DE2829952A1 - Electronic moisture meter for tobacco - has capacitor sensor forming part of RC network coupled via oscillator to converter with compensating offset - Google Patents

Electronic moisture meter for tobacco - has capacitor sensor forming part of RC network coupled via oscillator to converter with compensating offset

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DE2829952A1
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Imperial Tobacco Canada Ltd
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Abstract

the moisture detection unit, for sensing the moisture content of tobacco, comprises a capacitor sensor forming part of a C.R. network arranged so that the tobacco is passed through or near the sensor. The capacitance of the sensor is proportional to the moisture content of the tobacco, and determines the frequency derived by an oscillator to which the C.R. network is connected. The output frequency is inversely proportional to the sensor capacitance. A frequency to voltage converter derives a voltage proportional to the frequency and this voltage signal is then passed through an inverter. The inverter has an off-set which compensates for the standing capacitance of the sensor, to derive an output voltage which is proportional to the moisture content of the tobacco. The voltage can then be used to drive a digital read-out and control equipment associated with the tobacco water spraying.

Description

Gerät zum Feststellen von Feuchtigkeit Device for determining moisture

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Feststellen dielektrischer Konstanten und einer minderungin der dielektrischen Konstante eines Materials.The invention relates to an apparatus for detecting dielectric Constants and a reduction in the dielectric constant of a material.

Die dielektrische Konstante von Materialien ändert sich bekanntlich mit dem Feuchtigkeitsgehalt und dies ergibt eine zweckmäßige Löglichkeit zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts dieser Materialien. Diese Information ist für die Behandlung beispielsweise von Tabak notwendig.It is known that the dielectric constant of materials changes with the moisture content and this gives a convenient way of measuring the moisture content of these materials. This information is for treatment necessary for tobacco, for example.

Es sind Feuchtemesser bekannt, bei denen Kondensatorfühler oder eine Elektrode in der Nähe eines Materials gehalten wird, dessen Feuchtigkeitsgehalt gemessen werden soll.There are moisture meters known in which condenser sensors or a Electrode is held near a material whose moisture content should be measured.

Solche Meßgeräte basieren auf der Tatsache, daß die Eapazität des Fühlers sich entsprechend von vorhandenem Fremdmaterial ändert und insbesondere ist die Kapazitätdirekt proportional dem Feuchtigkeitsgehalt dieses Materials.Such meters are based on the fact that the capacitance of the Sensor changes accordingly from existing foreign material and in particular the capacity is directly proportional to the moisture content of this material.

Zum Messen der Kapazitätsänderung infolge Feuchtigkeit werden verschiedene Techniken verwendet. Eine davon enthält das Anlegen eines Oszillators für hohe Frequenz (über einige Milz), der auf den Kapazitätsfühler voreingestellt ist, und das Messen der Abweichung von eingestellten Zustand, die durch Kapazitätsänderung bedingt ist. Diese Abweichung ist in einem Strom gegeben, der gemessen wird und eine Anzeige des Feuchtigkeitsgehalts liefert.To measure the change in capacitance due to moisture, various Techniques used. One of them involves applying a high frequency oscillator (via a few spleen), which is preset on the capacitance sensor, and measuring the deviation from the set state, which is caused by the change in capacity. This deviation is given in a current that is measured and a display of moisture content.

Ein Nachteil beim Verwenden eines abgestimmten Hochfrequenzkreises ist der, daß Streuinduktivitäten des Kondensators ein Verstimmen bewirken, Mit besonderer Bezugnahme auf das Messen des Feuchtigkeitsgehaltes von Tabak oder ähnlichen Stoffen hängt die Dichte des Tabaks von seiner Temperatur ab und Schwankungen in der Dichte ergeben eine Veränderung des Widerstandes zwischen den Platten des Kondensators. Bei hohen Frequenzen bewirkt diese Widerstandsänderung eine Nicht-Linearltät.A disadvantage of using a tuned high frequency circuit is that that leakage inductance of the capacitor an upset effect, with particular reference to measuring the moisture content of Tobacco or similar substances, the density of the tobacco depends on its temperature and variations in density result in a change in resistance between the plates of the capacitor. At high frequencies, this causes a change in resistance a non-linear act.

Es ist Gegenstand der Erfindung, diese Nachteile zu vermeidenoder zu verringern. Somit ist nach der Erfindung das Gerät zum Feststellen der Feuchtigkeit dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorkreis ein freischwingender Oszillator ist, der einen Frequenzbereich von 0 bis 10 kflz aufweist, daß der Kondensatorfühler mit mindestens einem Widerstand zusammengeschaltet ist, um eine Widerstand6-kondensatorschaltung zu ergeben, die mit einem Eingang des Oszillators verbunden ist, um die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators umgekehrt proportional zur Kapazität des Kondensatorfühlers zu verändern, daß die Frequenz-Spannungsumwandler am Ausgang des Oszillators liegt und eine Gleichspannung erzeugt, die proportional zur Frequenz des Ausgangssignals ist, und daß ein Inverter an den Frequenz-Spannungsumwandler geschaltet ist und eine Ausgangsspannung erzeugt, die umgekehrt proportional der Gleichspannung dieses Umwandlers und direkt proportional dem Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist.It is the object of the invention to avoid these disadvantages or to reduce. Thus, according to the invention is the device for detecting humidity characterized in that the oscillator circuit is a free-running oscillator is, which has a frequency range from 0 to 10 kHz, that the condenser sensor is connected together with at least one resistor to form a resistor 6-capacitor circuit which is connected to an input of the oscillator to give the frequency of the output signal of the oscillator is inversely proportional to the capacitance of the capacitor sensor to change that the frequency-voltage converter is at the output of the oscillator and generates a DC voltage proportional to the frequency of the output signal is, and that an inverter is connected to the frequency-voltage converter and produces an output voltage that is inversely proportional to the DC voltage of this Converter and is directly proportional to the moisture content of the material.

Wegen des Arbeitens bei niedriger Frequenz nach der Erfindung, bei dem die Frequenz eines freischwingenden Oszillators direkt in eine Spannung umgewandelt wird, sind die Auswirkungen der hohen Induktivität vernachlässigbar und es kann eine äußerst gute Linearität über einen breiten Feuchtigkeitsbereich auch bei Temperaturschwankungen und Dichteänderungen erzielt werden.Because of the low frequency operation of the invention, at which converts the frequency of a free-running oscillator directly into a voltage the effects of high inductance are negligible and it can extremely good linearity over a wide humidity range, even with temperature fluctuations and density changes be achieved.

Die Erfindung wird im einzelnen mit Hilfe der Zeichnung beschrieben, die ein Blockdiagramm eines Feuchtigkeitsmessers nach der Erfindung zeigt.The invention is described in detail with the help of the drawing, which shows a block diagram of a moisture meter according to the invention.

Der Feuchtigkeitsmesser enthält einen Kondensator 10 und Widerstände 11 und 12, die am Eingang eines 10-0 kHz -Oszillator 13 liegen. Der Kondensator, der hier ein Zweiplattenkondensator ist, ist in der Praxis so angeordnet, daß das Material, dessen Feuchtigkeitsgehalt gemessen werden soll, durch den Kondensator hindurch oder nahe an ihm vorbei geführt wird. Das Material des Kondensators muß somit so gewählt werden, daß es vom zu messenden Material nicht schädlich beeinflußt wird. Ferner soll die stehende Kapazität des Kondensators einen Wert aufweisen, der eine kleine Änderung im Bereich von 10 bis 200 feststeilbar macht.The moisture meter includes a capacitor 10 and resistors 11 and 12, which are at the input of a 10-0 kHz oscillator 13. The condenser, which is a two-plate capacitor here is arranged in practice so that the Material whose moisture content is to be measured by the capacitor is passed through or close to it. The material of the capacitor must thus be chosen so that it does not adversely affect the material to be measured will. Furthermore, the standing capacitance of the capacitor should have a value which makes a small change in the range of 10 to 200 detectable.

Die Kapazität des Kondensators hängt unmittelbar vom Feuchtigkeitsgehalt des zu messenden Materials ab und die Zeitkonstante des R-C-Netzwerks mit dem Kondensator 10 und den Widerständen 11 und 12 ist direkt proportional dieser Kapazität.The capacity of the condenser depends directly on the moisture content of the material to be measured and the time constant of the R-C network with the capacitor 10 and the resistors 11 and 12 is directly proportional to this capacitance.

Der Oszillator 13 liefert an den Klemmen 15 und 16 eine Rechteckausgangsschwingung, deren Frequenz sich umgekehrt zur Zeitkonstante der C.-R.-Schaltung ändert. Der Oszillator ist so geeicht, daß er eine 10 kHz-Rechtechtschwingung von 10 Volt liefert, wenn kein Material vom Kondensator abgefühlt wird, odurch das Ausgangssignal auf 0 bis 10 Volt Gleichspannung beschränkt wird. Der Kondensator kann hier eine Kapazität von 30 pf aufweisen.The oscillator 13 supplies a square-wave output oscillation at terminals 15 and 16, whose frequency changes inversely to the time constant of the C.-R. circuit. Of the The oscillator is calibrated so that it delivers a 10 kHz square wave of 10 volts, if no material is sensed by the capacitor, or by the output signal 0 to 10 volts DC voltage is limited. The capacitor can here have a capacity of 30 pf.

Die Eichung erfolgt durch Wahl (oder Einstellung) geeigneter Werte für die Widerstände 11 und 12.The calibration is carried out by selecting (or setting) suitable values for resistors 11 and 12.

Die sich ergebende Rechteckschwiqgung wird durch einen Spannungsbegrenzer 18 geführt, der etwaige Netzgeräusche aus dem Ossillatorsignal entfernt und eine 10 kHz -Rechtsschwingung von 6,5 Volt liefert, die zu den Eingängen eines Frequenz-Spannungsumwandlers 19 gelangt, der am Ausgang 20 eine Spannung ableitet, die unmittelbar von der Eingangsfrequenz abhängt. Ein entsprechender Umwandler ist das Modell 4702 der Firma TeldynPhilbrick, das eine hohe Linearität im unteren Frequenzbereich liefert0 Die Frequenz des Wandlers ist vorzugsweise auf einen 10 Volt-Ausgang bei einem 10 kRz Eingang eingestellt.The resulting square wave is controlled by a voltage limiter 18, which removes any network noise from the ossillator signal and a 10 kHz clockwise oscillation of 6.5 volts, which is fed to the inputs of a frequency-voltage converter 19 arrives, which derives a voltage at output 20 that is directly related to the input frequency depends. A corresponding converter is the model 4702 from TeldynPhilbrick, which delivers high linearity in the lower frequency range 0 The frequency of the converter is preferably set to a 10 volt output with a 10 kRz input.

Der 10 Volt-Gleichspannungsausgang wird an einen Eingang 21 eines Inverters 22'mit versetztem Einheitsverstärkungsgrad geführt, der die erste Stufe eines dreistufigen Verstärkers bildet. Zum Kompensieren des der stehenden Kapazität des Fühlers entsprechenden Signals besitzt der Inverter 22 einen Off-Set-Eingang 23, der auf + 10 Volt Gleichspannung eingestellt sein kann und am Ausgang 24 des Inverters O Volt ableitet, die die geeichte Null für den Verstärker 26 mit veränderbaren Verstärkungsgrad darstellt, der am Ausgang 24 liegt.The 10 volt DC voltage output is connected to an input 21 of a Inverter 22 'led with offset unity gain, the first stage of a three-stage amplifier. To compensate for the standing capacity the signal corresponding to the sensor, the inverter 22 has an off-set input 23, which can be set to +10 volts DC and at output 24 of the Inverter derives O volts, which is the calibrated zero for the amplifier 26 with variable Represents the degree of amplification which is present at the output 24.

Der Verstärker 26 verstärkt das Ausgangssignal des Inverters 22 auf eine Spannung von 0 bis 10 Volt Gleichspannung.The amplifier 26 amplifies the output signal of the inverter 22 a voltage of 0 to 10 volts DC.

Offensichtlich ist im geeichten Zustand das am Ausgang 27 des Verstärkers auftretende Signal gleich Null.Obviously, in the calibrated state, this is the output 27 of the amplifier occurring signal is zero.

Der Ausgang 27 liegt an einem Dampfungsglied28, das die 0-10 Volt Eingangsgleichspannung an seinem Ausgang 29 auf einen ändert bringt, der die nachfolgende digitale Anzeige 30 betätigt. Die Dämpfung stellt sicher, daß dort an der digitalen Anzeige der absolute inert des Feuchtigkeitsgehalts des zu messenden Materials abgelesen werden kann.The output 27 is connected to a damping element 28, which supplies 0-10 volts DC input voltage at its output 29 changes to one that brings the following digital display 30 actuated. The attenuation ensures that there is at the digital Indication of the absolute inert of the moisture content of the material to be measured can be.

am Ausgang 27 liegt ferner eine Steuersignalleitung, die mit einem (nicht dargestellten) elktronischen Steuergerät zum Verändern der Feuchtigkeitsmenge verwendet werden kann, die dem zu messenden Material zugesetzt werden muß.At the output 27 there is also a control signal line which is connected to a Electronic control unit (not shown) for changing the amount of moisture can be used, which must be added to the material to be measured.

Im Betrieb wird das Material, z.B. Tabak nahe an den Kondensator gebracht. Die Frequenz des vom Oszillator 13 stammende Ausgangssignal wird durch den Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks bestimmt. Diese Frequenz bestimmt die am Ausgang 20 des Frequenz-Spannungsumwandlers 19 auftretende Spannung, die wiederum die spannung einstellt, die am Inverterausgang 24 erscheint Dadurch wird der insert des Feuchtigkeitsgehalts an der digitalen Anzeige angezeigt.During operation, the material, e.g. tobacco, is brought close to the condenser. The frequency of the output signal from the oscillator 13 is determined by the moisture content of tobacco. This frequency determines the output 20 of the frequency-voltage converter 19 occurring voltage, which in turn sets the voltage at the inverter output 24 appears This will insert the moisture content on the digital display displayed.

wie gezeigt, kann die am Verstärkerausgang 27 auftretende Spannung auf der Leitung 32 geführt werden und, wenn dies nicht einen gewünschten Feuchtigkeitswert darstellt, wie er auf dem elektronischen Steuergerät eingestellt worden ist, eine entsprechende Weisung zum S'jasserspruhen erteilen.as shown, the voltage appearing at the amplifier output 27 on line 32 and, if this is not a desired moisture level represents how it has been set on the electronic control unit, a Issue appropriate instructions for spraying.

Claims (8)

Patentansprüche 1. Gerät zum Feststellen von Feuchtigkeit, bei dem ein Kondensatorfühler einen Kapazitätswert erlangt, der proportional dem Feuchtigkeitsgehalt eines Materials, z.B. Tabak ist, das sich in der Nähe des Kondensatorfühlers befindet, und der Kondensatorfuhler an einem Oszillatorkreis liegt und ein Oszillatorsignal erzeugt, das sich entsprechend der Kapazität des Kondensatorfühlers ändert und die Veränderung des Ausgangssignals gemessen wird und den Feuchtigkeitsgehalt des Materials anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorkreis ein freischwingender Oszillator (13) mit einem Frequenzbereich von 0 bis 10 kHz ist, daß der Kondensatorftihler (10) mit mindestens einem Widerstand (11, 12) zusammengeschaltet ist und eine R-C-Kreis bildet, der am Eingang des Oszillators (13) liegt, um die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators umgekehrt proportional zur Kapazität des Fühlers (10) zu verändern, daß ein Frequenzspannungsumwandler (19) am ausgang des Oszillators (13) liegt und eine Ausgangsgleichspannung erzeugt, die umgekehrt proportional der Spannung des Umwandlers (19) und direkt proportional dem Feuchtigkeitsgehalte des Materials ist.Claims 1. Device for determining moisture, in which a condenser sensor acquires a capacitance value proportional to the moisture content a material, e.g. tobacco, that is in the vicinity of the condenser sensor, and the capacitor sensor is connected to an oscillator circuit and an oscillator signal generated that changes according to the capacitance of the condenser sensor and the Change in the output signal is measured and the moisture content of the material indicates, characterized in that the oscillator circuit is a free-running oscillator (13) with a frequency range from 0 to 10 kHz is that the capacitor filter (10) is interconnected with at least one resistor (11, 12) and an R-C circuit forms, which is at the input of the oscillator (13) to the frequency of the output signal of the oscillator reversed proportional to the capacity of the sensor (10) to change that a frequency-voltage converter (19) at the output of the oscillator (13) and generates a DC output voltage that is inversely proportional to Voltage of the converter (19) and directly proportional to the moisture content of the Material is. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter (22) eine Off-Set-Einstellung für den Ausgang des Inverters besitzt, so daß eine gegebene Kapazität des Kondensatorfühlers (10) eine Ausgangs spannung Null erzeugt.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the inverter (22) has an off-set setting for the output of the inverter, so that a Given capacity of the capacitor sensor (10) generates an output voltage zero. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebene Kapazität des Kondensatorfühlers(10) die stehende Kapazität des Fühlers beim Fehlen von Material in dessen Nähe ist0 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the given Capacity of the condenser sensor (10) the standing capacity of the sensor if it is missing of material in its vicinity 0 4. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Inverters (22) eine Anzeigeeinrichtung (30) liegt, die in Begriffen des Feuchtigkeitsgehalts des Materials geeicht ist.4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that that at the output of the inverter (22) a display device (30) is located, which in terms the moisture content of the material is calibrated. 5. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Inverter (22) eine Steuereinrichtung angekuppelt ist, die den Feuchtigkeitsgehalt des Eaterials, entsprechend der Ausgangsspannung des Inverters ändert.5. Apparatus according to claims 1 to 3, characterized in that a control device is coupled to the inverter (22), which controls the moisture content of the material changes according to the output voltage of the inverter. 6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Inverters (22) ein Verstärker (26) mit veränderbaren Verstärkungsgrad angeschlossen ist, dessen Ausgang am Eingang der Steuereinrichtung liegt.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that at the output of the Inverter (22) with an amplifier (26) changeable gain is connected, the output of which is at the input of the control device. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Verstärkers (26) mit veränderbarem Verstärkungsgrad ein Dämpfungsglied liegt, das einen Ausgang erzeugt, der dem absoluten Wert des Feuchtigkeitsgehalts des Materials in der Xåhe des Kondensatorfühlers (10) proportional ist, und an dem eine Anzeigeeinrichtung (30) angeschlossen ist, die ein in Begriffen des Feuchtigkeitsgehalts des Materials geeichtes Signal liefert.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that at the output of the Amplifier (26) with variable gain is an attenuator which produces an output that is the absolute value of the moisture content of the material in the Xåhe of the condenser sensor (10) is proportional, and on which a display device (30) which is a in terms of the moisture content of the material provides a calibrated signal. 8. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem freischwingenden Oszillator (13) und dem Brequenz-Spannungsunwandler (19) ein Spannungsbegrenzer (18) geschaltet ist.8. Device according to the preceding claims, characterized in that that between the free-running oscillator (13) and the frequency voltage converter (19) a voltage limiter (18) is connected.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3135748A1 (en) * 1980-09-10 1982-04-01 Vertec Industries Ltd., Vermilion, Alberta Device for measuring and controlling the moisture content of granular material

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