DE1077459B

DE1077459B - Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Materialien bzw. zur Steuerung von Trockenmaschinen, Trockeneinrichtungen u. dgl.

Info

Publication number: DE1077459B
Application number: DEE7513A
Authority: DE
Inventors: Henri Eicken Genannt Estienne
Original assignee: HENRI EICKEN GENANNT ESTIENNE
Current assignee: HENRI EICKEN GENANNT ESTIENNE
Priority date: 1952-07-08
Filing date: 1953-07-07
Publication date: 1960-03-10
Also published as: GB737145A; US2862304A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Materialien bzw. zur Steuerung von Trockenmaschinen, Trockeneinrichtungen u. dgl. mittels Meßröhre und durch Hindurchführen des Materials durch Rollen. Man hat bisher versucht, das Problem der Feuchtigkeitsmessung und der von dieser abhängigen Steuerung von Arbeitsmaschinen auf verschiedene Arten zu lösen. Die bisher vorgeschlagenen Apparate kann man in drei Klassen einteilen:

Sogenannte Kapazitätsmesser. Diese beruhen auf dem Prinzip, die sich bei wechselndem Feuchtigkeitsgehalt ebenfalls verändernde DK des zu prüfenden Stoffes zu messen. In der Praxis hat es sich aber gezeigt, daß diese Instrumente, wenn sie als Dickenmesser bei metallischen Körpern oder sonstigen Leitern einwandfrei arbeiten, versagen, wenn sie zur Messung sowohl der Dicken als auch der sich verändernden DK in Halbleitern dienen sollen.

a) Der Einfluß der DK des Wassers ist unverhältnismäßig höher als jener der DK des Trockenmaterials (etwa 4 bis 5 : 80). Daraus ergibt sich, daß die Resultate bei sehr niedrigen Feuchtigkeiten bei weitem genauer sind als bei höheren Feuchtigkeiten.

b) Vor Beginn jeder Messung ist es notwendig, die Apparate auf Null auszutarieren, und die Frequenz im Speiseteil darf sich nicht ändern. Die geringfügigste Änderung bringt den Apparat aus dem Gleichgewicht. Außerdem ist es bei einer Messung an laufenden Maschinen nicht möglich, bei wechselndem Prüfgut den Apparat jedesmal auszutarieren.

2. Apparate zum Messen der statischen Elektrizität. Bei diesen geht man beispielsweise davon aus, daß Textilmaterial beim Durchlaufen durch Trockenmaschinen und, wenn es nur geringe Feuchtigkeiten enthält, elektrostatisch aufzuladen. Von der Höhe des Potentials dieser Ladungen ausgehend, hat man versucht, auf die vorhandene Feuchtigkeit zu schließen. Bei Feuchtigkeiten von beispielsweise lO^fl/o in Baumwolle verschwindet aber bereits die elektrostatische Aufladung ganz, und eine Messung ist somit nicht mehr möglich. Außerdem ist es unmöglich, vom Potential der Aufladung ausgehend, eine genaue Messung in Prozenten vorzunehmen, und man muß sich damit begnügen, die Ablesungen als entweder »zu trocken« oder »zu feucht« zu deuten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß beim Laufen von beispielsweise Baumwolle über Metallwalzen sich die Baumwolle negativ auflädt, beim Laufen über Walzen aus Isolier-Vorrichtung zur Bestimmung

des Feuchtigkeitsgehalts von Materialien

bzw. zur Steuerung von

Trockenmaschinen,
Trockeneinrichtungen u. dgl.

Anmelder:

Henri Eicken genannt Estienne,
Lyon, Rhone (Frankreich)

Vertreter: Dr. O. Loesenbeck, Patentanwalt,
Bielefeld, Herforder Str. 17

Beanspruchte Priorität:
" : Frankreich vom 8. Juli 1952

Henri Eicken genannt Estienne,

Lyon, Rhone (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

material jedoch positiv. Wolle hingegen lädt sich positiv über Metall- und negativ über Isoliermaterial auf. Hieraus ergibt sich wiederum, daß es nicht möglich ist, Messungen an einer laufenden Maschine vorzunehmen, ohne jedesmal den Apparat neu einzustellen bzw. umzuschalten. Außerdem kann sich ohne weiteres das Potential der Aufladung aus den erwähnten Gründen umkehren, und die Messungen sind alsdann Phantasieresultate.
3. Widerstandsmesser oder Leitfähigkeitsnießapparate. Hier benutzt man die sich bei mehr oder minder großem Vorhandensein von Wasser verändernde Leitfähigkeit und damit den Scheinwiderstand des zu messenden Materials, um dadurch die Feuchtigkeit zu bestimmen. Wenn diesen Apparaten auch die oben beschriebenen Fehler nicht anhängen, so versagen sie, wenn es sich um das Messen sehr niedriger Feuchtigkeiten handelt, wo beispielsweise der zu messende Scheinwiderstand in Ohm ausgedrückt Werte von 10¹² bis 10¹⁶ annehmen kann, um bei schon einigen Prozentsätzen Feuchtigkeit höher auf einige Ohm abzufallen. Unter Berücksichtigung aufzustellender Eichkurven und der aus den Scheinwiderständen alsdann auftretenden Hy-

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steresis kann man in bestimmten Grenzen gute Resultate erhalten, beispielsweise bei Baumwolle zwischen 4,5 und 15%. Auch eignen sich diese Apparate von den drei aufgeführten Klassen am besten für die Steuerung von Arbeitsmaschinen. Ihnen hängt jedoch der große Fehler an, daß die Meßspanne, in welcher genaue Messungen möglich sind, zu klein ist. Beispielsweise ist es auch hier nicht möglich, neuere Kunststoffe, deren Feuchtigkeitsgehalt zwischen 0 und 0,5% schwankt, meßtechnisch zu erfassen.

Diese Übelstände werden durch die Erfindung beseitigt; sie besteht darin, daß die eine Rollenseite der Meßelektrode zusammen mit einem angeschlossenen Widerstand und damit parallel liegenden Kondensator im Steuergitterkreis der Meßröhre, die andere Rollenseite an Erde liegt und dann in bekannter Weise der Anodenstrom der Meßröhre als Maßstab des Feuchtigkeitsgehalts bzw. zur Steuerung der Trockenmaschine dient. Die neue Vorrichtung faßt gewissermaßen die drei Meßmöglichkeiten, die Leitfähigkeitsmethode, die Kapazitätsmessung und die Messung etwaiger statischer Aufladung zusammen, wobei in den unteren Grenzen die auftretende statische Elektri-zität die sehr schwierige Leitfähigkeitsmessung korrigiert und in den oberen Grenzen, wo die reine Leitfähigkeitsmethode versagt, die sich verändernde DK als Korrekturfaktor wirkt. Auf diese Weise können beispielsweise Feuchtigkeiten von 0 bis 100% gemessen werden.

Durch den im Meßkreis liegenden festen Referenzwiderstand mit dazu parallel geschaltetem Kondensator besitzt die neue Vorrichtung ein sich elektrisch veränderndes Meßelement, das allen auftretenden Einflüssen — statische Elektrizität, Leitfähigkeit, sich verändernde DK — Rechnung trägt und nicht nur die den bisher bekannten Apparaten anhaftenden Fehler aufhebt, sondern ihre Ursachen als Korrektur zur Messung benutzt. Die neue Erfindung besitzt keine komplizierten und empfindlichen Bauteile, insbesondere keine mechanischen Steuer- und Meßelemente. Bei einfachstem Aufbau ist sie, da eine der Meßelektroden an Erde liegt, von äußeren Einflüssen frei und kann elektrisch störungsfrei und sicher arbeiten. Es ist auch zum ersten Mal möglich, die Meßanzeige- und Kontrollelemente der Apparatur in beliebigem Abstand voneinander getrennt aufzustellen.

Bei automatischer Steuerung einer Maschine erlaubt dieser Apparat weiterhin, Steuerungsimpulse zu erhalten, welche einem bestimmten, im voraus festgesetzten Feuchtigkeitsprozentsatz entsprechen, sowie eine automatische Veränderung dieser Impulse, die allen anderen Feuchtigkeitsprozentsätzen als dem eingestellten entsprechen, bei jeder Arbeitsveränderung der gesteuerten Maschine.

Eine vereinfachte Steuervorrichtung der Beschleunigungs- und Verlangsamungsimpulszahl sowie eine Regulierung der Dauer dieser Impulse ermöglicht es außerdem, eine Verzögerung der Maschine bei jedem Anlaufen zu erhalten.

Als Beispiel unter anderen möglichen Lösungen zeigt die Zeichnung in schematischer Form eine der möglichen Lösungen für diese Apparatur.

Fig. 1 a und 1 b zeigen den unteren und oberen Teil der Apparatur, beide Zeichnungen in der Achse X-Y aneinandergeheftet gesehen.

Der Apparat wird durch einphasigen Wechselstrom gespeist durch den Transformator 2. Die Sekundärwicklungen dienen zur Speisung der Röhren 3, 4, 5, 6 und 7 und der anderen Elemente der Apparatur. Der Trockengleichrichter 8, Drosselspule 9 und Kondensator 10 liefern einen gleichgerichteten Wechselstrom für die zur Messung benutzte Röhre 3.

Der Spannungsteiler 12-13 gibt dem Steuergitter der Röhre 3 seine negative Polarisation durch Kondensator 14 und Widerstand 15 bei Abwesenheit eines Signals. Die Gleichrichtung durch die Zelle 8 und die Filterung durch Drosselspule 9 und Kondensator 10 lassen eine gewisse Frequenz in dem dem Steuergitter 3 durch die Tastervorrichtung 17 zugeführten Strom bestehen. Nachdem diese Frequenz die Eigenschaften eines Wechselstromes von nicht sinusoidaler Form hat, kann der Strom dadurch den Kondensator, welcher einerseits durch die Elektroden des Tasterelements 17, anderseits durch das Dielektrikum des zu messenden Materials gebildet ist, durchfließen. Die Röhre 3 arbeitet alsdann als Detektor, und der Anodenstrom dieser Röhre zeigt die Veränderungen, welche in dem zu messenden Dielektrikum hervorgerufen werden, an.

Die Schirmgitterspannung der Röhre 3 wird durch den Spannungsteiler 16-18 geliefert, und diese Spannung sowie die Anoden- und Kathodenspannung der Röhre 3 und die Polarisationsspannungen der Thyratrons 4 und 5 werden durch die Röhre 19 stabilisiert.

Der Kathodenstrom der Röhre 3 wird durch den Spannungsteiler 21-22 geliefert. Die Anodenspeisung der Röhre 3 geht durch Potentiometer 21, Widerstand 23 und Galvanometer 24.

Die Kondensatoren 25, 26 und 27 geben dem Galvanometer die gewünschteDämpfung. Das zu messende Material liegt zwischen den Elektroden der Tastervorrichtung 17 und verändert je nach seinem Feuchtigkeitsgehalt den Arbeitspunkt des Steuergitters der Röhre 3 und ruft dadurch eine Veränderung des Anodenstroms, welcher durch das Galvanometer 24 angezeigt wird, hervor. Auf diese Art arbeitet die Apparatur einerseits als Vorrichtung zum Messen des Ohmschen Widerstandes des Materials, welches sich zwischen den Elektroden der Tastervorrichtung 17 befindet. Wenn es sich aber anderseits darum handelt, verhältnismäßig hohe Widerstände in der Größenordnung von beispielsweise 20 000 Megohm zu messen, so ist das Steuergitter der Röhre 3 mit einer sehr negativen Spannung polarisiert; dadurch wird der Anodenstrom dieser Röhre derart schwach, daß es fast unmöglich ist, ihn mit Genauigkeit zu messen.

In diesem Fall spielt die statische Elektrizität, mit welcher bekanntlich jedes Material ■— Textilien, Holz od. a. —· beim Ausgang einer Trockenmaschine aufgeladen ist und das nur einen sehr schwachen Feuchtigkeitsgehalt besitzt, in der Art eine Rolle, daß sie die Spannung an den Klemmen des Kondensators 14 erhöht und auf diese Weise die negative Polarisierung des Steuergitters 3 erniedrigt, um dadurch den Anodenstrom zu erhöhen und dessen Ablesung im Galvanometer 14 zu ermöglichen, damit also ebenfalls solche Feuchtigkeitsprozentsätze, welche sehr hohen Ohmwiderständen entsprechen, meßbar macht.

Wenn anderseits der Ohmwiderstand bei hohem Feuchtigkeitsgehalt des zu messenden Materials sich dermaßen verringert, daß der Wert des Polarisationsstromes des Steuergitters 3 gleich Null wird, so kann der Strom, welcher das Steuergitter der Röhre 3 beeinflußt, da er die Eigenschaften eines Wechselstromes hat, den Kondensator, gebildet durch die Elektroden der Tastervorrichtung 17 und das Dielektrikum, welches das zu messende Material bildet, durchfließen und ermöglicht somit die Messungen der Verände-

ι uv/

rungen des Anodenströms durch Arbeiten der Röhre 3 als Detektor.

Wenn also die vorhandene statische Elektrizität ihren Einfluß geltend macht, sobald der Ohmwiderstand einen gewissen hohen Wert erreicht, so tritt genau das gleiche im entgegengesetzten Fall ein, d. h. sobald der Ohmwiderstand derart fällt, daß sein genaues Messen unmöglich wird mit einem Instrument, welches besonders für Messungen von relativ hohen Werten konstruiert ist; in diesem Fall beginnt der Einfluß der Veränderungen der Dielektrizitätskonstante, die automatisch die Widerstandsmessung korrigiert und dadurch für alle Punkte des Meßbereichs ein genaues Bild des Feuchtigkeitsgehalts des zu kontrollierenden Materials gibt.

Eine an Hochspannung liegende Elektrode der Tastervorrichtung ist direkt mit der Erde verbunden. Auf diese Art wird es möglich, für diese Elektrode irgendeinen metallischen Teil der zu steuernden Maschine zu benutzen und jede komplizierte Tastervorrichtung überflüssig zu machen. Dies ermöglicht ebenfalls, den Meßapparat von allen äußeren Einflüssen, die sich sonst gewöhnlich durch irgendeinen Isolationsfehler, Kapazitätseffekte, die sich im Apparat selbst oder in den Verbindungskabeln einstellen, zu befreien.

Auf Grund der Tatsache, daß die Hochspannung direkt mit der Maschinenmasse und dadurch mit Erde verbunden ist, hat die Länge der Verbindungskabel, welche die Maschinenmasse und die Tasterelemente mit der Hochspannung, geschützt durch Widerstand 28, einerseits mit dem Apparat und anderseits mit dem Gitter der Röhre 3 verbinden, keinerlei Einfluß auf die Empfindlichkeit oder auf die Genauigkeit der Messungen.

Das Potential der Kathode des Thyratrons 4, dessen Steuergitter durch die Veränderungen der Spannungen des Galvanometers 24 gesteuert wird, wird durch 33 festgelegt, Teil des Spannungsteilers 30-31-32-33-34-35 und des Filterkondensators 38. Die Einheit 36-37 dient zur Angleichung der verschiedenen Elektroden.

Das Gitterpotential des Thyratrons 5 wird durch 32 festgelegt nach Durchgang durch einen Abkupplungswiderstand an der Kathode, gesteuert durch die Spannungsveränderungen des Galvanometers 24.

Wenn man mit Hilfe der gekuppelten Spannungsteiler 30 und 35 einen Wert der am Ausgang der Maschine im Material gewünschten Feuchtigkeit entsprechend festgelegt hat, so zeigt Galvanometer 24 diesen Wert an, wenn im Material zwischen den Elektroden 17 tatsächlich dieser Prozentsatz enthalten ist. Beide Thyratrone sind in Ruhe. Ist aber der zwischen den Elektroden 17 gemessene Wert geringer als der an 30 und 35 eingestellte, so ist natürlich auch die von 24 angezeigte Spannung entsprechend geringer. Diese geringere Spannung bringt nun Thyratron 4 zum Zünden und bringt die Signallampe 39 (zu trocken) zum Aufleuchten. Erhöht sich aber die Feuchtigkeit im Material zwischen den Elektroden 17 über den an 30 und 35 eingestellten Wert, so zeigt 24 die entsprechend höhere Spannung an und bringt diese nun Thyratron 5 zum Zünden und damit die Lampe 40 (zu naß) zum Aufleuchten. Beide Thyratrone arbeiten, wie die Schaltung zeigt, »in Opposition« zueinander und erlauben den Spannungsteilern 32 und 33, die Zündpunkte der Thyratrone festzulegen. Die Thyratrone steuern das Aufleuchten der Lampen 39 (zu trocken) oder 40 (zu feucht); diese dienen als Signallampen für die Messung der tatsächlichen Feuchtigkeit in bezug auf eine gewählte Feuchtigkeit, die als gewünschter Arbeitspunkt festgesetzt ist.

Die gekuppelten Spannungsteiler 30 und 35 erlauben, den Meßpunkt der gewählten Feuchtigkeit festzulegen.

Die Spannungsteiler 32 und 33 erlauben, den Meßbereich zu vergrößern oder zu verkleinern.

Die vorstehend beschriebenen Teile stellen zusammen den Kontroll- und Meßteil der Apparatur, Gegen ■ stand der vorliegenden Erfindung, dar.

Das Thyratron 7 dient dazu, die Steuerimpulse zur Verminderung der Geschwindigkeit an einen Hilfsmotor 50, welcher den Geschwindigkeitsregler der Maschine steuert, zu geben. Als Geschwindigkeitsregler kann natürlich ein Motor, elektronischer Geschwindigkeitsregler oder irgendein anderer mechanischer Geschwindigkeitsregler verwandt werden.

Dieses Thyratron arbeitet auf folgende Art: Eine Spannung wird an Widerstand 29, welcher an der Kathode der Röhre 5 liegt, abgenommen und über Kondensator 54 dem Gitter des Thyratrons 7 zugeführt. Auf diese Art wird, wenn das Thyratron 5 arbeitet, ebenfalls das Thyratron 7 zum Arbeiten gebracht. Sein Anodenstrom liefert die Impulse, welche zur Steuerung des Hilfsmotors des Getriebes gebraucht werden.

Kondensator 41, Widerstand 42 und Potentiometer 43, zwischen Kathode und Schirmgitter des Thyratrons 7 geschaltet, laden sich durch Trockengleichrichter 44, Widerstand 45 und Kondensator 46 auf. Ist das Steuergitter des Thyratrons 7 auf sehr negatives Potential gebracht, blockiert dieses Thyratron beim Trockenwerden des zu messenden Materials. Das Potential an den Klemmen des Kondensators 41 steigt bis zur Auslösung des Thyratrons. In diesem Augenblick wird ein Steuerimpuls an Hilfsmotor 50 gegeben, wobei sich zur gleichen Zeit der Kondensator 41 wieder entlädt. Das Steuergitter geht wiederum auf seine negative Spannung zurück, Thyratron 7 blockiert von neuem, und der Arbeitskreislauf beginnt von neuem.

Die Anzahl dieser Steuerimpulse kann durch den Spannungsteiler 42-43 geregelt werden und die Zeitdauer der Steuerimpulse durch den Kondensator 47. Das Thyratron 6 gibt die Steuerimpulse für die Beschleunigung und arbeitet in ähnlicher Form wie oben beschrieben, jedoch mit folgenden Unterschieden:

Die Dauer der Impulse ist regelbar dadurch, daß man die Möglichkeit hat, die Kondensatoren 48 und 49 einzeln, in Serie oder parallel geschaltet, zu benutzen.

Eine Verlangsamung oder Beschleunigung der Arbeitsweise des Thyratrons 7 wird nach jedem Anhalt der zu steuernden Maschine auf folgende Art erreicht:

Kondensator 51, Widerstand 52 und Potentiometer 53 liegen zwischen Minus und Hochspannung. Bei jeder Inbetriebsetzung der zu steuernden Maschine schaltet das Relais 55 den aus 51-52-53 gebildeten Teil, zwischen Kathode und Steuergitter des Thyratrons 6 und blockiert auf diese Art dieses Thyratron, bis sich der Kondensator 51 entladen hat; der Spannungsteiler 53 erlaubt dabei, die Dauer der Verzögerung zu regeln.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Materialien bzw. zur Steuerung von Trockenmaschinen, Trockeneinrichtungen u. dgl. mittels Meßröhre und durch Hindurch-

führen des Materials durch Rollen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Rollenseite (17) zusammen mit einem angeschlossenen Kondensator (14) und einem damit parallel liegenden Widerstand (15) im Steuergitterkreis der Meßröhre (3) und die andere , Rollenseite an Erde liegt und in an sich bekannter Weise der Anodenstrom der Meßröhre als Maßstab des Feuchtigkeitsgehalts bzw. zur Steuerung der Trockenmaschine dient.

2. "Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Spannung des Steuergitters der Meßröhre mittels eines Potentiometers (12,13) einstellbar ist, das in einem herabtransformierten,

gleichgerichteten Stromkreis der Netzspannung liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination Widerstand (R 15) und Kondensator (14) an einer pulsierenden Spannung und eventuell auftretenden statischen Spannungen liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 732 313, 724 043,
986, 696 056, 581597;

schweizerische Patentschriften Nr. 251 292, 238 352; britische Patentschrift Nr. 649 242.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen