DE1096082B - Verfahren zur Bestimmung der Feuchtigkeit von Gegenstaenden flaechenhafter Ausdehnung, insbesondere Papieren, Textilien, Folien usw., sowie Geraet zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, daß der Feuchtigkeitsgehalt von Papieren, Textilien usw. ausgedrückt werden kann, entweder durch Angabe des Wassergehaltes bezogen auf Volumen oder Gewichtseinheiten des betreffenden Stoffes oder durch diejenige Luftfeuchtigkeit, bei weleher der Stoff weder Wasser aus der Luft aufnimmt noch Wasser an die Luft abgibt. Die Feuchtigkeit der Luft ist dann im Gleichgewicht mit der Feuchtigkeit des betreffenden Stoffes, weshalb man von der Gleichgewichts-Luftfeuchtigkeit spricht. ίο

Es ist bereits bekannt, diese Gleichgewichts-Luftfeuchtigkeit durch Messung des elektrischen Widerstandes einer hygroskopischen, elektrolytischen Sonde zu bestimmen, die sich in einer an den Prüfling angrenzenden, gegen den Prüfling hin offenen Kammer befindet. Auch ist zur Ausschaltung des Temperatureinflusses schon vorgeschlagen worden, bei der Messung des elektrischen Widerstandes der genannten Sonde in einer Brückenschaltung als Bezugswiderstand den elektrischen Widerstand einer zweiten hygroskopischen Sonde zu benutzen, die gleich ausgebildet und der an der Meßstelle herrschenden Temperatur ausgesetzt ist. Gemäß diesem früheren Vorschlag sind die beiden Sonden in zwei getrennten Kammern eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet. Die Kammer mit der eigentlichen Meßsonde ist gegen die Stoffbahnen, deren Feuchtigkeit gemessen werden soll, offen, wogegen die zweite Sonde von der gegebenen Raumluftfeuchte beeinflußt wird oder in einer hermetisch geschlossenen Kammer untergebracht ist. Die Bestimmung der Feuchtigkeit der Stoffbahnen erfolgt kontinuierlich, indem die Stoffbahnen an der Meßstelle vorbeibewegt werden.

Bei der kontinuierlichen Messung spielt es in den meisten Fällen eine untergeordnete Rolle, wenn der bahnförmige Prüfling gegenüber den beiden Sonden einen konstanten Temperaturunterschied aufweist, da in der Regel eine Vergleichsmessung genügt. Ferner wird bei der kontinuierlichen Messung in der Regel mit einer erzwungenen Luftströmung gearbeitet, welche die Feuchtigkeit von Prüfling zur Meßsonde fördert. Durch die Luftströmung wird dem Prüfling Feuchtigkeit in erheblichem Maße entzogen. Dies ist bei der kontinuierlichen Messung gestattet, da der Feuchtigkeitsentzug fortlaufend an anderer Stelle der Bahn erfolgt. Bei einer diskontinuierlichen Messung an zugeschnittenen Papieren z. B. darf kein Feuchtigkeitsentzug durch eine Luftströmung erfolgen, da dadurch die Messung sofort wesentlich verfälscht und der Prüfling im Laufe der Messung ständig trockener würde. Zudem ist bei der diskontinuierlichen Messung keine Gewähr vorhanden, daß ein allfälliger Temperaturunterschied zwischen dem Prüfling und den Sonden bei allen Messungen immer gleich ist. Aus diesem Verfahren

zur Bestimmung der Feuchtigkeit

von Gegenständen flächenhafter

Ausdehnung, insbesondere Papieren,

Textilien, Folien usw.,

sowie Gerät zur Durchführung

des Verfahrens

Anmelder:

Zürcher Papierfabrik an der Sihl,
Zürich (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Müller-Bömer,

Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68,
und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 22, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 23. Dezember 1954

Max Müller, Langnau am Albis, Bern (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Grunde muß für die diskontinuierliche Messung möglichst gleiche Temperatur von Prüfling und Sonden angestrebt werden.

Die vorstehenden Betrachtungen zeigen, daß zwischen der kontinuierlichen Feuchtigkeitsmessung an laufenden Bahnen und der diskontinuierlichen Feuchtigkeitsmessung einzelner, gegenüber dem Meßgerät nicht bewegter Blätter oder Bogen ein wesentlicher Unterschied besteht und beachtet werden muß, weshalb man die für kontinuierliche Messungen bereits vorgeschlagenen Verfahren und Geräte nicht ohne weiteres auch für diskontinuierliche Messungen benutzen kann.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät, um diskontinuierliche Messungen der Feuchtigkeit von Gegenständen flächenhafter Ausdehnung, insbesondere Papieren, Textilien, Folien usw. rasch, bequem und vor allem präzis durchführen zu können.

Das erfindungsgemäße A^erfahren besteht darin, daß man vor der Messung das Gehäuse mit den beiden Kammern, die je eine Meßsonde bzw. eine Bezugs-

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sonde enthalten, auf eine metallische Grundplatte von verhältnismäßig großer Masse aufsetzt, damit das Gehäuse und die Grundplatte gleiche Temperatur annehmen, und daß man für die Messung den Prüfling zwischen die Grundplatte und das Gehäuse einlegt, so daß auch der Prüfling die erwähnte gleiche Temperatur annimmt. Auf diese Weise wird erreicht, daß nicht nur die beiden hygroskopischen Sonden gleiche Temperatur aufweisen, sondern während der Messung auch der Prüfling selbst die gleiche Temperatur besitzt. Nur so sind die Voraussetzungen für eine fehlerfreie diskontinuierliche Messung gegeben.

Um eine sowohl von der Temperatur als auch von dem Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft unabhängige Messung zu erzielen und mit einer einzigen Eichkurve auszukommen oder das zur Messung des elektrischen Widerstandes der Meßsonde dienende Instrument direkt in Einheiten der Feuchtigkeit eichen zu können, enthält beim Gerät nach der Erfindung die hermetisch geschlossene Kammer außer der Sonde ein an sich bekanntes Mittel zur Erzeugung einer Atmosphäre konstanter Feuchtigkeit und bildet der Mantel des den beiden Kammern gemeinsamen, aus Metall bestellenden Gehäuses gleichzeitig für die andere Kammer die Umrandung, die lose auf die metallische Grundplatte von verhältnismäßig großer Masse oder auf den auf die Grundplatte aufgelegten Prüfling aufsetzbar ist. Diese Ausbildung vermeidet eine Luftströmung, die dem Prüfling eine unzulässig hohe Menge Feuchtigkeit entziehen würde, und ist daher für die diskontinuierliche Messung besonders geeignet.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in welcher rein beispielsweise eine Ausführungsform des Gerätes gemäß der Erfindung dargestellt ist und an Hand welcher das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise beschrieben ist.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Gerätes und durch einen Prüfling während der Feuchtigkeitsbestimmung;

Fig. 2 stellt in größerem Maßstab das Hygrometerelement des Gerätes in Ansicht von unten oder von oben dar.

Das in Fig. 1 veranschaulichte Gerät weist eine metallische Grundplatte 11 von verhältnismäßig großer Masse auf. Die Grundplatte 11 dient zum Auflegen des blatt- oder bogenförmigen Prüflings 12, dessen Feuchtigkeit bestimmt werden soll.

Auf den Prüfling ist ein Metallkörper 13α aufsetzbar, welcher eine nach unten offene, flache Kammer 14a enthält. In der Kammer 14a ist ein scheibenförmiger Isolierträger 15a aus Quarz, Glas oder Porzellan mit Hilfe einer gelochten Scheibe 31 und mittels Schrauben 32 festgehalten, derart, daß die gelochte Scheibe 31 dem Isolierträger gegen unten hin mit Abstand vorgelagert ist. Zwischen dem Isolierträger 15a und der gelochten Scheibe 31 sowie zwischen dem Isolierträger 15a und dem Metallkörper 13 a sind elastisch nachgiebige Dichtungsringe 33 und 34 eingeschaltet, welche eine hermetische Abdichtung zwischen der flachen Kammer 14a und einer zweiten Kammer 35 schaffen und den Träger 15 a von dem Körper 13 a und der Platte 31 isolieren. Die Kammer 35 ist durch den Träger 15a vollständig abgeschlossen und enthält ein Gefäß 36 mit einem Feuchtigkeitspuffer 37, der z. B. aus Kaliumkarbonat besteht und derart befeuchtet ist, daß in der Kammer 35 ständig eine Atmosphäre mit 43 bis 44% relativer Feuchtigkeit herrscht. Das Gefäß 36 ist mit Hilfe von Blattfedern 38 in der Kammer 35 festgeklemmt.

Der Isolierträger 15a ist auf beiden Seiten, d.h. gegen die unten offene Kammer 14a und gegen die geschlossene Kammer 35 hin mit zwei Edelmetallelektroden 16 und 17 sowie mit einer hauchdünnen, hygroskopischen, elektrolytischen Schicht 18 versehen, welche die beiden zugeordneten Elektroden 16 und 17 miteinander verbindet, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist. Die Schicht 18 stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Elektroden 16 und 17 her, dient als Sonde zur Messung der Feuchtigkeit und besteht aus einer hygroskopischen Salzlösung (z. B. Zinkchlorid, Lithiumchlorid usw.) in Mischung mit Pigmenten (z. B. Bariumsulfat, Titandioxyd, Quarzpulver, wasserunlösliche Kunstharzpulver usw.), Verdickungsmittel!! (ζ. Β. Gelatine, wasserlösliche Kunstharze) und Netzmitteln (z. B. quarternäre Ammoniumverbindungen mit einem längeren aliphatischen Rest). Die hygroskopische Salzlösung kann entweder mit allen drei genannten Zusätzen gemischt sein oder aber nur einen oder zwei beliebige der genannten Zusätze in Mischung enthalten. Jede der Elektroden 16 und 17 ist mit einem isolierten Anschlußleiter 41, 42, 43 bzw. 44 versehen. Diese Leiter sind paarweise durch Bohrungen 45 des Körpers 13 a hindurchgeführt. Oben ist der Metallkörper 13 α mit einem Metalldeckel 46 versehen, der einen Handgriff aus Isoliermaterial aufweisen kann. Die Leiter 41 bis 44 gelangen zunächst in den vom Deckel 46 eingeschlossenen Raum, von welchem sie durch eine Öffnung 47 hindurch nach außen geführt sind.

Zwischen der gelochten Platte 31 und der äußeren hygroskopischen Schicht 18 ist ein Staubfilter 50 angeordnet, das zwischen zwei Dichtungsringen 33 eingespannt ist. Das Staubfilter 50 besteht aus einem feinen Drahtsieb, dessen Maschen mit einem nichthygroskopischen Pulver, z. B. Quarzpulver, ausgefüllt sind. Bei der Herstellung dieses Filters 50 wird das Pulver zu einem dicken wäßrigen Brei angerührt, der nachher auf das Sieb aufgestrichen wird. Den überschüssigen Brei wischt man vorsichtig mit etwas Watte ab. Um das Quarzpulver zu binden, wird nach dem Eintrocknen des Breies das Filter mit einer 5°/oigen Lösung von Paraffin in Toluol besprüht und nach dem Abdunsten des Toluols kurze Zeit auf 100° C erhitzt. Das Filter 50 verhütet wirksam, daß sich Staubteilchen auf der äußeren elektrolytischen Schicht 18 absetzen. Die gelochte Platte 31 dient zum mechanischen Schutz des Filters 50.

Die beiden elektrolytischen Schichten 18 auf der Unterseite und der Oberseite des Isolierträgers 15α sind genau gleich ausgebildet und werden z. B. wie folgt hergestellt:

Man löst 2 g Lithiumchlorid in 25 g Wasser, worauf man in der entstehenden Salzlösung noch 2 g niederviskose Gelatine unter leichtem Erwärmen löst. Der Lösung wird nachher in einem Mörser noch 25 g Bariumsulfat beigemischt, worauf man die Masse auf den Isolierträger 15a, der zuvor mit den Elektroden

16 und 17 belegt worden ist, aufstreicht. Die Schichten 18 sind vor dem Einbau des Isolierträgers 15a in den Metallkörper 13a künstlich zu altern.

Der elektrische Widerstand der als Meßsonde dienenden unteren Schicht 18 wird in einer Brückenschaltung gemessen, in welcher der Widerstand der oberen elektrolytischen Schicht 18 als Bezugswiderstand benutzt wird. Zu diesem Zweck sind gemäß Fig. 1 die einen Elektroden 16 mittels der Leiter 41 und 43 an die beiden Enden eines Schleifdrahtwiderstandes 51 angeschlossen, während die beiden anderen Elektroden

17 mittels der Leiter 42 und 44 miteinander verbun-

den und an ein Anzeigeinstrument 52 angeschlossen sind, das andererseits mit dem Schleifer 53 der Brücke in Verbindung steht. Die Brücke wird an Klemmen 54 und 55 mit Wechselspannung von z. B. 1 Volt gespeist. Dem Anzeigeinstrument 52 kann ein nicht gezeichneter Verstärker vorgeschaltet sein.

Bei Nichtgebrauch des beschriebenen Gerätes stellt man den Metallkörper 13 α stets auf die Grundplatte 11 auf, damit beide Teile die gleiche Temperatur annehmen. Den Prüfling 12 legt man auf die Platte 11, wobei dann der Körper 13 α auf den Prüfling aufgestellt wird, wie Fig. 1 zeigt. Innerhalb weniger Sekunden nimmt auch der Prüfling 12 die Temperatur der Platteil und des Körpers 13a an. In der Kammer 14a stellt sich über dem Prüfling die Gleichgewichts-Luftfeuchtigkeit ein, welche durch die Löcher der Platte 31 und durch den Filter 50 hindurch zur äußeren hygroskopischen Schicht 18 diffundiert. Da bei der Messung des Widerstandes dieser Schicht die jeweils herrschende Temperatur in gleicher Weise auch auf ao die andere Schicht 18 auf der Oberseite des Isolierträgers 15a einwirkt, werden die durch Temperaturänderungen bedingten Widerstandsänderungen der Schichten 18 kompensiert, so daß die Messung unabhängig von der Temperatur wird. Es ist daher möglieh, dem Schleifer 53 eine direkt in Feuchtigkeitsprozenten geeichte Skala zuzuordnen. Gegebenenfalls ist es auch möglich, den Abgriff des Potentiometers 51 fest einzustellen und das Instrument 52 mit einer in Feuchtigkeitsprozenten geeichten Skala zu versehen. Wegen der gleichartigen Beschaffenheit der beiden elektrolytischen Schichten 18 auf der Ober- Und der Unterseite des Trägers 15 a sind auch allfällige Veränderungen zufolge Alterung dieser Elemente praktisch weitgehend ohne Einfluß auf das Meßresultat, wobei selbstverständlich Voraussetzung ist, daß die Feuchtigkeit in der geschlossenen Kammer 35 immer konstant bleibt.

Das beschriebene Gerät und Meßverfahren haben den Vorteil, daß sie gestatten, auch die Feuchtigkeit von verhältnismäßig kleinen und dünnen Prüflingen flächenhafter Ausdehnung zu bestimmen, was bisher nicht möglich gewesen ist. So ist es z. B. möglich, sogar die Feuchtigkeit eines einzelnen Papierblattes zu messen, das nur 30 g/m² wiegt. Dies wird wegen des verschwindend kleinen Feuchtigkeitsbedarfes der äußeren hygroskopischen Schicht 18 ermöglicht.

Bei der beschriebenen Ausführungsform des Gerätes tragen die als Bezugswiderstand dienende Schicht 18 und das Staubfilter 50 wesentlich bei zu einer hohen zeitlichen Stabilität der Eichung des Gerätes. Bisher bekanntgewordene Hygrometer, bei denen der elektrische Widerstand von Schichten aus reinen Salzlösungen oder von Schwefelsäure gemessen wird, erreichen nicht diese Konstanz.

Man hat zwar schon Hygrometer mit Kunstharzschichten, insbesondere aus Polyvinylalkohol, sowie Gelatineschichten als Hygrometersonden vorgeschlagen, die eine befriedigendere Konstanz der Eichung zeigen als die erwähnten Hygrometer, doch haben diese Schichten den Nachteil einer ungünstig verlaufenden Widerstands-Feuchtigkeits-Charakteristik, die sich als Exponentialfunktion über mehrere Zehnerpotenzen erstreckt, wenn die Feuchtigkeit von 10 bis 90 % ändert. In diesem Falle kann man nicht mit einem einzigen Bereich des Gerätes auskommen, sondern es muß der Referenzwiderstand mehrmals umgeschaltet werden, um die ganze Feuchtigkeitsskala überstreichen zu können. Mit Hilfe der beschriebenen elektrolytischen Schichten macht es hingegen keine Schwierigkeiten, Feuchtigkeiten von 10 bis 90 % relativer Luftfeuchtigkeit in einem einzigen Bereich zu erfassen, so daß also eine Umschaltung des Meßbereiches hinfällig wird.

Nach dem beschriebenen Verfahren und mit dem beschriebenen Gerät läßt sich nicht nur die Feuchtigkeit von Papieren, sondern auch von Textilien, Folien und anderen Gegenständen flächenhafter Ausdehnung rasch und einfach bestimmen.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur diskontinuierlichen Bestimmung der Feuchtigkeit von Gegenständen flächenhafter Ausdehnung, insbesondere Papieren, Textilien und Folien, durch Vergleichsmessung des elektrischen Widerstandes einer hygroskopischen, elektrolytischen Meßsonde und einer ebensolchen Bezugssonde, wobei die Meßsonde in einer gegen den Prüfling hin offenen Kammer und die Bezugssonde in einer vollständig geschlossenen Kammer eines gemeinsamen Gehäuses untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Messung das metallische Gehäuse mit den beiden Kammern auf eine metallische Grundplatte von verhältnismäßig großer Masse aufsetzt, damit das Gehäuse und die Grundplatte gleiche Temperatur annehmen, und daß man für die Messung den Prüfling zwischen die Grundplatte und das Gehäuse einlegt, so daß auch der Prüfling die erwähnte gleiche Temperatur annimmt.

2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zwei gleich ausgebildeten hygroskopischen, elektrolytischen Sonden, die sich in getrennten Kammern eines gemeinsamen Gehäuses befinden, deren eine hermetisch geschlossen und deren andere gegen den Prüfling hin offen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hermetisch geschlossene Kammer (35) außer der Sonde (18) ein an sich bekanntes Mittel (37) zur Erzeugung einer Atmosphäre konstanter Feuchtigkeit enthält, und daß der Mantel des den beiden Kammern (35,14 a) gemeinsamen, aus Metall bestehenden Gehäuses (13a) gleichzeitig für die andere Kammer (14 a) die Umrandung bildet, die lose auf eine metallische Grundplatte (11) von verhältnismäßig großer Masse oder auf den auf die Grundplatte (11) aufgelegten Prüfling (12) aufsetzbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (14a und 35) durch eine Isolierplatte (15 α) voneinander getrennt sind, welche als Isolierträger für die beiden, auf verschiedenen Seiten der Isolierplatte (15 a) angeordneten elektrolytischen Schichten (18) dient.

4. Gerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einen elektrolytischen Schicht (18), welche sich in der offenen Kammer (14 a) befindet, gegen die öffnung dieser Kammer hin ein Staubfilter (50) vorgeschaltet ist, das aus einem feinen Drahtnetz besteht, dessen Maschen mit einem Pulver aus einem nicht hygroskopischen Stoff gefüllt sind.

5. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß gegen die öffnung der offenen Kammer (14a) hin dem Staubfilter (50) eine gelochte Schutzplatte (31) vorgeschaltet ist.

6. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der gelochten Schutzplatte (31) sowohl das Staubfilter (50) als auch die Isolierplatte (15 a) am Metallkörper (13 a) befestigt sind.

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7. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytischen Schichten aus einer Lösung eines hygroskopischen Salzes in Mischung mit Pigmenten bestehen.

8. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytischen Schichten aus einer Lösung eines hygroskopischen Salzes in Mischung mit Verdickungsmitteln bestehen.

9. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytischen Schichten aus einer Lösung eines hygroskopischen Salzes in Mischung mit Netzmitteln bestehen.

10. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytischen Schichten aus einer Lösung eines hygroskopischen Salzes in Mischung mit Pigmenten und Verdickungsmitteln bestehen.

11. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytischen Schichten aus einer Lösung eines hygroskopischen Salzes in ao Mischung mit Pigmenten und Netzmitteln bestehen.

12. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytischen Schichten aus einer Lösung eines hygroskopischen Salzes in Mischung mit Verdickungsmitteln und Netzmitteln bestehen.

13. Gerät nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytischen Schichten aus einer Lösung eines hygroskopischen Salzes in Mischung mit Pigmenten, Verdickungsmitteln und Netzmitteln bestehen.

14. Gerät nach den Ansprüchen 9,11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzmittel aus einer quarternären Ammoniumverbindung mit einem längeren aliphatischen Rest besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 453 970, 949378;
deutsche Patentanmeldung S 20860 IX/421 (bekanntgemacht am 27. 9. 1951);

Angerer-Ebert, Technische Kunstgriffe bei physikalischen Untersuchungen, 8. Auflage, Braunschweig, 1952, S. 133.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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