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Vorrichtung zum Messen der Feuchte eines kontinuierlich
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geförderten rieselfähigen Gutes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Messen der Feuchte eines kontinuierlich geförderten rieselfähigen Gutes mit
einem Meßkondensator, dessen Feldlinien das Gut durchsetzen und der Teil eines Schwingkreises
ist, der mit einem Hochfrequenzgenerator gekoppelt ist und mit einem Mittel zum
Verdichten des Gutes im Bereich des Meßkondensators.
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Durch die deutschen Offenlegungsschriften 2.146.386 und 2.315.155
sind Meßvorrichtungen der vorgenannten Art zum Messen der Feuchte vom Tabak bekannt
geworden. Mit diesen Meßvorrichtungen wurden befriedigende Meßergebnisse vor allem
dadurch erreicht, daß der Einfluß von Dichteschwankungen des Tabaks auf das Meßergebnis
dadurch ausgeschlossen wurde, daß der Tabak im Meßbereich definiert verdichtet wurde.
Wie den vorgenannten Offenlegungsschriften zu entnehmen ist, wird im Meßbereich
der auf einem Förderband geförderte Tabak durch ein aufliegendes zveites Förderband
bzw. durch eine aufliegende Rolle verdichtet. Versuche haben ergeben, daß andere
rieselfähige Guter, z.B. Holz oder Holzersatzuerkstoffe in fasriger und/oder blättrig/flächiger
und/oder Span-/Schalenform, vie sie z.B. in der Spanplattenindustrie verarbeitet
werden, mit den bekannten Vorrichtungen nicht gleichmäßig verdichtet werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Gattung zu schaffen, mit der die Feuchtigkeit rieselfähiger Güter allgemein
mit hinreichender Genauigkeit gemessen werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, da die Elektroden
des Meßkondensators an der Wand einer Kammer angeordnet sind, der eingangsseitig
ein DruckPiirderer zum Hineinpressen des Gutes in die Kammer und ausgangsseitig
eine einen definierten Staudruck in der Kammer aufrechthaltende Anordnung zugeordnet
sind. Das Messen der Feuchte von rieselfähigen Gütern in einer Kammer ermöglicht
die gleichmäßige Verdichtung des Gutes unabhängig von seiner äusseren Gestalt, wodurch
Meßwertverfälschungen durch Dichteschwankungen des Gutes beim kapazitiven Meßverfahren
ausgeschlossen werden. Um eine gleichförmige Verdiciltung des zu messenden Gutes
zu erhalten, muß dieses zum Teil unter erheblichem Druck verdichtet werden. Hierbei
besteht aber die Gefahr, daß das Gut sich in der Kammer festsetzt und infolge einer
Verstopfung die Förderung des Gutes unterbrochen wird. Eine solche Störung tritt
nicht auf, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung die Kammer als in Förderrichtung
sich konisch öffnendes Rohr ausgebildet ist. Für die Genauigkeit des Meßergebnisses
ist es vorteilhaft, wenn gemäß einem weiteren Merkmal die Elektroden als sich in
Förderrichtung erstreckende, streifenförmige Elektroden ausgebildet sind.
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Ein besonders intensives Durchsetzen des Gutes mit Feldlinien des
Meßkondensators wird erreicht, wenn die beiden Elektroden des Meßkondensators jeweils
in mehrere streifenförmige Teilelektroden unterteilt sind, die derart über den Umfang
des Rohres verteilt angeordnet sind, daß jeweils eine Teilelektrode einer Elektrode
zwischen zwei Teilelektroden der anderen Elektrode liegt. Als Druckförderer für
rieselförmiges Gut eignet sich besonders eine in einem in die Kammer mündenden Rohr
angeordnete Förderschnecke. Die Gefahr von Verstopfungen kann weiter dadurch verringert
werden, daß das Gut nicht schlagartig, sondern kontinuierlich verdichtet wird. Dies
wird gemäß eines weiteren Kennzeichens dadurch erreicht, daß die Steigung der Förderschnecke
in
Richtung auf die Kammer abnimmt. Die Förderwirkung der Förderschnecke
wird dadurch gewährleistet, daß die Innenwand des die Förderschnecke aufnehmenden
Rohres mit im wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufenden Nuten versehen ist.
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An diesen Nuten stützt sich das Gut ab, so daß es nicht lediglich
mit der Förderschnecke in dem Rohr rotiert, sondern von der Förderschnecke vorgeschoben
wird. Ein allmählicher Abbau des Normaldruckes auf die Kondensatorfläche, d. h.
ein allmähliches Entspannen des verdichteten Gutes nach dem Eintritt in die Kammer
wird durch einen spitz zulauPenden, an die Förderschnecke sich anschließenden und
in die Kammer ragenden Dorn erreicht.
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Zum Begrenzen der Dichteänderung des Gutes im Meßbereich der Kammer
ist die ausgangsseitig der Kammer angeordnete Anordnung zum Aufrechthalten eines
definierten Staudruckes vorgesehen.
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Eine solche Anordnung ist in weiterer Ausgestaltung als ein die Größe
einer Auslaßöffnung der Kammer beeinflussendes Stellglied ausgebildet. Dies kann
in einfachster Ausführung eine die Auslaßöffnung schließende, gewichtsbelastete
Klappe sein. Es kann aber auch als Stellglied ein federbelasteter, in die Auslaßöffnung
bewegbarer kegelförmiger Dorn verwendet werden.
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Im Sinne einer vielseitigen Einsetzmöglichkeit soll der Meßbereich
der Vorrichtung möglichst groß sein. Dies wird in weiterer Ausgestaltung dadurch
erreicht, daß ein Mittel zum Erfassen einer infolge Feuchteänderung des Gutes hervorgerufenen
zeitlichen Verschiebung der Phasen der Spannung und des Stromes des Schwingkreises
vorgesehen ist, daß das Mittel mit dem Hochfrequenzgenerator verbunden und ein einer
Phasenverschiebung entsprechendes Steuersignal an diesen abgebend ausgebildet ist,
wodurch der Schwingkreis in Resonanz gehalten wird, und daß eine Anordnung zum Erfassen
einer den Schwingkreis in Resonanz haltenden Steuergröße oder der Amplitude einer
elektrischen Wechselgröße (Spannung, Strom) des Schwingkreises vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt Figur 1 eine Vorrichtung zum Messen der Feuchte eines rieselfähigen
Gutes im Längsschnitt, Figur 2 einen Schnitt durch den Einlaufbereich der Vorrichtung
nach Linie II-Il in Figur 1 Figur 3 die Anordnung der Elektroden eines Meßkondensators
mit Feldlinien eines zwischen diesen gebildeten elektrischen Wechselfeldes im Bereich
der mit III-III bezeichneten Linie in Figur 1, Figur 4 eine Variante der Gestaltung
des Auslasses der Vorrichtung, Figur 5 eine Schaltungsanordnung zum kapazitiven
Messen der Feuchte.
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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Kammer 1 und einem
vorgeordneten Druckförderer 2. Die Kammer 1 ist als in Förderrichtung (Pfeil 3)
sich leicht öffnendes konisches Rohr 4 aus Isolierstoff ausgebildet, dessen Innenwand
mit in Förderrichtung sich erstreckenden streifenförmigen Teilelektroden 6a und
7a besetzt ist. Figur 3 zeigt die Anordnung der Teilelektroden 6a und 7a, wobei
zu erkennen ist, daß die Teilelektroden 6a und 7a die beiden Elektroden 6 bzw. 7
eines Meßkondensators 8 bilden, in dem die Teilelektroden 6a durch eine Leitung
6b und die Teilelektroden 7a durch eine Leitung 7b miteinander verbunden sind. Die
Teilelektroden 6a und 7a sind dabei derart zueinander angeordnet, daß jeweils eine
Teilelektrode einer Elektrode zwlschen zwei Teilelektroden der anderen Elektrode
liegt.
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Mit 5 sind Feldlinien eines elektrischen Wechselfeldes zwischen den
Teilelektroden 6a und 7a bezeichnet. Den Teilelektroden 6a und 7a ist ein Temperaturfühler
10 vorgeordnet, der ebenfalls an der Innenwand des Rohres 4 angebracht ist.
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Der Druckförderer 2 besteht aus einer Förderschnecke 9 mit in Förderrichtung
abnehmender Steigung in einem mit der Kammer 4 verbundenen Rohr 11. Die Förderschnecke
9 ist fliegend gelagert, wozu außerhalb des Rohres 11 eine Lagerung 12 vorgesehen
ist, der benachbart das Rohr 11 einen Einlaßtrichter 13 aufweist. Die Förderschnecke
9 läuft in eine aus Isolierstoff gebildete, in die Kammer 1 mündende Spitze 14 aus.
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Wie aus dem Schnittbild gemäß Figur 2 zu ersehen ist, ist die Innenwand
des Rohres 11 mit im wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufenden Nuten 16 versehen,
an denen sich das Gut abstützt, so daß es nicht von der in Richtung von Pfeil 17
angetriebenen Schnecke 9 in dem Rohr 11 umgewälzt, sondern in Richtung von Pfeil
3 vorgeschoben wird.
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Auslaßseitig ist der Kammer 1 eine Anordnung zum Aufrechthalten eines
definierten Staudruckes in der Kammer 1 in Form eines die Größe der Auslaßöffnung
18 beeinflussenden Stellgliedes 19 zugeordnet. Das Stellglied 19 ist ein von einer
Druckfeder 21 in die Auslaßöffnung 18 gedrückter kegelförmiger Dorn 22.
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Eine Variante eines Stellgliedes119 zeigt Figur 4, wobei als Stellglied
eine am Auslaß 118 verschwenkbar gelagerte Klappe 123 angeordnet ist, die mit einem
entlang einer an der Klappe 123 befestigten Stange 124 verstellbaren Gewicht 126
belastet ist.
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Die in Figur 5 gezeigte Schaltungsanordnung weist einen spannungsgesteuerten
Hochfrequenzoszillator 28 auf, dessen Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit von einer
Eingangsspannung steuerbar ist, und der über einen Hochfrequenzverstärker 29 lose
mit einem Schwingkreis 31 gekoppelt ist. Durch diese lose Kopplung (induktive Kopplung)
wird gewährleistet, daß sich der Strom des Hochfrequenzoszillators 28 und der Strom
des Schwingkreises 31 stets in einer bestinunten, unveränderlichen Phasenlage zueinander
befinden, während die Spannungen des Hochfrequenzoszillators 28 und des Schwingkreises
31 ihre Phasenlage zueinander in Abhängigkeit von der Feuchte des durch den Streufeldkondensator
8 (Figur 3), der Teil des Schwingkreises 31 ist, geführten Gutes ändern können.
Ein Mittel zum Erfassen einer infolge Feuchteänderungen des Gutes hervorgerufenen
zeitlichen Verschiebung der Phasen der Spannung und des Stromes des Schwingkreises,
ein Vergleichsglied in Form eines Phasenkomparators 32, ist sowohl unmittelbar mit
dem Schwingkreis 31 und dem Hochfrequenzoszillator 28 als auch mittelbar über einen
Tiefpaß 33 und einen Verstärker 34 mit dem Hochfrequenzoszillators 28 verbunden.
Der Hochfrequenzoszillator 28, der Phasenkomparator 32, der Tiefpaß
33
und der Verstärker 34, die in der Zeichnung strichliert eingerahmt sind, sind von
der Firma SIGNETICS CORPORATION, 811 East Arques Avenue, Sunnyvale, California 94086,
als integrierte Schaltung unter der Bezeichnung " PILL-Schaltung erhältlich. Alle
übrigen Teile der Schaltungsanordnung sind für sich in der Elektrotechnik bekannt,
so daß auf deren Aufbau nicht näher eingegangen zu werden braucht.
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Eine Anordnung zum Erfassen einer den Schwingkreis in Resonanz haltenden
Steuergröße besteht aus einer Vergleichsstufe 36, die mit dem Hochfrequenzverstärker
29, mit einem quarzstabilisierten Oszillator 37 und über einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer
38 und einen invertierenden Verstärker 39 mit einem Bereichsumschalter 41 verbunden
ist, der wiederum über einen invertierenden Verstärker 42 und eine Anordnung zum
Erfassen einer elektrischen Wechselgröße (Spannung) des Schwingkreises 31 in Form
eines HochErequenzgleichrichters 43 mit dem Schvingkreis 31 in Verbindung steht.
Der Bereichsumschalter 41, der mit einem Signalformer 44 in Verbindung steht, dient
zum vahlveisen Beaufschlagen des Signalformers 44 mit einem von der Frequenz des
HochErequenzoszillators 28 hergeleiteten Signal oder mit einem vom Schwingkreis
31 hergeleiteten Signal. Das Umschalten geschieht zweckmäßigerweise selbsttätig,
beispielsweise über Schwellwertglieder, die das Umschalten in Abhängigkeit von der
Größe der Signale auslösen.
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Der Temperaturfühler (Thermoviderstand) 10 (siehe auch Figur ) ist
über eine Meßbrücke 46, an die ein Temperaturanzeigegerät 47 angeschlossen ist,
und einen Regler 48 mit dem Signalformer 44 verbunden. Der Signalformer 44 steht
über einen Verstärker 49 mit einem Anzeigegerät 50 für die Feuchte des Gutes in
Verbindung.
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Wirkungsweise der vorbeschriebenen Vorrichtung Durch den Einlaßtrichter
13 wird das zu messende Gut, z.B.
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Holzspäne in das Rohr 11 eingegeben, in dem es von der Förderschnecke
9 in Richtung von Pfeil 3 der Kammer 1 zugefördert wird. Infolge der in Förderrichtung
abnehmenden Steigung der Förderschnecke 9 wird das Gut bereits während der Förderung
durch die Förderschnecke 9 verdichtet. Dieses verdichtete Gut wird durch die von
dem Rohr 4 gebildete Kammer 1 gedrückt, wobei einerseits die leicht konische Ausbildung
des Rohres 4 durch stetige Minderung der Wandreibung einem sonst möglichen Verstopfen
der Kammer 1 entgegenwirkt, und andererseits die in die Kammer 1 hineinragende Spitze
14 der Förderschnecke 9 einen stetigen Abbau des Normaldruckes auf die Teilelektroden
6a und 7a durch Entspannung " im Gutinneren (Querschnittsvergrößerung) ermöglicht.
Das Stellglied 19 bzw. 119 begrenzt die Dichteänderung des geförderten Gutes in
der Kammer 1, indem der konische Dorn 22 bzw. die Klappe 123 in Abhängigkeit von
dem auf sie wirkenden Druck die Auslaßöffnung 18 bzw. 118 und somit die Menge des
je Zeiteinheit austretenden Gutes verändern.
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Im folgenden wird die eigentliche Messung der Feuchte des Gutes anhand
der Schaltungsanordnung in Figur 5 näher erläutert.
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Es wird davon ausgegangen, daß sich zunächst im Meßkondensator 8 ein
Gut mit relativ niedriger Feuchte befindet. Der Schwingkreis 31 wird von dem Hochfrequenzoszillator
28 über den Hochfrequenzverstärker 29 mit einer derartigen Frequenz angetrieben,
daß die Phasenlage von Spannung und Strom des Schwingkreises 31 gleich ist, sie
sich also in Resonanz befinden. Dem Phasenkomparator 32 sind sowohl die Spannung
des Hochfrequenzoszillators 28 als auch die des Schwinkreises 31 zugeführt, die
im vorliegenden Resonanzfall eine Phasenverschiebung von 900 aufweisen.
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Im Resonanzfall ist die Summe der Spannungen des SchuZingkreises 31
in der Zeit von einem Null-Durchgang der Spannung des Hochfrequenzoszillators 28
bis zum folgenden Null-Durchgang Null. Der Phasenkomparator 32 gibt in diesem Fall
kein Ausgangssignal ab, so daß die Frequenz des Hochfrequenzoszillators 28 unverändert
bleibt. Die Spannung des Schwingkreises 31 wird mittels des Hochfrequenzgleichrichters
43 gleichgerichtet und, verstärkt durch Verstärker 42, dem Bereichsumschalter 41
zugeführt. Die Frequenz des Hochfrequenzoszillators 28 wird in der Vergleichsstufe
36 mit der Frequenz des quarzstabilisierten Oszillators 37 verglichen und die Differenzfrequenz
im Frequenz-Spannungs-Umsetzer 38 in eine entsprechende Spannung umgesetzt, die,
verstärkt durch Verstärker 39, ebenfalls dem Bereichsumschalter 41 zugeführt wird.
Bei der angenommenen geringen Feuchte des Gutes gibt der Bereichsumschalter 41 die
über den Verstärker 42 und den Hochfrequenzgleichrichter 43 von dem Schwingkreis
31 abgeleitete Spannung an den Signalformer 44 weiter.
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Da das Meßergebnis von der Temperatur des Meßkondensatorinhaltes,
also des Gutes abhängt, ist dem Meßkondensator 8 der Temperaturfühler 10 (Temperaturabhängiger
Widerstand) zugeordnet. Dieser Temperaturwiederstand bewirkt über die Meßbrücke
46 und den Regler 48 eine entsprechende Korrektur des Ausgangssignals des Signalformers
44. Dieses Ausgangssignal wird über den Verstärker 49 am Anzeigegerät 50, welches
in Prozent H20 geeicht ist, sichtbar gemacht.
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Ändert sich die Feuchte des durch den Kondensator 8 geförderten Gutes,
so gerät der Schwingkreis 31 außer Resonanz, d.h. die Phasen von Spannung und Strom
stimmen nicht mehr überein. Dies hat zur Folge, daß sich ebenfalls die Phasenlagen
der dem Phasenkomparator 32 zugeführten Spannungen
des Hochfrequenzoszillators
28 und des Schwingkreises 31 ändern, wodurch die Summe der Spannungen des Schwingkreises
31 in der Zeit von einem Null-Durchgany der Spannung des Hochfrequenzoszillators
28 bis zum folgenden Null-Durchgang nicht mehr Null ist.
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Entsprechend der Phasenverschiebung gegenüber der ursprünglichen Phasen
lage gibt der Phasenkomparator 32 ein Signal ab, welches über den Tiefpaß 33 und
den Verstärker 34 dem Hochfrequenzoszillator 28 zugeführt wird. Dieser ändert seine
Ausgangsfrequenz und damit die des Schwingkreises 31 solange, bis dieser sich wieder
in Resoanz befindet, d.h.
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die Phasenlage von Spannung und Strom übereinstimmen.
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Entsprechend der veränderten Feuchte des Gutes und der neuen Resonanzbedingungen
des Schwingkreises 31 wird einmal die neue Resonanzspannung über den Hochfrequenzgleichrichter
43 und den Verstärker 42 dem Bereichsumschalter 41 und zum anderen die neue Differenzfrequenz
des Hochfrequenzoszillators 28 zum quarzstabilisierten Oszillator 37 über den Frequenz-Spannungs-Umsetzer
38 und den Verstärker 39 dem Bereichsumschalter 41 zugeführt. Je nach Höhe der neuen
Gutfeuchte wird von dem Bereichsumschalter 41 entweder das der Resonanzspannung
des Schwingkreises 31 entsprechende Signal oder das der Resonanzfrequenzänderung
entsprechende Signal dem Signalformer 44 und von dort dem Anzeigegerät 50 zugeleitet.