DE1057797B

DE1057797B - Verfahren und Anordnung zur Messung des prozentualen Feuchtigkeitsgehalts eines Materialstromes

Info

Publication number: DE1057797B
Application number: DEI8319A
Authority: DE
Inventors: Samuel Gilman
Original assignee: IND MACHINERY CO Ltd
Current assignee: IND MACHINERY CO Ltd
Priority date: 1953-02-24
Filing date: 1954-02-24
Publication date: 1959-05-21
Also published as: CH335875A

Description

Bei kontinuierlich fortbewegtem Material, z. B. Tabak, der auf einem Förderband kontinuierlich einer Zigarettenmaschine zugeleitet wird, besteht vielfach der Wunsch und sogar die Notwendigkeit, das Material laufend auf bestimmte Eigenschaften hin zu überprüfen. Zur Feststellung des absoluten Feuchtigkeitsgehaltes ist z. B. die Anordnung einer dielektrischen Meßeinrichtung vorgeschlagen worden. Dabei ist ein stetig wirkender Feuchtigkeitsmesser in Verbindung mit einem integrierenden Meßgerät vorgesehen, welches das Zeitintegral über die die Fördereinrichtung je Zeiteinheit passierende absolute Feuchtigkeitsmenge bildet.

Fine andere bekannte Meßanordnung dient ebenfalls der Bestimmung absoluter Werte in einem Spezialfall, nämlich bei schichtweise aufgebauten Materialien. Dabei geht es ebenfalls entweder um die Messung des absoluten Feuchtigkeitsgehaltes oder um die Messung der Dicke der einzelnen Schichten. Bei dieser bekannten Vorrichtung arbeiten zwei Meßvorrichtungen zusammen, von denen die eine mit Hilfe zweier Kondensatoren eine von zwei übereinanderliegenden Schichten mißt, während die andere mit Hilfe eines weiteren Kondensators die Gesamtdicke der beiden Schichten feststellt.

Nun liegen aber bei vielen Materialien bzw. deren Verarbeitungsvorgängen die Verhältnisse so, daß mit der Messung etwa des absoluten Feuchtigkeitsgehalts oder der Materialschichtdicke nichts erreicht ist. Vielmehr ist die Kenntnis des prozentualen. Feuchtigkeitsgehalts eines Materialstromes notwendig, um aufbauend auf dieser Kenntnis Maßnahmen zu treffen, um den prozentualen Feuchtigkeitsgehalt einzuregulieren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung des prozentualen Feuchtigkeitsgehalts eines Materialstromes durch die fortlaufende Bestimmung von Eigenschaften des auf einem Abschnitt des Förderweges jeweils befindlichen Materials zu entwickeln. Als Lösung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur fortlaufenden selbsttätigen Ermittlung der prozentualen Feuchtigkeit des in beliebiger Verteilung geförderten Materialstromes das Gesamtgewicht oder das spezifische Gewicht der jeweils auf dem Meßabschnitt befindlichen Materialmenge durch eine an sich bekannte Strahlungsmessung ermittelt und der absolute Feuchtigkeitsgehalt der gleichen Materialmenge durch eine an sich bekannte, in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit des Materials erfolgende elektrische Messung festgestellt wird, wobei der Quotient beider Anzeigen in einer selbstregelnden Kompensationsschaltung gebildet wird.

Durch diese Anordnung ergibt sich, daß das Strahlungsmeßgerät eine Meßspannung liefert, die dem Gewicht des durchlaufenden Materials propor-Verfahren und Anordnung zur Messung

des prozentualen Feuchtigkeitsgehalts

eines Materialstromes

Anmelder:

Industrial Machinery Company Limited,
London

Vertreter: Dr. E. Wetzel, Patentanwalt,
Nürnberg, Hefnersplatz 3

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 24. Februar 1953 und 29. Januar 1954

Samuel Gilman, London,
ist als Erfinder genannt worden

tional ist, während die elektrische Messung eine Spannung liefert, die im wesentlichen dem absoluten Gewicht des Wassergehalts entspricht, ohne Rücksicht darauf, wie groß die Masse des befeuchteten Materials an sich ist. Die beiden Meßspannungen gestatten infolgedessen die gleichzeitige Feststellung sowohl der Massenänderung des durchlaufenden Materials als auch der Änderungen des Wassergehalts, was bei den bekannten Kondensatoranordnungen unmöglich ist, weil die Dicke des Materials nur dann gemessen werden könnte, wenn der Feuchtigkeitsgehalt konstant gehalten wird, während der Feuchtigkeitsgehalt nur bei gleichzeitigem Konstanthalten der Dicke bzw. der Masse des Materials festgestellt werden könnte.

Zur Durchführung des Verfahrens kann erfindungsgemäß die Anordnung der für die Messungen erforderlichen Geräte in der Weise erfolgen, daß im Förderweg ein Strahlungsmeßgerät und ein dielektrisches Meßgerät angeordnet sind, deren Ausgänge über ein polarisiertes Relais oder eine Brücke gegeneinandergeschaltet sind, das bzw. die, z. B. über Verstellmotor und Spannungsteiler, eine der beiden gegeneinandergeschalteten Meßgrößen im Sinne einer Konstanthaltung der Meßgrößendifferenz regelt, wobei durch die jeweilige Stellung des Regelorgans über geeichte Anzeigemittel die relative Feuchte angegeben wird.

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Indem ständig die relative Feuchte angezeigt wird, läßt sich mit Hilfe dieses Wertes auch eine Regelung des Feuchtigkeitsgehaltes durchführen, um diesen auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Hierzu kann der Verstellmotor einen zweiten Spannungsteiler gleichlaufend mit dem ersten antreiben, wobei die vom zweiten Spannungsteiler abgegriffene Spannung an mindestens ein in Prozent der relativen Feuchte geeichtes Voltmeter gelegt und/oder zur Beeinflussung des Materialvorschubs vorgesehen ist. Vorzugsweise sind das Strahlungsmeßgerät und das dielektrische Meßgerät im gleichen Abschnitt des Förderweges angeordnet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Strahlungsmeßgerät und das dielektrische Meßgerät im Förderweg hintercinanderliegen, wobei die Signale der — in Förderrichtung gesehen — vornliegenden Meßeinrichtung über einen an sich bekannten mit dem Förderantrieb synchronisierten Verzögerer mit den Meßgrößen der hinteren Meßeinrichtung verglichen werden, so daß dem polarisierten Relais stets auf den gleichen Materialabschnitt bezügliche Meßgrößen zugeführt werden.

Da sich mit der Anordnung gemäß der Erfindung außerordentlich genaue Meßergebnisse erzielen lassen und eine sehr genaue Regelung des Feuchtigkeitsgehaltes von Materialien möglich ist, eignet sich die Anordnung erfindungsgemäß besonders für die Messung oder Regelung des Feuchtigkeitsgehalts von Tabak, bei dem die Qualität der daraus hergestellten Zigaretten z. B. maßgeblich vom Feuchtigkeitsgehalt bestimmt ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung zweier Meßgeräte an einem Materialtransportband in schematischer Darstellung und

Fig. 2 das Schaltbild der Meßgeräteanordnung zur Durchführung der Messungen nach der Erfindung.

Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Messung des prozentualen Feuchtigkeitsgehalts von Tabak. Dazu wird der Tabak 2 mittels eines Transportbandes 1 durch den Bereich eines Betastrahlenmeßgerätes und eines dielektrischen Meßgerätes gefördert. Zum Betastrahlenmeßgerät gehört die Strahlungsquelle 3 und ein Empfänger, ■/.. B. eine Ionisationskammer 4, die mit dem Meßkreis 5 verbunden ist. Das dielektrische Meßgerät weist das Kondensatorplattenpaar 6 auf, das an den Meßkreis 7 angeschlossen ist. In der Darstellung sind die beiden Geräte getrennt voneinander gezeigt. In der Praxis jedoch erfolgt ihre Anordnung derart, daß sie ihre Messungen gleichzeitig für den gleichen Abschnitt des Tabakstromes vornehmen. Wie die Fig. 2 zeigt, ist der Meßkreis 5 des an sich bekannten Betastrahlenmeßgerätes bei 5b geerdet und über 5 α mit dem geerdeten Potentiometer 8 verbunden. In ähnlicher AVeise ist der Meßkreis des dielektrischen Meßgeräts 7 bei 7 b geerdet und über 7 a mit dem Gitter 17a einer Dreielektrodenröhre V₂ verbunden. Bei dem dielektrischen Meßgerät kann es sich beispielsweise um ein solches handeln, wie es in der britischen Patentschrift 558 491 beschrieben ist.

Es sei angenommen, daß die Spannung E_b des Betastrahlenmeßgerätes proportional ist dem Gewicht T des trockenen Tabaks vermehrt um das Gewicht seines Wassergehaltes W. Dies bedeutet E_b=T+W. Ferner ist die Spannung des dielektrischen Meßgerätes im wesentlichen proportional dem absoluten Gewicht des Wassergehaltes des Tabaks, so daß sich ergibt Ed = W.

Demnach ist das Verhältnis des absoluten Feuchtigkeitsgehalts zum Gesamtgewicht des feuchten Tabaks gleich dem Verhältnis aus E_d zu E_b, also

W E₁₁

T+W ~ E_t'

Nun ist die Spannung des Betameßgerätes an das geerdete Potentiometer 8 gelegt, dessen Schleifkontakt 9 mit dem Gitter 10 einer Dreiclektrodenröhre V_x verbunden ist, die eine auf großer positiver Spannung liegende Anode 11 und eine auf großer negativer Spannung gehaltene Kathode 12 aufweist. Der Schleifkontakt 9 des Potentiometers 8 wird von einem umkehrbaren Wechselstrommotor 13 betrieben, der die Wicklungen 14 und 15 besitzt. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Motor und Schleifkontakt kann in an sich bekannter Weise ausgeführt sein und ist bei 16 angedeutet. Außer dem Gitter 17 a weist die Dreielektrodcnröhre V., die Anode 18 und die Kathode 17 auf. Die Kathoden 12 und 17 der Röhren V₁ und V₉ sind über die Erregerspule 19 eines polarisierten Relais verbunden, durch die ein bewegliches Organ 19 α betätigt wird, welches entsprechend dem F.rregerstrom entweder Kontakte 20 oder 21 betätigt und dabei den zugehörigen Stromkreis schließt, so daß der Strom vom Wechselstromkreishauptschalter 22 zu der Wicklung 14 oder 15 des Motors 13 fließt. Die Stromkreise der beiden Meßanordnungen sind so abgeglichen, daß, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks einen gewünschten Wert hat, die Spannungen an den Gittern der Röhren V₁ und V₂ gleich sind, und daher das polarisierte Relais 19 a sich in seiner Nulloder Mittelstellung befindet. Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn eine Änderung im Feuchtigkeits gehalt des Tabaks auftritt, die Ausgangssignale der beiden Meßanordnungen sich voneinander unterscheiden und der sich ergebende Spannungsunterschied an den Gittern der Röhren V₁ und V₉ eine Erregung des polarisierten Relais 19a bewirkt, so daß der Motor 13 angelassen wird, um den Schleifkontakt 9 des Potentiometers so zu verstellen, daß die Spannungen an den Röhrengittern 10 und 17 a gleich sind, wonach das polarisierte Relais in seine Nullstellung zurückkehrt.

Die Verschiebung des Schleifkontaktes 9 aus seiner ursprünglichen Stellung ergibt dann ein Maß für den prozentualen Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks und, falls gewünscht, kann dies durch geeignete Einteilung des Schleifkontaktes angezeigt werden.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist der Motor 13 mit dem Schleifkontakt 23 eines zweiten Potentiometers 24 über einen geeigneten mechanischen Antrieb 25 gekuppelt. Ein Anschluß des Potentiometers 24 ist bei 26 an eine geeignete Spannungsquelle, z. B. mit der Spannung 100 Volt angeschlossen. Der andere Anschluß ist geerdet. Die Potentiometer 8 und 24 werden synchron betätigt, so daß die Stellungen der Schleifkontakte in Bezug aufeinander stets gleich sind. Wenn also der Schleifkontakt 9 des Potentiometers 8 auf Erdpotential liegt, so liegt der Schleifkontakt 23 des Potentiometers 24 ebenfalls auf Erdpotential. Wenn der Schleifkontakt 9 die höchste Spannung abgreift, liegt der Schleifkontakt 23 in ähnlicher Stellung. Es sei angenommen, daß die Spannung E_b am Potentiometer 8 10 λ^λο1ΐ beträgt und daß der Schleifkontakt 9 80% seines Schleifweges abgreift. Dann ist die Spannung am Schleifkontakt 9 und daher auch am Gitter 10 8 Volt. Weiterhin sei angenommen, daß die Spannung des Ausgangssignals von der dielektrischen Meßanord-

nung 7, die am Gitter 17 ο Hegt, 1 Volt beträgt. Der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks ~ ist gleich 10⁰Zo-,

wie dies durch die Stellung des Potentiometerschleifkontaktes 9 angezeigt wird, wie es vorstehend beschrieben ist. Unter den vorgegebenen Verhältnissen wird das polarisierte Relais 19 a durch den Spannungsimterschied erregt. Daher wird der Motor 13 angelassen, so daß beide Schleifkontakte 9 und 23 gegen die geerdete Seite ihrer Potentiometer bewegt werden. Das polarisierte Relais 19 kehlt in die Nullstellung zurück, sobald die Spannung an den Gittern der Röhren V₁ und V₂ gleich sind, und der Motor bleibt stehen, wobei der Schleifkontakt 9 am Potentiometer die Spannung 1 Volt abgreift. Wenn die gesamte Spannung an diesem Potentiometer 10 Volt beträgt, so wird der Schleifkontakt 10% seines Schleifweges abgreifen. Dies ergibt eine Anzeige des prozentualen Feuchtigkeitsgehalts des Tabaks. Das zweite Potentiometer 24 beeinflußt nun geeignete Mittel zum Zwecke der Regelung des Feuchtigkeitsgehalts. Wenn die volle Spannung am Potentiometer auf 100 Volt gehalten wird, dann wird im obigen Beispiel die Spannung am Schleifkontakt 23 10 Volt betragen, entsprechend einem Feuchtigkeitsgehalt von 10%. Ein Anzeigegerät 27 kann zwischen den Potentiometer-Schleifkontakt 23 und Erde geschaltet sein und kann so eingerichtet sein, daß sich eine direkte Anzeige des prozentualen Feuchtigkeitsgehalts ergibt. Falls gewünscht, kann das Ausgangssignal 28 des Potentiometers dazu verwendet werden, um durch geeignete Hilfsmittel den Transport des Tabaks zu regeln, wobei sein Feuchtigkeitsgehalt auf einen gewünschten Normalwert zurückgebracht wird, wenn sich eine Abweichung einstellt.

Es ist zu bemerken, daß, wenn die beiden Messungen an verschiedenen Punkten abgenommen werden, die in Richtung des Materialflusses hintereinanderliegen, in den Stromkreis einer der beiden Meßanordnungen eine Verzöger.ungs- oder Synchronisierungsanordnung eingeschaltet werden muß, derart, daß die Meßsignaie von der gleichen Stelle des zu untersuchenden Materials im gleichen Augenblick dem die Signale zusammenfassenden Stromkreis zugeführt werden. Eine Anordnung, die für diesen Zweck verwendet werden könnte, ist ein rotierender Träger von Kondensatoren, die nacheinander durch die Ausgangsspannung einer der Meßanordnungen aufgeladen werden, z. B. durch das mit Betastrahlen arbeitende Meßgerät und die nacheinander über den die Signale zusammenfassenden Stromkreis entladen werden. Die Kondensatoren werden synchron mit dem Transportband angetrieben.

Die Erfindung kann statt bei Tabak ebensogut benutzt werden zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts einer großen Anzahl anderer Materialien, so z. B. von Textilprodukten, von synthetischen, plastischen Materialien oder zur Überwachung einer endlosen Zigarettenstange, die in einer Zigarettenmaschine geformt ist, oder zur Prüfung von Papier.

Weil die beiden Messungen, nämlich die des gesamten Feuchtigkeitsgehalts und die der gesamten Masse, an der gleichen Stelle oder am gleichen Teil des Materials vorgenommen werden, ist es als Hauptergebnis der Erfindung möglich, alle Meßergebnisse zu erhalten, die nötig sind, um den prozentualen Feuchtigkeitsgehalt des Materials zu ermitteln. So gibt die Messung der elektrischen Materialeigenschaften, z. B. mit der dielektrischen Meßanordnung, den totalen Feuchtigkeitsgehalt während der Zeit der Messung, und das Strahlungsmeßgerät ermittelt die gesamte Menge, des Materials zur gleichen Zeit. Der Unterschied zwischen den zwei Meßergebnissen ist im wesentlichen durch eine Änderung im Feuchtigkeitsgehalt bedingt. Diese Änderung kann dazu benutzt werden, den Feuchtigkeitsgehalt zu regeln. An Stelle des mit Betastrahlen arbeitenden Meßgeräts können andere geeignete Strahlungsmeßgeräte benutzt werden, z. B. solche, die mit Röntgenstrahlen arbeiten. Auch anders geschaltete Stromkreise zum Vergleich der Ausgangsspannungen der beiden Meßanordnungen können angewendet werden, z. B. eine abgeglichene Brückenschaltung.

Claims

PAT EN T ANSP K CC H E:

1. Verfahren zur Messung des prozentualen Feuchtigkeitsgehalts eines Materialstromes durch fortlaufende Bestimmung von Eigenschaften des auf einem Abschnitt des Förderweges jeweils befindlichen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß zur fortlaufenden selbsttätigen Ermittlung der prozentualen Feuchtigkeit des in beliebiger Verteilung geförderten Materialstromes das Gesamtgewicht oder das spezifische Gewicht der jeweils auf dem Meßabschnitt befindlichen Materialmenge durch eine an sich bekannte Strahlungsmessung ermittelt und der absolute Feuchtigkeitsgehalt der gleichen Materialmenge durch eine an sich bekannte, in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit des Materials erfolgende elektrische Messung festgestellt wird, wobei der Quotient beider Anzeigen in einer selbstregelnden Kompensationsschaltung gebildet wird.

2. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Förderweg (1) ein Strahlungsmeßgerät (3, 4, 5) und ein dielektrisches Meßgerät (6, 7) angeordnet sind, deren Ausgänge (5 a, 7 a) über ein polarisiertes .Relais (19 σ) oder eine Brücke gegeneinandergeschaltet sind, das bzw. die, z. B. über Verstellmotor (13) und Spannungsteiler (8, 9), eine der beiden gegeneinandergeschalteten Meßgrößen im Sinne einer Konstanthaltung der Meßgrößendifferenz regelt, wobei durch die jeweilige Stellung des Regelorgans über geeichte Anzeigemittel (27) die relative Feuchte angegeben wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellmotor (13) einen zweiten Spannungsteiler (23, 24) gleichlaufend mit dem ersten antreibt, wobei die vom zweiten Spannungsteiler abgegriffene Spannung an mindestens ein in Prozent der relativen Feuchte geeichtes Voltmeter (27) gelegt und/oder zur Beeinflussung des Materialvorschubs vorgesehen ist, um den Feuchtigkeitsgehalt des Fördergutes auf einem vorgegebenen Wert zu halten.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsmeßgerät und das dielektrische. Meßgerät im gleichen Abschnitt des Förderweges liegen.

5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsmeßgerät und das dielektrische Meßgerät im Förderweg hintereinanderliegen, wobei die Signale der — in Förderrichtung gesehen — vorn liegenden Meßeinrichtung über einen an sich bekannten mit dem Förderantrieb synchronisierten Verzögerer mit den Meßgrößen der hinteren Meßeinrichtung ver-

glichen werden, so daß dem polarisierten Relais stets auf dem gleichen Materialabschnitt bezügliche Meßgrößen zugeführt werden.

6. Anordnung nach Anspruch 2 oder einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Anwendung auf die Messung oder Regelung Tabak.

des Feuchtigkeitsgehaltes von

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 724 043; österreichische Patentschrift Nr. 130 168.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen