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"Verfahren und Anordnung zur Messung des Seuchtigkeitsgehaltestt Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der Phasenverschiebung eines
einer kapazitiven Sonde zugeführten Signales, um eine Eigenschaft eines dielektrischen
Materials zu bestimmen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung
zum Messen der Feuchtigkeit bei einem kontinuierlich durchlaufenden Gut. Sie ist
besonders auf eine Einfachfrequenz-Feuchtigkeitsmessvorrichtung gerichtet, bei der
die Phasenverschiebung, die durch das zu messende dielektrische Material eingeführt
wird, als Anzeige des relativen Feuchtigkeitsgehaltes dient.
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Es ist bereits bekannt, die Feuchtigkeit eines dielektrischen Materiales
dadurch zu messen, dass das Material als Dielektrikum
einer kapazitiven
Sonde verwendet und der Einfluss der Peuchtigkeit auf die Dielektrizitätskonstante
des Material es gemessen wird. Da die Masse des Materiales wie auch der Feuchtigkeitsgehalt.
die Messung beeinflussen, ist ein einziger Messvorgang, wie er bei bekannten Anordnungen
durchgeführt wird, kein echtes und einwandfreies Mass für den Feuchtigkeitsgehalt,
wenn dt Masse sich ändern kann. Infolgedessen ist es bei bekannten Anordnungen erforderlich,
die Masse konstant zu halten oder eine zweite Messung vorzunehmen. Beispielsweise
ist es bekannt, Messungen mit zwei verschiedenen Frequenzen durchzuführen und die
Messergebnisse in einer solchen Weise zu kombinieren, dass eine Messung der Peuchtigkeit
unabhängig von Änderungen der Masse vorgenommen wird. Solche Messungen mit zwei
Prequenzen machen zwei Signalquellen unterschiedlicher Frequenzen und ferner eine
Rechenvorrichtung, die die beiden Messungen in geeigneter lì Weise kombiniert, erforderlich.
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Nach vorliegender Erfindung wird eine einzige Messung bei einer einzigen
Frequenz zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes durchgeführt. Man hat festgestellt,
dass dann, wenn das zu messende dielektrische Material in eine kapazitive Sonde
eingesetzt und der Einfluss der leeren Sonde ausgeschaltet wird, die Phasenverschiebung
eines zugeführten Signales, wie es von dem Material erzeugt wird, unabhängig von
Änderungen der Masse des Materials ist und ein Mass für den relativen Feuchtigkeitsgehalt
unabhängig von der Masse darstellt.
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Ziel der Erfindung ist somit eine neuartige und verbesserte Anordnung
zur Messung einer Eigschaft eines dielektrischen Materials unabhängig von Änderungen
seiner Masse. Ferner soll
eine verbesserteMesseinrichtung, die bei
einer einzigen Frequenz arbeitet, geschaffen werden, um den E7euchtigkeit-sgehalt
eines.Mäteriales unabhängig von Massenänderungen des Materials zu bestimmen.
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Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, eine Messanordnung, die bei einer
einzigen Prequenz arbeitet, zu schaffen, bei der die Phasenverschiebung, die durch
das Vorhandensein des dielektrischen Materials in einer kapazitiven Sonde eingeführt
wird, als Mass des relativen Feuchtigkeitsgehaltes unabhängig von der Masse des
Materials verwendet wird.
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Gemäss der Erfindung wird ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung
einer Eigenschaft eines dielektrischen Materials unabhängig von seiner Masse vorgeschlagen,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein elektrisches Wechselstromsignal wenigstens
einem Teil des Materials zugeführt wird, dass ein Ausgangswechselsignal aus dem
zugeführten Signal erzeugt wird, wenn dieses zugeführte Signal von der Masse des
Materials und den dielektrischen Eigenschaften des Materials beeinflusst wird, und
dass die Phasenlage des Ausgangssignales mit der Phasenlage des zugeführten Signales
unabhängig von der Grösse der Ausgangs- und zugeführten Signale verglichen wird,
damit ein resultierendes Signal erzeugt wird, das den durch das Material eingeführten
Phasenunterschied und damit die Eigenschaft unabhängig von der Masse des Materials
angibt.
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Ferner wird eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgeschlagen,
die eine Wechselstromsignalquelle, eine Anzeigevorrichtung und eine kapazitive Sonde
aufweist, welche mit
der Speisequelle verbunden ist und im Abstand
voneinander angeordnete Elektroden besitzt, die das elektrische Signal aus der Speisequelle
wenigstens einem Teil des Materials zuführen und de Anzeigevorrichtung mit diesem
Teil koppeln, bei der die Anzeigevorrichtung eine Einrichtung zur Ableitung eines
elektrischen Ausgangssignales enthält, das sich äus dem Signal ergibt, das dem Teil
aus dieser Speisequelle zugeführt wird, wenn das zugeführte Signal von der Masse
und den dielektrischen Eigenschaften des Materiales beeinflusst wird, und bei der
eine Vorrichtung die Phasenlage des Augangssignales mit der Phasenlage des zugeführten
Signales unabhängig von der Grösse der Ausgangs- und zugeführten Signale vergleicht,
damit ein resultierendes Signal erzeugt wird, das die von dem Material eingeführbe
Phasenverschiebung und damit die gesuchte Eigenschaft unabhängig von der Masse des
Materials angibt.
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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer allgemeinen Ausführungsform
der Messanordnung gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer
bevorzugten Ausführungsform gemäss der Erfindung nach Pig. 1, wobei eine bevorzugte
automatische verstäkrungssteuerung und ein bevorzugter Phasenverschiebungsdetektor
vorgesehen sind, Fig. 3 eine Darstellung der Charakteristik einer typischen automatischen
Verstärkungssteuerung, wie sie in der Einrichtung nach Fig. 2 verwendet wird, und
Fig.
4 eine schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform gemäss der Erfindung
nach Fig. 1, wobei Begrenzerschaltungen zum Normieren der zu vergleichenden Signale
vorgesehen sind.
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In Fig. 1 ist eine vereinfachte Ausführungsform einer Anordnung genäss
der Erfindung gezeigt. Ein Oszillator 10 arbeitet als Speisequelle für ein elektrisches
Wechselsignal. Die Frequenz des Signales ist für die jeweilige besondere, durchzuführende
Messung gewählt, es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Frequenz zwischen
lOkHz und 500 kliz besonders zweckmässig ist.
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Höhere Frequenzen können bei hohem Feuchtigkeitsgehalt gut verwendet
werden. Die Eingangssignale werden einer kapazitiven Sonde 12 zugeführt, die wie
gezeigt, vorzugsweise ein Streufeldkondensator ist, der Elektroden 14 und 16 mit
einer geerdeten. dazwischenliegenden Schutzelektrode 18 aufweist. Das Material 20,
das gemessen werden soll, wird in die Nähe der Sonde gebracht und bildet-einen Teil
des Dielektrikums der kapazitiven Sonde 12. Vorzugsweise wird das Material in elektrischerBerührung
mit den Sondenelektroden angeordnet. Die Speisequelle 10 ist mit der Elektrode 14
gekoppelt, während die Elektrode 16 an eine Brückenausgangsklemme 22 gelegt ist.
Gleichzeitig wird das Signal aus dem Oszillator 10 über einen Phasenumwandler 24
und dann über einen Abgleichkondensator 26 an die Ausgangsklemme 22 gelegt. Die
Signale, die dadurch an der Ausgangsklemme 22 erzeugt werden, werden dann von einer
Detektorschaltung 28 angezeigt, die ein Ausgangssignal erzeugt, das einem Phasendetektor
30 zugeführt wird. Gleichzeitig wird ein Phasenbezugssignal von dem Oszillator 10
zum Phasendetektor 30 geführt.
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Der Phasendetektor 30 vergleicht die Phasenlage des Ausgangssignales
aus der Detektorschaltung 28 mit det Phasenlage des Signales, das aus dem Oszillator
wo kommt und erzeugt ein Signal, das die Phasendifferenz angibt. Dieses Signal wird
dann einer Ablesevorrichtung 32 aufgegeben, die so geeicht -werden kann, dass direkt
die Feuchttgkeit abgelesen werden kann.
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Der Abgleichkondensator 26 ist so eingestellt, dass das phasenvertauschte
Signal über den Kondensator 26 genau das direkte Signal durch die Sonde 12 bei fehlendem
Material an der Sonde ausgleicht. Damit wird von dem Ausgangssignal die Wirkung
der unbelasteten Kapazität der Sonde abgeglichen, d.h. die Kapazität der Sonde,
wenn Material fehlt. Unter solchen Umständen wird, wenn Material in die Sonde eingeführt
wird, die Phasenlage des Signales, das an der Brückenausgangsklemme 22 erzeugt wird,
gegenüber der Phasenlage des Eigangssignales aus dem Oszillator 10 um einen Wert
verschoben, der auf den relativen Feuchtigkeitsgehalt des Materials bezogen ist
und im wesentlichen von der Masse des Materiales unabhangig ist. Dies gilt deshalb,
weil die Phasenverschiebung durch eine Zeitverzögerung hervorgerufen wird, die von
dem Produkt des entsprechenden Widerstandes und der entsprechenden Kapazität abhängt,
welche durch die Einführung des Materiales in die Sonde hinzukommt. Wenn der relative
Feuchtigkeitsgehalt sich ändert, ändert sich der Widerstand und damit das Produkt,
-wenn jedoch die Masse sich ändert, ändern sich Widerstand und Kapazität entgegengesetzt,
wobei das Produkt etwa unverändert, bleibt. Verdoppelt man z. B. das Material an
der Sonde, wird der Widerstand auf die Hälfte reduziert, während die hinzugekommene
Kapazität etwa doppelt so gross wird.
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Wenn das Signal durch die Detektorschaltung 28 gelangt ist, wird es
von dem Phasendetektor 30 mit dem Signal aus dem Oszillator 10 verglichen. Das Bezugssignal
aus dem Oszillator 10 kann die durch die Kurve 27 dargestellte Form annehmen. Das
Ausgangs signal aus dem Detektor 28 kann wie in der Kurve 29 gezeigt, gewählt sein
und die gleiche Frequenz aufweisen, in der Phasenlage jedoch um einen Wert verschoben
sein, der von dem relativen Feuchtigkeitsgehalt des Materiales 20 abhängt.
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Der Phasendetektor 30 soll unabhängig von der Amplitude der zu vergleichenden
Signale sein. Dies lässt sich durch Beschneiden der Signale auf eine gleichförmige,
konstante Amplitude erreichen oder aber dadurch, dass die Ampluituden der Signale
unabhängig von Änderungen im Material an der Sonde konstant gehalten werden.
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Die erfindungegemässe Anordnung ist insbesondere geeignet für eine
kontinuierliche Messung von Material, das kontinuierlich durch die Sonde läuft,
z. B. Papier, das auf einer Papierherstellmaschine hergestellt wird. Die Messung
kann auf diese Weise zur tberwachung eines kontinuierlichen Vorganges verwendet
werden und ein Fehlersignal ergeben, das verwendet werden kann, um das Verfahren
zu korrigieren und ein gleichförmiges Produkt zu gewährleisten. Beispielsweise kann
bei der Papierherstellung das Signal zur Steuerung von Dampfdruck in den lrocknerrollen
verwendet werden und damit den Trocknungsgrad des fertigen Papiers steuern.
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Eine ausführlichere Darstellung einer Anordnung nach der Erfindung
ist in Fig. 2 gezeigt, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wiedergibt.
Der Oszillator 10 ist von bekannter Bauweise. Wie oben bereits erwähnt, ergibt er
ein Eingangssignal
in die Mesebrücke bei einer Frequenz von 10 bis
500 kHz.
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Der Spannungspegel liegt bei etwa 10 Volt (quadratischer Mittelwert).
Der Phasenumwandler 24 ist vorzugsweise ein Rückkopplungsverstärker, der einen Verstärker
34 mit einer Eingangsimpedanz 36 und einer Rückkopplungsimpedanz 38 aufweist. Der
Phasenumwandler 24 arbeitet in der Weise, dass er auf eine Seite der Brücke ein
Eingangssignal gibt, das etwa 1800 gegenüber dem Eingangssignal phasenverschoben
ist, das direkt von dem Oszillator 10 eingespeist wird.
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Danit der Phasenumwandler genau eine Phasenverschiebung um 180° ergibt,
werden die Eingangsimpedanz 36 und die Rückkopp-Flungximpedanz 38 gleichgemacht.
Obgleich die Grösse dieser Impedanten voneinander abweichen kann, soll ihr Verhältnis
reell sein. Vorzugsweise sind diese Impedanzen Kondensatoren.
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Das Signal aus dem. Oszillator 10 wird über die Sonde 12 der Brückenausgangsklemme
22 zugeführt, und das phasenvertauschte Signal gelost über den ibNleichkondenflator
26 auf die gleiche.
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Brückenausgangsklemme 22.
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Duit von der Sonde eine merkliche Phasenverschiebung erzeugt wird,
weist die Detektorschaltung eine niedrige Eingangsimpedanz auf. Es wäre möglich,
in eine Schaltung mit geringem Widerstand oder hoher Kapazität zu arbeiten, wenn
eine ausreichende Verstärkung in der Schaltung ohne Einführung einer Phasenverschiebung
gegeben wäre. Die Detektorschaltung 28 weist jedoch vorteilhafterweise einen Rückkopplungsverstärker
mit einem Verstärker 40 und einem Rückkopplungskondensator 42 auf. Die Anordnung
wird zuerst bei fehlendem Material an der Sonde durch Einstellung des Abgleichkondensators
26 abgeglichen. Wenn der Phasenumwandler eine Verstärkung von Eins ergibt, wird
der Abgleichkondensator
gleich der Kapazität der leeren Sonde.
Der Detektorverstärker 28 wirkt als Wechselstromsummierverstärker.
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Soweit das Signal, das dem Abgleichkondensator 26 zugeführt wird,
in der Phase um 1800 gegenüber dem Signal, das der Messsonde 12 aufgegeben wird,
verschoben ist, subtrahiert der Detektorverstärker die beiden Signale. Wenn die
Brücke bei fehlendem Material an der Sonde abgeglichen ist und anschliessend Material
in die Sonde eingeführt wird, erzeugt die Unsymmetrie der Brücke ein Signal, das
von dem Detektorverstärker angezeigt wird. Die Phasenlage dieses Signales gibt den
relativen Feuchtigkeitsgehalt des Materiales unabhängig von der Masse an.
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Ein Vergleich der Phasenlage des Ausgangssignales mit der Phasenlauge
des aus dem Oszillator 10 zugeführten Signales ergibt eomit ein Mass für die relative
Feuchtigkeit. Damit der Vergleich ein Signal ergibt, das von der Masse unabhängig
ist, ist ei jedoch bei bestimmten Phasendetektoren erforderlich, dass die Grösse
des Ausgangssignales normiert wird, d.h. über den wirksamen Messbereich gleich gross
gehalten wird, und zwar unabhängig von dem Material an der Sonde. Wie in Fig. 2
gezeigt wird dies durch eine automatische Verstärkungssteuerung erreicht. Das Anzeigesignal
aus dem Verstärker 40 wird über eine oder mehrere Verstärkerstufen eingeführt, deren
Verstärkungqrad automatigeh gesteuert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind drei Verstärkerstufen 44, 46 und 48 vorgesehen, damit die Verstärkung
einer jeden Stufe verhältnismässig klein sein kann und keine Störung oder Phasenverschiebung
ausser der Phasenverschiebung um 1800 eingeführt wird. Jede dieser Stufen kann übliche,
durch Pernbetätigung abschaltbare Verstärker aufweisen, vorzugsweise Plattenlastwiderstände
verhältnismässig geringen
WiderizEdswertes. Aufgrund des niedrigen
Signalpegels, der die Abweichungen klein hält, wird der Ausgang der Steuerverstärkerstufen
durch eine weitere Verstärkerstufe 50 verstärkt, die keine automatische Verstärkungssteuerung
besitzt. Falls erwünscht, kann die Amplitudenstufe 50 eine Kathodenfolgeschaltung
aufweisen, um die Belastung der Messchaltung durch den Phasendetektor zu vermeiden.
Der Ausgang dieses Verstärkers wird dann an den Phasenverschiebungsdetektor 30 gelegt,
wo er mit der Phasenlage des Oszillatorausganges vergliichen wird. Dieser Vergleich
kann direkt mit dem Oszillatorausgang oder, wie darge-0 stellt, mit dem Ausgang
def Phasenumwandlers, der um 180 gegenüber dem Oszillatorausga phasenverschoben
ist, durchgeführt werden. Die Wahl hängt v dem speziell verwendeten Phasendetektor
ab und auch von der Anzahl der Phasenverschiebungen um 1800, die von den verschiedenen
Verstärkerstufen eingeführt werden.
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Das Signal der automatisöhen Verstärkungssteuerung wird durch Vergleich
der Grösse des Ausganges des Verstärkers 50 mit einem Bezugswert, vorzugsweise mit
dem Oszillatorausgang, erzielt, weil dann die Arbeitsweise der Anordnung unabhängig
von Änderungen der Grösse des- Oszillatorausganges ist. Das Signal aus dem Verstärker
50 wird über einen Gleichrichter 52 einem Kondensator 54 aufgegeben. In ähnlicher
Weise wird die Bezugs spannung aus dem Oszillator 10 über einen Gleichrichter 56
an einen Kondensator 58 gelegt. Die Gleichrichter 52 und 56 sind so gepolt, dass
die Spannung am Kondensator 54 negativ und die Spannung am Kondensator 58 positiv
ist. Eine Seite eines jeden Kondensators 54 und 58 ist geerdet, während die-anderen
beiden Seiten miteinander über ein Potentiometer 60 verbunden sind, das eine verschiebbare
Anzapfung 62 besitzt. Die von der Anzapfung 62 abgenommene Spannung wird von einem
Gleichstromverstärker
64 verstärkt und den Steuergittern der Verstärkerstufen
44, 46 und 48 zugeführt, damit der Verstärkungsgrad dieser Stufen gesteuert wird.
Wie dargestellt, weist der Gleichstromverstärker einen üblichen 60Hz-Zerhacker 66
auf, der die Gleichspannung an der Anzapfung 62 zerhackt und ein entsprechendes
Wechselsignal abgibt. Dieses Wechselsignal wird über einen Kondensator 68 einen
üblichen Wechselstromverstärker 70 zugeführt, der das Signal verstärkt und es über
einen Kondensator 72 einer Glättungs- oder Filterschaltung 74 zuführt, die einen
Widerstand 76 und einen Kondensator 78 aufweist. Die Filterschaltung erzeugt somit
ein Gleichstromsignal, das das Gleichstromsignal an der Anzapfung 62 ntspricht,
Jedoch sehr hoch verstärkt ist.
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In Betrieb wird die Anzapfung 62 zuerst ohne Phasenverschiebung an
der Sonde 12 eingestellt. Es wird keine Phasenverschiebung eingeführt, wenn ein
Probenmaterial in der Sonde vorgesehen wird, das vollkommen trocken ist, es tritt
auch keine Phasenverschiebung auf, wenn sowohl das Material als auch der Abglelchkondensator
entfernt werden. Letzterer kann durch öffnen eines Schalters 80, der zwischen den
Phasenumwandler 24 und den Abgleichkondensator 26 eingesetzt wird, unwirksam gemacht
werden.
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Die Anzapfung 62 wird dann solange eingestellt, bis die Ablexevorrichtunl
32 den Nullwert anzeigt. Illit die Anszpfung diese Stellung ein, arbeitet die automatische
Verstärkungsstuerung in der Weise,, dass das Ausgangssignal aus den Verstärker 50
,5uf dem gleichen Pegel wie der Ausgang des Oszillators 10 gehalten wird. Jede Änderung
des Signales aus der Brückenschaltung erzeugt eine entsprechende Änderung der Spannung,
die am Kondensator 24 abgenommen wird, und ergibt eine entsprechende änderung
der
Fehlerspannung an der Anzapfung 62. Diese Fehlerspannung wird verstärkt und den
Verstärkungssteuerstufen aufgegeben, damit der Ausgang des Verstärkers 50 auf der
gleichen Höhe gehalten wird wie der Ausgang des Oszillators 10. Eine Diode 82 ist
zwischen Kondensator 78 und Erde eingeschaltet und so gepolt, dass die Verstärkungssteuerspannung
stets positiv wird.
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Die Impedanzen 36 und, 38 sind vorzugsweise Kondensatoren gleicher
Kapazität, und der Spannungsausgang des Phasenumwandlers weist, somit Ob gleiche
Grösse wie der Ausgang des Oszillators 10 auf, vorzugsweise 10 V (quadradtischer
Mittelwert). Wegen der automatischen Verstärkungssteuerung beträgt der Ausgang des
Verstärkers 50 ebenfalls etwa 10 V. Wird der Schalter 80 geschlossen und ist Material
an der Sonde 12 vorhanden, wird das Signal, das am Ausgang des Verstärkers 50 auftritt
und gleiche Grösse wie der Ausgang-des Phasenumwandlers 24 besitzt, in der Phase
um einen'Wert verschoben, der auf den relativen Beuchtigkeitsgehalt des, Materiales.
20 bezogen, aber unabhängig von der Masse ist. Diese beiden Signale werden gleichzeitig
dem Phasenverschiebungsdetektor 30 über Kondensatoren 84 und 85 zugeführt. Zur Kopplung
des Bezugssignales mit dem Phasenverschiebungsdetektor kann eine Kathodenfolgeschaltung
verwendet werden.
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Der Phasenverschiebungsdetektor ist vorzugsweise wie in Fig.2 gezeigt
ausgeführt und weist insbesondere einen Detektor-Gleichrichter 86 auf, der zwischen
die Kondensatoren 84 und 85 geschaltet ist. Der Detektorgleichrichter 86 arbeitet
in der Weise, dass er die Phasenlage der Signale vergleicht, die den
beiden
Seiten durch Stromleitung zugeführt werden, wenn das Signal aus dem Phasenumwandler
positiv in bezug auf das Signal aus dem Verstärker 50 ist, und erzeugt eine Spannung
daran, wenn das Signal aus dem Phasenumwandler gegenüber dem Signal aus dem Verstärker
50 negativ ist. Das Bezugssignal kann die Form der Kurve 81 aufweisen, das Ausgangssignal
die der Kurve 83. Die Amplitude des Ausgangssignales ist die gleiche wie die des
Bezugssignales, die Phasenlage ist jedoch einen Wert verschoben, der durch den relativen
Feuchtigkeitsgehalt des Material es 20 bestimmt ist. Da beide Signale die gleiche
Grösse aufweisen, ist die mittlere Spannung, die an dem Detektor-Gleichrichter 86
erzeugt wird, ausschliesslich durch die relative Phasenlage bedingt. Die mittlere
Spannung, die an dem Detektor-Gleichrichter 86 erzeugt wird, wird von einer Messvorrichtung
92 gemessen, die damit die relative Phasenlage der beiden Signale feststellt. Die
Messvorrichtung 92 ist mit dem Detektor-Gleichrichter 86 über Widerstände 88 und
90 gekoppelt. Ein Abspann-Einstellwiderstand 94 kann über die Messvorrichtung zur
Steuerung seiner Empfindlichkeit gelegt sein. Er kann zur Eichung der Messvorrichtung
verwendet werden.
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Die Messvorrichtung kann empirisch geeicht werden, indem Proben mit
bekanntem Feuchtigkeitsgehalt in die Sonde eingeführt und die Messergebnisse auf
der Messvorrichtung notiert werden. Die Messvorrichtung kann so geeicht sein, dass
sie die Feuchtigkeit direkt in Prozent angibt. Die Messvorrichtung kann eine Linearisierschaltung
aufweisen, sodass die Auslenkung der Messvorrichtung eine lineare Funktion der prozentualen
Feuchtigkeit ist Die hessvorrichtung kann für verschiedene Materialarten getrennt
geeicht
werden.
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Die automatische Verstärkungssteuerschaltung soll so arbeiten, dass
das Ausgangssignal aus dem Verstärker 50 über einen weiten Bleich von Materialien
etwa die gleiche Grösse aufweist.
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Die Charakteristik der Verstärkungssteuerschaltung kann der in Fig.
3 gezeigten entsprechen, wobei die Charakteristik verhältnismässig flach für Signal
eingänge aus dem Detektorverstärker im Bereich von lOmV bis 1V ist. Das Ausgangssignal
aus dem Verstärker 50 beträgt z.B. 10V (quadratischer Mittelwert) über diesen gesamten
Bereich. Der Aufbau ist so gewählt, dass das zu messende Material in diesen Bereich
fällt. Zur Messung von dünnerem Material ist es erforderlich, die Anordnung für
einen kleineren Arbeitsbereich auszulegen.
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Es kann manchmal vorkommen, dass Material in die Sonde kommt, das
zu dunn ist, als dass es von der Anordnung genau gemessen werden kann. Dies ist
der Fall, weil dann, wenn keine genügende Menge an Material vorhanden ist, die dharakteristik
der Verstärkungssteuerung so beschaffen ist, dass die Verstärkungssteuerung nicht
das erforderliche normierte Signal liefern kann.
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Wenn dies eintritt, kann die Federspannung an der Anzapfung 62 positiv
werden und die Verstärkung der Verstärkungssteuerstufen zu erhöhen versuchen. Unter
diesen Umständen würde die VerstärkunE nicht länger gesteuert und die Messung ungenau
werden. Zur Feststellung dieser falschen Ablesung kann ein Relais verwendet werden.
Wie gezeigt, ist eine Belaissteuerschalung 96, die eine Relaiswicklung enthält,
an den Ausgang des Geichstromvers tärkers 64 angeschlossen. Wenn der Ausgang auf
Null fallt, schliesst die Relaiswicklung ein Relais 98. Die Diode 92 verhindert,
dass
die Steuerspannung positiv wird, und hält die Steuerspannung
auf dem Wert Null, wenn sie positiv werden will. Wenn die Federspannung so beschaffen
ist, dass sie die Verstärkungssteuerstufen nicht steuern kann, wird das Relais 98,
das von der Relaissteuerung 96 betätigt wird, geschlossen. Dieses Relais 98 kann
dazu verwendet werden, auf der Messvorrichtung 92 anzuzeigen, dass ein Zustand herrscht,
bei dem keine Messung erfolgt. Dies kann durch Kurzschliessen der Messvorrichtung
geschehen.
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In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform gemäss der Erfindung verwendet,
bei der Begrenzerschaltungen (Beschneiderschaltungen) anstatt einer automatischen
Verstärkungssteuerung zur Normierung der Signale verwendet werden. In diesem Ball
wird der Ausgang des Detektorverstärkers 40 weiter durch einen Verstärker 100 verstärkt
und dann durch eine Begrenzte sschaltung 101 beschnitten. Die Begrenzungsschaltung
kann eine übliche Diodenbegrenzungsschaltung sein. Die Wirkung des Verstärkers und
der Begrenzerschaltung 101 besteht darin, das$ Signal in eine Rechteckwellenform
umzuwandeln. Die Wellenform des Signal es aus dem Verstärker 40 kann etwa sinusförmig
sein, wobei die Phasenlage von der Feuchtigkeit des Materiales 20 abhängt. Der Ausgang
der Begrenzungsschaltung 101 ist eine Rechteckkurve, die genau 1800 ausser Phase
mit dem Signal aus dem Verstärker 40 ist. Die Wellenform für das Signal aus dem
Verstärker 40 kann der Wellenform 102 entsprechen, während die beschnittene Wellenform
der . fellenform 104 entspricht. In ähnlicher Weise kann das Bezugssignal aus dem
Oszillator 10 oder aus dem Phasenumwandler 24 abgeleitet werden, ferner durch den
Verstärker 106 verstärkt und
durch die Begrenzuengsschaltung 108
besehnitten werden, damit ein Bezugssignal rechteckförmiger Kurvenform, wie durch
die Kurvenform 110 angedeutet, entsteht. Die beiden beschnittenen Signale können
dann dem'Phasenverschiebungsdetektor 30 aufgegeben werden. Die Spannung, die an
der Diode 86 erzeugt wird, ist ein Mass für den Phasenunterschied und damit ein
Mass für den relativen Feuchtigkeitsgehalt des Materiales 20.
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Die Erfindung kann z.B. auch dahingehend abgeändert werden, dass,
obgleich die Sonde als kapazitive Sonde erläutert wurde, die Dielektrizitätskonstante
des zu messenden Materials eine imaginäre Komponente, d. h. eine Widerstandskompenente
aufweist, und vorzugsweise sind die Sondenelektroden nicht von dem zu messenden
Material isoliert, sondern stehen damit in Berührung.
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Insbesondere soll darauf hingewiesen werden, dass anstatt des beschriebenen
Phasendetektors andere Phasendetektoren verwendet werden können, um die Phasenänderung
zu messen; die von dem Material in der Sonde eingeführt wird. Obgleich ferner der
Phasenumwandler 24 so verwendet worden ist, dass er ein Signal umgekehrter Phasenlage
in den Abgleichkondensator einführt, können die Verbindungen anders vorgenommen
und der Oszillator 10 direkt mit dem Abgleichkondensator verbunden werden, wobei
der Phasenumwandler mit der Sonde verbunden ist. Des weiteren könnten Breitbandverstärker
verwendet werden, sodass keine oder kaum eine Phasenverschiebung durch dieBestandteile
des Systems in einem Weitfrequenzbereich eingeführt wird, mit Ausnahme der Phasenverschiebung
um 1800, die von den Verstärkern eingeführt wird. Somit kann das gleiche System
bei verschiedenen Frequenzen für verschiedene Bereiche dr Yeuchtigkeit angewendet
werden.
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Wenn die Anordnung eine Phasenverschiebung einführt, die die Messung
ungenau machen würde, kann ein Phasenverschiebungsnetzwerk, z. B. ein an sich bekanntes
R.C.Netzwerk, so eingeschaltet werden, dass es die Phasenlage bei der Messfrequenz
einstellt. Zusätlich zur Messung des relativen Peuchtigkeitsgehaltes ist vorliegende
Erfindung zur Messung anderer Eigenschaften, z. B. des Verhältnisses von Materialien
in einem Gemisch geeignet. Für einige Messungen, wenn z.B. Flüssigkeiten vorliegen,
kann eine Sonde mit parallelen Platten geeigneter sein als die Sonde mit Streufeld,
die oben beschrieben wurde.