DE2921082A1

DE2921082A1 - Vorrichtung zur kontrolle der isolierung eines isolierten, elektrisch leitfaehigen drahtes

Info

Publication number: DE2921082A1
Application number: DE19792921082
Authority: DE
Inventors: Norbert Coster
Original assignee: SOFISA
Current assignee: SOFISA
Priority date: 1978-05-29
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1980-01-10
Also published as: FI791659A; FR2427581B1; CH621199A5; FR2427581A1; GB2021786A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, DiPl₁-PhYS. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. R A-Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Dr. Ing. H. Liska

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THrt

8 MÜNCHEN 86, DEN £ 3. Mai 1979

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

SOFISA (Societe Financiere) S.A.
15, Boulevard Roosevelt
Luxemburg / Luxemburg

Vorrichtung zur Kontrolle der Isolierung eines isolierten, elektrisch leitfähigen Drahtes

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle der Isolierung eines isolierten, elektrisch leitfähigen Drahtes, umfassend einen Meßwertaufnehmer mit mindestens einer Elektrode und einer Führungseinrichtung für den Draht, die letzteren längs eines bestimmten Weges relativ zu den Elektroden führt,und eine mit der Elektrode verbundene Meßschaltung.

Wie man weiß, ist es bei der Herstellung von elektrischen, mit Kunststoff isolierten Leitern in einer Extruderstrecke in vielen Fällen notwendig, ständig die geometrischen und physikalischen Eigenschaften der auf die Drahtseele des Leiters aufgebrachten Isolierschicht zu kontrollieren. Bei der Isolierung eines Telefondrahtes ist es wesentlich, daß die Außenoberfläche der Isolierung konzentrisch zur Drahtseele verläuft. Tatsächlich hängen Ungleichmäßiakeiten der Kapazität bei Viererbündeln und Zweierbündeln von Drähten direkt von der Konzentrizität der Isolierung der Einzeldrähte ab.

Es sind bereits Kontrollvorrichtungen bekannt, die einen Mittelwert der Dicke des Isoliermaterials ergeben,indem sie die Kapazität der Drahtseele gegenüber einer äußeren Elektrode messen. Bei den bekannten praktischen Ausführungsformen wird die äußere Elektrode von dem Wasser des Kühlbehälters gebildet, durch den der Leiter nach dem Austritt aus dem Extruderkopf hindurchläuft. Diese Vorrichtungen ermöglichen eine Überprüfung der Konzentrizität von Drahtseele und Isolierung nur auf indirektem Wege, wenn man beispielsweise gleichzeitig direkt den Durchmesser der Isolierschicht mißt.

Bestimmte kürzlich vorgeschlagene Vorrichtungen ermöglichen eine Messung der Dicke des Isoliermaterials in verschiedenen radialen Richtungen relativ zum Draht. So durchquert gemäß der US-PS 3 923 439 der isolierte Draht eine Vorrichtung,

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die Ultraschallsonden und Meßwertaufnehmer umfaßt, welche die einerseits von der Außenoberfläche der Isolierung und andererseits der Oberfläche der Drahtseele reflektierten Echos aufnehmen.

In der US-PS 3 748 577 wurde vorgeschlagen, den Draht durch ein von vier teilzylindrischen Segmenten gebildetes Rohr zu führen und die Kapazitäten der vier von jeweils einem Teilzylinderelement und der Drahtseele gebildeten Kondensatoren zu messen.

In der US-PS 2 274 735 wurde ferner vorgeschlagen, den Draht längs feststehender Elektroden zu führen, die in einem sehr geringen Abstand von der Oberfläche der Isolierschicht ange- -ordnet sind.

Gemäß der GB-PS 872 855 werden feststehende Elektroden verwendet, die sich in direktem Kontakt mit der Isolierschicht befinden und daher einer Reibung zwischen der Isolierschicht und der Elektrodenoberfläche ausgesetzt sind.

Es ist auf der anderen Seite auch bekannt, zur Durchführung von Kontrollmaßnahmen Rollen zu verwenden, die mit einem leitfähigen Material belegt sind und in Berührung mit einem Draht gebracht werden. So beschreibt beispielsweise die CH-PS 434 die Verwendung von Rollen mit einem Rollenkranz aus leitfähigem Kautschuk, der eine Nut aufweist, in welche die Isolierschicht des Leitungsdrahtes eingreift. Diese bekannte Vorrichtung dient zur Feststellung des örtlichen punktuellen Fehlens einer Isolierung. Sie ermöglicht somit eine rasche Kontrolle der Qualität der Isolierung. Die kontinuierliche Messung der Dicke der Isolierung ist jedoch ein Vorgang, der hinsichtlich der Genauigkeit der erhaltenen Ergebnisse erheblich höhere

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Anforderungen stellt als die Kontrolle auf das Vorhandensein oder auf das Fehlen einer Isolierung.

Die bisher bekannten Vorrichtungen zur Messung der Dicke der Isolierung sind kostspielig, empfindlich und schwierig einzustellen. Darüber hinaus ist in vielen Fällen die erreichbare Genauigkeit noch ungenügend. Insbesondere können die Schwingungen des Drahtes auf der Meßstrecke die Ergebnisse verfälschen. Ferner wird es angesicht der Anforderungen der Technik immer wichtiger, die Dicke der Isolierschicht messen zu können, und zwar nicht nur in Form eines Mittelwertes sondern auch in einer relativ zur Drahtachse vorbestimmten Richtung, um eine möglicherweise fehlerhafte Zentrierung des Drahtes in der Isolierschicht feststellen zu können.

Schließlich sind auch Geräte mit feststehenden Meßwertaufnehmern bekannt, die in Berührung mit dem Draht gehalten werden. Diese Geräte weisen Mängel aufgrund der Reibung zwischen dem Draht und den Meßwertaufnehmern auf. Die Reibung kann die Isolierung beschädigen oder zu einem Verschleiß der empfindlichen Meßwertaufnehmer führen und führt gleichzeitig noch zu Schwingungen des Drahtes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile, insbesondere irgendwelcher Schwingungen des Drahtes auf der Meßstrecke einfach im Aufbau ist und genaue Meßresultate ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäße vorgeschlagen, daß mindestens eine Elektrode von einer aus einem leitfähigen Material bestehenden, an dem Draht tangential anliegenden Ringfläche gebildet ist, die Teil der Umfangsnut einer Nutrolle

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ist, daß die Führungseinrichtung den Draht in der Umfangsnut über einen Umfangsabschnitt vorbestiminter Bogenlänge führt, wobei die Nutrolle mit einer der Geschwindigkeit des Drahtes entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit umläuft, und daß die Meßschaltung zur Bestimmung der Dicke der Isoliermasse zwischen der Drahtseele und der Ringfläche ausgebildet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beiliegenden Figuren die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Extruderstrecke, die mit einer erfindungsgemäßen - . Kontrollvorrichtung versehen ist,

Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch

eine Nutrolle, die einen Teil des Meßwertaufnehmers der in Fig. 1 dargestellten Anordnung bildet,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Hinktions-

weise des Meßwertaufnehmers und der Vorrichtung zur Auswertung des Meßsignales,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Lage der

Meßpunkte bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung,

Fig. 5 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung

einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung und

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Fig. 6 eine schematische Teilansicht einer dritten

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung.

In Fig. 1 ist schematisch einer Extruderstrecke zur Herstellung eines isolierten elektrischen Drahtes oder Kabels, beispielsweise einer Telefonleitung, dargestellt. Diese Extruderstrecke umfaßt eine Haspel 1 und einen Extruder 2 mit einem Kopf 3, der von einem von der Haspel 1 ablaufenden Draht 4 durchlaufen wird. In dem Kopf 3 wird der Draht 4 mit einer Isolierschicht aus Kunststoff ummantelt. Der Draht durchläuft anschließend einen Kühlbehälter 5 und wird dann von einer Zugvorrichtung 6 erfaßt, welche die Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes 4 durch den Extruder 2 einstellt und konstant hält. Hierauf durchläuft •der Draht 4 die allgemein mit 7 bezeichnete Kontrollvorrichtung und läuft schließlich auf die Aufwickelspule 8 auf.

Bsi der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform umfaßt die Kontrollvorrichtung zunächst eine Anordnung zur Induktion eines Hochfrequenzpotentials in der Drahtseele. Diese allgemein mit 9 bezeichnete und in Fig. 3 genauer dargestellte Induktionseinrichtung umfaßt einen feststehenden torusförmigen Magnetring 10, durch den der Draht 4 hindurchtritt, einen Hochfrequenzgenerator 11 und eine Wicklung 12, die ebenfalls durch den Magnetring 10 in dqr Weise hindurchtritt, daß sie die Primärwicklung eines Transformators bildet. Auf diese Weise wird durch Induktion in der Drahtseele zwischen einem Punkt B stromaufwärts des Magnetringes 10 und einem Punkt A stromabwärts des Magnetringes 10 eine Potentialdifferenz induziert. Der stromaufwärts des Magnetringes 10 befindliche Drahtabschnitt besitzt praktisch das Erdpotential, da der Draht den Extruderkopf 3 und die Teile der Haspel 1 berührt, die selbst mit der Erde verbunden sind. Dagegen ist der Drahtabschnitt stromabwärts

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des Magnetringes 10 isoliert, da er vollständig von einer Kunststoffschicht umgeben ist. Ferner stellt die Aufwickelspule 8 eine Induktionsspule mit einem Widerstand für einen Hochfrequenzstrom dar. Somit trägt der stromabwärts des Magneringes 10 innerhalb der Kontrollvorrichtung 7 befindliche Drahtabschnitt eine elektrische Spannung, die mit der Frequenz des Hochfrequenzgenerators 11 variiert.

Der Meßwertaufnehmer besteht in der dargestellten Ausführungsform aus vier Nutrollen 13, 14, 15 und 16 (Fig. 1 bis 3) gleicher Abmessungen, die frei drehbar auf ihren jeweiligen Achsen gelagert sind und deren geometrische Anordnung aus Fig. 3 ersichtlich ist. Der isolierte Draht 4 läuft nacheinander über jede der Nutrollen in der Reihenfolge 14, 13, 16, 15, wobei er entsprechend der Darstellung jede der Nutrollen über einen gleich großen Bogenabschnitt umschlingt. Da die vier Nutroilen 13 bis 16 denselben Durchmesser besitzen, sind die mit der jeweiligen Nutrolle in Berührung stehenden Drahtabschnitte gleich lang.

Fig. 2 zeigt in einem die Achse enthaltenden Schnitt eine der Nutrollen 13 bis 16. Man erkennt, daß die Nutrolle aus zwei Flanschen 17 und 18 besteht, von denen der Flansch 17 aus Kunststoff und der Flansch 18 aus Metall, vorzugsweise Kupfer, hergestellt ist. Die beiden Flansche 17 und 18 sind auf einer gemeinsamen isolierenden Nabe 19 befestigt, die auf einer festen Welle 20 drehbar gelagert ist. Der Flansch 18 weist im Bereich der Nabe 19 eine rohrförmige Verlängerung 21 mit einem äußeren Bund 22 auf. Dieser Bund 22 bildet einen Kollektor, an dem eine über eine Leitung 24 an einen Verstärker 25 angeschlossene Bürste 23 anliegt.

Die Nut der in der Fig. 2 dargestellten Nutrolle wird von den kegelstumpf förinigen ümf angsabschnitten 17a und 18a der Flansche 17 bzw. 18 gebildet. Diese Umfangsabschnitte 17a und 18a

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liegen beiderseits der achsnormalen Mittelebene der Nutrolle und sind gegenüber der achsnormalen Mittelebene jeweils unter einem Winkel von 45° geneigt. Auf diese Weise umfaßt jede Nutrolle eine Meßelektrode, die von der kronenförmigen Kegelstumpffläche gebildet ist, welche auf der Innenseite eine Hälfte der Nut der Nutrolle begrenzt. Man erkennt, daß der in der Nut der Nutrolle liegende Abschnitt der Seele des Drahtes 4 zusammen mit der leitfähigen und an die Verstärkerschaltung 25 angeschlossenen Begrenzungswand der Nut einen Kondensator bildet, dessen Kapazität auf einfache Weise gemessen werden kann, da die Drahtseele eine mit einer hohen Frequenz periodisch variierende Spannung trägt. Die in dem leitfähigen Abschnitt 18 der Nutrolle durch den Draht 4 induzierte Spannung wird in dem Verstärker 25 verstärkt und ergibt ein Abbild der Kapazität des -Kondensators und damit ein Maß'für den Abstand zwischen der Drahtseele und der Elektrode, die von der Innenoberfläche des Umfangsabschnittes 18a der Nutrolle gebildet wird. Damit ist die Kapazität aber auch ein Maß für die Dicke der Isolierschicht in einer Richtung senkrecht zur leitfähigen Begrenzungswand der Nut.

Wie man aus Fig. 4 erkennt, mißt jede Nutrolle 13, 14, 15 oder 16 die Dicke der Isolierung in einer bestimmten Richtung relativ zur Drahtachse. Natürlich könnte man auch Messungen in nur drei radialen Richtungen oder aber in mehr als vier Richtungen vorsehen. In diesem Falle wäre lediglich die Anzahl der Nutrollen und die geometrische Anordnung ihrer jeweiligen Nut verschieden.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Signale, die von den den vier Nutrollen 13 bis 16 zugeordneten Verstärkerschaltungen 25 aufgenommen werden, paarweise voneinander subtrahiert und Anzeigeeinrichtungen 26 und 27

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zugeführt, welche die Exzentrizität in einer ersten Richtung X und in einer hierzu senkrechten Richtung Y anzeigen. Gleichzeitig kann eine Rechenschaltung 28 den Mittelwert der Exzentrizität gemäß der Formel

\/ x² + y²
berechnen.

Natürlich könnte der Aufbau der Nutrollen auch von der oben beschriebenen Ausführungsform abweichen. Die die Elektroden bildenden leitfähigen Flächen könnten beispielsweise von dem Nutengrund oder den Begrenzungswänden einer U-förmigen Nut
gebildet sein oder in einer anderen geometrischen Anordnung vorliegen. Man könnte ferner Nutrollen"'verwenden, bei denen beide Flansche aus einem leitfähigen Material bestehen und
durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind, so daß man die Dicke der Isolierung gleichzeitig in zwei verschiedenen Richtungen messen kann.

Im Falle von Nutrollen mit einem isolierenden zylindrischen Nutgrund und isolierten Rollenkränzen könnten die vier Nutrollen in zwei zueinander senkrechten Ebenen ausgerichtet
werden, wobei je zwei Nutrollen in einer dieser Ebenen
liegen.

Das Aufprägen einer Hochfrequenzspannung könnte ferner nicht nur durch Induktion mittels des Magnetringes 10 sondern auch durch ein elektrisches Feld erfolgen. Fig. 5 zeigt eine Anordnung dieser Art. Man erkennt in Fig. 5 wieder die Haspel 1, den
Extruder 2 mit seinem Kopf 3, den Kühlbehälter 5 und die
Zugvorrichtung 6. Die Kontrollvorrichtung umfaßt hier anstelle des Magnetringes 10 eine Elektrode, die beispielsweise von

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einem koaxial zum Draht verlaufenden Rohr oder einer gekrümmten Platte gebildet ist. Diese Elektrode ist in Fig. 5 mit 29 bezeichnet und wird von einem Generator 30 her mit einer hochfrequenten Wechselspannung gespeist. Diese Elektrode zur Zufuhr der Hochfrequenzenergie könnte im übrigen ebenfalls in Form einer Nutrolle wie die Nutrollen 13 bis 16 ausgebildet sein. Man könnte ferner mehrere Rollen vorsehen, von denen jede ein jeweils phasenverschobenes Hochfrequenzpotential trägt. Indem man die in dem Draht resultierende Spannung mittels des von den vier Nutrollen 13 bis 16 gebildeten Meßwertaufnehmers mißt, erhält man ein Maß für die jeweilige Dicke der Isolierung in den den Nutrollen entsprechenden radialen Richtungen.

Bei der in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsform müssen die Haspel 1 und der Extruder 2 gegenüber der Erde isoliert sein. Die unterhalb der Haspel 1 und dem Extruder 2 dargestellten Isolierträger 31 bzw. 32 zeigen die Notwendigkeit dieser Vorsichtsmaßnahme.

Fig. 6 zeigt eine andere mögliche Anordnung für den Meßwertaufnehmer der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung. Eine Nutrolle .33 ist in einer zur Anordnung einer der Nutrollen 13 bis 16 analogen Weise angeordnet. Der durch die Nut der Nutrolle 33 verlaufende Isolierdraht 4 wird geerdet, beispielsweise über die Haspel 1 wie im ersten Ausführungsbeispiel. Eine Bürste 34 analog zu der Bürste 23 ist an einen Leiter 35 angeschlossen, der einen Teil der Meßbrücke bildet. Diese umfaßt einen Referenzkondensator C-, dessen eine Elektrode mit der Masse verbunden ist und der parallel zu dem Kondensator geschaltet ist, der von der Nutrolle 33 und dem Draht 4 gebildet wird. Der Leiter 35 und die andere Elektrode des Kondensators C₁ sind parallel über Widerstände 37 bzw. 38 an einen Hochfrequenzgenerator 36 angeschlossen. Ein in die Diagonale der Meßbrücke geschaltetes

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Voltmeter 39 ermöglicht es, die Änderungen der Kapazität des von der Nutrolle 33 und dem in seiner Nut liegenden Drahtabschnitt gebildeten Kondensators zu messen.

Der wesentliche Vorteil der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß sie zuverlässige und genaue Messungen ermöglicht. Dank der Tatsache, daß die Oberfläche der Isolierung in direktem Kontakt mit der Meßelektrode steht, wird der Draht an Schwingungen gehindert, so daß die Messung der Kapazität sehr präzise Werte ergibt. Andererseits tritt keine Reibung, somit auch nicht die Gefahr einer Beschädigung des Isoliermantels auf, da sich die Nutrollen mit dem Draht mitdrehen. Schließlich ist die gesamte Anordnung einfach im Aufbau. Insbesondere bereitet die Herstellung der elektronischen Gerätschaft, die man zur Erzeugung eines die Exzentrizität in einer gegebenen Richtung oder ihren Mittelwert anzeigenden Signales benötigt, keinerlei Schwierigkeit, selbst in dem Fall, in dem die Messung der Kapazität in einer großen Anzahl von Richtungen um die Drahtachse herum erfolgt.

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eerseite

Claims

Patentansprüche

1./ Vorrichtung zur Kontrolle der Isolierung eines isolierten, elektrisch leitfähigen Drahtes, umfassend einen Meßwertaufnehmer mit mindestens einer Elektrode und einer Führungseinrichtung für den Draht, die letzteren längs eines bestimmten Weges relativ zu den Elektroden führt, und eine mit der Elektrode verbundene Meßschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (18) von einer aus einem leitfähigen Material bestehenden, an dem Draht (4) tangential anliegenden Ringfläche (18a) gebildet ist, die Teil der Umfangsnut einer Nutrolle (13, 14, 15, 16; 33) ist,

. . daß die Führungseinrichtung, den Draht (4) in der Umfangsnut über einen Umfangsabschnitt vorbestimmter Bogenlänge führt., wobei die Nutrolle (13, 14, 15, 16; 33) mit einer der Geschwindigkeit des Drahtes (4) entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit umläuft, und daß die Meßschaltung (25, 26, 27, 28; 35, 36, 37, 38, 39, C.) zur Bestimmung der Dicke der Isoliermasse zwischen der Drahtseele und der Ringfläche (18a) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

. der Meßwertaufnehmer eine Reihe von Nutrollen (13, 14, 15, 16) aufweist, auf denen der an jeder der Nutrollen (13, 14, 15, 16) über einen Umfangsabschnitt gleicher Bogenlänge anliegende Draht (4) längs eines bestimmten Weges geführt ist, wobei die die Meßelektroden bildenden und mit der Meßschaltung verbundenen Ringflächen (18a) der Nutrollen (13, 14,15, 16) jeweils verschieden relativ zum Draht (4) ausgerichtet sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Ringflächen (18a) jeweils von der Mantelfläche eines Kegelstumpfes gebildet sind und die jeweilige ümfangsnut der Nutrollen (13, 14, 15, 16) auf einer Seite begrenzen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochfrequenzgenerator (11; 30) zur übertragung einer Hochfrequenzspannung auf die Drahtseele stromaufwärts des Meßwertaufnehmers vorgesehen ist und daß die Meßschaltung (25, 26, 27, 28) so ausgebildet ist, daß sie die an den Elektroden (18a) durch die Wirkung des die Isolierung durchgreifenden elektrischen Feldes auftretenden Hochfrequenzspannungen mißt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzspannung auf die Drahtseele durch Induktion mittels eines den Draht (4) umgebenden feststehenden torusförmigen Magnetringes (10) übertragen wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzspannung auf die Drahtseele durch kapazitive Mittel übertragen wird, die ein mit dem Hochfrequenzgenerator

(30) verbundenes und koaxial zum Draht (4) verlaufendes gekrümmtes metallisches Element (29) umfassen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung für jede Elektrode (T8a) eine Meßbrücke aufweist, die einen Referenzkondensator (C₁) und den von der Elektrode (18a) und der Drahtseele gebildeten Kondensator umfaßt.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drahtseele und eine Elektrode des Referenzkondensators (C₁) mit der Masse verbunden sind, während die Meßelektrode (18a) und die andere Elektrode des Referenzkondensators (C₁) jeweils über einen Widerstand (38) bzw. (37) an eine hochfrequente Spannungsquelle (36) angeschlossen sind.

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