsweise verwendet, d.h. jede von ihnen überwacht den sich bewegenden Faden, ohne den Betrieb einer Anlage zu stören. Bei der ersten Vorrichtung wird eine preiswerte Wandler-Anordnung permanent an jeden Faden angeordnet. Die zweite Vorrichtung ist eine von Hand geführte batteriebetriebene Vorrichtung mit einer verfeinerten Schaltung, welche sich zur Messung jedes Fadens innerhalb der Anlage verwenden lässt. Diese letztere Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Fehlersuche, während erstere sich am besten für die Überwachung der kontinuierlichen Qualitätskontrolle eignet.

Beide Vorrichtungen nutzen das lineare Verhältnis zwischen der Leitfähigkeit einer Fadenlänge, welche mit einem leitenden Medium beschichtet ist oder es enthält, und der Menge des leitenden Mediums, welches auf einer bestimmten Einheitslänge vorhanden ist.

Man geht davon aus, dass die Leitfähigkeit des Fadens selbst im Vergleich zur Leitfähigkeit des leitenden Mediums unerheblich ist. Das leitende Medium kann eine äussere Beschichtung auf dem Faden oder in den ganzen Faden dis-pergiert sein oder aber sich teilweise auf der Oberfläche befinden und teilweise dispergiert sein. In jedem Fall wird der

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wirksame Querschnittsbereich Al des leitenden Mediums entlang der Fadenlänge als konstant angenommen.

Diezwischen den Enden einer Fadenlänge LI gemessene Leitfähigkeit beträgt

Gf-

g~-A1 L1

(<)

welche über Leitungen 40 bzw. 42 an den Messkreis 22 angeschlossen sind.

Die Bezugszelle weist eine Länge L2 sowie einen inneren Querschnittsbereich A2 auf. Die zwischen ihren beiden Enden gemessene Leitfähigkeit beträgt wobei a die Leitfähigkeit des Mediums ist. Sind daher LI und CT bekannt, lässt sich der Querschnittsbereich aus der Messung von Gf ermitteln. Der Wert von AI setzt direkt in die Menge des leitenden Mediums pro Fadenlängen-Einheit um.

In der Praxis ergeben sich eine Reihe von Schwierigkeiten. Eine derselben besteht in der Herstellung des elektrischen Kontakts mit der Fadenlänge zur Ermittlung ihrer Leitfähigkeit. Da das Verfahren on-line in einem kontinuierlichen Prozess verwendet werden soll, kann man eine Fadenlänge nicht abschneiden und bestimmte Endplatten auf diese aufbringen. Es sind daher bestimmte Kontaktformen, wie die in Fig. I veranschaulichte, erforderlich. Ein erstes elektrisches Kontaktelement 12 und ein zweites elektrisches Kontaktelement 14 einer Sondenanordnung 11 sind zum elektrischen Gleitkontakt mit einem sich bewegenden Faden 16 angeordnet. Die Kontaktelemente befinden sich entlang der Bahn des sich bewegenden Fadens zur Begrenzung einer leitenden Fadenlänge LI im Abstand. Die Kontaktelemente 12 und 14 sind vermittels Leitungen 18 und 20 an einen elektrischen Messkreis 22 angeschlossen.

Zur Gewährleistung einer verlässlichen Angabe der Leitung eines Fadensegments der Länge LI, muss dafür gesorgt werden, dass die Leitfähigkeiten der Schnittflächen zwischen Kontakt und Faden im Verhältnis zur Leitfähigkeit des Fadenmediums der Länge LI sehr stark und die Längskontakt-Dimensionen der Kontakte im Verhältnis zu LI gering sind. Ausserdem muss die Kontaktanordnung derart sein,

dass der Kontakt mit dem sich bewegenden Faden konstant gehalten wird.

Das Kontaktproblem wird am besten durch Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Kontaktausbildung gelöst. Die Kontaktelemente sind Klemmen 24 und 26, die von einer schwenkbaren Platte 28 aus auswärts verlaufen. Die Klemmen weisen jeweils umfangsmässige Nuten 30 und 32 zur Aufnahme des Fadens 16 auf. Wenn der Faden zwischen den beiden Klemmen verläuft, kann die Platte 28 um eine zum Blatt normale Achse geschwenkt werden, um den Faden zwischen den Kontaktklemmen 24 und 26 gemäss Darstellung in Fig. 2 zu spannen. Obgleich der Längskontakt des Fadens begrenzt ist, wird daher von den Kontaktelementen ein kontinuierlicher und ausreichender Querkontakt hergestellt.

Ein weiteres Problem gibt die Ermittlung des Wertes ct auf, des Leitfähigkeitswertes des Mediums, das zur Ermittlung von AI bekannt sein muss. Obzwar alle z.B. auf Wasser basierende Oberflächenbeschichtungen offensichtlich gute Leiter sind (zumindest im Vergleich zum Faden), variieren die Werte von einer Oberflächenbeschichtung zur anderen zumindest um zwei Grössenordnungen. Die Ermittlung des Wertes ct für die jeweils verwendete Oberflächenbeschichtung würde umfangreiche Labortests erforderlich machen. Des weiteren ist die Leitfähigkeit einer bestimmten Oberflächenbeschichtung eine Funktion der Temperatur und des Alters der Beschichtung.

Die mit der Ermittlung des Wertes ct des leitenden Mediums verbundenen Probleme werden durch Vorsehen einer Bezugszelle vermieden, welche ein Rohr 34 mit einer Probe aufweist, welche die gleiche Beschichtung wie die Faser 16 erhielt. Die Probenbeschichtung wird an beiden Enden der Bezugszelle 34 von Kontakten 36 und 38 berührt,

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Gr =

LZ

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wobei ct den gleichen Wert für die Zelle und die Fadenmessung aufweist, da dieselbe Behandlung mit dem Medium bei beiden Ermittlungen verwendet wird. Der Wert von ct kann daher bei der Ermittlung von AI (die am stärksten interessierende Menge) entfallen, indem man erkennt, dass oder ist.

Gf Gr

A4

A1-C/L1 A Z-G^lLZ

Gf- AZ-Li Gr - LZ

(V

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Man braucht nur das Verhältnis GfGr zu messen und dieses mit einem von der vorstehenden Sammlung geometrischer Konstanter gemäss dem Messbereich zu verbinden um AI zu ermitteln.

Die Ausführungsform des Mess-Systems zur Messung der Mediumsmenge enthält einen Wandler pro Faden. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit müssen diese Teile des Systems aus preisgünstigen Einheiten konstruiert werden. Zentrale Einrichtungen, die auf viele Faden aufgeteilt werden, können komplizierter sein.

Ein vereinfachtes schematisches Diagramm der Vorrichtung für eine Produktionsanlage ist in Fig. 3 dargestellt. Eine 40 stabile Spannung Vi wird über einen Eingangswiderstand Rl an einen Operationsverstärker Ul angelegt. Die Probenzelle 34 ist als Rückkopplungswiderstand an den Operationsverstärker Ul angeschlossen. Die stabile Spannung Vi wird daher durch den Operationsverstärker Ul zur Erzeugung 45 einer Bezugsspannung l/r =

-Vi

R1-Gr

(s)

verstärkt.

Die Bezugsspannung Vr wird über die Sondenanordnung 11 an den Vorzeichenumkehr-Eingang eines Operationsverstärkers U2 angelegt. Ein Widerstand R2 liefert dem Rückkopp-55 lungswiderstand an dem Operationsverstärker U2. Die Schaltung-Ausgangsspannung Vo beträgt daher

I/o =

)ä (RZ-Gf)

R1-Gr

Bl.\

R1

> fé)

= K'Vî

Gr Gf Gr

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Die Variablen in der Schaltung sind massstabsmässig zu ändern, so dass die verschiedenen Spannungen stets unterhalb der Sättigungspegel des Operationsverstärkers für die maximal zu erwartende Oberflächendichte liegen; dennoch sind sie, vorbehaltlich dieser Einschränkung, so gross wie möglich, um die Wirkungen von Störgeräuschen und die Abweichspannungen des Operationsverstärkers auf ein Minimum herabzusetzen. Wählt man die Spannung in der Grös-senordnung von 5 Volt, sollte der Widerstand Rl so gewählt werden, dass er etwa 1/Gr beträgt. Bei dieser Wahl liegt die Grösse der Bezugsspannung Vr in dem gewünschten Bereich. In ähnlicher Weise führt, wenn der Widerstand R2 etwa gleich 1/Gf für maximal zu erwartende Oberflächendichten gewählt wird, dies zu dem maximalen Wert von Vo in der Grössenordnung von Vi. Bei üblicher Verwendung ist die Leitfähigkeit der Bezugszelle um einen Faktor 100 grösser als die Leitfähigkeit eines Fadens, welche den maximalen Ober-flächenbeschichtungspegel aufweist. Die Konstante K ist daher gleich 100 zu wählen.

Die eigentliche für die Messvorrichtung verwendete Schaltung ist in Figuren 4A und 4B dargestellt. Der wichtigste Unterschied zwischen dem eigentlichen System und dem vorstehend beschriebenen vereinfachten System ist aufgrund der elektrochemischen Wirkungen, welche mit der mit dem Behandlungsfirnis (Elektrolyt) gefüllten Bezugszelle verbunden sind, besonders ausgeprägt. Bei einer Gleichspannung Vi wirkt die mit Elektrolyt gefüllte Bezugszelle als Batterie, die entladen oder geladen ist. Der Umfang der Wirkung hängt in gewisser Weise von den für die Kontaktierung der Lösung verwendeten Elektroden ab. Wird jedoch kein Gleichstrom durch die Zelle geleitet, ist der Batterie-Effekt im wesentlichen ausgeschaltet. Die veranschaulichte eigentliche Schaltung erzeugt daher die Bezugsspannung, ohne einen Gleichstrom durch die Zelle zu führen. Der Gleichstromfluss durch den Faden muss nicht notwendigerweise eliminiert werden, da das sich aufgrund der Fadenbewegung ständig ändernde Elektrolytmedium die unerwünschten elektrochemischen Effekte eliminiert.

Der Bezugsgenerator im linken Teil der Fig. 3 wird mit Bezug auf Fig. 4A beschrieben. CMOS logische Schaltungen werden durch eine von einer Bezugszenerdiode ZI entwickelten stabilen Spannung gespeist. Diese Spannung (nominell 6,4 Volt) wird an einen Schmitt-Trigger-Oszillator mit einem Inverter II und einem D-Flip-Flop U3 zur Erzeugung einer Quadratwelle von nominell 1,5 kHz am Ausgang Q des Flip-Flop U3 angelegt. Ein Operationsverstärker U4 setzt diese Quadratwelle in eine symmetrische Quadratwelle Vi von plus oder minus 6,4 Volt um. Diese Quadratwelle wird an den Operationsverstärker Ul über eine schaltbare Widerstandskette RIA bis RI J angelegt. Die Schalt-Stellung wird auf Kompatibilität mit der tatsächlichen Leitfähigkeit der Bezugszelle ausgewählt. Die Zelle selbst ist in dem Rückkopplungspfad des Operationsverstärkers Ul angeordnet.

Obgleich die Erregung für den Verstärker Ul eine Quadratwelle ist, würde ein Gleichstromfluss durch die Bezugszelle entstehen, wenn die Zelle direkt an den Verstärker angeschlossen wäre, und zwar aus zweierlei Gründen: Zunächst verursachen Verschiebungen im Verstärker Ul, dass die Quadratwelle eine Gleichstromkomponente enthält. Zweitens müsste der Eingangsstrom des Verstärkers Ul durch die Zelle geliefert werden. Um einen Gleichstromfluss durch die Zelle zu verhindern, wird ein 5 uF Hochleistungskondensator C5 in Reihe mit der Bezugszelle vorgesehen. Bei Vorhandensein des Kondensators C5 besteht keine direkte Gleichstrom-Rück-kopplungsbahn um den Operationsverstärker Ul, und ohne zusätzliche Rückkopplung würde der Ausgang langsam in die Sättigung abwandern. Die Operationsverstärker U5 und U6 bilden die erforderliche direkt angeschlossene Rückkopplungsbahn, um den mittleren Pegel am Ausgang des Operationsverstärkers Ul auf Null zu drücken. Das dem Operationsverstärker U6 zugeordnete Rückkopplungsnetz C6, C7, C8 hält diese Niederfrequenzschleife angemessen stabil.

Das Signal am Ausgang des Verstärkers U1 ist nominell eine Null-Mittelwert-Quadratwelle mit einem Spitzenwert proportional 1/Gr, der als Funktion der Schalteinstellung des Widerstands Rl massstabsmässig geändert ist. Die Operationsverstärker U7 und U8 bilden mit den zugeordneten Komponenten einen Präzisionsgleichrichter und Schaltkreis zur Mittelwertbildung. Pufferung und Schutz sind eingeschlossen, da die Ausgangsspannung dieser Schaltung die an alle Stationen verteilte Bezugsspannung ist.

Da sich die Oberflächen-Firnis-Zusammensetzung, wenn neue Chargen in den Firnis-Ausgabebehälter nachgefüllt werden, ändern kann, empfehlen sich gewisse Vorkehrungen, um zu gewährleisten, dass der Firnis in der Bezugszelle für den auf den Faden aufgetragenen stets repräsentativ ist. Eine Lösung bestünde darin, dass der aufzutragende Firnis tatsächlich kontinuierlich durch die Bezugszelle fliesst. Wenn sich die Leitfähigkeit des Firnis nennenswert geändert haben sollte, müssten die Schaltereinstellungen des Bezugswiderstands Rl geändert werden. Zu diesem Zweck könnte ein Detektor vorgesehen werden, um anzuzeigen, wann eine Änderung der Schaltereinstellung erforderlich ist.

Jeder Wandler einer Station enthält eine Sondenanordnung 11 zur Überwachung der Fadenleitfähigkeit als Eingangswiderstand eines Vorzeichenumkehrverstärkers. Die Bezugsspannung Vr wird an den in Fig. 4B dargestellten Schaltkreis angelegt. Der Rückkopplungswiderstand entspricht dem Hundertfachen des für den Bezugs-Generator ausgewählten Widerstandes durch Einstellung des Bereich-Schalters auf dieselbe Einstellung wie die im Bezugsgenerator verwendete. Dieser Wert von 100 wird wegen des Verhältnisses zwischen der Leitfähigkeit der Bezugszelle und der maximalen Fadenleitfähigkeit gemäss vorstehender Erläuterung verwendet. Es müssen daher die Einstellungen aller Stations-Bereichsschalter geändert werden, wenn die Einstellung des Bezugs-Bereichsschalters geändert wird. Diese Änderungen können automatisch durch Aufnahme zusätzlicher Schaltungen erfolgen.

Da Gf noch 10~s S für einen bei einer Dichte von 20 mg/m aufgebrachten Firnis geringen Leitfähigkeit betragen kann, muss ein Operationsverstärker mit einem FET-Eingang verwendet werden, um die Fehler von dem Verstärker-Eingangs-Strom auf ein Minimum herabzusetzen.

Der Verstärker U9 mit dem Eingangs-Trimm-Widerstand R20 gestattet eine Einstellung des Bereich-Faktors auf den präzise gewünschten Wert. Er bewirkt auch eine elektrische Filterung, um das zeitlich veränderliche Signal, das sich aus variablen Firnis-Auftragspegeln ergibt, zu glätten. Die dem Rückkopplungsnetz dieses Operationsverstärkers zugeordnete Zeit-Konstante stellt den zeitlichen Mittelwert und damit die effektive Fadenlänge, über welche sich der Mittelwert des Firnispegels ergibt, dar.

Bei dem vorstehend beschriebenen Firnis-Mess-System ist eine Wandlersonde 11 permanent an verschiedenen Punkten in einer Anlage angeordnet. In bestimmten Produktionsumgebungen ist dies nicht zweckmässig. Ausserdem könnte eine aussergewöhnlich grosse Anzahl von Wandlerproben erforderlich sein, um eine Fehlersuche innerhalb der Anlage zu gestatten. Das in Fig. 5 dargestellte Firnis-Mess-Instrument ist als von Hand geführte, tragbare Einheit 44 ausgeführt, welche zum Messen eines Fadens in einer Produktionsumgebung verwendet werden kann. Die Einheit enthält am Ende ihres Zylinders 45 eine Sonde mit (in Fig. 5 nicht veranschaulichten) Kontaktelementen, wie die in Fig. 2 dargestellten. Die Einheit wird von einem Griff 47 gegen einen Faden 16

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gehalten, und die schwenkbare Platte 28 (Fig. 2) der Sonde wird vermittels eines Auslösers 46 gelenkig bewegt. Bei Einstellung zeigt die Einheit automatisch die Menge des Firnismediums pro Fadenlänge auf der Anzeigetafel 48 an. In diesem Fall gilt die Anzeige für bis zu 19,99 Milligramm pro Meter mittleren Firnispegels.

Im Falle der tragbaren Einheit ist eines der wichtigsten Konstruktionsziele der niedrigere Energieverbrauch, so dass leichte Batterien für eine längere Betriebsdauer sorgen können. Da ein Instrument in dieser Konstruktion viele Fäden bedient, ist die Wirtschaftlichkeit nicht so kritisch wie bei dem Mehrsonden-System, und die Schaltung kann so konstruiert werden, dass im Verhältnis zum früheren Instrument eine erhöhte Präzision erreicht wird.

Ein vereinfachtes schematisches Diagramm der bei dem tragbaren Instrument 44 verwendeten Schaltung ist in Fig. 6 dargestellt. In dieser Figur wird eine positive Spannung VI über die Bezugszelle 34 und über einen Schalter 52 an einen Integrator 51 mit einem Operationsverstärker U10 und einem Rückkopplungskondensator Cl3 angelegt. Eine negative Spannung V2 wird über die von einer Sonde 11 begrenzten Fadenlänge und über einen Schalter 50 an den Integrator 51 angelegt.

Der mit dem Operationsverstärker U10 versehene Kondensator C13 wird bei einer Zeit t = 0 entladen, wobei beide Schalter 50 und 52 offen sind. Bei t = 0 ist der Schalter 50 geschlossen, während der Schalter 52 offen ist. Daraus ergibt sich, dass der Anstieg des Signals V(t) am Verstärker-Ausgang positiv ist (da V2 negativ ist), und der Wert dieser Neigung beträgt dV (t) VZ-Gf (j)

Jt C

in welcher Gleichung C die Kapazität von C13 ist.

Dieser Integrationszustand wird über einen festen Zeitraum tl aufrecht erhalten. Am Ende dieses Zeitraums beträgt die Spannung V(t)

y (ti) = <e)

Bei der Zeit t = tl ist der Schalter 50 offen und der Schalter 52 geschlossen. Da die Spannung VI positiv ist, ist der Anstieg der Ausgangsspannung V(t) negativ. Die vom Signal V(t) benötigte Zeit, um auf Null zurückzukehren, ist t2 (Fig. 7) und tz = $£~ti <»

V1 Gr

Dies ist die Bearbeitung nach dem Sägezahnprinzip, wie er auch in Fig. 7 veranschaulicht ist.

Wenn daher die Mengen tl, VI und V2 bekannt sind, bestimmt die Messung von t2 das kritische Verhältnis GfGr.

Die vollständige schematische Darstellung dieses Instruments ergibt sich aus Fig. 8A, 8B und 8C, d.h. die Stromzufuhr, der Analog-Teil bzw. die digitalen Kontrollteile des Systems. Zur Herabsetzung des Energieverbrauchs wird der gesamte digitale Teil unter Verwendung der CMOS-Logik, wie die Schalter in dem Analogteil, ausgeführt. Die Anzeige ist vom Typ der Flüssig-Kristall-Anzeige. In ähnlicher Weise werden lineare integrierte Schaltungen geringen Energieverbrauchs verwendet und alle zugeordneten Komponenten sind für geringen Energieverbrauch konzipiert.

Mit Bezug auf Fig. 8A werden die Betriebsspannungen für die Schaltungen durch Regulierung der nominellen 22,5-Volt-Leistung der Batterien 54 und 56 in der Spannungsregulierung U13 zur Erzielung von ± 12 Volt erhalten. Vergleicher Uli und U12 sind vorgesehen, um die Logik für eine Anzeige mit niederer Batterie-Leistung zu signalisieren, wenn der Wert einer der Batteriespannungen unterhalb 18 Volt abfällt. Auf diesem Pegel hat der Schaltkreis einen breiten Reserve-Spannungs-Spielraum, so dass die Warnung vor jedem Leistungsabfall angezeigt wird. Messungen zeigen an, dass der Batterieauslauf unter 7 m A liegt; die Batterien sorgen daher für eine Betriebszeit von etwa 20 bis 25 Stunden. Auch ist eine andere Energiezufuhr möglich, welche die Betriebsspannungen von einer einzigen wieder aufladbaren Batterie bezieht.

Der integrierte Operationsverstärker U10 nach Fig. 8B wird mit einem von einem Signal (1) aus der digitalen Steuer-Logik angetriebenen Schalter 58 nebengeschlossen. Durch Schliessung dieses Schalters werden alle Integrator-Konden-sator-Spannungen vor dem Start eines Mess-Zyklus auf Null gestellt. Beim Start des Mess-Zyklus ist der von Signal (1) betriebene Schalter 58 offen, wie die Schalter 60,62, 64,66 und 68, welche von Signalen (2) bis (6) betrieben werden. Jeder der Schalter 60 bis 68 ist einem Kondensator C13B bis C13F zugeordnet, welche durch Signale (2) bis (6) in den Schaltkreis geschaltet werden können, um die Kapazität des Integrators 51 zu ändern. Vor einem Mess-Zyklus ist der von Signal (9) gesteuerte Schalter 70 geschlossen, während der von Signal (10) gesteuerte Schalter 72 offen ist, so dass die Sonde 11 den Integrator 51 nicht beeinträchtigt. In ähnlicher Weise sind die vom Signal (7) gesteuerten Schalter 74 und 75 geschlossen und die vom Signal (8) gesteuerten Schalter 76 und 77 geöffnet, um die Bezugszelle 34 vom Integrator 51 abzukoppeln.

Wird ein Mess-Zyklus eingeleitet, kehren die Signale (9) und (10) den Zustand um, und die der Sondenanordnung zugeordneten Schalter 70 und 72 schliessen die — 12-V2-Ein-heit an den Eingang des Operationsverstärkers U10 über die Sondenanordnung an. Die der Bezugszelle zugeordneten Schalter halten die Zelle von dem Integrier-Verstärker abgekoppelt. Sind die Schalter 58 bis 68 offen, enthält der Integrator 51 den Verstärker U10 und den Kondensator C13A. Der Anstieg des Signals vom Integrator ist während einer Zeit tl dem Wert Gf proportional.

Zwei Spannungspegel werden am Ausgang des Integrators 51 von Vergleichern U14 und U15 überwacht. Der unterste derselben beträgt etwa 0,25 Volt, und die Zeit, zu welcher die Integrator-Ausgangsspannung durch diesen Pegel führt, wird von einer Änderung im Zustand des Signals (Z) angezeigt. Erfolgt ein Übergang des Signals (Z) von einem niedrigen zu einem hohen Wert nicht innerhalb von zwei Sekunden nach dem Start des Zyklus, ist daraus zu folgern, dass entweder die Leitfähigkeit des Firnis oder die Firnisdichte extrem niedrig ist oder die Sonden keinen zuverlässigen Kontakt mit dem Faden herstellen. In jedem Fall zeigt die Schaltung einen irregulären Zustand an.

Erfolgt der 0,25-Volt-Übergang innerhalb von zwei Sekunden nach dem Start des Zyklus, lässt man den Zeitpunkt des Starts für die Zeit tl mit der Übergangszeit zusammenfallen. Erreicht der Integrator 0,25 Volt vor dem Start des eigentlichen Mess-Zyklus, werden die Fehlerwirkungen in den anfänglichen Bedingungen oder aus dem Start-Übergang auf ein Minimum herabgesetzt.

Die Zeit tl beträgt etwa 4 Sekunden. Überschreitet das Signal am Integratorausgang 7 Volt vor Ablauf der Zeit tl, erfährt das Signal (E) einen Übergang von einem hohen zu einem niedrigen Wert. Dieser Zustand besagt, dass der Integrator aufgrund des Wertes von Gf relativ zur Leistung des Kondensators C13A sättigungsgefährdet ist. Der Integrator wird daher vermittels des vom Signal (1) betriebenen Schal-

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ters 58 auf Null zurückgestellt, und der Schalter 60, der vom Signal (2) betrieben wird, wird geschlossen, so dass die Grösse des effektiven Rückkopplungs-Kondensators auf C13A plus C13B erhöht wird. Sodann startet der Zyklus erneut. Wenn ein zweiter Überlauf erfolgt, wird der Kondensator C13C parallel an die beiden anderen angeschlossen. Diese effektive Verstärkung vermittels der Kondensatorwahl wird eingesetzt, damit nach Ermittlung der richtigen Konden-satorgrösse die Messung mit einer Spitzen-Integrator-Ausgangsspannung auf einem Pegel abgeschlossen wird, wodurch eine Sättigung verhindert und die Geräuschwirkungen und Versetzungen des Betriebsverstärkers auf ein Minimum herabgesetzt werden. Diese automatische Verstärkung dient grundsätzlich dem gleichen Zweck wie der Vorgang der Widerstandsschalter-Einstellung, der in Verbindung mit dem Firnis-Mess-System beschrieben wurde.

Überschreitet der Integrator-Ausgang 7 Volt in weniger als 4 Sekunden selbst beim maximalen Kondensator-Wert, erfasst und signalisiert die Schaltung einen irregulären Zustand. Es sei bemerkt, dass die mindest- und höchstzulässigen Werte von Gf durch proportionale Änderung aller Kondensatoren eingestellt werden können. In ähnlicher Weise kann der dynamische Bereich oder die Spanne zwischen zulässigen maximalen und minimalen Werten durch Erhöhung der Anzahl von Rückkopplungs-Kondensatoren und zugeordneten Schaltern erhöht werden.

Die verschiedenen Dioden und Widerstände in der Inte-grator-Schaltung dienen dazu, die Spannungen an offenen Analog-Schaltern niedrig zu halten, wodurch ihr Kriechstrom vermindert wird, und den Ausgang des Integrators daran zu hindern, unter den Startbedingungen stark negativ zu werden. Schalter-Undichtigkeiten müssen kontrolliert werden, so dass sie aus niedrigen Gf-Werten entstehende extrem kleine Signalströme nicht beeinträchtigen. Die den Vergleichern zugeordneten Dioden hindern die Eingänge dieser Schaltkreise daran, negativ zu werden, da dies eine unrichtige Anzeige bewirken würde.

Befindet sich Gf innerhalb des Bereichs des Integrators 51, liegt der Integrator-Ausgang an einem Punkt zwischen etwa 2,3 und 7 Volt für die Dauer tl (etwa 4 Sekunden), nachdem der Integrator 51 nach einer Neueinstellung durch Schalter 58 freigegeben wurde. Dies kann erfolgen, wenn die durch Signale (2) bis (6) betriebenen Schalter 60 bis 68 offen, der von Signal (2) betriebene Schalter 60 geschlossen und alle anderen Schalter offen sind usw., oder dies erfolgt erst, wenn 5 Neueinstellungen aus übermässigen Integrator-Ausgangs-Spannungen vorgenommen sind, was dazu führt, dass die von Signalen (2) bis (6) betriebenen Schalter 60 bis 68 alle geschlossen sind.

Nach Abschluss des Integrations-Intervalls von 4 Sekunden, während dessen der Ausgang des Integrators 51 innerhalb des gewünschten Bereiches verbleibt, wird die Sondenanordnung 11 von dem Integrator-Eingang vermittels Schalter 70 und 72 abgekoppelt, und die Bezugszelle wird wirksam zwischen den Ausgang eines Operationsverstärkers U16 und den Eingang des Integrators 51 geschaltet.

Ein Kondensator C22 ist in Reihe mit der Bezugszelle geschaltet. Der Kondensator soll gewährleisten, dass kein Gleichstrom durch die Bezugszelle fliesst, um das zuvor erwähnte Batterie-Problem zu umgehen. Der Kondensator ist im Verhältnis zu den Integrator-Kondensatoren gross und bewirkt daher nur eine geringfügige Änderung in der Spannung an diesen. Es sei daher angenommen, dass die an die Bezugszelle während des Entladungs-Zyklus angelegte Spannung die Spannung am Ausgang des Verstärkers U16 ist.

Die Spannung für den zweiten Teil des Integrations-Zyklus wird durch Bereichseinstellung der für den ersten Teil dieses Zyklus ( — 12 V) mit dem Verstärker U16 verwendeten

Spannung erhalten. Da die beschriebene Messung ein Verhältnis ist, führt eine Abweichung in der — 12-Volt-Zufuhr keinen Messfehler ein.

Der zweite Teil des Integrations-Zyklus ist abgeschlossen, wenn das Signal (Z) steigt, womit angezeigt wird, dass der Integrator-Ausgang unter 0,25 Volt gefallen ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die vom Signal (8) betriebenen Schalter 76 und 77 offen, während die vom Signal (7) betriebenen Schalter 74 und 75 geschlossen sind. In diesem Zustand kehrt die Spannung an dem Kondensator C22 exponentiell auf Null zurück, derart, dass der Netto-Gleichstrom-Fluss durch das Bezugsrohr über einen vollständigen Zyklus gleich Null ist. Nach Abschluss des gesamten Integrations-Zyklus drückt die Logik Signal (1) nach oben, wodurch der von dem Signal 58 betriebene Schalter 58 schliesst und auf diese Weise den Integrator nominell auf einen O-V-Ausgang neu einstellt. Dieser Zustand wird bis zum Beginn des nächsten Mess-Zyklus aufrecht erhalten.

Eine Hysteresecharakteristik wird bei den Vergleichen U14 und U15 verwendet, welche die (E)- und (Z)-Signale zur Eliminierung der Möglichkeit von Mehrfach-Ausgangsüber-gängen von diesen Vorrichtungen liefern. Ein relativ breites Hystereseband von 70 mv wird für den oberen Vergleicher verwendet, da Hysterese in dieser Einheit die Messung nicht beeinflusst. Der mit der Messung verbundene Verschiebungsfehler bezieht sich auf den mit dem unteren Vergleicher verwendeten Hysterese-Betrag, und dieser Wert wird auf etwa 5 mv gehalten, um diese Fehlerquelle zu verringern.

Der um die Bezugszelle herum angeordnete Feldeffekt-Transistor 80 vermindert ein Auslaufen der Batterie. Unter normalen Betriebsbedingungen ist das Gatter dieses Transistors unter der Abschnürung vorgespannt und beeinträchtigt den Betrieb nicht. Wird jedoch der Strom entfernt, entfällt die Gattervorspannung und der Transistor schafft einen geringen Widerstandsnebenschluss, um das Bezugsrohr entladen zu halten.

Die das System steuernde logische Schaltung ist in Fig. 8C veranschaulicht. Die Einheit U17 liefert eine symmetrische Quadratwelle von 40 Hz, welche zur Erregung der Flüssigkristallanzeige verwendet wird. Die Einheit U18 ist angeschlossen, um einen nominellen 100-KHz-Quadratwellen-System-Takt zu liefern.

Eine Messung wird durch Betätigung des Startknopfes 82 eingeleitet. Vorausgesetzt, dass keine Messung im Gange ist, ist der D-Eingang des Flip-Flop U19 hoch, und somit wird das Flip-Flop auf den Zustand Q = 1 eingestellt. Dieser Zustand wird synchron auf das Flip-Flop U20 übertragen, woraufhin das Flip-Flop U19 gelöscht wird. Das Flip-Flop U20 liefert einen der beiden auf AND eingestellten Trigger-Eingänge an ein monostabiles U21 mit einer nominellen Dauer von 200 ms. Dieses monostabile U21 stellt die Deka-denzählerkette U22 bis U27 erneut ein, löscht das Flip-Flop U28 (ein Flip-Flop, welches den Zustand Q = 1 aufweisen würde, wenn die vorherige Messung nicht ausserhalb des Bereichs gelegen hätte), gibt das Flip-Flop U29 vor (dieses Flip-Flop zeigt an, dass eine Messung im Gange ist, wenn es den Zustand Q= 1 einnimmt) und drückt das Signal (1) auf einen hohen Wert, so dass der Integrator-Rückstell-Schalter 58 für die Dauer des monostabilen Impulses geschlossen ist.

Die Anzeige-Puffer U30 bis U33 werden während des dem monostabilen Trigger unmittelbar folgenden Taktintervalls von dem Flip-Flop U34 und seinem nachfolgenden Gatter G2 ausgewertet. Da die Zählerkette U22 bis U27 neu eingestellt wird, gibt die Anzeige 0000 an; diesem Wert geht ein Spezial-Symbol a (über das im Betrieb befindliche Flip-Flop U29) voraus, um dem Benutzer anzuzeigen, dass die Messung im Gange ist. Da der Ausgang Q des Flip-Flop U29 an den Eingang D des Flip-Flop U19 angeschlossen ist, kann das

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

644 208

Flip-Flop U19 nicht erneut in den Zustand Q= 1 ausgelöst werden, solange die Messung im Gange ist. Der Ausgang Q des Flip-Flop U29 in logischer Kombination mit dem Zustand der Zählerkette aus der Phase U27 bewirkt zu diesem Zeitpunkt auch, dass das Signal (9) einen geringen und das Signal (10) einen hohen Wert hat, so dass die Sondenanordnung 11 mit dem Integrator-Eingang verbunden ist.

Wenn das monostabile U21 in seinen niedrigen Zustand zurückkehrt, nimmt das Signal (1) am Ausgang des NAND G3 einen hohen Wert an und der integrierte Kondensator C13A ist freigegeben. Hat Gf einen ausreichend hohen Wert, nimmt das Signal (Z) (Fig. 8B) kurze Zeit später einen neidrigen Wert an. Diesr Übergang des Signals (Z) führt dazu, dass das Flip-Flop U35 sich beim nächsten Taktimpuls in den Zustand Q = 1 ändert. Die Zählerkette wird dadurch erregt und beginnt mit der Zählung.

Ist Gf ausreichend gross, so dass der Integrator-Ausgang + 7 V erreicht, bevor der Zähler einen Zählstand von 400,000 (welcher durch QC = 1 auf dem Zähler U27 angezeigt wird) etwa 4 Sekunden später erreicht, nimmt das Signal (E) einen niedrigen Wert an, wobei QC von U27 immer noch Null ist. Die monostabile Einheit U21 wird erneut durch das Gatter Gl ausgelöst, und die Zählerkette wird auf alle Null-Werte rückgestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Schieberegister U36 in den Zustand QA= 1 auf dem positiven an seinen Taktimpuls angelegten Übergang vorbewegt. Dieser Zustand bewirkt, dass das Signal (2) = 1 wird, und vergrössert den Rückkopplungskondensator C13 gemäss vorstehender Beschreibung.

Dieser Prozess dauert an, bis das Schieberegister den Zustand erreicht hat, welcher erforderlich ist, um zu verhindern, dass die Integrator-Ausgangsspannung 7 Volt überschreitet, bevor der Zähler bis 400,000 zählt, wie dies durch QC = 1 auf dem Zähler U27 angezeigt wird.

Der 0-1-Übergang des QC-Signals aus der Zählerstufe U27 ändert die Zustände der Signale (7), (8), (9) und (10), so dass die Sonde von dem Integrator abgekoppelt und die Bezugszelle gleichzeitig an den Betriebsverstärker angeschlossen wird.

Zu diesem Zeitpunkt haben die Zähler U22 bis U25 den Zyklus bis zu allen Null-Werten durchlaufen und beginnen daher erneut mit der Aufzählung. Da es bekannt ist, dass der Wert von Gr viel grösser als der Wert von Gf ist, und zwar selbst bei der vollen Firnis-Dichte von 20 mg/m, ist die Dauei des zweiten Teils des Integrations-Zyklus viel kürzer als die des ersten. Dieser Unterschied drückt sich dadurch aus, dass nur diejenigen Zählstände, welche eine maximale Zählung von 1999 darstellen, an die Anzeige-Antriebseinheiten angeschlossen sind.

Der Bereichs-Faktor des Ausgangs wird von einem variablen Widerstand R40 bestimmt, dessen Einstellung eine System-Eichung erbringt (Fig. 8B).

Die zweite Hälfte des Integrations-Zyklus ist beendet, wenn das Signal (Z) von einem niedrigen auf einen hohen Wert übergeht, wobei angezeigt wird, dass der Integrator-Ausgang unter 0,25 V abgefallen ist. In diesem Augenblick entspricht die Zahl in der Zählerkette dem Firnispegel in mg/m, wenn das System ordnunggemäss geeicht ist. Die Flip-Flops U35 und U37 und die zugeordneten Gatter G4 und G2 erzeugen einen Impuls mit einer einzigen Taktzeitbreite zu diesem Zeitpunkt, und dieser Impuls tastet die Zahl in der Zählerkette in die Anzeigeantriebseinrichtungen U30 bis U33 ab.

Drei gesonderte Zustände können das Flip-Flop U28 auf den Zustand Q= 1 einstellen, und dieser Zustand zeigt eine irreguläre Situation an. Nimmt das Signal (Z) innerhalb von etwa zwei Sekunden nach dem Start des Mess-Zyklus keinen niedrigen Wert an, ist hieraus zu folgern, dass der Wert von

Gf zu klein ist oder dass die Sonde keinen Kontakt mit der Faser herstellt. Dieser Zustand wird von einem aus einem Kondensator C26 und einem Widerstand R62 bestehenden Netz bestimmt. Wenn das Flip-Flop U29 durch eine monostabile Einheit U21 vorgegeben wird, nimmt der Ausgang des NAND-Gatters G5 einen niedrigen Wert an. Der Ausgang des Inverters 13 nimmt sodann einen hohen Wert an und der Kondensator C26 beginnt, sich über den Widerstand R62 zu entladen. Wenn die Spannung auf dem Kondensator C26 den Schwellwert der zugeordneten Vorrichtung U38 erreicht, bevor (Z) einen niedrigen Wert annimmt, wird ein vorgegebenes Signal über das NAND-Gatter G6 an das Flip-Flop U28 angelegt. Andererseits bewirkt ein niedriges Eingangssignal (Z), dass der Kondensator C26 sich über die Diode D4 entlädt.

Ein zweiter irregulärer Zustand (ausserhalb des Bereichs) ergibt sich, wenn die Menge Gf zu gross ist. In diesem Fall führt der automatische Verstärkungsbereich schliesslich zu QF = 1 für das Schiebe-Register U36, und dieser Pegel stellt das in einem irregulären Zustand befindliche Flip-Flop U28 auf Q = 1 ein. Schliesslich ist es möglich, dass Gf nicht gross genug ist, um Schwierigkeiten mit dem dynamischen Bereich des Integrators zu verursachen, aber dennoch einem Firnispegel von mehr als 20 mg/m entspricht. Dieser Zustand bewirkt, dass die Zahl im Zähler während des zweiten Teils des Integrations-Zyklus 1999 überschreitet. Die AND (G7)-Kombina-tion des Ausgangs QB des Zählers U25 mit QC des Zählers U27 zeigt diese Situation an und bildet die dritte Möglichkeit, das Flip-Flop U28 einzustellen. Wird der irreguläre Zustand (ausserhalb des Bereichs) festgestellt, erscheint ein Spezial-symbol c auf der Anzeige und das Flip-Flop U29 wird zur Beendigung des Mess-Zyklus gelöscht.

Die zweite Möglichkeit zur Beendigung des Messzyklus besteht darin, dass (Z) einen hohen Wert annimmt, während die zweite Hälfte des Integrations-Zyklus abläuft, d.h. der Ausgang des Integrators 51 fällt unter 0,25 Volt. Dies ist das normale Ende des Zyklus, das sich ergibt, wenn kein irregulärer Zustand festgestellt wird. Ein weiteres Gatter G8 stellt diese Kombination fest. Immer wenn eine Messung zu Ende ist, werden sowohl die Sondenanordnung 11 als auch die Bezugszelle 34 von dem Integrator unter Löschung des Flip-Flop U29 abgekoppelt, und die Bahnen R38 und R42 mit niedriger Impedanz (Fig. 8B) werden um die Sonde 11 und die Zelle 34 herum angeschlossen. Das Signal (1) wird auch über das Gatter G3 auf einen hohen Wert gedrückt, so dass der Integrator 51 neu eingestellt wird.

Das in der Anzeige erscheinende Spezial-Symbol b tritt auf, wenn ein niedriger Batterie-Zustand durch (B) = 0 (Fig. 8B) angezeigt wird.

Aus vorstehender Beschreibung des von Hand geführten, tragbaren Faden-Mess-Instruments ergibt sich, dass das Instrument ohne weiteres benachbart einem Faden angeordnet werden kann. Danach stellt das Instrument automatisch den integrierten Schaltkreis auf eine optimale Einstellung ein, um eine maximale Empfindlichkeit und Präzision zu ergeben. Aufgrund der Verwendung einer Bezugszelle sind komplizierte Eichverfahren bei der Verwendung mit verschiedenen Faden-Oberflächenbeschichtungen nicht erforderlich. Der das Instrument Verwendende braucht lediglich eine Probe des Beschichtungsmediums zu liefern, das pistolenähnliche Instrument benachbart einem Faden anzuordnen, den Auslöseknopf zu betätigen, um den Faden in der Sondenanordnung zu erfassen und den Messkreis einzuschalten. Die Menge der Beschichtung pro Fadenlängeneinheit wird innerhalb von Sekunden automatisch ermittelt und angezeigt.

In Fig. 4A wurden folgende Messkreiswerte in einer erfolgreich arbeitenden Vorrichtung zur Messung der Oberflächenbeschichtung verwendet:

5

10

15

20

25

30

35

10

45

50

55

60

65

9

644 208

RIA, R1B

2,49 kQ

R1C

4,99 kQ

R1D

10 kQ

RIE

20 kQ

R1F

40,2 kQ

R1G

80,6 kQ

R1H

162 kQ

RH

324 kQ

R1J

634 kQ

R3

1,5 kQ

R4

100 kQ

R5

100 kQ

R6

100 kQ

R7

1 MQ

R8

2,7 MQ

R9,10

10 kQ

RH

270 kQ

R12

10 kQ

R13

10 kQ

R14

100 kQ

R15, R16

200 kQ

R17

1 kQ

R18

100 kQ

Cl

0,1 |iF

C2

220 pF

C3,C4

10 pF

C5

5 jiF

C6

0,39 jiF

Cl

0,39 [iF

C8

100 pF

C9

29 pF

Cll

1 jiF

In Fig. 4B wurden folgende Messkreiswerte verwendet:

R2A, R2B

249 kQ

R27

499 kQ

R2D

1 MQ

R2E

2 MQ

R2F

4,02 MQ

R2G

8,06 MQ

R2H

16,2 MQ

R2I

10 kQ

R2J

20 kQ

R19

10 kQ

R20

200 kQ Trimmtiegel

R21

536 kQ

R22

1 MQ

R23

100 kQ

C12

10 pF

C13

1 tiF

In Fig. 8A wurden folgende Messkreiswerte verwendet:

R23

150 kQ

R24

100 kQ

R25

100 kQ

R26

100 kQ

R27, R28

20 kQ

R29, R30

22 kQ

R31

100 kQ

C14, C15

6, A |i.F

C16

15 nF

C17

0,1 p.F

C18

15 jxF

C19

0,1 ilF

In Fig. 8B wurden folgende Messkreiswerte verwendet:

R32-R38

1 kQ

R39

40,2 kQ

R40

50 kQ Trimmtiegel

R41

150 kQ

R42

4,7 kQ

R43

100 kQ

R44

4,7 kQ

R45, R46

10 kQ

R47

68 kQ

R48

47 kQ

R49

4,7 kQ

R50

100 kQ

R51

4,7 kQ

R52, R53

10 kQ

R54

4,7 kQ

R55

220 kQ

R56

20 MQ

R57

100 kQ

C13A

1500 pF

C13B

3300 pF

C13C

0,01 n.F

C13D

0,033 (iF

C13E

0,1 \iF

C13F

0,33 (J.F

C20

22 pF

C21

1000 pF

C22

15 kQ

Folgende Werte wurden in der Schaltung nach Fig. 8C verwendet:

R58 47 kQ

R59 220 kQ

R60 47 kQ

R61 220 kQ

R62 330 kQ

C23 0,18 nF

C24 24 pF

C25 0,022 jxF

C26 6,8 nF

5

10

15

20

23

30

35

40

45

50

55

G

6 Blatt Zeichnungen

Claims (19)

1. 644 208

   2

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Messen der Menge eines auf einen sich bewegenden Faden (16) angebrachten elektrisch leitenden Mediums, zur kontinuierlichen oder selektiven Überwachung der angebrachten Menge, dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite elektrische Kontaktelemente (12,24; 14,26), welche an eine elektrische Schaltung (22,34,36,38,40,42) angeschlossen sind, gegen den sich bewegenden Faden (16) an in Längsrichtung voneinander entfernten Punkten gedrückt werden und dass schliesslich ein elektrisches Messsignal abgeleitet wird, welches der elektrischen Leitfähigkeit der Fadenlänge zwischen den Kontaktelementen entspricht und ein Mass für die Menge des an der Fadenlänge angebrachten Mediums darstellt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Probe (34) des elektrisch leitenden Mediums enthaltende Bezugszelle, welche im Abstand befindliche, elektrische Kontaktelemente in elektrischem Kontakt mit der in der Zelle enthaltenen Probe aufweist, vorgesehen ist, und in elektrischen Schaltmitteln (22) das Verhältnis der Leitfähigkeit der Fadenlänge (11) zur Leitfähigkeit der Probe (34) bestimmt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (44) mit den Faden-Kontaktelementen (24,26) von Hand geführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen über die Fadenlänge (11) und über die Probe (34) wechselweise integriert und nach dem Sägezahnprinzip bearbeitet werden.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch erste und zweite Kontaktelemente (12,24; 14,26), die gegen den sich bewegenden Faden (16) an in Längsrichtung voneinander entfernten Punkten drücken, und die elektrische Schaltung (22,34, 36,38, 40, 42), welche einen elektrischen Strom in Serie durch die Kontaktelemente und die zwischen ihnen befindliche Fadenlänge (LI) fliessen lässt, auf Grund dieses Stromes ein elektrisches Messsignal ableitet, welches der Leitfähigkeit dieser Fadenlänge entspricht und deswegen ein Mass für die Menge des an der Fadenlänge zwischen den Kontaktelementen angebrachten Mediums darstellt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugszelle, welche die Probe (34) des elektrisch leitenden Mediums in bestimmten Dimensionen enthält, im Abstand befindliche elektrische Kontaktelemente (36,38) in Berührung mit der in der Zelle befindlichen Probe aufweist, und dadurch, dass elektrische Schaltmittel (22) vorgesehen sind, welche mit den Faden-Kontaktelementen und den Bezugszellen-Kontaktelementen zur Bestimmung der auf den Faden angebrachten Menge des elektrisch leitenden Mediums als Funktion des Verhältnisses der Leitfähigkeit der Fadenlänge zur Leitfähigkeit der Probe verbunden sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei diese als tragbare, von Hand geführte Messvorrichtung (44) ausgestattet ist, gekennzeichnet durch Mittel zum wahlweisen Erfassen des Fadens (16) und zum Halten desselben in elektrischem Gleitkontakt mit jedem der Fadenkontakte (24, 26),
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher die elektrischen Schaltmittel (22) gekennzeichnet sind durch einen ersten Operationsverstärker (Ul); einen mit dem ersten Operationsverstärker verbundenen Eingangswiderstand (Rl);

   eine Probe (34), welche jeweils über Kontaktelemente an dem ersten Operationsverstärker (Ul) als Rückkoppelungswider-stand liegt; einen mit dem ersten Operationsverstärker in Reihe liegenden zweiten Operationsverstärker (U2); einen an dem zweiten Operationsverstärker liegenden Rückkoppe-lungswiderstand (R2); wobei die Fadenlänge (11) über die

   Kontaktelemente als Eingangswiderstand des zweiten Operationsverstärkers angeschlossen ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselspannungssignal an die elektrischen Schaltmittel (22) angelegt und die Probe (34) zur Verhinderung der sich aus dem Gleichstromfluss durch diese ergebenden elektrochemischen Wirkungen mit den Schaltmitteln wechselstrommässig gekoppelt ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem ersten Operationsverstärker (Ul) verbundene Eingangswiderstand (Rl) und der an dem zweiten Operationsverstärker (U2) liegende Rückkopplungswiderstand (R2) variable Untersetzer-Widerstände zur Optimierung des Empfindlichkeitsbereichs der Schaltmittel (22), bezogen auf das entsprechende an den Faden angebrachte leitende Medium, sind.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Eingangswiderstand (Rl) und der variable Rückkopplungswiderstand (R2) in einer aufeinander abgestimmten Art veränderbar sind, damit der Bereich und die Bereichsteilung des Ausgangssignals, bei Veränderung des Empfindlichkeitsbereichs der Schaltmittel, konstant bleibt.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher die elektrischen Schaltmittel (22) gekennzeichnet sind durch: Mittel zur Integrierung (U10, C13) einer über die Fadenlänge (11) während eines ersten Zeitraums angelegten Spannung (U2), um eine erste integrierte Spannung zu liefern; Mittel zur Integrierung (U10, C13) einer über die Probe (34) während eines zweiten Zeitraums angelegten Spannung (VI), um eine zweite integrierte Spannung zu liefern; Mittel zur Ermittlung der Verhältnisse des ersten Zeitraums (tl) zu dem zweiten Zeitraum (t2).
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher die elektrischen Schaltmittel (22) gekennzeichnet sind durch: einen Integrator (U10, C13) zur Lieferung einer integrierten Spannung; einen ersten Schalter (50) zur Anlegung einer Spannung (V2) an den Integrator über die Fadenlänge (11); einen zweiten Schalter (52) zur Anlegung einer Spannung (VI) an den Integrator über die Probe (34); eine Steuerschaltung zum wechselweisen Schliessen des ersten und zweiten Schalters (50; 52) und zum Vergleichen der jeweiligen Zeiten (tl, t2), in denen die integrierte Spannung Änderungen gleicher Grösse aufweist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator ein integrierender Operationsverstärker (U10) ist.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Mittel zum Erfassen (U 14, U15), wenn die elektrischen Schaltmittel (22) in einem anderen als dem optimalen Empfindlichkeitsbereich arbeiten, und zum Einstellen der Parameter (C13 A-F) des Integrators (51), so dass der Integrator in einem optimalen Empfindlichkeitsbereich arbeitet.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Schaltmittel (22) einen Schwell-Schaltkreis (U15) zur Einstellung einer Mess-Schwelle für die integrierte Spannung aufweisen.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe (34) wechselstrommässig mit den elektrischen Schaltmitteln zur Verhinderung der sich aus dem Gleichstromfluss durch die Probe ergebenden elektrochemischen Wirkungen gekoppelt ist.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe (34) zur Verhinderung der sich aus dem Gleichstromfluss durch die Probe ergebenden elektrochemischen Wirkungen wechselstrommässig mit den elektrischen Schaltmitteln (22) gekoppelt ist.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Mittel zur wahlweisen Erfassung des Fadens gekennzeichnet sind

    5

    10

    15

    20

    25

    30

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    45

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    55

    60

    65

    3

    644 208

    durch eine schwenkbare Platte (28), auf welcher die ersten und zweiten Fadenkontakt-Elemente (24, 26) angeordnet sind, wobei der Faden durch die Faden-Kontaktelemente unter Schwenken der Platte in entgegengesetzte Richtungen geschoben werden.