DE2916467A1

DE2916467A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der oberflaechenbeschichtung

Info

Publication number: DE2916467A1
Application number: DE19792916467
Authority: DE
Inventors: John S Piso; James K Roberge
Original assignee: MICRO SENSORS Inc
Current assignee: MICRO SENSORS Inc
Priority date: 1978-04-27
Filing date: 1979-04-24
Publication date: 1979-11-08
Also published as: IT7922204A0; FR2424539B1; GB2021775B; CH644208A5; NL7903364A; CA1134913A; IT1112844B; US4300094A; GB2021775A; FR2424539A1; JPS55488A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Menge einer Oberflächenbeschichtung, welche auf eine Faser aufgebracht oder durch eine solche dis pergiert ist, und betrifft insbesondere dia Messung elektrisch leitender auf den Fciden aufgebrachter Oberflächenbeschichtungen.

Es ist in dar Qualitätskontrolle allgemein üblich, den Betrag der Oberflächenbeschichtung auf einem Faden nach dem Hindurch laufen des Fadens durch eine Beschichtungs-Auftragsvorrichtung zu messen. Häufig wird eine Probe des Fadens aus dem System ausgeschnitten und in einem Labor chemisch getestet. Der artige Verfahren bewirken nicht nur eine Verzögerung im Ge samtbetrieb, wenn ein Probefaden aus dem System entnommen wird, sondern führen auch zu einer starken Verzögerung vor Eingang der Ergebnisse. Des v/eiteren gestatten die bekannten Verfahren eine kontinuierliche Überwachung der Oberflächenbeschichtung oder eine selektive Fehlersuche innerhalb eines Systems nicht.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vor richtung zur Messung der Oberflächenbeschichtung zur konti nuierlichen oder selektiven Überwachung des Betrages der Ober flächenbeschichtung auf einem sich bewegenden Fp-den innerhalb eines Systems zu schaffen, bei welcher der kontinuierliche Betrieb des Systems nicht gestört wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine der artige Messvorrichtung zu schaffen, deren Eichung keine vor herige Labor-Analyse des betreffenden verwendeten Oberflächenmediums erforderlich macht.

909845/0803

_₉_ 2316467

Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung treten erste und zweite im Abstand befindliche elektrische Kontakt-Elemente mit dem sich bewegenden F-den in Gleitkontakt. Der Betrag des auf den Faden aufgebrachten elektrisch leitenden Mediums wird als Funktion der Leitfähigkeit des Fadens zwischen den Kontaktelementen bestimmt.

Gemäss einer weiteren Ausführur.gsform der Erfindung enthält die Messvorrichtung eine Bezugszelle mit einer Probe des als Oberflächenbeschichtung des Fadens verwendeten elektrisch leitenden Mediums. Der Betrag der Oberflächenbeschichtung auf dem Faden wird in einer elektrischen Schaltung als Funktion des Verhältnisses der Leitfähigkeit der Fadenlänge zwischen den elektrischen Kontakt-Elementen und der Leitfähigkeit der Probenzelle ermittelt.

Gemäss einer v/eiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Messvorrichtung eine von Hand geführte Vorrichtung, welche ein Mittel zur Erfassung des Fadens und zum Halten desselben in Gleitkontakt mit jedem der Faden-Kontakt-Elemente auf weist.

In einer bevorzugten Schaltung wird die Fadenlänge als Ein gangswiderstand an einen Betriebsverstärker und die Bezugs zelle als Rückkopplungswiderstand an einen zweiten Betriebsverstärker in Reihe mit dem ersten angeschlossen. Der Ausgang

das
der Schaltung ist ein Signal/proportional dem Verhältnis der Leitfähigkeiten der Fadenlänge und der Bezugszelle ist.

Gemäss einer-weiteren Schaltung werden Spannungen abwechselnd über die Fadenlänge und die Probenzelle an eine integrierte Schaltanordnung mit doppeltem Anstieg zur Ermittlung des Verhältnisses der Leitfähigkeiten angelegt.

909845/0803

V/eitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Fadens, mit dem elektrische Kontakt-Elemente und eine Bezugsselie in Berührung treten, die jeweils Signale an einen Messkreis abgeben, um einen Ausgang zu liefern, welcher den Betrag der Oberflächenbeschichtung auf dem Faden entsprechend der Erfindung anzeigt;

Fig. 2: eine Seitenansicht bevorzugter Kontakt-Elemente zur Erfassung eines sich bewegenden Fadens;

Fig. 3: ein elektrisches Schaltdiagramm, bei dem die Bezugs zelle als Rückkopplungs^'iderstand an einen ersten Be triebsverstärker und die Fsdeniänge als Eingangs widerstand an einen zweiten Betriebsverstärker ange schlossen sind , um eine Ausgangsspannung proportional dem Leitfähigkeitsverhältnis zu liefern;

Fig. 4A: ein detailliertes elektrisches Schaltdiagramm einer bevorzugten Form des linken Teils der Schaltung nach Fig. 3;

Fig. 4B: ein detailliertes elektrisches Schaltdiagramm einer bevorzugten Form des rechten Teils der Schaltung nach Fig. 3;

909845/0803

Fig. 5: eine isometrische Ansicht einer von Hand geführten Messvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6: ein elektrisches Schaltdiagramm einer weiteren Aus führungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher Spannungen über die Fadenlänge und die Bezugszelle an eine Schaltanordnung mit doppeltem Anstieg angelegt werden.

Fig. 7: eine graphische Darstellung der Wellenform der Spannung V(t) nach Fig. 6;

Fig. 8Ä:ein detailliertes Schaltdiagramm einer Stromzufuhr, welche mit einer bevorzugten Form der Schaltung nach Fig. 6 verwendet 'wird;

Fig. 8B:ein detailliertes elektrisches Schaltdiagramm einer bevorzugten Form der Analog-Schaltung nach Fig. 6;

Fig. 8C:ein detailliertes elektrisches Schaltdiagramm der digitalen Kontrollschaltung zur Steuerung der Analog-Schaltung nach Pig. 8B.

Unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung v/erden zwei bevorzugte Vorrichtungen erläutert. Beide Vorrichtungen v/erden in einer on-line Betriebsweise verwendet, d.h. jede von ihnen überwacht den sich bewegenden Faden, ohne den Betrieb des Systems zu stören. Bei der ersten Vorrichtung wird eine preiswerte Wandler-Anordnung permanent an jeder Fadenlinie angeordnet. Die zweite Vorrichtung .ist eine von Hand geführte batterie-betriebene Vorrichtung mit einer verfeinerten Schaltung, welche sich zur Messung jeder Fadenlinie innerhalb des Systems verwenden lässt. Diese letztere.Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Fehlersuche, während erstere sich am besten für die Überwachung der kontinuierlichen Qualitätskontrolle eignet.

909845/0803

Beide Vorrichtungen nutzen das lineare Verhältnis zwischen der Leitfähigkeit einer Faserlänge, welche mit einem leitenden Medium beschichtet ist oder ein solches in anderer './eise aufweist, und der Menge des leitenden Mediums, welches auf einer bestimmten Länge pro Eiheit vorhanden ist.

Man geht davon aus, dass die Leitfähigkeit der Faser selbst im Vergleich zur Leitfähigkeit des leitenden Mediums uner heblich ist. Das leitende Medium kann eine äussere Besenich tung auf der Faser oder über die ganze Faser dispergiert sein oder aber sich teilweise auf der Oberfläche befinden und teilweise dispergiert sein. In jedem FrIl wird der wirk same Qüersc'rinlt.tsbereich Al des leitenden Mediums entlang der Faserlänge als konstant angenommen.

Die zwischen den Enden einer Faserlänge Ll gemessene Leit fähigkeit beträgt

Gf = SCJÜL·

Ll (1)

wobei <?*die Leitfähigkeit des Mediums ist. Sind daher Ll und ^* bekannt, lässt sich der Querschnittsbereich aus der Messung von Gf ermitteln. Der Wert von Al setzt direkt in die Menge des leitenden Mediums pro Faserlängen-Einheit

In der Praxis ergeben sich eine Reihe von Schwierigkeiten. Eine derselben besteht in der Herstellung des elektrischen Kontakts mit der Faserlänge zur Ermittlung ihrer Leit fähigkeit. Da das Verfahren on-line in einem kontinierlichen Prozess verwendet v/erden soll, kann man eine Faserlänge nicht abschneiden und bestimmte Endplatten auf diese aufbringen. Es sind daher bestimmte Kontaktformen, wie die in Fig. 1 veranschaulichte, erforderlich. Ein erstes elektrisches Kontaktelement 12 und ein zweites elektrisches Kontaktelement 14 einer Sondenanordnung 11 sind zum elektrischen Gleitkontakt

909845/0803

mit einem sich bewegenden Faden 16 angeordnet. Die Kontaktelemente befinden sich entlang der Bahn des sich bewegenden Fadens zur Begrenzung einer leitenden Fadenlänge Ll im Abstand. Die Kontaktelemente 12 und 14 sind vermittels Leitungen 18 und 20 an einen elektrischen Messkreis 22 angeschlossen.

Zur Gewährleistung einer verlässlichen Angabe der Leitung eines Fasersegments der Länge Ll, muss dafür gesorgt werden, dass aie Leitfähigkeiten der Schnittflächen zv^ischen Kontakt und Faser im Verhältnis zur Leitfähigkeit des Fasermediums der Länge Ll sehr stark und die Längskontakt-Dimensionen der Kontakte im Verhältnis zu Ll gering sind. Ausserdem muss die Kentaktanordnung derart sein, dass der Kontakt mit der sich bewegenden Faser konstant gehalten wird.

Dr.s Kontektproblem wird am besten durch Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Kontaktausbildung gelöst. Die Kontaktelemente sind Klemmen 24 und 26, die von einer schwenkbaren Platte 28 aus auswärts verlaufen. Die Klemmen weisen jeweils umfangsmässige Nuten 30 und 32 zur Aufnahme des Fadens 16 auf. Wenn der Faden zwischen den beiden Klemmen verläuft, kann die Platte 28 um eine zum Blatt normale Achse ge schwenkt werden,"um den Faden zwischen den Kontaktklemmen 24 und 26 gemass Darstellung in Fig. 2 zu spannen. Ob - ' gleich der Längskontakt des Fadens begrenzt ist, wird daher von den Kontaktelementen ein kontinuierlicher und aus reichender Querkontakt hergestellt.

Ein weiteres Problem gibt die Ermittlung des 'Wertes <f auf, des Leitfähigkeitswertes des Oberflächenmediums, das zur Ermittlung von Al bekannt sein muss. Obzwar alle auf V/asser basierende Oberf lachenbeschichtungen offensichtlich gute Leiter sind (zumindest im Vergleich zur Faser), variieren die Werte von einer Oberfläehenbeschichtung zur anderen zu mindest um zwei Grossenordnungen. Die Ermittlung des Wertes CT

909845/0803

für die jeweils verwendete Oberflächenbeschichtung würde umfangreiche Labortests erforderlich machen. Des weiteren ist die Leitfähigkeit einer bestimmten Oberflächenbeschichtung eine Fun.ktion der Temperatur und des Alters der Beschichtung.

Die mit der Ermittlung des Wertes d~ des leitenden Mediums verbundenen Probleme werden erfindungsgemäss durch Vorsehen einer Bezugszelle vermieden, welche ein mit einer Probe der gleichen Beschichtung gefülltes Rohr 34 aufweist, welche Beschichtung ?.uf "die Feser 16 aufgebracht wird. Die Prooen schichtung wird an beiden Enden der Bezugszelle 34 von Kontakten 36 und 35 berührt, welche über Leitungen 40 bzw. 42 an den Messkreis 22 angeschlossen sind.

Die Bezugsseile weist eine Länge L2 sowie einen inneren Quer schnittsbereich A2 auf. Die zwischen ihren beiden Enden ge messene Leitfähigkeit beträgt

_Gr „ _A2_^r_ ₍₂₎

L2

wobei ^" den gleichen Wert für die Zelle und die Faser messung aufweist, da dieselbe Beschichtung bei beiden Er mittlungen verv/endet wird. Der Wert von cT kann daher bei der Ermittlung von Al (die am stärksten interessierende Menge) entfallen, indem man erkennt,dass

Gf = Al < /Ll

Gr A2 * /L2 (3)

Al = Gf A2L1

Gr L2 (4)

909845/0803

Man braucht nur das Verhältnis — zu messen und dieses mit einem von der vorstehenden ^ Sammlung geometrischer Konstanter zur Ermittlung von Al bestimmten Faktor .zu skalieren.

Die Ausführungsform des Mess-Systems zur Messung der Oberflachenbeschichtung enthält einen Wandler pro Fadenlinie. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit müssen diese Teile des Systems aus preisgünstigen Einheiten konstruiert werden.
Zentrale Einrichtungen, die auf viele Fadenlinien aufge teilt werden, können komplizierter sein.

Ein vereinfachtes schematisches Diagramm für das Herstellungs-System ist in Fig. 3 dargestellt. Eine stabile Spannung Vi wird über einen Eingangsv/iderstand Rl an einen Betriebs verstärker Ul angelegt. Die Probenzelle 34 ist als Rück kopplungsv.'xderstand an den Betriebsverstärker Ul angeschlossen. Die stabile Spannung Vi wird daher durch den Betriebsver stärker Ul zur Erzeugung einer Bezugsspannung

Rl Gr
verstärkt.

Die Bezugsspannung Vr wird über die Sondenanordnung 11
an den Vorzeichenumkehr-Eingang eines Betriebsverstärkers U2 angelegt. Ein Widerstand R2 liefert den Rückkopplungswiderstand an dem Betriebsverstärker U2. Die System-Ausgangs spannung Vo beträgt daher

_Gf)

Vo =	Vi	— (	R2
	Rl	Gr
S=	R2	Vi	Gf
	Rl		Gr
rs	K	Vi	Gf
			Gr

909845/0803

Die Variablen in dem System sind masstabsmässig zu ändern, so dass die verschiedenen Spannungen stets unterhalb der Sättigungspegel des Betriebsverstärkers für die maximal zu erwartende Oberflächendichte liegen; dennoch sind sie, vorbehaltlich dieser Einschränkung, so gross wie möglich, um die Wirkungen von Störgeräuschen und die Abweichspannungen des Betriebsverstärkers auf ein Minimum herabzusetzen. Wählt man die Spannung in der Grössenordnung von 5 Volt, sollte der Widerstand Rl so gewählt wurden, dass er etwa 1/Gr be trägt. Bei dieser Wahl liegt die Grosse der Bezugsspannung Vr in dem gewünschten Bereich. In ähnlicher Weise führt, wenn der Widerstand R2 etwa gleich 1/Gf für maximal zu er wartende Oberflächendichten gewählt wird, dies zu dem maximalen Wert von Vo in der Grössenordnung von Vi. Bei üb licher Verwendung ist die Leitfähigkeit der Bezugszelle um einen Faktor 100 grosser als die Leitfähigkeit einer Faser, welche den maximalen Oberflächenbeschichtungspegel aufweist. Die Konstante K ist daher gleich 100 zu wählen.

Die eigentliche für die Oberflächenbeschichtungs-Messvorrichtung,verwendete Schaltung ist in Figuren 4A und- 4B darge stellt. Der wichtigste Unterschied zv/ischen dem eigentlichen System und dem vorstehend beschriebenen vereinfachten System ist aufgrund der elektrochemischen Wirkungen, welche mit der mit dem Oberflächenfirnis (Elektrolyt) gefüllten Bezugszelle verbunden sind, besonders ausgeprägt. Bei einer Gleich Stromspannung Vi wirkt die mit Elektrolyt gefüllte Bezugs zelle als Batterie, die entladen oder geladen ist. Der Umfang der Wirkung hängt in gewisser Weise von den für die Kontaktierung der Lesung verwendeten Elektroden ab. l."ird jedoch kein Gleichstrom durch die Zelle geleitet, ist der Batterie-Effekt im wesentlichen ausgeschaltet. Die veran schaulichte eigentliche Schaltung erzeugt daher die Bezugs Spannung, ohne einen Gleichstrom durch die Zelle zu führen.

909845/0803

Der Gleichstromfluss durch die Faser muss nicht notwendigerweise eliminiert werden, da das sich aufgrund der Fr-serbewegung ständig ändernde Elektrolytmedium die unerwünschten elektrochemischen Effekte eliminiert.

Der Bezugsgenerator im linken Teil der Fig. 3 wird mit Be zug auf Fig. 4A beschrieben. CMOS logische Schaltungen werden durch eine von einer Bezugszenerdiode Zl entwickelten stabilen Spannung gespeist. Diese Spannung (nominell 6.4 Volt) wird an einen Schmitt-Trigger-Oszillator mit einem Inverter Il und einem D-Flip-Flop U3 zur Erzeugung einer Quadratwelie von nominell 1.5 Khz am Ausgang Q des Flip-Flop U3 angelegt. Ein Betriebsverstärker U4 setzt diese Quadratwelle in eine symmetrische Guadratwelle Vi von plus oder minus 6.4 Volt um. Diese Quadratv/elle wird an den Betriebsverstärker Ul über eine schaltbare Widerstandskette RIA bis RlJ angelegt. Die Schalt Stellung wird auf Kompatibilität mit der tatsächlichen Leitfähigkeit der Bezugszelle ausgewählt. Die Zelle selbst ist in dem Rückkopplungspfad des Betriebsverstärkers Ul ange ordnet.

Obgle-ich die Erregung für den Verstärker Ul eine Quadratwelle ist, würde ein Gleichstromfluss durch die Bezugszelle entstehen, wenn die Zelle direkt an den Verstärker ange -. schlossen wäre, und zwar aus zv/eierlei Gründen: Zunächst verursachen Versetzungen im Verstärker Ul, dass die Quadratwelle eine Gleichstromkomponente enthält. Zweitens müsste der Eingangsstrom des Verstärkers Ul durch die Zelle ge liefert werden. Um einen Gleichstromfluss durch die Zelle zu verhindern, wird ein 5 ,uF Hochleistungskondensator C5 in Reihe mit der Bezugszelle vorgesehen. Bei Vorhandensein des Kondensators C5 besteht keine direkte Gleichstrom-Rück kopplungsbahn um den Betriebsverstärker Ul,und ohne zusätzliche Rückkopplung würde der Ausgang langsam in die Sättigung ab v/andern. Die Betriebsverstärker U5 und U6 bilden die - erforder-

909845/080-3

liehe direkt angeschlossene Rückkopplungsbahn, um den mittleren Pegel am Ausgang des Betriebsverstärkers Ul auf Null zu drücken. Das dem Betriebsverstärker U6 zugeordnete Rückkopplungsnetz C6, C7, C8· hält diese Niederfrequenzschleife angemessen stabil.

Das Signal am Ausgang des Verstärkers Ul ist nominell eine Null-Mittelwert Quadratwelle mit einem Spitzenwert proportional 1/Gr, der als Funktion der Schalterstellung des Widerstands Rl masstabssmässig geändert ist. Die Betriebsverstärker U7 und U8 bilden mit den zugeordneten Komponenten einen Präzisionsgleichrichter und Schaltkreis zur Mittelwertbildung. Pufferung und Schutz sind eingeschlossen, da die Ausgangsspannung dieser Schaltung die an alle Stationen verteilte Bezugs spannung ist.

Da sich die Oberflächen-Firnis-Zusarnmensetzung, wenn neue Ladungen in den Firnis-Ausgabebehälter nachgefüllt werden ,ändern kann, empfehlen sich gewisse Vorkehrungen, um zu gewährleisten, dass der Firnis in der Bezugszelle für den auf die Faser aufge tragenen 'stets repräsentativ ist. Eine Lösung bestünde darin, dass der aufzutragende Firnis tatsächlich kontinuierlich durch die Bezugszelle fliesst. Wenn sich die Leitfähigkeit des Firnis nennenswert geändert haben sollte, müssten die Schalterein Stellungen des Bezugswiderstands Rl geändert werden. Zu diesem Zweck könnte ein Detektor vorgesehen werden, um anzuzeigen, wann eine Änderung der Schaltereinstellung erforderlich ist.

Jeder Wandler einer Station enthält eine Sondenanordnung 11 zur Überwachung der Faserleitfähigkeit als Eingangswiderstand eines Vorzeichenumkehrverstärkers. Die Bezugsspannung Vr wird an den in Fig. 4B dargestellten Schaltkreis angelegt. Der Rückkopplungswi'derstand entspricht dem Hundertfachen des für der. Bezugs-Generator ausgewählten ',/iderstandsdurch Einstellung des Stations-Skalen-Schalters auf dieselbe Einstellung wie die im Bezugsgenerator verwendete. Dieser Wert von 100 wird wegen des

90984 5/0 803

ORIGINAL INSPECTED

Verhältnisses zwischen der Leitfähigkeit der Bezugszelle und der maximalen Faserleitfähigkeit gemäss vorstehender Erläuterung verwendet. Es müssen daher die Einstellungen aller Stations-Skalenschalter geändert werden, wenn die Einstellung des Bezugsskalenschalters geändert wird. Diese Änderungen können automatisch durch Aufnahme zusätzlicher Schaltungen erfolgen.

Da Gf noch 10""" mho für einen bei einer Dichte von 20 mg/m aufgebrachten Firnis geringer Leitfähigkeit betragen kann, muss ein Betriebsverstärker mit einem FET-Eingang verwendet werden, um die Fehler von dem Verstärker-Eingangs-Strom auf ein Minimum herabzusetzen.

Der Verstärker U9 mit dem Eingangs-Trimm-Widerstand R20 ge stattet eine Einstellung des Skalen-Faktors auf den präzise gewünschten Wert. Er bewirkt auch eine elektrische Filterung, .um das Zeitvariations-Signal, das sich aus variablen Firnis-Auftragspegeln ergibt, zu glätten. Die dem Rückkopplungsnetz dieses Betriebsverstärkers zugeordnete Zeit-Konstante stellt den zeitlichen Mittelwert und damit die effektive Faserlänge, aus welcher sich der Mittelwert des Firnispegels ergibt, her.

Bei dem vorstehend beschriebenen Firnis-Mess-System ist eine ..andlersonde 11 permanent an verschiedenen Punkten in einem. System angeordnet. In bestimmten Produktionsumgebungen ist dies nicht zv/eckmässig. Ausserdem könnte eine aussergewÖhnlich grosse Anzahl von Wandlerproben erforderlich sein, um eine Fehlersuche innerhalb des Systems zu gestatten. Das in Fig. 5 dargestellte Firnis-Mess-. Instrument ist als von Hand geführte, tragbare Einheit 44.~ ausgeführt, welche zum Messen einer Fadenlinie in einer Produktionsumgebung verwendet werden kann. Die Einheit enthält am Ende ihres Zylinders 45 eine Sonde mit (in Fig. 5 nicht veranschaulichten) Kontakt-Elementen, wie die in Fig. 2 dargestellten. Die Einheit wird von einem Griff 47

909845/0S83

gegen einen Faden 16 gehalten, und die schwenkbare Platte 28 (Fig. 2) der Sonde wird vermittels eines Auslösers 46 gelenkig bewegt. Bei Einstellung zeigt die Einheit automatisch die Menge des Firnismediums pro Fadenlänge auf der Anzeigetafel an. In diesem Fall gilt die Anzeige für bis zu 19.99 Milligramm pro Meter mittleren Firnispegels.

Im Falle der tragbaren Einheit ist eines der wichtigsten Kon struktionsziele der niedrigere Energieverbrauch, so dass leichte Batterien für eine längeie, Betriebsdauer sorgen können. Da ein Instrument viele Fadenlinien in dieser Konstruktion be dient, ist die Wirtschaftlichkeit nicht so kritisch wie bei dem Mehrsonden-System, und die Schaltung kann so konstruiert werden, dass im Verhältnis zum früheren Instrument eine erhöhte Präzision erreicht wird.

Ein vereinfachbes schematisches Diagramm der bei dem tragbaren Instrument 44 verwendeten Schaltung ist in Fig. 6 dargestellt. In dieser Figur wird eine positive Spannung VI über die Be zugszelle 34 und über einen Schalter 52 an einen Integrator 51 mit einem Betriebsverstärker UlO und einem Rückkopplungskonden sator C13 angelegt. Eine negative Spannung V2 wird, über die von einer Sonde 11 begrenzten F.-denlänge und über einen Schalter 50 an den Integrator 51 angelegt.

Der mit dem Betriebsverstärker UlO versehene Kondensator C13 wird bei einer Zeit t = O entladen, wobei beide Schalter 50 und 52 offen sind. Bei t = 0 ist der Schalter 50 geschlossen, während der Schalter 52 offen ist. Daraus ergibt sich, dass der Anstieg des Signals V(t) am Verstärker-Ausgang positiv ist (da V2 negativ ist), und der Wert dieser Neigung beträgt

dV(t) = V2 Gf (7)

dt C

909845/0803

in welcher Gleichung C die Kapazität von C13 ist.

Dieser Integrationszu±and v/ird über einen/festen Zeitraum ti aufrecht erhalten. Am Ende dieses Zeitraums beträgt die Spannung V(t)

V(tl) = V2 Gf ti. _fRv

C ^Κό}

Bei der Zeit t = ti ist der Schalter 50 offen und der Schalter 52 geschlossen. Da die Spannung Vl positiv ist, ist der Anstieg' der Ausgangsspannung V(t) negativ. Die vom Signal V(t) be nötigte Zeit, um auf Null zurückzukehren, ist t2 (Fig. 7) und

t2 = _V2 Gf ti (9)

Vl Gr

Wenn daher die Mengen ti, Vl und V2 bekannt sind,bestimmt die Messung von t2 das kritische Verhältnis Gf/Gr.

Die vollständige schematische Darstellung dieses Instruments ergibt sich aus Fig. 8A, 8B und 8C, d.h. die Stromzufuhr, der Analog-Teil bzw. die digitalen Kontroll teile des Systems. Zur Herabsetzung des Energieverbrauchs v/ird der gesamte digitale Teil unter Verwendung der CMOS-Logik, wie die Schalter in dem Analogteil. Die Anzeige ist vom Typ der Flüssig-Kristall-Anzeige. In ähnlicher Weise werden lineare integrierte Schaltungen geringen Energieverbrauchs verwendet und alle zugeordneten Komponenten sind für geringen Energieverbrauch konzipiert.

Mit Bezug auf Fig. 8A werden die Betriebsspannungen für die Schaltungen durch Regulierung der nominellen 22.5 Volt-Leistung der Batterien 54 und 56 in der Spannungsregulierung LJ13 zur Erzielung von + 12 Volt erhalten. Vergleicher Uli und U12 sind vorgesehen, um die Logik für eine Anzeige mit niederer Batterie-Leistung zu signalisieren, wenn der Wert einer der Batteriespannungen unterhalb 18 Volt abfällt. Auf diesem Pegel hat

implementiert

909845/0803

der Schaltkreis einen breiten Reserve-Spannungs-Spielraum, so dass die Warnung vor jedem Leistungsabfali angezeigt wird. Messungen zeigen an, dass der Batterieauslauf unter 7 mA liegt; die Batterien sorgen daher für eine Betriebszeit von etwa 20 bis 25 Stunden. Auch ist eine andere Energiezufuhr möglich, welche die Betriebsspannungen von einer einzigen wieder auf ladbaren Batterie bezieht.

Der integrierte Betriebsverstärker UlO nach Fig. 8B wird mit einem von einem Signal (1) aus der digitalen Steuer-Logik ange triebenen Schalter 58 nebengeschlossen. Durch Schliessung dieses Schalters werden alle Integrator-Kondensator-Spannungen vor dem Start eines Mess-Zyklus auf Null gestallt. Beim Start des Mess-Zyklus ist der von Signal (1) betriebene Schalter 58 offen, wie die.Schalter 60, 62, 64, 66 und 68, welche von Signalen (2) bis (6) betrieben werden. Jeder der Schalter 60 bis 68 ist einem Kondensator C13B bis C13F zugeordnet, welche durch Signale (2) bis (6) in den Schaltkreis geschaltet werden können, um die Kapazität des Integrators 51 zu ändern. Vor einari Mess-Zyklus ist der von Signal (9) gesteuerte Schalter 70 ge schlossen, während der von Signal (10) gesteuerte Schalter 72 offen ist, so dass die Sonde 11 den Integrator 51 nicht beeinträchtigt. In ähnlicher Weise sind die vom Signal (7}^Jgesteu erten Schalter 75 und 75 geschlossen und die vom Signal (8) ge steuerten Schalter 76 und 77 geöffnet, um die Bezugszelle 34 vom Integrator 51 abzukoppeln.

Wird ein Mess-Zyklus eingeleitet, kehren die Signale (9) und (10) den Zustand um und die der Sondenanordnung zugeordneten Schalter 70 und 72 schliessen die -12V-V2-Einheit an den Ein gang des Betriebsverstärkers UlO über die Sondenanordnung an. Die der Bezugszelle zugeordneten Schalter halten die Zelle von dem Integrier-Verstärker abgekoppelt. Sind die Schalter 58 bis 68 offen, enthält der Integrator 51 den Verstärker UlO und den Kondensator C13A. Der Anstieg des Signals vom Integrator

909845/0803

- 23 ist während einer Zeit ti dem Wert Gf proportional.

Zwei Spannungspegel werden am Ausgang des Integrators 51 von Vergleichern U14 und U15 überwacht. Der unterste derselben beträgt etwa 0.25 Volt, und die Zeit, zu welcher die Inte grator-Ausgangspannung durch diesen Pegel führt, wird von einer Änderung im Zustand des Signals (Z) angezeigt. Erfolgt^ein Obergang des Signals (Z) von einem niedrigen zu einem hohen Wert nicht innerhalb von zwei Seicunden nach dem Start des Zyklus, ist daraus zu folgern, dass entweder die Leitfähigkeit des Firnis oder die Pirnisdichte extrem niedrig ist oder die Sonden keinen zuverlässigen Kontakt mit der Faser herstellen. In jedem Fall zeigt die Schaltung einen irregulären Zustand an.

Erfolgt der 0.25 Volt-Übergang innerhalb von zwei Sekunden nach dem Start des Zyklus, lässt man den Zeitpunkt des Starts für die Zeit ti mit der Übergangszeit zusammenfallen. Erreicht der Integrator 0,25 Volt vor dem Start des eigent liehen Mess-Zyklus, werden die Fehlerwirkungen in den anfänglichen ·Bedingungen oder aus dem Start-Übergang auf ein Minimum herabgesetzt.

Die Zeit ti beträgt etwa 4 Sekunden. Überschreitet das Signal am Integratorausgang 7 Volt vor Ablauf der Zeit ti, erfährt das Signal (E) einen Übergang von einem hohen zu einem niedrigen Wert. Dieser Zustand besagt, dass der Integrator aufgrund des Wertes von Gf relativ zur Leistung des Kondensators C13A sättigungsgefährdet ist. Der Integrator wird daher vermittels des vom Signal (1) betriebenen Schalters 58 auf Null zurück gestellt, und der Schalter C13B, der vom Signal (2) betrieben wird, wird geschlossen, so dass die Grosse des effektiven RUckkopplungs-Kondensators auf C13A plus C13B erhöht wird. Sodann startet der Zyklus erneut. Wenn ein zweiter Überlauf

909845/0803

erfolgt, wird der Kondensator C13C parallel an die beiden anderen angeschlossen. Diese effektive Verstärkung ver mittels der Kondensatorwahl wird eingesetzt, damit nach Ermittlung der richtigen Kondensatorgrösse die Messung mit einer Spitzen-Integrator-Ausgangsspannung auf einem Pegel abgeschlossen wird, wodurch eine Sättigung^verhindert und die Geräuschwirkungen und Versetzungen des Betriebsverstärkers auf ein Minimum herabgesetzt werden. Diese automatische Verstärkung dient grundsätzlich dem gleichen Zweck wie der Vorgang der Widerstandsschalter-Einstellung, der in Verbindung mit dem Firnis-Mess-System beschrieben wurde.

Überschreitet der Integrator-Ausgang 7 Volt in weniger als 4 Sekunden selbst beim maximalen Kondensator-Wert, erfasst und signalisiert die Schaltung einen irregulären Zustand. Es sei bemerkt, dass die mindest und höchst zulässigen Werte von Gf durch proportionale Änderung aller Kondensatoren skaliert werden können. In ähnlicher Weise kann der dynamische Bereich oder die Spanne zwischen zulässigen maximalen und minimalen Werten durch Erhöhung der Anzahl von Rückkopplungs-Kondensatoren und zugeordneten Schaltern erhöht werden.

Die verschiedenen Dioden und Widerstände in der Inte grator-Schaltung dienen dazu, die Spannungen an offenen Analog-Schaltern niedrig zu halten, wodurch ihr Kriech strom vermindert wird, und den Ausgang des Integrators daran zu hindern, unter den Startbedingungen stark negativ zu werden. Schalter-Undichtigkeiten müssen kontrolliert werden, so dass sie aus niedrigen Gf-Werten entstehende extrem kleine Signalströme .nicht beein trächtigen. Die den Vergleichern zugeordnetem Dioden hindern die Eingänge dieser Schaltkreise daran, negativ zu werden, da dies eine unrichtige Anzeige bewirken

909845/0803

würde.

Befindet sich Gf innerhalb des Bereichs des Integrators 51, liegt der Integrator-Ausgang an einem Punkt zwischen etwa 2.3 und 7 Volt für die Dauer ti (etwa 4 Sekunden), nachdem der Integrator 51 nach einer Neueinstellung durch Schalter 58 freigegeben wurde. Dies kann erfolgen, wenn die durch Signale (2) bis (6) betriebenen Schalter 60 bis 68 offen, der von Signal (2) betriebene Schalter 60 geschlossen und alle anderen Schalter offen sind usw., oder dies erfolgt erst, wenn 5 Neu einstellungen aus übermässigen Integrator-Ausgangs—Spannungen vorgenommen sind,was dazu führt, dass die von Signalen (2) bis (6) betriebenen Schalter 60 bis 68 alle geschlossen sind.

Nach Abschluss des Integrations-Intervalls von 4 Sekunden, während dessen der Ausgang des Integrators 51 innerhalb des gewünschten Bereiches verbleibt, wird die Sondenanordnung 11 von dem Integrator-Eingang vermittels Schalter 70 und 72 abgekoppelt, und die Bezugszelle wird wirksam zwischen den Ausgang eines Betriebsverstärkers U16 und den Eingang des Integrators 51 geschaltet.

Ein Kondensator C22 ist in Reihe mit der Bezugszelle geschaltet. Der Kondensator soll gewährleisten, dass kein Gleichstrom durch die Bezugszelle fliesst, um das zuvor erwähnte Batterie-Problem zu umgehen. Der Kondensator ist im Verhältnis zu den Integrator-Kondensatoren gross und bewirkt daher nur eine geringfügige Änderung in der Spannung an diesen. Es sei daher angenommen, dass die an die Bezugszelle während des Entladungs-Zyklus angelegte Spannung die Spannung am Ausgang des Verstärkers U16 ist.

Die Spannung für den zweiten Teil des Integrations-Zyklus wird durch Skalierung der für den ersten Teil dieses Zyklus (-12 V) mit dem Verstärker U16 verwendeten Spannung erhalten. Da die beschriebene Messung ratiometrisch ist, führt eine Abweichung

90G845/0803

in der -12 Volt-Zufuhr keinen Messfehler ein.

Der zweite Teil des Integrations-Zyklus ist abgeschlossen, wenn das Signal (Z) steigt, womit angezeigt wird, dass der Integrator-Ausgang unter 0.25 Volt gefallen ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die vom Signal (8) betriebenen Schalter 76 und 77 offen, während die vom Signal (7) betriebenen Schalter 74 und 75 geschlossen sind. In diesem Zustand kehrt die Spannung an dem Kondensator C22 exponentiell auf Null zurück, derart, dass der Netto-Gleichstrom-Fluss durch das Bezugs rohr über einen vollständigen Zyklus gleich Null ist. Nach Abschluss des gesamten Integrations-Zyklus drückt die Logik Signal (1) nach oben, wodurch der von dem Signal 58 betriebene Schalter 58 schliesst und auf diese Weise den Integrator nominell auf einen O-V-Ausgang neu einstellt. Dieser Zustand wird bis zum Beginn des nächsten Mess-Zyklus aufrecht erhalten.

Hysterese wird um Vergleicher U14 und U15 verwendet, welche die (E) und (Z)-Signale zur Eliminierung der Möglichkeit von Mehrfach-Ausgangsübergängen von diesen Vorrichtungen liefern.Ein relativ breites Hystereseband von 70 mv wird für den oberen Vergleicher verwendet, da Hysterese in dieser Einheit die Messung nicht beeinflusst. Der mit der Messung verbundene Versatzfehler bezieht sich auf den mit dem unteren Vergleicher verwendeten Hysterese-Betrag, und dieser Wert wird auf etwa 5 mv gehalten, um diese Fehlerquelle zu verringern.

Der um die Bezugszelle herum angeordnete Feldeffekt-Transistor 80 vermindert ein Auslaufen der Batterie. Unter normalen Betriebsbedingungen ist das Gatter dieses Transistors unter der Abschnürung vorgespannt und beeinträchtigt den Betrieb nicht. Wird jedoch der Strom entfernt, entfällt die Gattervorspannung und der Transistor schafft einen geringen Widerstandsnebenschluss, um das Bezugsrohr entladen zu halten.

909845/0803

Die das System steuernde logische Schaltung ist in Fig. 8C veranschaulicht. Die Einheit U17 liefert eine symmetrische Quadratwelle von 40 Hz, welche zur Erregung der Flüssigkristallanzeige verwendet wird. Die Einheit U18 ist angeschlossen, um einen nominellen lOQKHz-Quadratwellen-System-Takt zu liefern.

Eine Messung wird durch Betätigung des Startknopfes 82 einge leitet. Vorausgesetzt, dass keine Messung im Gange ist, ist der D-Eingang des Flip-Flop U19 hoch,und somit wird das Flip-Flop euf den Zustand Q=I eingestellt. Dieser Zustand wird synchron
auf das Flip-Flop U20 übertragen, woraufhin das Flip-Flop U19 gelöscht wird. Das Flip—Flop U20 liefert einen der beiden auf AND eingestellten Trigger-Eingänge an ein monostabiles U21 mit einer nominellen Dauer von 200 ms. Dieses monostabile U21 stellt die Dekadenzählerkette U22 bis U27 erneut ein, löscht das Flip-Flop U28 (ein Flip-Flop, welches den Zustand Q=I aufweisen
würde, wenn die vorherige Messung nicht ausserhalb des Bereichs gelegen hätte), gibt das Flip-Flop U29 vor (dieses Flip-Flop
zeigt an, dass eine Messung im Gange ist, wenn es den Zustand Q=I einnimmt) und drückt das Signal (1) auf einen hohen Wert, so dass der Integrator-Rückstell-Schalter 58 für die Dauer
des monostabilen Impulses geschlossen ist.

Die Anzeige-Puffer U30 bis U33 werden während des dem monostabilen Trigger unmittelbar folgenden Taktintervalls von dem Flip-Flop U34 und seinem nachfolgenden Gatter G2 ausgewertet. Da die Zählerkette U22 bis U27 neu eingestellt wird, gibt die Anzeige 0000 an; diesem Wert geht ein Spezial-Symbol a (über
das im Betrieb befindliche Flip-Flop U29) voraus, um dem Be nutzer anzuzeigen, dass die Messung im Gange ist. Da der Ausgang Q des Flip-Flop U29 an den Eingang D des Flip-Flop U19 ange schlossen ist, kann das Flip-Flop U19 nicht erneut in den Zustand Q=I ausgelöst werden, solange die Messung im Gange ist.

90984S/GS03

Der Ausgang Q des Flip-Flop U29 in logischer Kombination mit dem Zustand der Zählerkette aus der Phase U27 bewirkt zu diesem Zeitpunkt auch, dass das Signal (9) einen geringen und das Signal (10) einen hohen Wert hat, so dass die Sondenanordnung 11 mit dem Integrator-Eingang verbunden ist.

Wenn das monostabile U21 in seinen niedrigen Zustand zurück kehrt, nimmt das Signal (1) am Ausgang des NAND G3 einen hohen Wert an und der integrierte Kondensator C13A ist freigegeben. Hat Gf einen ausreichend hohen Wert, nimmt das Signal (Z) (Fig. 8B) kurze Zeit später einen niedrigen Wert an. Dieser Übergang des Signals (Z) führt dazu, dass das Flip-Flop U35 sich beim nächsten Taktimpuls in den Zustand Q=I ändert. Die Zählerkette wird dadurch erregt und beginnt mit der Zählung.

Ist Gf ausreichend gross, so dass der Integrator-Ausgang +7 V erreicht, bevor der Zähler einen Zählstand von 400,000 (welcher durch QC=I auf dem Zähler U27 angezeigt wird) etwa 4 Sekunden später erreicht, nimmt das Signal (E) einen niedrigen Wert an, wobei QC von U27 immer noch Null ist. Die monostabilie Einheit U21 wird erneut durch das Gatter Gl ausgelöst, und die Zählerkette wird auf alle Null-Werte rückgestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Schieberegister U36 in den Zustand QA=I auf dem positiven an seinen Takt impuls angelegten Übergang vorbewegt. Dieser Zustand be wirkt, dass das Signal (2)=1 wird,und vergrössert den Rückkopplungskondensator C13 gemäss vorstehender Beschrei bung.

Dieser Prozess dauert an, bis das Schieberegister den Zustand erreicht hat, welcher erforderlich ist, um zu verhindern, dass die Integrator-Ausgangsspannung 7 Volt überschreitet, bevor der Zähler bis 400,000 zählt, wie dies durch QC=I auf dem Zähler U27 angezeigt wird.

909845/0803

Der 0-1-Übergang des QC-Signals aus der Zählerstufe U27 ändert die Zustände der Signale (7), (8), (9) und <10), so dass die Sonde von dem Integrator abgekoppelt und die Be zugszelle gleichzeitig an den Betriebsverstarker angeschlossen wird.

Zu diesem Zeitpunkt haben die Zähler U22 bis U25 den Zyklus bis zu allen Null-Werten durchlaufen und beginnen daher er neut mit der Aufzählung. Da es bekannt ist, dass der Wert von Gr viel grosser als der Wert von Gf ist, und.zwar selbst bei der vollen Firnis-^Dichte von 20 mg/m, i«t die Dauer des zweiten Teils des Integrations-Zyklus viel kurzer als die des ersten. Dieser Unterschied drückt sich dadurch aus, dass nur diejenigen Zählstände, welche eine maximale Zählung von 1999 darstellen, an die Anzeige-Antriebseinheiten ange schlossen sind.

Der Skalier-Faktor des Ausgangs wird von einem variablen Widerstand R40 bestimmt, dessen Einstellung eine System Eichung erbringt (Fig. 8B).

Die zweite Hälfte des Integrations-Zyklus ist beendet, wenn das Signal (Z) von einem niedrigen auf einen hohen Wert übergeht, wobei angezeigt wird, dass der Integrator-Ausgang unter 0.25 V abgefallen ist. In diesem Augenblick entspricht die Zahl in der Zäl.lerkette dem Firnispegel in mg/m, wenn das System ordnungsgemäss geeicht ist. Die Flip-Flops U35 und U37 und die zugeordneten Gatter G4 und G2 erzeugen einen Impuls mit einer einzigen Taktzeitbreite zu diesem Zeitpunkt, und dieser Impuls tastet die Zahl in der Zählerkette in die Anzeigeantriebseinrichtungen U30 bis U33 ab.

Drei gesonderte Zustände können das Flip-Flop U 28 auf den Zustand Q=I einstellen, und dieser Zustand zeigt eine irreguläre Situation an. Nimmt das Signal (Z) innerhalb von etwa zwei Sekunden nach dem Start des Mess-Zyklus keinen niedrigen Wert

909845/0803

an, ist hieraus zu folgern, dass der Wert von Gf zu klein ist oder dass die Sonde keinen Kontakt mit der Faser herstellt. Dieser Zustand wird von einem aus einem Kondensator C26 und einem Widerstand R62 bestehenden Netz bestimmt. Wenn das Flip-Flop U29 durch eine monostabile Einheit U21 vorgegeben wird, nimmt der Ausgang des NAND-Gatters G5 einen niedrigen Wert an. Der Ausgang des Inverters 13 nimmt sodann einen hohen Wert an und der Kondensator C26 beginnt, sich über den Wider stand R62 zu entladen. Wenn die Spannung auf dem Kondensator C26 den Schwellwert der zugeordneten Vorrichtung U38 erreicht, bevor (Z) einen niedrigen Wert annimmt, wird ein vorgegebenes Signal über das NAND-Gatter G6 an das Flip-Flop U28 angelegt. Andererseits bewirkt ein niedriges Eingangssignal (Z), dass der Kondensator C26 sich über die Diode D4 entlädt.

Ein zweiter irregulärer Zustand (ausserhalb des Bereichs) er gibt sich, wenn die Menge Gf zu gross ist. In diesem Fall führt der automatische Verstärkungsbereich schliesslich zu QF=I für das Schiebe-Register U36, und dieser Pegel stellt das in einem irregulären Zustand befindliche Flip-Flop U28 auf Q=I ein. Schliesslich ist es möglich, dass Gf nicht gross genug ist, um Schwierigkeiten mit dem dynamischen Be reich des Integrators zu verursachen aber dennoch einem Firnispegel von mehr als 20 mg/m entspricht. Dieser Zustand bewirkt, dass die Zahl im Zähler während des zweiten Teils des Integrations-Zyklus 1999 überschreitet. Die AND (G7)-Kombination des Ausgangs QB des Zählers U25 mit QC des Zählers U27 zeigt diese Situation an und bildet die dritte Möglichkeit, das Flip-Flop U28 einzustellen. Wird der irreguläre Zustand (ausserhalb des Bereichs) festgestellt, erscheint ein Spezialsymbol c auf der Anzeige und das Flip-Flop U29 wird zur Beendigung des Mess-Zyklus gelöscht.

Die zweite Möglichkeit zur Beendigung des Messzyklus besteht darin, dass (Z) einen hohen Wert annimmt, während die zweite Hälfte des Integrations-Zyklus abläuft, d.h. der Ausgang des

90 9 845/0803

Integrators 51 fällt unter 0.25 Volt. Dies ist das normale Ende des Zyklus, das sich ergibt, wenn kein irregulärer Zustand festgestellt wird. Ein weiteres Gatter G8 stellt diese Kombination fest. Immer wenn eine Messung zu Ende ist, werden sowohl die Sondenanordnung 11 als auch die Bezugszelle 34 von dem Integrator unter Löschung des Flip-Flop U29 abgekoppelt, und die Bahnen R38 und R42 mit niedriger Impedanz (Fig. 8B) werden um die Sonde 11 und die Zelle 34 herum angeschlossen. Das Signal (1) wird auch über das Gatter G3 auf einen hohen Wert gedruckt, so dass der Integrator neu eingestellt wird.

Das in der Anzeige erscheinende Spezial-Symbol b tritt auf, wenn ein niedriger Batterie-Zustand durch (B)=Q (Fig. 8B) angezeigt wird.

Aus vorstehender Beschreibung des von Hand geführten, trag baren Faden-Mess-Instruments ergibt sich, dass das Instrument ohne weiteres benachbart einem Faden angeordnet werden kann. Danach stellt das Instrument automatisch den integrierten Schaltkreis auf eine optimale Einstellung ein, um eine maximale Empfindlichkeit und Präzision zu ergeben. Aufgrund der Ver Wendung einer Bezugszelle sind komplizierte Eichverfahren bei der Verwendung mit verschiedenen Faden-Oberflächenbeschichtungen nicht erforderlich. Der das Instrument Verwendende braucht lediglich eine Probe des Beschichtungsmediums zu liefern, das pistolen-ähnliche Instrument benachbart einem Faden anzu ordnen, den Auslöseknopf zu betätigen, um den Faden in der Sondenanordnung zu erfassen und den Mess-Kreis einzuschalten. Die Menge der Beschichtung pro Fadenlängeneinheit wird inner halb von Sekunden automatisch ermittelt und angezeigt.

In Fig. 4A wurden folgende Messkreiswerte in einer erfolg — reich arbeitenden Vorrichtung zur Messung der Oberflächenbeschkhtung verwendet:

809845/0803

RlA, RIB RlC RlD RlE RlF RIG RlH RlI RlJ R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9, RIO RIl R12 R13 R14 R15, R16 R17 R18 Cl C2 C3, C4 C5 C6 C7 C8 C9 CIl

R2A, R2B R27 R2D R2E R2F R2G R2H R2I R2J R19 R 20 R21 R22 R23 C12 C13

2	2	.49K	.7M	K	K	pF
4	10	.99K	K	K	Mt
10	270	K	K	M
20	10	K	K	M
40	10	.2 K	K	.0 2M
80	100	.6 K	K	,06M
162	200	K	K	,2 M
324	1	K		K
634	100	K	.i/Cf	K
	0	1.5K	pF	K
100	220	K	pF	K Trimmtiegel
100	10	K	/<LF	K
100	5	K	. 39/^F	M
1	0	M	. 39/\F
0	pF
100	pF
29
1	Messkreiswerte verv
249
499
1
2
4.
8.
16.
10
20
10
200
536
1
100
10
1

909845/0803

In Fig. 8A wurden folgende Messkreiswerte verwendet:

R23 150K

R24 lOOK

R25 150K

R26 lOOK

R27,R28 2OK

R29,R30 22

R31 lOOK

C14,C15 6.

C16 15 /7F

C17 0.1/7F

C18 15 \SF

C19 0

In Fig. 8B wurden folgende Messkreis-Werte verwendet:

R32-R-38 IK

R39 40.2K

R40 5OK Trimtiegel

R41 150K

R42 4.7K

R43 lOOK

R44 4.7K

R45,R46 1OK

R47 68K

R48 47K

R49 4.7K

R50 lOOK

R51 4.7K

R52, R53 1OK

R54 4.7K

R55 220K

R56 2OM

R57 lOOK

C13A 150OpF

C13B 330OpF

C13C 0.0l

C13D 0.033/tF

C13E 0.1 A^F

C13F 0.33AF

C20 22pF

C21 lOOOpF

C22 15

903845/0803

Folgende Werte wurden in der Schaltung nach Fig. 8C verwendet :

R58 47K

R59 220K R60 47K

R61 220K

R62 330K

C23 0.18 Aj C24 24 pF

C25 0.022/£F

C26 6.8

Obgleich die Erfindung speziell in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt und be schrieben wurde, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail möglich sind, ohne vom Sinn und Geltungsbereich der Erfindung gemäss Definition in den beiliegenden Ansprüchen abzuweichen.

909845/0803

ee

Claims

PATENTANWALt HELMUT GÖRTZ 2316467 Franklin! am Main 70 Schneckenhcistr. 27 - Tel. 61707« Micro-Sensors, Ine, 23.April 1979 Gz/Jg Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Oberflächenbeschichtung Paten tansorüche

1. Vorrichtung zum Messen des Betrages eines auf einen sich bewegenden Faden aufgebrachten elektrisch leitenden Mediums, gekennzeichnet durch ein erstes elektrisches Fader-Kontaktelement, welches sich benachbart dem Fjden in ■ elektrischem Gleitkontakt mit diesem anordnen lässt, ein zweites elektrisches F--iden-Kontaktelement, welches sich von dem ersten F?-den-Kontaktelement entlang der Bahn des sich bewegenden Fadens im Abstand befindet und in elektrischem Gleitkontakt mit diesem Faden anzuordnen ist-, wobei das erste und zweite Faden-Kontaktelement eine leitende Fndenlänge begrenzen, eine Bezugszelle vorbe stimmter Dimensionen, welche eine Probe des elektrisch leitenden Mediums enthält und im Abstand befindliche elektrische Kontaktelemente in Berührung mit der in der Zelle befindlichen Probe aufweist, und durch elektrische Schaltmittel, welche mit den Feden-Kontaktelementen und den Bezugszellen-Kontaktelementen zur Bestimmung des auf den Faden aufgebrachten elektrisch leitenden Mediums als Funktion des Verhältnisses der Leitfähigkeit der Fadenlänge zur Leitfähigkeit der Probe verbunden sind.

2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei diese eine tragbare, von Hand geführte Messvorrichtung ist, gekennzeichnet durch Mittel zum wahlweisen Erfassen des Fadens und zürn Kalten desselben in elektrischem Gleitkontakt mit jedem der Fädenkontakte.

909845/08-03

3. Messvorrichtung nach Anspruch' 1, in welcher das elektrische Schaltmittel gekennzeichnet ist durch einen ersten Betriebsverstärker;

einen mit dem ersten Betriebsverstärker verbundenen Eingangswiderstand:

eine Fadenlänge und eine Probe, welche jeweils über Kontaktelemente an dem ersten Betriebsverstärker als Rück kopplungsiwderstand liegen;

einen mit dem ersten Betriebsverstärker in Reihe liegenden zweiten Betriebsverstärker;

einen an dem zweiten Betriebsverstärker liegenden Rück kopplungswiderstand; und

die zweite Fadenlänge und die Probe, welche über die Kontaktelemente als Eingangswiderstand an den zweiten Betriebsverstärker angeschlossen sind.

4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe über die Bezugszellen-Kontaktelemente an dem ersten Betriebsverstärkef als Rückkopplungswiderstand angeschlossen und die Fadenlänge über die Fadenkontakt elemente als Eingangswiderstand an den zweiten Betriebs verstärker gekoppelt ist.

5. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel-pannungssignal an das elektrische Schalt mittel angelegt und die Probe zur Verhinderung der sich aus dem Gleichstromfluss durch diese ergebenden elektrochemischen - Wirkungen mit den Schaltmitteln über Wechselstrom gekoppelt ist.

6. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem ersten Betriebsverstärker verbundene Eingangswiderstand und der an dem zweiten Betriebsverstärker liegende Rückkopplungswiderstand variable Zähler-Uiderstände

9 0 9845/0803

zur Optimierung des Empfindlichkeitsbereichs der Schaltmittel, bezogen auf des entsprechende.an den Faden angelegte Leitmedium, sind.

7. Messvorrichtung nach Anspruch β, dadurch gekennzeich net, dass der variable Eingangswiderstand und der variable Rückkopplungswiderstand eine wechselweise Variabilität auf v/eisen, damit die Zählung des Aus gangssignals bei Änderungen im Empfindlichkeitsbereich der Schaltmittel konstant bleibt.

8. Messvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die elektrischen Schaltmittel gekennzeichnet sind durch:

Mittel zur Integrierung einer über die Fadenlänge während eines'ersten Zeitraums angelegten.Spannung,um eine integrierte Spannung zu liefern;. ■ ... _· ■

Mittel zur Integrierung einer über die Probe während eines zweiten Zeitraums angelegten Spannung, um die integrierte Spannung zu liefern;

Mittel zur Ermittlung der Verhältnisse des ersten Zeitraums zu ^ dem .."'zweiten Zeitraum.

9. Messvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher das elektrische Schaltmittel gekennzeichnet ist durch:

einen Integrator zur Lieferung einer integrierten Spannung;

einen ersten Schalter zur Anlegung einer Spannung an den Integrator über die Fadenlänge·

einen zweiten Schalter zur Anlegung einer Spannung an

909845/0803

den Integrator über die Probe;

eine Steuerschaltung zum wechselweisen Schliessen des ersten und zweiten Schalters und zum Vergleichen der jeweiligen Zeiten, in denen die integrierte Spannung Änderungen gleicher Grössenordnungen auf weist, mit solchen, in denen die Schalter geschlossen sind.

10. Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, dass der Integrator ein integrierender Betriebsverstärker ist.

11. Messvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Mittel zum Erfassen,wenn sich der elektrische Schalt kreis in einem anderen als dem optimalen Empfindlich keitsbereich betätigt, und zum Einstellen der Parameter des Integrators, so dass der Integrator in einem optimalen Empfindlichkeitsbereich arbeitet.

12. Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die elektrischen Schaltmittel einen Schwell-Schaltkreis zur Einstellung einer Mess Schwelle für die integrierte Spannung aufweisen.

13. Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die Probe über Wechselstrom mit dem elektrischen Schaltmittel zur Verhinderung der sich aus dem Gleichstromfluss durch die Probe ergebenden elektrochemischen Wirkungen gekoppelt ist. -

14. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Probe zur Verhinderung der sich aus dem Gleichstromfluss durch die Probe ergebenden elektrochemischen. Wirkungen über Wechselstrom mit den elektrischen Schaltmitteln gekoppelt ist.

909845/0803

15. Tragbare, von Hand geführte Messvorrichtung zur Messung des Betrages des auf einen sich bewegenden Psden aufgebrachten elektrisch leitenden Mediums, gekennzeichnet durch:

ein erstes elektrisches Faden-Kontakt-Element, welches benachbart dem Faden in elektrischem Gleitkontakt mit diesem anzuordnen ist;

ein zweites elektrisches Fadenkontakt-Element, welches sich von dem ersten Kontakt-Element im Abstand befindet und in elektrischem Gleitkontakt mit dem Faden ange ordnet werden kann, so dass die ersten und zweiten Faden-Kontakt-Elemente eine leitende Fadenlänge be grenzen;

Mittel zur wahlweisen Erfassung des F?.dens und zum Halten desselben in gleitender Berührung mit jedem der Fadenkontakte, und

elektrische Schaltmittel, welche zur Ermittlung des Betrages des auf den Faden aufgebrachten elektrisch lei tenden Mediums als Funktion der Leitfähigkeit des Fadens mit dem Faden verbunden sind.

16. Tragbare von Hand geführte Messvorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher das Mittel zur wahlweisen Erfassung des Fadens gekennzeichnet ist durch:

eine schwenkbare Platte, auf x-yelcher die ersten und zweiten Fadenkontakt-Elemente angeordnet sind, wobei der Faden durch die F-=den—Elemente unter Schwenken der Platte in entgegengesetzte Richtungen geschoben werden.

0 9 8 4 5/0803

17. Verfahren zum Messen des Betrages eines auf einen sich be wegenden F~den aufgebrachten elektrisch leitenden Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand befindliche, elektrische Fadenkontakt-Elemente in elektrischem Gleit kontakt mit dem Faden vorgesehen sind,

eine eine Probe des elektrisch leitenden Mediums enthaltende Bezugszelle, welche im Abstand befindliche, elektrische Kontaktelemente in elektrischem Kontakt mit der in der Zelle enthaltenen Probe aufweist, vorgesehen sind, und

in einem elektrischen Schaltkreis das Verhältnis der Leit fähigkeit der Fadenlänge zur Leitfähigkeit der Probe be stimmt wird.

18. Verfahren zum Messen des Betrages eines auf einen sich bewegenden Faden aufgebrachten elektrisch leitenden Mediums nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die F-^;den-Kontakt-Elemente auf einer von Hand geführten Vorrichtung angeordnet sind und die von Hand geführte Vorrichtung Mittel zur selektiven Erfassung des Fadens und zum Halten desselben in elektrischern Gleitkontakt mit jedem der Faden-Kontakte aufweist.

19. Verfahren zum Messen des Betrages eines auf einen sich bewegenden Faden aufgebrachten elektrisch leibenden Mediums nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe an einen ersten Betriebsverstärker als Rückkopplungswiderstand angeschlossen ist und dass die Fadenlänge als Eingangswider stand an einen zweiten Betriebsverstärker in Reihe mit dem ersten angeschlossen ist.

20. Verfahren zum Messen des Betrages eines auf einen sich be -wegenden F-.den aufgebrachten elektrisch leitenden Mediums nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die. Spannungen über die Fadenlänge und über die Probe an eine integrierte

909845/0803

Schaltung mit doppeltem Anstieg wechselweise angelegt werden.

909845/0803