DE1498751B2 - Vorrichtung zum Untersuchen von elektrisch schlecht leitendem PrUfgut in einem Kondensatorfeld - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Untersuchen von elektrisch schlecht leitendem Prüfgut in einem Kondensatorfeld, wobei das Prüfgut in Feldrichtung einen elektrischen Kurzschluß an einer vorbekannten Stelle und in vorbekannter Form und Größe enthält, bestehend aus zwei einen Kondensator bildenden Elektroden, die den Meßraum begrenzen, Stromversorgungseinrichtungen und Meßeinrichtungen für die Änderung der Kapazität.

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

So ist bereits eine als Kondensator wirkende Meßzelle mit zueinander parallel angeordneten plattenförmigen Elektroden bekanntgeworden, 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 oder 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, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß der im Prüfgut vorhandene elektrische Kurzschluß keinen Einfluß auf das Meßergebnis hat.

Gelöst wird diese Aufgabe durch mindestens zwei Abschirmelektroden an gegenüberliegenden Seiten des Meßraums von solcher Form und Größe, daß im Meßraum eine dem elektrischen Kurzschluß angepaßte feldfreie Zone entsteht.

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

Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich besonders zur Prüfung von ballenförmigem Gut, das durch Metallbänder zusammengehalten wird. Da insbesondere die parallel zur Feldrichtung verlaufenden Metallbänder 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 BaI-len, insbesondere Textilballen, genau bestimmen, ohne daß eine Entfernung der Metalldrähte oder Metallbänder erforderlich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun näher an Hand von Zeichnungen in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine Vorderansicht der Ausführungsform nach F i g. 1 mit der in Form eines Blockschaltbildes dargestellten elektrischen Einrichtung zur Messung der Kapazität,

F i g. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig.l, :. :.■■■

F i g. 4 eine Querschnittansicht der Ausführungsform nach Fig. 1.

Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform 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 Meßraum 7 einschließen. Die plattenförmigen Elekroden 5 und 6 sind in einem stabilen Metallgestell 8 befestigt. Die Vorder- und Rückseite des Gestells 8 ist offen, so daß ein von Metallbändern zusammengehaltener Meßkörper 9 od. dgl. mit Hilfe eines Handkarrens 10 oder eines anderen Transportmittels 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 Meßraums 7. Im elektrischen Feld befindliche Teile des Handkarrens, beispielsweise 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 brauchen nicht 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 mit einem abriebfesten und leicht zu reinigenden Belag versehen sind.

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.

Da jedoch die Meßzelle auf gegenüberliegenden Seiten offen 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 zwischen den beiden 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 F i g. 2 dargestellte elektrische Meßeinrichtung wird gewährleistet, daß jede Elektrode 5 bzw. 6 sich jederzeit 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 Meßzelle kann unmittelbar an einem Anzeigegerät 26 abgelesen werden. Zur Anzeige der Meßzellenkapazität wird das Ausgangssignal des Oszillators 15 mit dem konstanten Ausgangssignal eines Bezugsoszillators 27 in einer Mischstufe 28 kombiniert. Der Bezugsoszillator 27 v/eist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Oszillator 15 auf, so daß beide Oszillatoren im wesentlichen die gleiche, durch Änderungen der Umgebungsbedingungen bedingte Frequenzdrift 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 gleichbleibender Amplitude, deren Folgefrequenz gleich der Differenz der Oszillatorfrequenzen ist. Das Ausgangssignal des Demodulatorbegrenzers 29 wird einem vorzugsweise aperiodischen Frequenzdiskriminator 30 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, 3 028 548 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 F i g. 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 auf gegenüberliegenden Seiten des Meßraums 7 im Abstand von den Elektroden 5 und 6 vertikal verlaufend angeordnet sind. Die Abschirmelektroden 34 und 35 bestehen beispielsweise aus starken Metallpfosten, die ohne weiteres einen unbeabsichtigten Aufprall des Meßguts beim Einbringen und Ausbringen aushalten können. Die Abschirmelektroden 34 und 35 sind leitend mit dem Gestell 8 verbunden und liegen daher auf Erdpotential. Dadurch werden, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, die in der Nähe der Abschirmelektroden verlaufenden elektrostatischen Feldlinien 5 α und 6 a von den Abschirmelektroden angezogen, so daß eine in F i g. 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 beinessen, 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

-.5 sehr geringen Teil des gesamten Prüfguts handelt, kann der auf die Nichtberücksichtigung des in der feldfreien Zone 36 liegenden Prüfguts zurückzuführende Meßfehler vernachlässigt werden. Die Abschirmelektroden 34 und 35 sind durch stabile untere

ίο und obere Auslegearme 34 a, 34 b, bzw. 35 a, und 35b fest am Gestell 8 abgestützt. Die vertikale Höhe der Abschirmelektroden 34 und 35 ist so bemessen, daß eine vollständige Abschirmung der Inhomogenität gewährleistet wird. Falls mehrere parallel zur Feldrichtung verlaufende Metallbänder vorhanden sind, können natürlich zusätzliche Abschirmelektrodenpaare vorgesehen werden. Die Abschirmelektroden werden möglichst nahe am Prüfgut angeordnet. Sie können je nach der Gestalt des gewünschten feldfreien Raums ausgebildet werden.

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

Zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Textilballen werden diese vorher gewogen, da der Feuchtigkeitsgehalt nicht nur von der gemessenen Kapazitat, sondern vielmehr auch von der Masse abhängt. Um eine sofortige Anzeige des Feuchtigkeitsgehalts zu erzielen, können entsprechende Korrektureinrichtungen vorgesehen werden, die bei Einstellung des

- Gewichts 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 Meßraum 7 eingeführt werden kann. Der Eichkörper kann aus zwei Scheiben 37 und 38 aus Metall odei einem festen dielektrischen Material bestehen, die durch einen Querbalken 39 getragen werden. Am Querbalken 39 ist ein Schwenkarm 40 befestigt, der über dem Meßraum 7 am Gestell 8 parallel zu den Elektroden 5 und 6 verschwenkbar bei 41 gelagert ist. Normalerweise befindet sich der Eichkörper sowie der dazugehörige Bewegungsmechanismus in der in F i g. 4 gestrichelt eingezeichneten Lage 42, also oberhalb des Meßraums 7.

Zur Eichung wird ein am Gestell 8 befestigter Kolbenzylinder 43 über eine Rohrleitung 43 a 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 Eichkörper 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 43 b Druckluft zugeführt, und dadurch der Eichkörper aus dem Meßraum 7 entfernt. An Stelle der pneumatischen

Antriebseinheit kann natürlich auch eine elektrische oder hydraulische Antriebseinheit verwendet werden.

Falls die Scheiben 37 und 38 aus Metall bestehen und geerdet sind, können sie kleiner ausgebildet werden als Scheiben aus dielektrischem Material. Bei Metallscheiben muß jedoch darauf geachtet werden, daß sie genau ausgerichtet sind. 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 38 sollen nur eine dem Prüfgut entsprechende Störung bewirken. Vorzugsweise liegen die Scheiben 37 und 38 bei der Eichung symmetrisch zu den Abschirmelektroden 34 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 Prüfguts angepaßt werden. Es ist auch möglich, daß die Meßzelle bei der Messung geschlossen wird. Zur Einführung des Prüfguts können automatische Transporteinrichtungen vorgesehen werden. Darüber hinaus könnten die Elektroden 5 und 6 hinter den Abschirmelektroden 34 und 35 diskontinuierlich ausgebildet werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Untersuchen von elektrisch schlecht leitendem Prüfgut in einem Kondensatorfeld, wobei das Prüfgut in Feldrichtung einen elektrischen Kurzschluß an einer vorbekannten Stelle und in vorbekannter Form und Größe enthält, bestehend aus zwei einen Kondensator bildenden Elektroden, die den Meßraum begrenzen, Stromversorgungseinrichtungen und Meßeinrichtungen für die Änderung der Kapazität, gekenzeichnet durch mindestens zwei Abschirmelektroden (34, 35) an gegenüberliegenden Seiten des Meßraums (7) von solcher Form und Größe, daß im Meßraum eine dem elektrischen Kurzschluß angepaßte feldfreie Zone entsteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektroden (34, 35) parallel zueinander und parallel zu den Elektroden (5, 6) verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelektroden (34, 35) geerdet sind.

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

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

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Messung von ballenförmigem Gut (9) dient, das durch ein Metallband (31) zusammengehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen