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Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von
Faserwerkstoffen, z. B. an Papierbahnen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
Vorrich tungen zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Faserwerkstoffen, insbesondere
im bewegten Zustand des Meßgutes, z. B. an Papierbahnen.
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Die Kenntnis des Feuchtigkeitsgehaltes von mehr oder weniger hygroskopischen
Stoffen ist in der Tech nik in vielen Fällen von großer Bedeutung. So muß beispielsweise
bei der Papierfabrikation der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers in den einzelnen Stadien
des Herstellungs- und Bearbeitungsverfahrens innerhalb relativ enger Grenzen auf
vorgeschriebenen Werten gehalten werden, damit die gewünschte Papierqualität erzielt
wird. Auch in der Textilindustrie stellt sich häufig die Aufgabe, den Feuchtigkeitsgehalt
von Geweben zu messen.
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Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung
des Feuchtigkeitsgehaltes bekannt, die nach dem zugrunde liegenden Meßprinzip bzw.
nach der speziellen meßtechnischen Ausgestaltung eines bestimmten Prinzips in verschiedene
Klassen zusammengefaßt werden können.
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Bei einer Gruppe dieser bekannten Verfahren und Vorrichtungen dient
der mit dem Feuchtigkeitsgehalt veränderliche elektrische Widerstand des Meßgutes
als Maß für den Feuchtigkeitsgehalt; die Anzeige ist hier stark vom Auflagedruck
zwischen der Aufsatzelektrode und dem Meßgut abhängig; ferner hängt das Meßergebnis
bei diesen Geräten stark von der Dicke sowie von den elektrolytischen Verhältnissen
(pH-Wert) des Meßgutes ab. Außerdem wird dieses Verfahren schon bei geringster statischer
Aufladung des Meßgutes unbrauchbar. Schließlich können wegen der hohen elektrischen
Widerstände des Meßgutes nach diesem Verfahren erst Feuchtigkeitsgehalte von etwa
S0lo aufwärts an mit einiger Genauigkeit bestimmt werden.
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Auf diesem Prinzip der Widerstandsmessung beruht beispielsweise ein
bekanntes Verfahren zur Feuchtigkeitsgehaltsbestimmung, bei welchem der Aufiadezustand
eines aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Kondensators zur Bestimmung des
Feuchtigkeitsgehaltes des Meßgutes herangezogen wird; der Kondensator liegt dabei
in Reihe mit dem durch Schleifkontakte in den elektrischen Aufladestromkreis einbezogenen
Meßgut; das zwischen den Schleifkontakten bzw. Meßsonden liegende Meßgut bildet
somit einen Teil des Aufladewiderstandes, dessen Veränderlichkeit mit dem Feuchtigkeitsgehalt
des Meßgutes zu dessen Bestimmung herangezogen wird.
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Eine weitere Gruppe von Verfahren und Vorrichtungen beruhen auf der
Abhängigkeit der Dielektrizitätskonstante des Meßgutes von seinem Feuchtig-
keitsgehalt;
hier wird vor allem als Mangel empfunden, daß das Flächengewicht proportional zum
Feuchtigkeitsgehalt in den Meßwert eingeht; sofern bei diesen Verfahren eine direkt
mit dem Meßgut in Berührung gelangende Meßsonde bzw. -elektrode Anwendung findet,
sind auch hier die Meßwerte vom Auflagedruck zwischen Meßelektrode und Meßgut ababhängig.
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Auf diesem Prinzip beruhen auch bekannte Verfahren und Vorrichtungen,
die vor allem zur angenäherten Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Ballungsgut
dienen, etwa von in Säcken oder sonstigen Verpackungsbehältern befindlichen Lebensmitteln
u. dgl., wobei von außen ein entsprechend ausgebildeter Kondensator an den Behälter
angelegt wird; zur Messung wird die Beeinflussung des in das Aufbewahrungsgut eindringenden
Streufeldes des Kondensators herangezogen. Die Meßergebnisse werden hier stark von
der Geometrie der Anordnung beeinflußt und liefern dementsprechend nur ganz grobe
Anhaltspunkte über den Feuchtigkeitsgehalt.
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Schließlich ist eine Gruppe von Verfahren und Geräten bekannt, bei
denen die relative Luftfeuchtigkeit in unmittelbarer Umgebung des Meßgutes gemessen
und aus dieser die Absolutfeuchtigkeit im Meßgut bestimmt wird, hierbei sind die
gemessenen Werte stark von der Temperatur (und zwar sowohl der Luft als auch des
Meßgutes selbst), von der Materialzusammensetzung sowie von der Struktur und vor
allem der Oberflächenbeschaffenheit des Meßgutes abhängig.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts
von Faserwerkstoffen, insbesondere im bewegten Zustand des Meßgutes, z. B. an Papierbahnen,
mit Hilfe eines über einen Widerstand aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten
Kondensators,
dessen Aufladungszustand beobachtet wird; durch die Erfindung sollen die geschilderten
Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen vermieden werden; im besonderen
sollen genaue und gut reproduzierbare Meßwerte der Feuchtigkeit erreicht werden,
wobei die Messungen einfach, schnell und in einer den Betriebsbedingungen, vor allem
den Erfordernissen der laufenden Betriebskontrolle angepaßten Weise durchführbar
sein sollen.
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Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der genannten
Art vorgesehen, daß das Meßgut elektrisch parallel zum Kondensator liegt und dessen
Belege elektrisch überbrückt.
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Die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung auftretende, leistungslos
meßbare änderung der Kondensatorspannung gestattet eine unmittelbare, kontinuierliche
Anzeige des Feuchtigkeitsgehaltes. Das Meßgut bildet hier nicht wie bei dem erwähnten
bekannten Gleichspannungsverfahren einen Teil des zwischen Kondensator und Gleichspannungsquelle
liegenden Aufladewiderstandes, sondern liegt parallel zum Kondensator; am Meßgut
liegt somit stets die jeweils am Kondensator selbst aufgebaute Spannung an. Die
Messung wird auch unabhängig vom Aulladedruck des Fühlers sowie vom Flächengewicht
bzw. der Dicke des Meßgutes.
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Das Verfahren kann in der Form durchgeführt werden, daß mindestens
der eine Kondensatorbelag mit dem Meßgut über eine Meßsonde elektrisch verbunden
wird.
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Nach einer anderen Ausführungsform wird das Verfahren so ausgeführt,
daß das Meßgut die Beläge des Kondensators elektrisch und mechanisch überbrückt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens an Hand der Zeichnung
hervor; in dieser zeigt Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung, Fig. 2 eine Ausführungsform des bei dem Verfahren verwendeten
Kondensators.
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In Fig. 1 ist bei 1 ein Generator G gezeigt, der eine konstante Gleichspannung
in Höhe von beispielsweise 1 kV erzeugt. Diese Gleichspannung liegt über einen hohen
Widerstand 2 (beispielsweise in der Größenordnung von 109 Ohm) an dem einen Belag
eines Kondensators 3, dessen anderer Belag beispielsweise mit Erde verbunden ist.
Der Kondensator ist mit hochwertiger Isolierung aufgebaut und besitzt beispielsweise
eine Kapazität von etwa 200 pF. Bei 5 kann der spannungführende Belag des Kondensators
über eine Leitung 9 mit einer Meßsonde 6 elektrisch leitend verbunden werden. Diese
Meßsonde ist als Laufrolle ausgebildet, die mit der laufenden Papierbahn 8 in Berührung
steht. Die Papierbahn 8 steht, beispielsweise über die Laufrolle 7, in Verbindung
mit Masse.
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Bei 5 ist außerdem ein Meßgerät 4, beispielsweise ein Elektrometer,
zur leistungslosen Messung der am Kondensator herrschenden Spannung vorgesehen.
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Wird die mit der Papierbahn 8 in Berührung stehende Sonde 6 in der
beschriebenen Weise über die Leitung 9 bei 5 mit dem hochspannungsseitigen Belag
des Kondensators verbunden, so sinkt die Kondensatorspannung infolge der je nach
dem Wassergehalt des Meßgutes begrenzten Aufladungsmöglichkeit des Kondensators
gegenüber dem Wert der Generatorspannung ab.
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Dabei ergibt sich, daß die durch das Meßgerät 4 gemessene Kondensatorspannung
ein genaues und gut reproduzierbares Maß des Feuchtigkeitsgehaltes im Meßgut 8 darstellt,
das sowohl von der Dicke der Papierbahn 8, von der Geschwindigkeit, mit der sie
an der Meßsonde 6 vorbeigeführt wird, von dem Druck, mit dem sie die Meßsonde berührt,
und von dem Abstand zwischen Rolle 6 und Rolle 7 in weiten Grenzen praktisch unabhängig
ist.
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Damit ist ein Verfahren zur schnellen, einfachen, zuverlässigen und
genauen Messung des Feuchtigkeitsgehaltes geschaffen, das außerdem den Vorzug hat,
daß die Messung an beliebiger Stelle und unter beliebigen Bedingungen, insbesondere
auch an der laufenden Bahn, vorgenommen werden kann.
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Aus der Anzeige der Spannungsmeßvorrichtung 4 kann mittels Eichkurven
oder Eichtabellen der Feuchtigkeitsgehalt unmittelbar bestimmt werden. Schließlich
kann die Skala der Vorrichtung 4 direkt in Prozent-Feuchtigkeitsgehalt mit etwa
linearer Teilung geeicht werden.
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Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Kondensator 3 von
der Meßsonde getrennt angeordnet ist, wird er bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung gleichzeitig als Meßsonde ausgebildet.
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Eine Ausführungsform einer solchen Kondensatorsonde zeigt Fig. 2
schematisch im Schnitt. Mit 11 bzw.
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12 sind die beiden Plattensätze des Kondensators bezeichnet, die
als konzentrische Kreisringe oder rechteckige Rahmen ausgebildet sind. Die Plattensätze
sind in einem hochisolierenden Dielektrikum 13, z. B.
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Kunstharz oder Keramik, eingebettet. Aus dem gleichen Material besteht
zweckmäßigerweise der Schutzmantel 14 an der Oberseite des Kondensators. Durch einen
Griff 16 sind die Zuleitungen zu den Plattensätzen geführt. An der Unterseite 15
des Kondensators liegen die Beläge offen und bilden eine ebene Fläche.
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Durch die Strombegrenzung des hohen Widerstandes 2 ist gewährleistet,
daß die frei liegenden Beläge 11, 12 ohne Gefahr berührt werden können. Das Meßgut
(beispielsweise die Papierbahn) wird bei 15 an die Unterseite des Kondensators gelegt
und von dem zwischen den Belägen 11, 12 gebildeten Feld durch Influenzwirkung angezogen.
Zweckmäßig wird das Meßgut auf eine aus einem hochwertigen Isolierstoff (beispielsweise
Kunstharz) bestehende ebene Auflageplatte gelegt und der Kondensator sodann auf
das Meßgut eingesetzt. Dies hat den Vorteil, daß man mit einer definierten, völlig
trockenen und ebenen Unterlage arbeitet und so Verfälschungen des Meßergebnisses
durch die Eigenfeuchtigkeit der Unterlage vermieden werden.
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Die Messung der Kondensatorspannung erfolgt wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 1, wobei jedoch die Meßsonde 6 und Zuleitung 9 in Wegfall kommt.
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Auch hier ist die Messung weitgehend unabhängig vom Auflagedruck zwischen
Kondensator und Meßgut, vom Flächengewicht des Meßgutes, sowie davon, ob das Meßgut
die Unterseite 15 des Kondensators völlig oder nur zum größeren Teil, z. B. 75 0/o
davon, bedeckt.
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Selbstverständlich kann der Kondensator eine gekrümmte oder jede
beliebige andere, den jeweiligen Verwendungszwecken angepaßte Form erhalten.
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Die Betriebs-Gleichspannung kann durch ein Netzgerät bekannter Art
geliefert werden. Die Kondensatorspannung kann statt mit einem Elektrometer selbstverständlich
auch mit anderen bekannten Vorrichtungen
zur leistungslosen Spannungsmessung,
insbesondere mit einem Röhrenvoltmeter, gemessen werden. Anstatt der Spannung am
Kondensator 3 kann man der Einfachheit halber auch die Spannung an einem weiteren
(nicht gezeigten) Kondensator messen, der mit dem Kondensator 3 einen kapazitiven
Spannungsteiler bildet und zweckmäßig in der von 3 zur Erde führenden Leitung liegt.