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Verfahren zur Bestimmung des prozentualen Feuchtigkeitsgehaltes in
Tabakproben Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren zur Bestimmung des prozentualen
Feuchtigkeitsgehaltes in Tabakproben.
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Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Temperaturausgleichsvorrichtung
als Teil eines Gerätes zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes von Tabak mittels
Messung der Dämpfung
einer durch eine genormte Tabakprobe in geschnittener
Form gesandten Mikrowellenenergie.
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Die Temperaturausgleichsvorrichtung nach der Erfindung schafft einen
selbsttätigen Ausgleich für Temperaturschwankungen in der Tabakprobe. Dieser selbsttätige
Ausgleich für Temperaturschwankungen ermöglicht es, den Feuchtigkeitsprozentsatz
als direkte Funktion der Mikrowellenenergie-Dämpfung abzulesen, ohne daß die B edienungsperson
sich hierzu besonderer Hilfszeichkurven bedienen muß.
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Ein typisches Gerät, bei dem die Temperaturausgleichsvorrichtung nach
der Erfindung angewandt werden soll, ist in der US-Patentanmeldung Ser. No. L 49
144 mit der Bezeichnung lXFeuchtigkeitsbestimmung in Tabak" vom 28. 10. 1964 beschrieben.
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Wie schon in der angezogenen Patentanmeldung ausführlich dargelegt
wurde, ist es wesentlich, den Feuchtigkeitsgehalt von Tabak innerhalb enger Toleranzen
während der verschiedenen Herstellungsstufen genau zu messen und zu kontrollieren,
Besondere Aufmerksamkeit ist sowohl der Wassermenge im Tabak als auch der Gleichmäßigkeit
des
Wassergehaltes zu widmen, da der Feuchtigkeitsgrad die Rau chei genschaften weitgehend
beeinflußt und eine gleichbleibende Rauchqualität im Endprodukt sehr erwtnscht ist.
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Die in der oben erwähnten Anmeldung beschriebene Technik hat sich
als sehr wirksames Mittel zur genauen und einfachen Messung des Wassergehaltes von
Tabakproben erwiesen. Das Verfahren umfaßt im wesentlichen eine Messung des Dämpfungswertes
eines Mikrowellenenergie-Strahles> der durch eine genormte Tabakprobe gelenkt
wird. Der Wassergehalt in der genormten Tabakprobe beeinflußt die Dämpfung weitgehend.
Aber auch die Temperatur beeinflußt die Dämpfung, und vor dieser Erfindung mußte
die Bedienung des Tabakfeuchtigkeitsmeßgerätes Eichkurven zu Hilfe nehmen, um den
Feuchtigkeitsprozentsatz bestimmen zu können.
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Diese Eichkurven bilden eine Familie von Dämpfungskurven, die gegen
den Feuchtigkeitsprözentsatz mit der Temperatur als Parameter ausgetragen werden.
Es wurde hierzu eine Temperaturanzeigevorrichtung verwendet, von der die Temperatur
der Tabaktestprobe abgelesen werden konnte. Die Bedienung wußte dann anhand dieser
Temperaturablesung, welche Kurvenfamilie anzuwenden war, um einen Dämpfungsablesungswert
in einen Feuchtigkeitsprozentsatz umzurechnen.
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Hauptzweck dieser Erfindung ist die Schaffung eines selbsttätigen
Ausgleichs für Temperaturschwankungen, sodaß bei Anwendung der Mikrowellendämpfungstechnik
nicht gleich ein ganzer Satz Kurven zur Bestimmung des Feuchtigkeitsprozentsatzes
in einer Tabakprobe herangezogen werden muß.
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Hiermit in Zusammenhang steht als weiterer Erfindungszweck, eine direkte
Ablesung des prozentualen Feuchtigkeitsgehaltes in einer Tabakprobe zu ermöglichen,
wenn die Probe in einem Gerät untersucht wird, in dem Mikrowellendämpfungsvorgänge
zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes angewandt werden.
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Weitere Ziele und Gegenstände der Erfindung erhellen aus der folgenden
eingehenden Beschreibung und den angeschlossenen Zeichnungen, und zwar zeigt: Figur
1 ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Anordnung zum Messen der Feuchtigkeit
einer Tabakprobe, die die Verbesserung gemäß der Erfindung in sich schließt;
Figur
2 ein Schaltschema eines vereinfachten (Meß) Brückenstromkreises, der ein Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung bildet und Figur 3 ein Schaltschema einer vollständigeren Meßbrückenstromkreis-Anordnung
als Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Fig. 1 veranschaulicht die Anordnung oder das Gerät, innerhalb deren
bzw. dessen die selbsttätige Temperaturausgleichvorrichtung nach der Erfindung eingesetzt
wird. Abgesehen von der Vorrichtung nach der Erfindung werden die Betriebsweise
und sonstige Einzelheiten der Anordnung nach Fig. 1 bereits genauer in der oben
angezogenen US-Anmeldung erläutert und es bedarf hier weiter keiner eingehenden
Beschreibung mehr außer der Angabe des Zusammenhanges in dem der Erfindungsgegenstand
verwendet wird In Fig. 1 wird ein Klystron-Mikrowellen-Oszillator 10 (Klystron Laufzeitröhre)
als Mikrowellenenergiequelle verwendet. Ein modulierter Netzteil 11 liefert die
erforderlichen Betriebsspannungen für den Oszillator 10 und bewirkt auch eine Modulatinnsspannung,
die die Ausgangsamplitude des Oszillators 10 bei irgendeiner Niederfrequenz verändert.
Eine für den Oszillator 10 typische Frequenz
liegt im Bereich zwischen
8, 000 bis 12, 000 Megahertz. Der Ferrit-Isolator 12 dient als Richtelement. Der
Spannungsteiler 13 als Dämpfungsglied mit Pegeleinstellung (level-set) ermöglicht
Reglung durch den Bedienungsmann über der Amplitude der Mikrowellenenergie, die
der Mikrowellenantenne oder dem Horn(strahler) 14 zugeführt wird. Der Mikrowellenhornstrahler
14 fokussiert die Mikrowellenenrgie zu einem Strahl, der durch eine Probe geschnittenen
Tabaks im Probenhalter 15 gerichtet ist. Der gedämpfte Mikrowellenstrahl wird durch
eine weitere Mikrowellenantenne oder Hornstrahler 16 aufgenommen, um von dort durch
einen Präzisions-Spannungsteiler 17 geleitet zu werden, dessen Arbeitsweise im folgenden
beschrieben wird.
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Die Ausgangsleistung des Präzisionsspannungsteilers 17 wird durch
den Kristalldetektor 18 gleichgerichtet, um ein akustisches bzw.
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Audio-Signal mit derselben Frequenz wie das zur Modulation des Oszillators
10 dienende Signal zu erzeugen. Dieses akustische Signal wird dann durch einen Niederfrequenzverstärker
19 verstärkt und durch einen Brückenstromkreis 22 gelenkt, um eine Ablenkung in
einem Maßgerät 20 zu bewirken. Ein Heißleiter (Thermister) in einer Sonde 24 bildet
einen Teil des Brückenstromkreises 22. Die Temperatur des Tabakds im Halter 15 hat
somit einen Einfluß auf Abgleich oder Abgleichfehler der Brücke 22.
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Kurz erläutert arbeitet das Gerät nach Fig. 1 wie folgt. Der Präzisions-Spannungsteiler
17 wird willkürlich auf eine erste Einstellung gebracht, die einen festen Dämpfungswert
bei der zugeführten Energie bewirkt. Bei fehlendem Probenhalter 15 wird der Leistungsgewinn
des Verstärkers 19 so eingestellt, daß im Meßgerät 20 eine vorgegebene Ablenkung
hervorgerufen wird. Diese vorgegebene Ablenkung kann im Meßgerät 20 durch eine rote
Markierung auf der Skalenscheibe festgehalten werden. Die Bedienungsperson verfügt
damit über die Leistungsgewinneinstellung am Verstärker 19, so daß von Zeit zu Zeit
ein Ausgleich für zeitliche Änderung und Alterung der Bestandteile vorgenommen werden
kann.
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Eine Probe des zu prüfenden Materials wird in den Halter 15 gegeben,
der dann zwischen die Hornstrahler 14 und 16 eingeführt wird. Die darauffolgende
Absorption von Mikrowellenenergie durch den Tabak im Halter 15 bewirkt eine Abnahme
im Ablesungswert am Meßgerät 20. Die Bedienungsperson verstellt dann den Pr äzisions
spannungs -teiler 17, um die Dämpfung soweit zu verringern, bis die rote Marke am
Meßgerät wieder erreicht ist. Die Dämpfungsminderung des Spannungsteilers 17 aus
seiner "ersten" Einstellung auf den eingestellten Wert entspricht so der durch den
Tabak im Halter 15 in der Anordnung bewirkten Dämpfung, und zwar deshalb weil die
Dämpfung
durch den Spannungsteiler 17 verringert wurde, um die Dämpfung durch den Halter
15 genau zu kompensieren (aufzuheben).
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Der Spannungsteiler 17 ist mit einer genau geeichten Skala versehen,
die bisher Ablesewerte in Decibels ergab, sodaß eine Einstellungsänderung ohne weiteres
durch die Bedienungsperson abgelesen werden kann.
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Jedoch nicht nur durch den Feuchtigkeitsgehalt in der durch den Halter
15 festgehaltenen Tabakprobe, sondern auch durch die Temperatur der im Tabak enthaltenen
Feuchtigkeit wird die Dämpfung bestimmt.
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Das obige Verfahren gestattet also die Ablesung eines vom Spannuntsteiler
17, der dem Einfluß sowohl der Feuchtigkeit als auch der Temperatur auf die durch
den Halter 15 gesandte Mikrowellenenrgie entspricht. Erwünscht ist jedoch eine solche
Einstellung des Spannungsteilers 17, die lediglich durch den Feuchtigkeitsgehalt
in der Tabakprobe bestimmt wird und deshalb ist ein Ausgleich für irgendeinen Temperatureinfluß
erforderlich.
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Dieser Ausgleich wird nach der Erfindung durch einen unsymmetrischen
Brückenstromkreis 22 erreicht, der als eines seiner elektrischen Bestandteile einen
Heißleiter (Thermistor ) (in der Sonde 24) aufweist, der als Ganzes in die Mitte
des Tabaks innerhalb des Behälters 15
eingesetzt wird. Kurz und
vor Behandlung der Fig. 2 erläutert arbeitet der Brückenstromkreis 22 in der Weise,
daß Temperaturschwankungen des Tabaks im Halter 15 Schwankungen im Widerstand des
Heißleiters in der Sonde 24 hervorrufen, Diese Schwankungen im Heißleiterwid er
stand bewirken eine ÄSerung in Ausgang der Brücke 22, die dahin tendiert, die Temperaturschwankung
auszugleichen. Eine Temperaturzunahme, die eine größere Dämpfung innerhalb des Halters
15 ergibt, bewirkt also eine Abnahme im Widerstand des Heißleiters, die dann dazu
dient, den Ausgang des Brückenstromkreises 22 zu erhöhen, Infolge erhöhter Dämpfung
durch Temperaturzunahme wird die Eingangsleistung zum Brückenstromkreis 22 verringert,
jedoch wegen des erhöhten 1'Abgleichfehlers" des Brückenstromkreises 22 wird der
Ausgang des Brückenstromkreises relativ verrindert. Aus diesem Grunde bewirkt die
Betätigung des Heißleiters eine relative Erhöhung der Ausgangsleistung des Brückenstromkreises
22 infolge Temperaturzunahme.
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Anhand der Fig. 2 wird die Schaltung und Arbeitsweise des Brückenstromkreises
22 leichter verständlich. Der Brückenstromkreis 22 weist drei Widerstände R1, R2
und R3 mit gleichen Widerstandswerten auf, die drei feste Schenkel der Brücke 22
bilden. Der vierte oder
veränderliche Schenkel der Brücke 22 setzt
sich in vereinfachter Form aus einem Heißleiter T1 und einem Widerstand R6 in Parallelschaltung
zusammen. Diese Parallelanordnung liegt dann in Serie mit einem weiteren Widerstand
R5. Wie aus Fig. 3 als praktisches Ausführungsbeispiel hervorgeht, können weitere
Widerstände zugeschaltet werden, um Änderungen in den Werten von R5 und R6 hervorzurufen.
Im wesentlichen jedoch veranschaulicht der vereinfachte vierte Schenkel der Brücke
22 nach Fig. 2 die Grundkonstruktion dieser unsymmetrischen Brücke 22.
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Der Eingang zum Brückenstromkreis 22 aus dem Niederfrequenzverstärker
19 liegt an den mit A-A bezeichneten Klemmen und der Ausgang aus dem Brückenstromkreis
22 zum Meßgerät befindet sich an den Klemmen B-B.
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Es ist zu berücksichtigen, daß die Brücke 22 nicht als symmetrische
Brücke konstruiert ist. Sie ist eigentlich als unsymmetrische Brücke bei allen zu
erwartenden Betriebstemperaturen angelegt, sodaß immer eine Ausgangsleistung an
den Klemmen B-B unter jeder vorauszusehenden Betriebsbedingung vorhanden ist. Die
Werte der Widerstände R 5 und R6 werden also inbezug auf den Widerstandswert des
Heiß leiters T1 so gewählt, daß der Wirkwiderstand in diesem
vierten
Schenkel sich von den Widerständen in den übrigen drei Schenkeln unterscheidet.
Im gegebenen Beispiel sind typische Widerstandswerte als ein Beispiel einer betätigbaren
Brücke enthalten, wobei der Raumtemperaturwiderstand des benutzten Heißleiters (Thermistor)
T1 8, 000 Ohm beträgt.
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Da in der Arbeitsweise der Brücke viele veränderliche Größen auftreten
und die gesamte Anordnung durch Ersteinstellungen am Dämpfungsglied 13 und Präzisions-Spannungsteiler
17 eingerichtet werden muß, sind die Werte der verschiedenen Widerstände im Brückenstromkreis
22 nicht besonders ausschlaggebend. Wichtig ist nur, daß die Werte der benutzten
Widerstände so gewählt sind, daß die Brücke für die besondere Ausführung des benutzten
Heißleiters über dem vorauszusehenden Temperaturbereich unsymmetrisch ist. Der gewöhnliche
Temperaturbereich von" zu prüfenden Tabakproben liegt zwischen 21°C und 60°C.
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Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel können zwei Heißleiter innerhalb
der Sonde 24 verwendet werden. Der zusätzliche Heißleiter dient dann als Reserve
oder gibt einen direkten Temperatur-Ablesewert.
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In jedem Fall schwankt über dem angegebenen Temperaturbereich der
Heißleiterwert beträchtlich, sodaß am Ausgang der Brücke 22 ebenfalls erhebliche
Schwankungen auftreten. Für eine bestimmte Heißleiterbauart gibt die folgende Tabelle
die Werte des Thermistor-Wider standes über dem hier in Frage kommenden Temperaturbereich:
Temperatur: Heißleiter-Widerstand: 25°C 8,000 Ohm 30°C 6,400 Ohm 40°C 4,104 Ohm
50°C 2,720 Ohm 60°C 1,848 Ohm Da die Brücke 22 die Größe des dem Meßgerät 20 zugeführten
Stromes beeinflußt, wird das oben beschriebene Verfahren der Ersteinstellung, bei
dem der Leistungsgewinn des Verstärkers 19 auf einen solchen Wert eingestellt wird,
daß die Ablesung am Meßgerät 20 die zuvor festgelegte rote Marke erreicht (ohne
Tabakprobe), mit angeschlossenem Brückenstromkreis 22 durchgeführt. Diese Ausgangseichung
in Form der Einstellung des Leistungsgewinns des Verstärkers 19 muß mit eienm festen
Wert des Widerstandes des Heißleiters T1 erfolgen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
wird der Eichwider stand des Heißleiters T 1 auf den Widerstand eingestellt, den
der Heißleiter T1 bei einer Grundtemperatur von 25°C aufweist und der
bei
dem vorliegenden Beispiel 8, 000 Ohm beträgt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist in
den Stromkreis ein Widerstand R4 geschaltet, dessen Widerstand gleich demjenigen
des Heißleiters T1 bei dessen Grundtemperatur von 25 0C ist. Ein Schalter 26 (der
bei Vorhandensein des Behälters 15 betätigt wird) schaltet den Heißleiter T1 in
den Schenkel der Brücke 22. Wird der Behälter entfernt, ersetzt der Schalter 26
den Heißleiter T1 durch den Widerstand R4.
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Aufbau der Brücke Vom praktischen Standpunkt erfolgt die Zusammenstellung
der besonderen Widerstandswerte im Brückenstromkreis 22 zweckmäßig durch Kombination
theoretischer und Erprobungs-Verfahren. Die Wahl des Heißleiters T1 richtet sich
weitgehend nach dem Temperaturbereich, über dem der Heißleiter wirken soll. Um die
gewünschte Empfindlichkeit zu erreichen, muß der gewählte Heißleiter einen weiten
Widerstandsbereich über dem gewünschten Temperaturbereich aufweisen. Bei einem Heißleiter,
der innerhalb der Grenzen der erforderlichen und gewünschten Temperaturbereiche
und- stabilitäten willkürlich gewählt wurde, wird es notwendig, die Werte für den
Reihenwiderstand R5 und den Parallelwiderstand R6 zu wählen.
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Die Widerstände R1, R2 und R3 in den übrigen drei Armen der Brücke
können
unter gewisser Berücksichtigung der Ausgangsspannungen und - ströme des abgestimmten
Niederfrequenzverstärkers 19 wilkürlich gewählt werden. Bei dem gegebenen Beispiel
wird ein 1000 Ohm - Widerstand aus Zweckmäßigkeitsgründen gewählt. Der Wert dieser
drei Widerstände ist bestimmt nicht ausschlaggebend, auch nicht, daß alle drei in
der Größe gleich sind, nur ihrer Art nach müssen sie übereinstimmen (co-cqual).
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Zur Klarstellung der Gesichtspunkte unter 1 für die Wahl der Werte
von R5 und R6 für die Grundanordnung und unter 2 für die Einstellung der geeignetsten
Werte von R5 und R6 für Betriebszwecke, werden folgende Verfahren angegeben: 1.
Bestimmung der Grundanordnungswerte für R5 und R6 Die Wahl der Grundanordnungswerte
von R5 und R6 wird wie folgt begründet: Vor allem ist es erforderlich, daß die Brücke
eine zunehmende Ausgangsleistung für einen abnehmenden Heißleiter-Widerstand aufweist.
Der Schenkel der den Heißleiter Tl enthaltenden Brücke muß daher bei allen erwarteten
Temperaturen einen Wert aufweisen, der nicht größer als R1, R2 und R3 ist (unter
der Annahme, daß R1, R2 und R3 gleich groß gewählt wurden). Zweitens ist für die
Brücke die größtmögliche Elastizität erwünscht, d. h. die Brücken-Ausgangsleistung
kann
veränderlich gehalten werden (bei Änderungen im Heißleiterwiderstand), und zwar
von einem Punkt ohne Änderung an bis zu der innerhalb der Heißleiter-Charakteristik
zulässigen größten Änderung. Man betrachte hierbei den Fall, wo der Brückenausgang
sich bei einer Änderung im Heißleiterwiderstand nicht verändert. Damit der Heißleiter
ohne Einfluß bleibt, muß er durch R6 kurzgeschlossen werden und R5 muß die Brücke
wieder ins Gleichgewicht bringen können. Um diesen Bedingungen zu genügen, muß R6
minimal ^ 0 und R5 maximal ~ R1 = R2 ^ R3 sein. Der Fall einer maximalen Brückenausgangsänderung
bei einer Änderung des Heißleiterwiderstandes tritt ein, wenn ein maximaler Widerstand
mit dem Heißleiter parallel geschaltet wird. Dieser Maximalwert R6 Rt für R6 wird
durch Lösen der Gleichung = R1 = R2 = R3 abgeleitet, R6 + Rt worin Rt den Heißleiterwiderstand
bezeichnet.
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In diesem Fall muß der Reihenwiderstand R5 notwendigerweise gleich
Null sein. Unter Wiedereinsetzung der obigen Werte ist R5 max. Rl = R2 = R3 R6 Rt
R6 max.. @ R1 = R2 = R3 = R6 + Rt R5 min. = 0 R6 min. - 0
2. Verfahren
zur Errechnung der Bestwerte für R5 und R6 Aus der Familie der Temperatur-Berichtigungskurven
oder aus anderen Angaben kann man den Betrag der NGkrowellendämpfung entnehmen,
die durch eine bestimmte Änderung in der Tabaktemperatur bewirkt wird.
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Dieser Temperatureffekt wird als Änderung in Decibel pro Temperaturgrad
Änderung ausgedrückt. Ist dies bekannt, lassen sich die Widerstände R5 und R6 auf
ihre Bestwerte unter Anwendung des folgenden Verfahrens einstellen: a) Man verwende
einen Dekadenwähler (decade box) anstelle des Heißleiters und stelle einen Widerstandswert
ein, der dem Heißleiterwiderstand bei der Bezugstemperatur (250C) entspricht. b)
Der Präzisions-Spannungsteiler 17 wird auf einen bestimmten Bezugswert eingestellt.
c) R6 wird ungefähr auf mittl. Bereich eingestellt. d) R5 ist auf solchen Wert einzustellen,
daß die vereinigten Widerstände des Dekadenwählers (decade box) und von R6 in Parallelschaltung
plus R5 gleich einem Wert sind, der nur wenig unter den gleichran3gen Werten von
R1, R2 und R3 liegt.
e) Man stelle die Verstärkungsreglung des
abgestimmten Niederfrequenzverstärkers 19 so ein, bis ein bestimmter Wert am Meßgerät
20 angezeigt wird, der dann als Bezugs- oder "Rotlinien- Wert anzusehen ist. f)
Die Ablesungen des Präzisions-Spannungsteilers 17 und des Widerstandes des Dekadenwählers
(decade box) sind aufzuzeichnen, desgleichen die entsprechende (äquivalente) Temperatur
für den Heißleiter bei diesem Widerstandswert. g) Man stelle wieder den Dekadenwähler
(decade box) auf einen anderen Widerstandswert ein, der dem Wert des Heißleiter-Widerstandes
bei einer Temperatur etwa in der Mitte des vorauszusehenden Temperaturbereiches
entsprechend würde. Dieser Widerstandswert und die entsprechende (äquivalente) Heißleiter-Temperatur
ist aufzuzeichnen. h) Man verstelle den Präzisions-Spannungsteiler 17 soweit bis
die Ablesung am Meßgerät 20 auf denselben Wert wie auf obiger Stufe (e) (Rotlinienwert)
zurückgeführt ist.
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Der neue Dämpfungswert ist aufzuzeichnen. i) Die Schritte (g) und
(h) sind für eine Temperatur nahe dem hohen Ende des vorauszusehenden Temperaturbereiches
zu wiederholen.
j) Die unter (f) bis (i) erhaltenen Daten sind
auszutragen, wobei die Temperatur als Funktion der Dämpfung in Decibel zugrundezulegen
ist. k) Stimmt die Steilheit dieser Kurve nicht mit den bekannten Erfordernissen
überein, so ist die Empfindlichkeit des Heißleiters durch geringfügige Verkleinerung
oder Vergrößerung von R6 zu steigern bzw. zu vermindern.
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1) Der Präzisions-Spannungsteiler 17 ist auf den auf der Stufe (b)
gewählten Wert nachzustellen. m) Der Dekadenwähler (decade box) ist auf den Wert
von Stufe (a) einzustellen. n) Man stelle R5 nach, bis die Ablesung am Meßgerät
20 mit derj enigen von Stufe (e) übereinstimmt. o) Der Ausschlag am Präzisions -Spannungsteiler
und Dekadenwähler-Widerstand ist mit der äquivalenten Heißleiter-Temperatur aufzuzeichnen.
p) Man wiederhole die Schritte (f) bis (j), erforderlichenfalls auch (k) bis (o).
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Ist die Kurve nicht linear, dann können Schwankungen in den Widerständen
R5 und R6 so eingestellt werden, daß die Kurve so linear wie möglich ausfällt.
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Obwohl ds theDretische Verfahren zur Errechnung der gewünschten Widerstände
R5 und R6 gibt> können dieselben bei bekannter Heißlefter-Kurve- Charakteristik
doch nicht alle vorhandenen veränderlichen Faktoren berücksichtigen und es wird
dann wahrscheinlich notwendig, das Endprodukt auszutestan.
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Hat die erhaltene Kurve nicht die richtige Steilheit dann müssen die
Widerstände R5 und R6 ebenfalls verändert werden, um eine Kurvensteilheit zu erzielen,
die die Decibel pro Grad- Kurve des zu prüfenden Tabaks genau ausgleicht. Um die
richtige Steilheit sowie die zuvor erwähnte gewünschte Linearität zu erzielen, könnte
es notwendig sein, verschiedene Werte des unter Verfahrensschritt (e) angegebenen
Meßgerät-Bezugs stromes anzuwenden. Die Vollaus -schlagempfindlichkeit des Meßgerätes
20 dient daher als Parameter..
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Eichung der Skalenscheibe Nach Einstellung des Temperaturausgleiches,
wie oben beschrieben, wird der Präzisions-Spannungsteiler 17 7 nach folgendem Verfahren
auf Feuchtigkeitsprozente geeicht.
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Es wird eine größere Zahl Dämpfungsmessungen anhand von Tabakproben
durchgeführt, die sich über den ganzen vorauszusehenden Bereich auftretender Feuchtigkeit
und Temperaturen erstreckt. Diese Dämpfungsmessungen werden am Mikrowellen - Feuchtigkeitsmesser
in der gleichen Weise wie nach endgültiger Inbetriebnahme dieses Instrumentes vorgenommen.
Jede durch den Mikrowellen-Feuchtigkeitsmesser analysierte Tabakprobe wird ebenso
einer als Norm zu betrachtenden Alternativ-Feuchtigkeitsanalyse unterzogen. Die
beiden Analysen werden gegeneinander ausgetragen. Die sich ergebende graphische
Darstellung zeigt die Mikrowellendämpfung in Decibels (Ablesungen vom Präzisions-Spannungsteiler
17) ausgetragen gegen den Feuchtigkeitsgehalt, wie er durch das Alternatiwerfahren
der Feuchtigkeitsanalyse gefunden wurde. Durch diese Daten wird eine gerade Linie
(Bestwert) gezogen. Die Wechselbeziehung von Decibels und Feuchtigkeitsprozenten
wird dann auf die Skalenscheibe des Präzisions-Spannungsteilers 17 übertragen, sodaß
der Spannungsteiler dann Feuchtigkeitsprozente statt Decibel angibt.
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Betätigung des Stromkreises Die Mikrowellen-Feuchtigkeitsanalyse wird
in nachstehender Reihenfolge durchgeführt: a) Nach Entfernung des Behälters 15 aus
dem
Mikrowellen - Feuchtigkeitsmesser (R4 wird in den Brücken-Stromkreis
anstelle des Heißleiters geschaltet) wird der Präzisions-Spannungsteiler 17 auf
seinen Bezugswert eingestellt. Die Verstärkungsreglung des abgestimmten Niederfre
quenzverstärker s wird so eingestellt, bis der Ausschlag des Meßgerätes 20 den Wert
der roten Linie erreicht. b) Der Behälter 15 wird in den Mikrowellenstrahl eingeführt.
Dadurch wird der Tabak in Kontakt mit der Temperatursonde 24 gebracht und schaltet
den Heißleiter in die Temperaturausgleichsbrticke zurück.
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Die Tabakprobe wird etwa drei Minuten in dieser Stellung belassen,
damit der Heißleiter auf Gleichgewichtstemperatur kommen kann. c) Nach der obigen
Verzögerung wird der Präzisions-Spannungsteiler so eingestellt, bis der Ausschlag
des Meßgeräts 20 auf seinen "Rotlinien"-Wert zurückgeht. Die Ablesung erfolgt von
der Skalenscheibe des Präzisions-Spannungsteiler 17.
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Wird von Anfang an angenommen, daß die Temperatur der Tabakprobe im
Behälter 15 auf der Grundtemperatur 250C liegt, dann ist der Widerstand des Heißleiters
Tl gleich dem Widerstand von R4. Der geeichte Präzisions-Spannungsteiler 17 gibt
die prozentuale Feuchtigkeit an. Wird nun angenommen, daß die Temperatur der Tabakprobe
15
größer als die Grundtemperatur von 250C ist (ohne irgendwelche Änderung im Feuchtigkeitsgehalt),
dann fällt der Widerstand des Heißleiters T1 unter seinen Wert bei 250C. Dies verringert
den Gesamtwiderstand im veränderlichen Arm des Brücken-Netzwerkes 22, ergibt zonen
größeren Abgleichfehler in der Brücke und bewirkt infolgedessen eine größere Ausgangsleistung.
Jedoch bewirkt die erhöhte Temperatur der Tabakprobe eine größere Dämpfung und verringert
die Eingangsleistung zur Brücke 22.
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Auf diese Weise gleicht ein größerer Anteil der Ausgangsleistung aus
der Brücke 22 den kleineren absoluten Eingang an der Brücke 22 aus und schafft so
einen praktisch temperaturunabhängigen Ausgang wenigstens über dem hier in Frage
kommenden Temperaturbereich.
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Fig. 3 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Stromkreises,
der als Brückenstromkreis 22 mit dem Heißleiter T1 benutzt wird.
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Fig. 3 entspricht Fig. 2, ausgenommen daß ein Gleichlaufdoppelschalter
28 den Ersatz der Widerstände R5 und R6 entweder durch die Widerstände R7 bzw. R8
oder die Widerstände R9 bzw. R10. Diese zusätzlichen Widerstände, die an die Stelle
der Widerstände R5 und R6 treten können, sind in einem praktischen Ausführungsbeispiel
enthalten, sodaß damit der größtmögliche Elastizitätsgrad erreicht wird.
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Die besonderen Widerstände R7, R8 und R10 sind insoweit nützlich,
als sie die Wahl zwischen sehr präzisem Temperaturausgleich innerhalb eines sehr
engen Temperaturbereiches und gröberen Ausgleich über einen weiteren Bereich ermöglichen.
Alternativ würde die Wahl geeigneter Werte für diese Wechsel-Widerstände einen verbesserten
Ausgleich über einen erweiterten Bereich durch Teilen des Bereiches und getrennte
Korrektur jeder Hälfte ermöglichen.
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Stellt es sich ferner heraus, daß das Vorhandensein je einer unters
chiedlichen Temperaturkorrekturkurve für verschiedene Tabakmischungen von sehr großem
Wert wäre, dann ermöglicht die Verfügbarkeit weiterer Widerstände eine einfache
Schaltung, um das Instrument so elastisch zu machen, daß verschiedene Tabakgemische
darin gemessen werden können. Dementsprechend erweiteren diese zusätzlichen Widerstände
die Vielseitigkeit des Instrumentes, indem sie verschiedene Temperaturberichtigungskurven
verfügbar machen.
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Die Eins chaltung der Werte der Widerstände R5 und R6 (durch Wählen
von R7, R8 mittels Schalters 27) erfordert keine Nacheichung des Ablesewertes für
den Feuchtigkeitsprozentsatz auf dem Präzisions -Spannungsteiler 17. Jedoch erfordert
eine derartige Umschaltung auf die Widerstände R7, R8 anstelle von R5, R6 eine Umnormung
der
Einrichtung, wie oben beschrieben, indem der Leistungsgewinn
des abgestimmten Verstärkers 19 so eingestellt wird, daß bei abgenommenem Behälter
15 ein Ausschlag des Meßgeräts 20 bis zur "Roten Markte" bewirkt wird.
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Im Betriebszustand benötigt jede Messung einer Tabakprobe in einem
Behälter 15 zwei bis drei Minuten, ehe der Heißleiter T1 Gleichgewichtstemperatur
err eicht hat. In der Praxis hat sich eine Wartezeit von drei Minuten als sicher
erwiesen und wurde in die B edienungsanweisungen aufgenommen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines besonderen Ausführungsbei
spiels beschrieben. Gewisse Änderungsmö glichkeiten sind für den Fachmann ohne weiteres
erkennbar.
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So könnte beispielsweise, obwohl der Meßbrückenkreis 22 sehr zweckmäßig
zwischen Niederfrequenzverstärker 19 und Meßgerät 20 geschaltet ist, der Stromkreis
22 auch zwischen Detektor 18 und Verstärker 19 geschaltet werden. Die letztere Stellung
erfordert eine auf viel niedrigere Strompegel ansprechende Bücke als bei dem beschriebenen
bevorzugten Ausführungsbeispiel und könnte auch eine
erhebliche
Änderung in den Beziehungen zwischen den Widerständen des Heißleiters und dem Widerstand
von R5 und R6 erreichen. Eine solche Änderung läge aber im Rahmen der Erfindung.
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Desgleichen brauchen die Werte der Widerstände R1, R2 und R3 nicht
genau übereinzustimmen. Sie könnten unterschiedliche Werte haben, doch liegt kein
besonderer Grund vora sie anders als gleich zu wählen.
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Es muß sich keineswegs um Präzisionswiderstände handeln, sie sind
nur zweckmäßigkeitshalber auf gleichen Wert gesetzt. Wichtiger ist daß die Widerstände
R1, R2 und R3 sehr stabil und darum von hoher Qualität sind. Stabilität über einen
längeren Zeitraum ist wegen Erhaltung der Eichwerte wichtig.
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Die dargestellte unsymmetrische Brückenanordnung 22 wird gegenüber
anderen Schaltungen bevorzugt, um die gewünschten Resultate erzielen zu können.
So hat ein Spannungsteiler-Netzwerk mit einem Heißleiter als einem der zugehörigen
Widerstände unzureichende Empfindlichkeit bei handelsüblichen Heißleitern gezeigt.
Ein ebenso unzulängliches Ergebnis lag vor, wo zwei Spannungsteiler in Kaskadenschaltung
verwendet wurden. Die vorstehend beschriebene und veranschaulichte Lösung mit der
unsymmetrischen Brücke ermöglicht
eine Ausführung, die jedem gewünschten
Maß Empfindlichkeit nahekommt. Mit dem am Ausgang des Verstärkers 10 vorhandenen
Signalpegel bietet die unsymmetrische Brückenschaltung 22 mit einem einzigen Heißleiter
genügend Ausgleich ohne ein schwach empfindliches Anzeigeinstrument 20 zu erfordern.
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Patentansprüche