DE1498751A1

DE1498751A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Pruefung von Fremdmaterial enthaltendem dielektrischem Gut

Info

Publication number: DE1498751A1
Application number: DE19641498751
Authority: DE
Inventors: Benson Jun Warren Edgar
Original assignee: KINGSBURY Tech Inc
Current assignee: KINGSBURY Tech Inc
Priority date: 1964-03-27
Filing date: 1964-12-23
Publication date: 1969-07-24
Also published as: GB1082805A; US3311823A; DE1498751B2

Description

"Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung von Fremdmaterial enthaltendem dielektrischen Gut."

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Fremdmaterial enthaltendem dielektrischen Gut, beispielsweise von durch Metallbänder zusammengehaltenen Textilballen, in einer-als elektrischer Kondensator wirkenden Meßzelle sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bekanntlich hängt die Dielektrizitätskonstante eines Materials unter anderem auch vom Wasserggialt, von der Dichte und der Zusammensetzung des Materials ab. Durch Messung der Dielektrizitätskonstante kann man daher beispielsweise den Wassergehalt bestimmen.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, THERESI ENSTRASSE 33 · Telefon: 281202 · Telegramm-Adresse: Lipatli/München Bayer. Vereinsbank Mönchen, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring,Kto.-Nr. 882495 · Poiticheck-Konto: München Nr. 163397

Oppenauer BOro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

Neue Unterlagen (Art.7S1Ab3.2Nr.1 Satz3deeAV>derunfl90Ä».4.».lfi67]

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So ist bereite eine als Kondensator wirkende Meßzelle mit zueinander parallel angeordneten plattenförmigen Elektroden bekannt geworden, in die nacheinander Prüfstücke gebracht und gemessen werden können. Zur Vermeidung von Meßfehlern ist es erforderlich, daß die Prüfstücke vollständig homogen sind. Zur Verpackung verwendete Metalldrähte oder Metallbänder müssen vor dem Einbringen in die Meßzelle entfernt werden, da sonst die Feldverteilung in der Meßzelle durch die Metalldrähte odei" Metallbänder gestört und somit falsche Meßergebnisse erzielt würden. In den meisten Fällen ist jedoch die Entfernung von die Messung störendem Fremdmaterial zeitraubend und daher unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung von dielektrischem Gut zu schaffen, bei dem bzw. bei der im Prüfgut vorhandenes Fremdmaterial keinen Einfluß auf das Meßergebnis hat.

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch ein Verfahren zur Prüfung von Fremdmaterial enthaltendem dielektrischen Gut in einer als elektrischer Kondensator wirkenden Meßzelle, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die durch das Fremdmaterial verursachten Inhomogenitäten in eine feldfreie Zone gebracht werden. Mit dem Verfahren nach der Erfindung kann also inhomogenes dielektrisches Gut genau geprüft werden, da der Einfluß der Inhomogenitäten auf das Meßergebnis ausgeschaltet wird.

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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer als Kondensator wirkenden Meßzelle mit zwei im Abstand voneinander angeordneten plattenförmigen Elektroden, zwischen denen der zur Aufnahme des Prüfgutes dienende Meßraum liegt, und aus einer Einrichtung zur Messung der Kapazität der Meßzelle. Erfindungsgemäß sind in der Meßzelle mindestens zwei gegenüberliegende, durch den Meßraum getrennte Abschirmelektroden vorgesehen, die in der Nähe der Elektroden angeordnet sind und sich gegenüber diesen auf einem unterschiedlichen Potential befinden. Von den Abschirmelektroden werden daher die von den den Abschirmelektroden gegenüberliegenden Teilen der Elektroden ausgehenden Feldlinien aufgefangen, so daß zwischen den gegenüberliegenden Abschirmelektroden eine im wesentlichen feldfreie Zone entsteht.

Der Einbau von Zusatzelektroden mit Abschirmwirkung ist zwar bereits in Kondensatoren zur Prüfung eines homogenen Prüfgutes bereits bekannt. Jedoch werden dabei die Zusatzelektroden nicht zur Schaffung eines feldfreien Raumes verwendet.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich besonders zur Prüfung von ballenförmigem Textilmaterial, das durch Metallbänder zusammengehalten wird. Da insbesondere die parallel zur Feldrichtung verlaufenden Metall-

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tänder das Meßergebnis stören, wird ein zu prüfender Ballen derart in der Meßzelle angeordnet, daß der oder die parallel zur Feldrichtung verlaufenden Metallbänder in eine bzw. mehrere feldfreie Zonen zu liegen kommen. Mit Hilfe der, Erfindung lässt sich daher der Feuchtigkeitsgehalt von durch Metallbänder oder Metalldrähte zusammengehaltenen Textilballen genau bestimmen, ohne daß eine Entfernung der Metalldrähte oder Metallbänder erforderlich ist.

Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:

Figur 1 eine Ausführungsform der Erfindung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von durch Metallbänder zusammengehaltenem ballenfö'rmigen Prüf gut,

Figur 2 eine Ansicht der Ausführungsform nach Figur 1 mit der in Form eines Blockschaltbildes dargestellten elektrischen Einrichtung zur Messung der Kapazität,

Figur 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Figur 1 und

Figur k eine Querschnittsansieht der Ausführungsform nach Figur i.

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Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform nach der Erfindung besteht aus einer als Kondensator wirkenden Meßzelle, die von zwei parallel im Abstand voneinander angeordneten plattenförmigen Elektroden 5 und 6 gebildet wird, die den Heßraum 7 einschliessen. Die plattenförmigen Elektroden 5 und 6 sind in einem stabilen Metallgestell 8 befestigt. Die Vorder- und Rückseite des Gestelles 8 ist offen, so daß ein von Metallbändern zusammengehaltener Meßkörper 9 oder dergleichen mit Hilfe eines Handkarrens 10 oder einem anderen Transportmittel leicht in und aus dem Meßraum 7 befördert werden kann. Die Räder und Achsen sowie andere Metallteile des Handkarrens 10 liegen unterhalb der horizontal verlaufenden Unterkanten der plattenförmigen Elektroden 5 und 6, d.h., außerhalb des elektrischen Feldes des Meßraumes 7· Im elektrischen Feld befindliche Teile des Handkarrens beispielswäse die Handgriffe, bestehen aus dielektrischem Material, beispielsweise Holz, damit das Feld möglichst wenig gestört wird. Die Fläche der beiden gleich großen Elektroden 5 und 6 ist größer bemessen als die Querschnittsfläche des zu prüfenden Ballens 9· Die Elektroden 5 und 6 braucheinicht besonders stark zu sein, da sie von der Rückseite her abgestützt werden und auf ihrer dem Meßraum 7 zugekehrten Seite mit starken Isolierplatten 11 verkleidet sind, beispielsweise aus Sperrholz, die vorzugsweise mit einem abriebfesten und leicht zu reinigenden Belag versehen sind.

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Die Elektroden 5 und 6 sind mit Ausnahme auf der dem Meßraum 7 zugekehrten Seite zur Vermeidung von Streufeldern mit geerdeten Metallplatten 12 und 13 abgeschirmt. Das elektrische Feld zwischen den Elektroden sollte aus sich rechtwinklig zu den Elektroden erstreckenden parallelen Feldlinien bestehen, die über die Elektroden gleichmässig verteilt sind. Eine derartige Feldlinienverteilung kann jedoch nur erreicht werden, wenn die Meßzelle auf allen Seiten geschlossen ist und das Prüfgut kein die Feldverteilung störendes Material enthält.

j Da jedoch die Meßzelle auf gegenüberliegenden Seiten offen

j ist, kann die Feldverteilung durch in der Nähe der Öffnungen befindliche Gegenstände und Bedienungspersonen gestört werden. Derartige Störungen lassen sich jedoch wesentlich verringern,

^! wenn das die Elektroden 5 und 6 umgebende Metallgestell 8 geerdet wird und an die Elektroden gleich grosse, jedoch entgegengesetztes Vorzeichen aufweisende Spannungen angelegt werden. Dadurch wird erreicht, daß in der Mitte zwisebai den bei-

! den Elektroden 5 und 6 Erdpotential herrscht, so daß kaum

! eine Streuung des Feldes zu auf ebenfalls Erdpotential befindlichen Gegenständen außerhalb der Meßzelle zu befürchten

' ist.

Durch die in Figur 2 dargestellte elektrische Meßeinrichtung wird gewährleistet, daß jede Elektrode 5 bzw. 6 sich je-

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derzeit auf gleicher, jedoch entgegengesetzter Spannung befindet. Die Meßeinrichtung besteht aus einem Oszillator 15» in dessen Schwingkreis 16 die Meßzelle liegt. Der Schwingkreis 16 enthält zwei in Reihe liegende Induktivitäten 18 und 19, deren Verbindungsstelle 17 geerdet und mit dem Rotor 20 eines Differentialdrehkondensators 21 derart verbunden ist, daß die beiden Elektroden 22 und 23 des Kondensators 21 bei den unter Mitwirkung der Triode 24 hervorgerufenen Schwingungen abwechslungsweise gleiche und entgegengesetzte Spannungen in bezug auf Erdpotential aufweisen. Der Rotor 20 ist mit Hilfe eines Abstimmknopfes 25 einstellbar. Die Elektroden 5 und 6 liegen parallel zum Kondensator 21, so daß die Schwingungsfrequenz des Oszillators von der Kapazität der Meßzelle abhängt. Die Kapazität der Meßeelle kann unmittelbar an einem Anzeigegerät 26 abgelesen werden. Zur Anzeigerder Meßzellenkapazität wird das Ausgangssignal des Oszialltors 15 mit dem konstanten Ausgangesignal eines Bezugsoszillators 27 in einer Mischstufe 28 kombiniert. Der Bezugsoszillator 27 weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Oszillator 15 auf, so daß beide Oszillatoren im wesentlichen die gleiche auf Änderung der
Umgebungsbedingungen zurückführende Frequenz t&fft, aufweisen. Das der Differenz der beiden Oszillatoren entsprechende Ausgangssignal der Mischstufe 28 wird einem Demodulatorbegrenzer 29 zugeführt, der ein Ausgangssignal konstanter
Amplitude mit einer der Differenz der Oszillatorfrequenzen
entsprechenden Frequenz liefert. Das Ausgangssignal des Demodulatorbegrenzers 29 hat die Form von Impulsen mit gleich—

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bleibender Amplitude, deren Folgefrequenz gleich der Differenz der Oszillatorfrequenzen ist. Das Ausgangesignal des DctModulatorbegrenzers 29 hat die For« von Impulsen mit gleichbleibender Amplitude, deren Folgefrequenz gleich der Differenz der Oszillatorfrequenzen ist. Das Ausgangssignal des Demodulatorbegrenzers 29 wird einem vorzugsweise aperiodischen Frequenzdiskriminator 3,0 zugeführt, der an das Anzeigegerät 26 einen der Frequenzdifferenz und daher der gemessenen Kapazität proportionalen Gleichstrom liefert. Weitere Einzelheiten der Schaltung sind aus den USA-Patentschriften 3 012 193 und 3 028 5^8 ersichtlich.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Prüfgut handelt es sich um einen länglichen in Juteleinwand verpackten Wollballen 9 , der in Längsrichtung von einem einzigen Metallband 31 zusammengehalten wird, quer zu dem um den Ballen 9 mehrere kleinere Metallbänder 32 geschlungen sind. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, stören die kleineren Metallbänder 32 die zwischen den Elektroden 5 und 6 verlaufenden Feldlinien kaum. Lediglich das parallel zu den Feldlinien liegende größere Band 31 würde eine wesentliche Störung und daher einen merklichen Meßfehler bewirken. Um einen Einfluß des Metallbandes 31 auf die Kapazität der Meßzelle zu vermeiden, wird erfindungsgemäß das Metallband 31 während der Messung in einer feldfreien Zone gehalten. Die feldfreie Zone wird mit Hilfe von zwei Abschirmelektroden 34 und 35 geschaffen, die

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auf gegenüberliegenden Seiten des Meßraumes 7 im Abstand von den Elektroden 5 und 6 vertikal verlaufend angeordnet sind. Die Abschirmelektroden 3·^ und 35 besahen beispielsweise aus starken Metallpfosten, die ohne weiteres einen unbeabsichtigten Aufprall des Meßgutes beim Einbringen und Ausbringen aushalten können. Die Abschirmelektroden 3^ und 35 sind leitend mit dem Gestell'8 verbunden und liegen daher auf Erdpotential. Dadurch werden, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, die in der Nähe der Abschirmelektroden verlaufenden elektrostatischen Feldlinien 5a und 6a von den Abschirmelektroden angezogen, so daß eine in Figur 3 gestrichelt eingezeichnete im wesentlichen feldfreie Zone 36 im Meßraum 7 entsteht, in die bei der Messung des Ballens 9 das Metallband 31 zu liegen kommt. Die Breite der Zone 36 wird so bemessen, daß eine ausreichende Abschirmung der durch das Metallband verursachten Inhomogenität gewährleistet wird. Das in der feldfreien Zone 36 liegende Prüfgut hat natürlich keinen Einfluß auf das Meßergebnis. Da es sich nur um einen sehr geringen Teil des gesamten Prüfgutes handelt, kann der auf die Nichtberücksichtigung des in der feldfreien Zone 36 liegenden Prüfgutes zurückzuführende Meßfehler vernachlässigt werden. Die Abschirmelektroden 3^ und 35 sind durch stabile untere und obere Auslegearme 3²Ia, 3^b, bzw. 35a und 35b fest am Gestell 8 abgestützt. Die vertikale Höhe der Abschirmelektroden 3^ und 35 ist so bemessen, daß eine vollständige Abschirmung der Inhomogenität gewährleistet wird. Falls mehrere parallel zur Feldrichtung verlaufende

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Metallbänder vorhanden sind, können natürlich zusätzliche Abschirmelektrodenpaare vorgesehen werden. Die Abschirmelektroden werden vorzugsweise möglichst nahe am Prüfgut angeordnet. Sie können je nach der Gestalt des gewünschten feldfreien Raumes ausgebildet werden.

Um zu gewährleisten, daß beim Einbringen des Prü©ites in die Meßzelle die Inhomogenitäten in den feldfreien Raum zu liegen kommen, können entsprechende Einrichtungen vorgesehen werden, die eine automatische Positionierung des Prüfgutes vornehmen.

Zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Textilballen werden diese vorher gewogen, da der Feuchtigkeitsgehalt nicht nur von der gemessenen Kapazität, sondern vielmehr auch von, j der Masse abhängt. Um eine sofortige Anzeige des Feuchtig— ; keitsgehaltes zu erzielen, können entsprechende Korrektur-

< einrichtungen vorgesehen werden, die bei Einstellung des Ge- : wichtes automatisch die erforderliche Korrektur vornehmen.

Um einwandfreie Meßergebnisse zu erzielen, wird die Meßzelle in regelmässigen Abständen geeicht. Zu diesem Zweck ist ein Eichkörper vorgesehen, der zur Eichung an eine vorbestimmte Stelle in den Meßrauin 7 eingeführt werden kann. Der Eichkörper kann aus zwei Scheiben 37 und 38 aus Metall oder einem festen dielektrischen Material bestehen, die durch , einen Querbalken 39 getragen werden. Am Querbalken 39 ist ein

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Schwenkarm 40 befestigt, der über de« Meßraum 7 am Gestell 8 parallel zu den Elektroden 5 **nd 6 verschwenkbar bei 41 gelagert ist. Normalerweise befindet sich der Eichkörper sowie der dazugehörige Bewegungsmechanismus in der in Figur gestrichelt eingezeichneten Lage 42, also oberhalb des Meßraumes 7·

Zur Eichung wird ein am Gestell 8 befestigter Kolbenzylinder 43 über eine Rohrleitung 43a mit Druckluft versorgt, wodurch der Schwenkarm 40 über eine Antriebsstange 45 in den Meßraum 7 geschwenkt wird und die Scheiben 37 und 38 in eine vorbestimmte Lage zu liegen kommen. Durch den für den Eichkörper vorgesehenen Bewegungsmechanismus wird gewährleistet, daß bei jeder Eichung der Qchkörper in die gleiche Lage kommt, so daß eine einwandfreie Eichung gewährleistet wird. Bei manueller Einbringung des Eichkörpers besteht die Gefahr, daß der Eichkörper nicht immer in die gleiche Stellung gebracht wird und daher ein ungenaues Eichergebnis erzielt wird.

Nach der Eichung wird dem pneumatischen Kolbenzylinder 43 über die Rohrleitung 43b Druckluft zugeführt, und dadurch der Eichkörper aus dem Meßraum 7 entfernt. Anstelle der pneumatischen Antriebseinheit kann natürlich auch eine elektrische oder hydraulische Antriebseinheit verwendet werden.

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Falls die Scheiben 37 und 38 aus Metall bestehen und gei
erdet sind, können sie kleiner ausgebildet werden als Schei-

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; ben aus dielektrischem Material. Bei Metallscheiben muß Je- ; doch darauf geachtet werden, daß sie genau ausgerichtet sind.

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: Dies wird jedoch durch den Schwenkmechanismus gewährleistet.

! Die Fläche der Scheiben 37 und 38 ist kleiner als die der Elektroden 5 und 6, so daß keine vollständige Abschirmung der Elektroden 5 und 6 erfolgen kann. Die Scheiben 37 und

ι 38 sollen nur eine dem Prüfgut entsprechende Störung bewirken.

Vorzugsweise liegen die Seheiben 37 und 38 bei der Eichung symmetrisch zu den Abschirmelektroden 3^ und 35 und sind im weiten Abstand voneinander angeordnet, um eine große feldfreie Zone zu erzeugen.

Die Gestalt und die Abmessungen der Meßzelle können der Form und den Abmessungen des Prüfgutes angepasst werden. Es ist auch möglich, daß die Meßzelle bei der Messung geschlossen wird. Zur Einführung des Prüfgutes können automatische Transporteinrichtungen vorgesehen werden. Der Eichkörper könnte auch von Hand verschwenkt werden. Dartiberhinaus könnten die Elektroden 5 und 6 hinter den Abschirmelektroden 3k und 35 diskontinuierlich ausgebildet werden. In übrigen kann die in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform im Rahmen der Erfindung in mannigfacher ^w _eise abgeändert werden.

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Claims

Zur Offenlegunff bestimmte Unterlagen PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Prüfung von Fremdmaterial enthaltendem dielektrischen Gut in einer als elektrischer Kondensator wirkenden Meßzelle, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Frendnaterial verursachten Inhomogenitäten in eine feldfreie Zone gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld in verhältnismässig kleinen Bereichen nahe jeder Elektrode abgefangen und dadurch eine im wesentlichen feldfreie Zone in der Meßzelle geschaffen wird, in welche die Inhomogenitäten enthaltenden Teile des Gutes gebracht werden.

3. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das zu prüfende dielektrische Gut ballenförmiges Textilmaterial ist, das von mindestens einem sich rund um den

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Ballen erstreckenden Metallband zusammengehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der das Metallband enthaltende Teil jedes Ballens in den feldfreien Raum gebracht wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einer als Kondensator wirkenden Meßzelle mit zwei im Abstand voneinander angeordneten plattenförmigen Elektroden, zwischen denen der zur Aufnahme des Prüfgutes dienende Meßraum liegt, und aus einer Einrichtung zur Messung der Kapazität der Meßzelle, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßzelle mindestens zwei gegenüberliegende, durch den Meßraum (7) getrennte Abschirmelektroden (34, 35) vorgesehen sind, die in der Nähe der Elektroden (5>6) angeordnet sind und sich gegenüber diesen auf einem unterschiedlichen Potential befinden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektroden (34, 35) parallel zueinander und parallel zu den Elektroden (5, 6) verlaufen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektroden (34, 35)"geerdet sind.

7. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektroden (34, 35) im Vergleich zu den Elektroden (5, 6) schmal sind.

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8. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektroden (34, 35) eine langgestreckte Form aufweisen.

9. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (5, 6) in einem geerdeten Metallgestell (8) angeordnet sind, das zur Einführung des Prüfgutes in den Meßraum (7) auf gegenüberliegenden Seiten offen ist.

10. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein Eichkörper (37, 38; vorgesehen ist, der normalerweise außerhalb des Meßraumes (7) angeordnet ist und durch einen Antriebsmechanismus (39 - 43) an eine vorbestimmte Stelle im Meßraum (7) bewegbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Eichkörper (37, 3§) an einem schwenkbar am Metallgestell (8) gelagerten Gestänge (38, 40) befestigt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Eichkörper aus zwei parallel zueinander angeordneten Scheiben (37, 38) aus einem kein Wasser aufnehmenden Material besteht, die nach Einschwenken in den Meßraum (7) parallel zu den Elektroden (5, 6) liegen.

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