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Verfahren und Vorrichtung zum Messen der elektrischen Impedanz
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von insbesondere teilchenförmigen Materialien Die Erfindung betrifft
das Messen der elektrischen Impedanz von insbesondere teilchenförmigen Materialien.
Dabei soll vordergründig die Möglichkeit für ein getrenntes Messen der Leitfähigkeit,
des dielektrischen Koeffizienten und des Feuchtigkeitsgehaltes solcher Materialien
bestehen.
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Die für das Messen solcher Kenngrößen berücksichtigten Materialien
sind beispielsweise Holzschnitzel, Sägemehl oder Getreidekörner, aber auch Kohlestücke
und erzhaltige Konzentrate, so daß insoweit keine bestimmten Beschränkungen vorliegen.
Sofern die Messungen diskontinuierlich an entnommenen Materialproben durchgefiihrt
werden, kann die Meßvorrichtung ein zur Aufnahme der jeweiligen Probe geeignetes
Gefäß umfassen, das
mit zwei Elektroden ausgerüstet ist, die Teile
einer durch ein hochfrequentes Wechselstromsignal erregten elektrischen Brückenschaltung
sind. Die Bruckenschaltung ist zur Abgabe eines Ausgangssignals eingerichtet, das
in Beziehung zu der elektrischen Impedanz der jeweiligen Materialprobe steht, wobei
noch Vorkehrungen getroffen sind, um dieses Ausgangssignal auf Schwankungen der
Temperatur und der Massedichte der Materialprobe zu korrigieren. Beispiele von bekannten
Meßvorrichtungen dieser Art sind in den US-PS'en 3 781 671, 3 824 461 und 3 992
665 beschrieben, die für konstruktive Einzelheiten gleichzeitig eine ergänzende
Beschreibung der vorliegenden Erfindung ergeben.
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FUr bestimmte Materialien, so beispielsweise für Holzschnitzel, ist
eine genaue Messung auch des Feuchtigkeitsgehaltes erwünscht. Hierzu ist für die
Holzschnitzel bekannt, daß ihr Feuchtigkeitsgehalt in direkter Beziehung zu dem
dielektrischen Koeffizienten steht, weshalb auch alle bis jetzt bekannten Meßvorrichtungen
zum Messen der elektrischen Impedanz dafür eingerichtet sind, die Blindkomponente
der elektrischen Impedanz zu messen und damit ein Ausgangssignal bereitzustellen,
das in Beziehung steht zu dem gemessenen dielektrischen Koeffizienten der Holzschitzel.
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Nach neueren Erkenntnissen ist indessen davon auszugehen, daß der
gemessene dielektrische Koeffizient nicht in allen Fällen ein genauer Meßwert für
den Feuchtigkeitsgehalt der Holzschnitzel
darstellt, wobei dieser
Mangel einer genauen Ubereinstimmung damit zu erklären versucht wird, daß die Holzschnitzel
doch unterschiedliche physikalische Eigenschaiten aufweisen kannen. Insoweit ist
für einige der bekannten Meßvorrichtungen wie vorerwähnt bereits berücksichtigt,
daß Schwankungen der Temperatur und der Massedichte die Messung des dielektrischen
Koeffizienten beeinflussen können und es daher wichtig ist, solche Schwankungen
auszugleichen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fortbildung dieser Erkenntnisse
und hat folglich zum Inhalt, daß noch andere Faktoren die Messung des dielektrischen
Koeffizienten beeinflussen können und daher zu berucksichtigen sind, wenn exakte
RUckschlUsse auf den bestimmten Feuchtigkeitsgehalt beispielsweise von Holzschnitzeln
gezogen werden sollen.
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FUr eine zum Messen entnommene Probe von Holzschnitzeln ist so beispielsweise
davon auszugehen, daß sie typischerweise einen wechselnden Gewichtsanteil von eher
feinkörnigem Pulver enthält, also Holzteilchen bzw. Sägespäne mit einer mittleren
Größe für einen Siebdurchgang durch ein Maschensieb mit einer lichten Maschenweite
von 6,68 mm. Das Diagramm der Fig.l zeigt in diesem Zusammenhang mit der oberen
Kurve die Abhängigkeit des gemessenen dielektrischen Koeffizienten, der in Beziehung
steht zu der Blindkomponente der gemessenen elektrischen Impedanz, und mit der unteren
Kurve die Abhängigkeit der gemessenen Leitfähigkeit, die in Beziehung steht zu der
Widerstandskomponente der gemessenen elektrischen Impedanz, von
Schwankungen
des Gewichtsanteils von solchem feinkörnigen Pulver, bezogen auf das Gesamtgewicht
einer jeweiligen Materialprobe, wobei erkennbar wird, daß sowohl der gemessene dielektrische
Koeffizient als auch die gemessene Leitfähigkeit eine Erhöhung erfahren mit der
Vergrößerung des Gewichtsanteils dieses feinkönrigen Pulvers. Eine Vergrößerung
des Gewichtsanteils um etwa lo 96 dieses feinkörnigen Pulvers ergibt eine Erhöhung
der Leitfähigkeit um etwa 50 % und eine Erhöhung des dielektrischen Koeffizienten
um etwa 5 3'. Die doch übermäßig große Erhöhung der Leitfähigkeit wird damit zu
erklären versucht, daß bei einer solchen Vergrößerung des Gewichtsanteils von solchem
feinkörnigen Pulver durch dieses Pulver unter den einzelnen Holzschnitzeln eine
wirksamere Oberflächenberührung geschaffen wird, die andererseits auf die Messung
des dielektrischen Koeffizienten keine vergleichsweise Auswirkung hat, vielmehr
insoweit die Erhöhung des dielektrischen Koeffizienten in eine Beziehung zu setzen
ist zu der Erhöhung der Leitfähigkeit, weil der gemessene dielektrische Koeffizient
mit einer Schaltung erhalten wird, die den tatsächlichen dielektrischen Koeffizienten
der Holzschnitzel parallel mit deren tatsächlicher Leitfähigkeit erfaßt.
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Eine andere Einflußgröße stellen auch die Hölzer dar, aus denen die
Holzschnitzel gewonnen werden. Wenn diese Hölzer beispielsweise über längere Zeit
in Salzwasser gelagert worden sind, dessen Ionenleftfthigkeit sich dabei verändert
hat, dann wird auch die Leitfähigkeit der Holzschnitzel entsprechenden Schwankungen
unterliegen, mit dem Ergebnis, daß der gemessene
dielektrische
Koeffizient auch in diesem Fall nicht einen präzisen Rückschluß auf den tatsächlichen
Feuchtigkeitsgehalt der Holzschnitzel zuläßt. Eine weitere, das Meßergebnis verfälschende
Einflußgröße kann dadurch auftreten, daß die Holzschnitzel eine längere Zeit gelagert
wurden und dabei durch die Wirkung von Pilzen resp. von Enzymen eine Zersetzung
ihrer Zellulosekomponenten erfahren haben, die bei Temperaturen von mehr als 70
bis 750C noch weiter verstärkt wird durch dabei dann noch zusätzlich auftretende
Oxydations- und Respirations-Effekte.
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Bei dieser Zersetzung bildet sich aber Essigsäure, die eine Erhöhung
der Leitfähigkeit der Holzschnitzel bewirkt und damit auch eine analoge Erhöhung
des dielektrischen Koeffizienten.
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Bei der Papierherstellung ist es häufig sehr wichtig, die Zusammensetzung
der Holzschnitzel, mit denen die Pulpe angesetzt wird, genau zu kennen, insbesondere
zu wissen, ob die gerade verwendeten Holzschnitzel nun einen ungewöhnlich hohen
Gewichtsanteil an feinkörnigem Pulver haben oder der Anteil an Salzwasser höher
als gewöhnlich ist bzw. die Holzschnitzel durch solche enzymische Prozesse besonders
stark zersetzt worden sind. Insoweit ist nämlich beispielsweise davon auszugehen,
daß feinkörnige Pulveranteile von Holzschnitzeln die Aktivlauge besondders intensiv
und wesentlich rascher absorbieren als größere Holzschnitzel, womit beim Ansetzen
bzw. Kochen der Pulpe die effektive Konzentration des Laugensalzes entsprechend
viel früher verringert wird und daher geeignete Gegenmaßnahmen zu treffen sind,
um mit einer frühzeitigen Höherstellung der Konzentration
eine
gleichmäßige Pulpe zu erhalten. Wenn andererseits Holzschnitzel verwendet werden,
die bereits ziemlich weit zersetzt worden sind, dann resultiert dies in einem höher
als normalen Anteil an chemischen Komponenten, die mit dem Laugensalz reagieren,
was den Verbrauch an Laugenflüssigkeit steigert und andererseits die Ausbeute verringert.
Auch erfordert die bei der enzymischen Zersetzung der Holzschnitzel gebildete Essigsäure
eine höhere Konzentration der Laugensalze in der Laugenflüssigkeit.
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Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zu Grunde, eine Meßvorrichtung
zum Messen der elektrischen Impedanz insbesondere von solchen Holzschnitzeln bereitzustellen,
die den Feuchtigkeitsgehalt mit einer größeren Genauigkeit ermitteln läßt als die
bekannten Meßvorrichtungen und auch getrennte Messungen sowohl der Leitfähigkeit
als auch des dielektrischen Koeffizienten zuläßt, da am Beispiel der Holzschnitzel
die Leitfähigkeit ein Maß für den Anteil an feinkörnigem Pulver und auch das Ausmaß
für einen stattgefundenen Zersetzungßprozeß ist und die genaue Kenntnis davon das
Ansetzen und Kochen der Pulpe bei der Papierherstellung entsprechend präzise steuern
läßt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung eine Meßvorrichtung
vorgesehen, die durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet ist: a) eine erste Einrichtung
zur Lieferung eines ersten Bezugssignals, das in Beziehung steht zu der (gemessenen)
Leitfähigkeit des Materials,
b) eine zweite Einrichtung zur Lieferung
eines zweiten Bezugssignals, das in Beziehung steht zu dem (gemessenen) dielektrischen
Koeffizienten des Materials, und c) eine auf das erste und das zweite Bezugssignal
ansprechende dritte Einrichtung zur Veränderung des zweiten Bezugssignals in einer
vorbestimmten Beziehung zu dem ersten Bezugssignal für die Lieferung eines auf den
Feuchtigkeitsgehalt einer Materialprobe bezogenen Bezugssignals.
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In einer Meßvorrichtung dieser erfindungsgemäßen Ausbildung ist auch
das Verfahren verkörpert, daß für eine genaue Messung des Feuchtigkeitsgehaltes
eines insbesondere teilchenförmigen Materials unter einem anderen Teilaspekt der
Erfindung vorgesehen ist. Dieses Verfahren umfaßt die Meßschritte einer Messung
zuerst der Leitfähigkeit und des dielektrischen Koeffizienten einer betreffenden
Materialprobe sowie einer nachfolgenden Veränderung der Messung des dielektrischen
Koeffizienten in einer vorbestimmten Beziehung zu der Messung der Leitfähigkeit,
um damit dann ein Meßergebnis für den Feuchtigkeitsgehalt der Materialprobe zu erhalten.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, die Messung des dielektrischen Koeffizienten in
Abhängigkeit von verhältnisgleichen Erhöhungen der Messung der Leitfähigkeit zu
verringern, wobei es meistenteils ausreicht, diese Messung des dielektrischen Koeffizienten
nur dann zu erniedrigen, wenn die verhältnisgleichen Erhöhungen der
Messungen
der Leitfähigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigen, da Veränderungen
der Leitfähigkeit unterhalb dieses Wertes keine nennenswerte Auswirkung auf den
gemessenen Feuchtigkeitsgehalt der Materialprobe haben. Im Falle von Holzschnitzeln
beträgt dieser Schwellenwert etwa 2.ooo Mikromhos, wobei für diesen Wert davon auszugehen
ist, daß bei einer Erhöhung der Leitfähigkeit höher als dieser Schwellenwert der
dielektrische Koeffizient eine lineare Abnahme um 5 X bei jeder weiteren Erhöhung
der Leitfähigkeit um 2.ooo Mikromhos erfährt.
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Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind
in den weiteren Ansprüchen erfaßt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung der Veränderung
des dielektrischen Koeffizienten und der Leitfähigkeit in Abhängigkeit von dem Gewichtsanteil
von feinkörnigem Pulver in Holzschnitzeln, wie vorbeschrieben, und Fig. 2 ein Block-
und Schaltdiagramm einer Meßvorrichtung gemäß der Erfindung.
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Die Meßvorrichtung umfaßt ein zur Aufnahme einer Materialprobe ausgebildetes
Gefäß 10, dessen konstruktive Einzelheiten
aus den einleitend
zum Stand der Technik erwähnten US-PS'en 3 781 671, 3 824 461 und 3 992 665 näher
hervorgeht.
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Das Gefäß lo besitzt eine geerdete Elektrode 12, die für die Form
des Gefäßes ?o maßgebend sein kann und einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt
aufweist, in dessen Mitte eine Aktivelektrode 14 angeordnet ist. Die Aktivelektrode
14 ist durch eine Metallplatte gebildet, die parallel und im Abstand zu den Gefäßwänden
angeordnet ist, so daß innerhalb des Gefäßes ein einheitliches elektrisches Feld
gebildet wird.
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Das Gefäß 10 hat noch eine Füllöffnung und eine Auslaßöffnung, beide
nicht näher gezeigt, die so vorgesehen sind, daß sich gemeinsam mit den beiden Elektroden
12 und 14 ein konstantes Füllvolumen ergibt, das mithin für die Aufnahme einer Materialprobe
vorbestimmter Größe genutzt wird.
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An die Aktivelektrode 14 des Gefäßes 1o ist eine Brückenschaltung
18 angeschlossen, deren Ausbildung und Wirkungsweise identisch ist wie bei den Meßvorrichtungen
nach dem Stand der Technik gemäß der vorerwähnten US-Patentschriften. Die Brückenschaltung
18 ist an den Ausgang 16A eines Signalgenerators 16 angeschlossen, der ein stabilisiertes
Prüfsignal einer bestimmten Frequenz und Phase liefert, das folglich durch die im
übrigen geerdete Brückenschaltung 18 an die Aktivelektrode 14 des Gefäßes lo abgegeben
wird, so daß in diesem und damit auch in der enthaltenen Materialprobe ein elektrisches
Feld mit derselben hohen Frequenz wie dieses Prüfsignal erzeugt wird.
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Durch die Materialprobe wird die Brückenschaltung 18 verstimmt, so
daß an ihrem Ausgang 18A ein Ausgangssignal erhalten
wird, dessen
Phase, relativ zu der Phase des Prüfsignals, und dessen Amplitude in Beziehung stehen
zu der elektrischen Admittanz, das heißt der reziproken Impedanz, der Materialprobe.
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Das Ausgangsignal der Brückenschaltung 18 wird durch einen Verstärker
20 verstärkt, dessen Ausgang an zwei Multiplizierschaltungen 22 und 24 angeschlossen
ist. Der Ausgang der einen Multiplizierschaltung 22 ist an einen Gleichrichter 26
angeschlossen, an dessen Ausgang ein Gleichstrom-Signal erhalten wird, das proportional
zu der gemessenen Leitfähigkeit (1/R) der Materialprobe ist. Der Ausgang der anderen
Multiplizierschaltung 24 ist an eine weitere Multiplizierschaltung 28 angeschlossen,
deren Ausgang ebenfalls an einen gesteuerten Gleichrichter 30 angeschlossen ist,
der ein Gleichstrom-Signal liefert, das proportional zu dem gemessenen dielektrischen
Koeffizienten () der Materialprobe ist.
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Sowohl die gemessene Leitfähigkeit als auch der gemessene dielektrische
Koeffizient unterliegen Schwankungen in Abhängigkeit von der Temperatur der Materialprobe.
Zur Messung dieser Temperatur ist daher ein Temperaturfühler 32 vorzugsweise in
einer Anordnung nahe dem Gefäß lo vorgesehen, der mithin ein Ausgangssignal liefert,
das in Beziehung steht zu einem mittleren Meßwert für die Temperatur der Materialprobe.
Das Ausgangasignal des Temperaturfühlers 32 wird durch einen Verstärker 34 verstärkt
und mittels eines Potentiometers 36 auf eine Höhe eingestellt,die maßgebend ist
für die Höhe eines auf die Temperatur bezogenen Korrektursignals, das den Steuereingängen
der
beiden Multiplizierschaltungen 22 und 24 angeliefert wird. Die Multiplizierschaltungen
22 und 24 sind dafür eingerichtet, den Wert des Ausgangssignals der Brückenschaltung
18, das durch den Verstärker 20 verstärkt wird, mit dem auf die Temperatur bezogenen
Korrektursignal zu multiplizieren, um damit Ausgangssignale zu erhalten, die folglich
in bezug auf die Temperaturschwankungen der Materialprobe ausgeglichen sind. Das
Ausmaß dieses Temperaturausgleichs ist durch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers
34 und auch durch die Einstellung des Potentiometers 36 bestimmt, wobei es im Rahmen
der Erfindung liegt, daß auch beide Multiplizierschaltungen 22 und 24 Je einen veränderlichen
Verstärker haben können, dessen Verstärkung in Abhängigkeit von der Höhe des angelieferten
Temperatur-Korrektursignals einstellbar ist.
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Der gemessene dielektrische Koeffizient unterliegt weiterhin Schwankungen
in Abhängigkeit von der Massedichte der Materialprobe. Zur Erfassung dieser Massedichte
ist daher ein Gewichtsfühler 38 vorzugsweise in der Ausbildung einer Lastzelle vorgesehen,
der ein Ausgangssignal liefert, das in Beziehung steht zu dem Gewicht der Materialprobe,
die in dem Gefäß lo aufgenonen ist. Da das Gefäß lo ein konstantes Füllvolumen hat,
steht daher das Ausgangssignal dieses Gewichtsfühlers 38 in Beziehung zu der Massedichte
der Materialprobe. Dieses Ausgangssignal wird durch einen Verstärker 40 verstärkt
und mittels eines Potentiometers 42 auf einen Pegel eingestellt, der als auf die
Massedichte der Materialprobe bezogenes Korrektursignal iiir die Anlieferung an
den Steuereingang der Multiplizierschaltung
28 geeignet ist. Die
Multiplizierschaltung 28 multipliziert den Wert des Ausgangssignals der BrUckenschaltung
18, wie verstärkt durch den Verstärker 20 und ausgeglichen durch die Multiplizierschaltung
24, mit dem auf die Massedichte der Materialprobe bezogenen Korrektursignal, womit
ein Ausgangssignal erhalten wird, das bezüglich Schwankungen in der Massedichte
der Materialprobe ausgeglichen ist. Das Ausmaß dieses Ausgleichs ist dabei durch
den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 40 und durch die Einstellung des Potentiometers
42 bestimmt, wobei es auch hier im Rahmen der Erfindung liegt, daß die Multiplizierschaltung
28 einen veränderlichen Verstärker umfaßt, dessen Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit
von der Höhe des angelieferten Korrektursignals für die Massedichte der Materialprobe
eingestellt werden kann.
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Das von dem Signalgenerator 16 erzeugte Prüfsignal wird frequenz-
und phasengleich mit dem über den Ausgang 16A abgegebenen Signal über einen weiteren
Ausgang 16B auch einem Phasenverschiebungskreis 43 angeliefert, an dessen Ausgang
43A ein Bezugssignal erhalten wird, dessen Frequenz gleich der-Wenigen des Prüfsignals
ist und dessen Phase um ein vorbestimmtes Ausmaß 41 zu derJenigen des Prtfsignals
verschoben ist, um damit Phasenverschiebungen des Ausgangssignals der Brückenschaltung
auszugleichen, die bei diesem Ausgangssignal bis zu seiner Anlieferung an den Eingang
des Gleichrichters 26 auftreten. Indem das an dem Ausgang 43A des Phasenverschiebungskreises
43 erhaltene Bezugssignal ebenfalls
dem Gleichrichter 26 zugeleitet
wird, wird folglich am Ausgang des Gleichrichters 26 nur von der Komponente des
Ausgangssignals der Brückenschaltung 18 ein Ausgangssignal erhalten, die mit dem
Prüfsignal in Phase steht. Diese weitergegebene Komponente des Ausgangssignals der
Brückenschaltung 18 erfährt durch einen Filterkreis des Gleichrichters 26 eine Umwandlung
in ein entsprechendes Gleichstrom-Signal, das folglich proportional zu der gemessenen
Leitfähigkeit (1/R) der Materialprobe ist, weil diese mit dem Bezugssignal phasengleiche
Komponente des Ausgangssignals der Brückenschaltung 18 dessen Konduktanz-Komponente
ist.
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Das am Ausgang 43A des Phasenverschiebungskreises 43 erhaltene Bezugs
signal wird andererseits einem weiteren Phasenverschiebungskreis 44 zugeleitet,
an dessen Ausgang 44A ein zweites Bezugssignal erhalten wird, dessen Frequenz gleich
derJenigen des Prüfsignals ist. Dieses mit dem Prüfsignal frequenzgleiche Ausgangssignal
de s des Phasenverschiebungskreises 44 ist andererseits durch diesen für eine Voreilung
der Phase um 900 in bezug auf das am Ausgang 43A des Phasenverschiebungskreises
43 erhaltene Bezugssignal gesteuert, vermehrt oder verringert um einen vorbestimmten
Betrag t2 zum Ausgleich der Phasenverschiebungen des Ausgangssignals der Brückenschaltung,
die bis zur Anlieferung an den Gleichrichter 30 auftreten, an den auch das Ausgangssignal
des Phasenverschiebungskreises 44 angeliefert wird. Der Gleichrichter 30 liefert
daher nur für die Komponente des Ausgangssignals der Brückenschaltung 18 ein Ausgangssignal,
die bezüglich des Prüfsignals um 9o0 voreilt,
wobei auch in diesem
Fall der Gleichrichter 30 einen Filterkreis umfaßt, der für die Umwandlung dieser
Komponente in ein entsprechendes Gleichstromsignal ausgebildet ist, das mithin auf
Grund der Relation zu der Suszeptanz-Komponente des Ausgangssignals der Brückschaltung
18 proportional zu den gemessenen dielektrischen Koeffizienten (3wo) der Materialprobe
ist.
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Der gemessenen dielektrische Koeffizient beispielsweise von Holzschnitzeln
erhöht sich mit einer Erhöhung der Leitfähigkeit, womit er nicht genau dem tatsächlichen
Feuchtigkeitsgehalt des Materials entspricht. Um den Feuchtigkeitsgehalt präziser
zu bestimmen, wird daher das Gleichstromsignal, das von dem Gleichrichter 26 geliefert
wird und folglich dem auf die gemessene Leitfähigkeit bezogenen Bezugssignal entspricht,
einem nichtumkehrenden Eingang eines Differentialverstärkers 46 angeliefert, dessen
umkehrender Eingang mit einer ersten Schwellenspannung VTH1 versorgt wird. Es kann
hier grundsätzlich eingeräumt werden, daß für viele teilchenförmige Materialien
keine nennenswerte Veränderung des gemessenen dielektrischen Koeffizienten auftritt,
wenn sich die gemessene Leitfähigkeit unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes
ändert. Bei Holzschnitzeln liegt dieser vorbestimmte Wert bei etwa 2.ooo Mikromhos,
also bei einem Widerstand von etwa 500 Ohms. Die erste Schwellenspannung VTH1 wird
mithin in diesem Fall so eingestellt, daß für die gemessene Leitfähigkeit nur dann
ein Meßsignal erhalten wird, wenn die Leitfähigkeit der Materialprobe höher als
dieser Wert von 2.ooo
Mikromhos liegt. Solange die gemessene Leitfähigkeit
niedriger als der Schwellenwert ist, wird andererseits durch den Differentialverstärker
48 kein Ausgangssignal erzeugt. Jedes von dem Differentialverstärker 46 erzeugte
Ausgangssignal ist proportional zu der Differenz zwischen der Höhe des auf die Leitfähigkeit
bezogenen Bezugssignals und der ersten Schwellenspannung VTH1.
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Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 46 wird an einen Signalformer
48 übergeben, dessen Ausgang an einen Steuereingang einer Multiplizierschaltung
50 angeschlossen ist. An einen weiteren Eingang dieser Multiplizierschaltung 50
wird auch das Ausgangssignal des Gleichrichters 3o angeliefert, das in Beziehung
steht zu dem gemessenen dielektrischen Koeffizienten der Materialprobe. Der Signalformer
48 liefert vorzugsweise ein Ausgangssignal, das linear in Beziehung steht zu der
Höhe des Ausgangssignals des Differentialverstärkers 46 und damit auch zu dem Ausmaß,
um welches die gemessene Leitfähigkeit die Schwellenspannung VTH1 übersteigt. Die
Multiplizierschaltung 25 ist für die Multiplikation des Wertes des auf den gemessenen
dielektrischen Koeffizienten bezogenen Signals und des Wertes des Ausgangssignals
eingerichtet, das von dem Signalformer 48 geliefert wird, womit ein auf den Feuchtigkeitsgehalt
der Materialprobe bezogenes Korrektursignal erhalten wird, das dem umkehrenden Eingang
eines Differentialverstärkers 51 angeliefert wird, dessen nichtumkehrender Eingang
andererseits mit dem auf den gemessenen dielektrischen
Koeffizienten
bezogenen Signal versorgt wird. An dem Ausgang des Differentialverstärkers 51 wird
mithin ein Ausgangs signal erhalten, das proportional zu dem gemessenen Feuchtigkeitsgehalt
der Materialprobe ist.
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Im Falle von Holzschnitzeln wird die erste Schwellenspannung VTH1
wie vorerwähnt auf 2.ooo Mikromhos eingestellt. Es ist wünschenswert, eine lineare
Abnahme der tatsächlichen Höhe des auf den gemessenen dielektrischen Koeffizienten
bezogenen Signals um etwa 5 % für jede weitere Erhöhung des auf die gemessene Leitfähigkeit
bezogenen Signals oberhalb des Schwellenwertes zu erhalten, der bei etwa 20 , der
ftir die gemessene Leitfähigkeit voraussetzbaren Maximalhöhe liegen sollte.
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Die Maximalhöhe der gemessenen Leitfähigkeit liegt bei etwa 1o.ooo
Mikromhos, was einem Widerstand von wa loo Ohms entspricht. In diesem Fall kann
also der Signalformer 48 einen Verstärkerkreis umfassen, der folglich ein Ausgangssignal
liefert, das proportional zu der Höhe des Ausgangssignals des Differentialverstärkers
46 ist. Die tatsächliche Höhe dieses Ausgangssignals des Signalformers 48 ergibt
einen Multiplikationsfaktor zwischen o % und 20 %, wobei die untere Grenze von o
% dann vorliegt, wenn das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 46 ebenfalls
o ist, d.h. in diesem Fall beträgt dann die für die Materialprobe gemessene Leitfähigkeit
maximal 2.000 Mikromhos. Andererseits wird die obere Grenze von 20 96 dieses Multiplikationsfaktors
dann erhalten, wenn das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 46 für eine gemessene
Leitfähigkeit von 8.ooo Mikromhos oberhalb
des Schwellenwertes
anspricht, was einer an der Materialprobe gemessenen Leitfähigkeit von 1o.ooo Mikromhos
entspricht.
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Das am Ausgang der Multiplizierschaltung 50 erhaltene Korrektursignal
reicht mithin zwischen Null und einer Maximalhöhe, die einem Wert von 20 % des auf
den gemessenen dielektrischen Koeffizienten bezogenen Signals entspricht, und dieses
Korrektursignal wird in dem Differentialverstärker 51 von dem auf den gemessenen
dielektrischen Koeffizienten bezogenen Signal subtrahiert, um ein auf den Feuchtigkeitsgehalt
der Materialprobe bezogenes Ausgangssignal zu liefern, das folglich bezüglich der
Schwankungen der Leitfähigkeit der Materialprobe ausgeglichen ist. Das Ausgangssignal
des Differentialverstärkers 51 umfaßt mithin auch das auf den gemessenen dielektrischen
Koeffizienten bezogene Signal, das für Meßwerte der Leitfähigkeit von 2.ooo Mikromhos
und weniger keinen Veränderungen unterliegt, das aber abnimmt im umgekehrten Verhältnis
zu Erhöhungen der Leitfähigkeit, wenn diese Meßwerte über 2.ooo Mikromhos erreicht,
wobei die maximale Abnahme bei 20 96liegt bei einer Erhöhung der Leitfähigkeit auf
maximal lo.ooo Mikromhos.
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Bei der vorbeschriebenen Meßvorrichtung werden für die Korrektur des
auf den dielektrischen Koeffizienten bezogenen Signals nichtlineare Beziehungen
geschaffen für den Zweck, den Feuchtigkeitsgehalt einer Materialprobe sehr genau
bestimmen zu können. FUr diesen Zweck ist der Signalformer 48 zur Lieferung eines
Ausgangssignals eingerichtet, das logarithmisch
oder exponential
in Beziehung steht zu der Höhe des Ausgangssignals des Differentialverstärkers 46.
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Die Bezugssignale für die Leitfähigkeit (1/R), den Feuchtigkeitsgehalt
und den dielektrischen Koeffizienten (1;C) einer Materialprobe können an geeignete
Anzeigeeinrichtungen angeliefert werden oder über entsprechende A/D-Wandlerkreise
einem Rechner, der dann die einzelnen Meßwerte analysieren kann. Es ist alternativ
auch möglich, diese Signale direkt einer Steuervorrichtung zu übergeben, die beispielsweise
bei der Papierherstellung das Kochen der Pulpe steuert, wobei dann diese also von
der Leitfähigkeit, dem Feuchtigkeitsgehalt und dem dielektrischen Koeffizienten
der für die Pulpe verwendeten Holzschitzel abhängige Steuerung filrdie Mengenregelung
der LaugenflUssigkeit und/oder für die Konzentration des Laugensalzes benutzt wird.
Falls erwünscht, kann aich das am Ausgang des Gewichtsfühlers 38 erhaltene, auf
den Massedichte der Materialprobe bezogene Signal sowie das am Ausgang des Temperaturfühlers
32 erhaltene, auf dessen Temperatur bezogene Signal direkt mittels Anzeigeeinrichtungen
52 und 54 angezeigt werden oder ebenfalls einem Rechner oder sonstigen Steuerkreis
für eine entsprechende Datenanalyse bzw. für entsprechende Steuerzwecke übergeben
werden.
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In vielen Fällen kann es auch erwünscht sein, Jede übermäßige Leitfähigkeit
einer Materialprobe direkt anzuzeigen, so daß es einer Überwachungsperson beispielsweise
bei der Papierherstellung möglich ist, rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen zu
treffen.
Für diesen speziellen Fall ist dann vorgesehen, daß das auf die gemessene Leitfähigkeit
bezogene Signal dem nichtumkehrenden Eingang eines Differentialverstärkers 54 zugeleitet
wird, dessen umkehrender Eingang mit einer zweiten Schwellspannung VTH2 beliefert
wird. Die Höhe dieser zweiten Schwellenspannung VTH2 wird dabei so gewählt, daß
sie gleich der Höhe des auf die gemessene Leitfähigkeit bezogenen Signals ist, für
die eine solche direkte Anzeige gewünscht wird. Bei der Messung von Holzschnitzeln
beträgt die für eine solche direkte Anzeige gewünschte Höhe der Leitfähigkeit etwa
1c.ooo MHkromhos, wie oben bereits angedeutet, so daß solange, wie die Leitfähigkeit
diesen Maximalwert nicht erreicht, durch den Differentialverstärker 58 kein Ausgangs
signal erzeugt wird und folglich auch eine Alarmeinrichtung 56 unbetätigt bleibt,
die andererseits dadurch das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 54 betätigt
wird, sobald die Leitfähigkeit diesen Maximalwert übersteigt. Anstelle einer Alarmeinrichtung
kann auch eine beliebig andere Anzeigeeinrichtung durch den Differentialverstärker
54 gesteuert werden.
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Die Meßvorrichtung nach der Erfindung umfaßt demgemäß eine Brückenschaltung,
die an die Aktivelektrode eines zur Aufnahme einer Materialprobe ausgebildeten Gefäßes
angeschlossen ist und durch ein Prüfsignal erregt wird, um ein Ausgangssignal zu
liefern, dessen Phase, relativ zu der Phase dieses Prüfsignals, und dessen Amplitude
in Beziehung stehen zu der elektrischen Admittanz der Materialprobe. Das Ausgangssignal
der Brückenschaltung wird auf Schwankungen der Temperatur und
der
Massedichte der Materialprobe ausgeglichen und einem ersten gesteuerten Gleichrichter
angeliefert, der außerdem ein Bezugssignal erhält, dessen Frequenz gleich derJenigen
des rüfsignals ist und eine Phase hat, die um ein bestimmtes Ausmaß gegenüber derjenigen
des Prfsignals verschoben ist. Dieser Gleichrichter liefert ein erstes Gleichstrom-Signal,
das mit der mit dem Prüfsignal in Phase stehenden Komponente des Ausgangssignals
der Brückenschaltung in beziehung steht und damit auch mit der gemessenen Leitfähigkeit
der Materialprobe. Das Ausgangssignal der Brückenschaltung wird andererseits auch
einem zweiten gesteuerten Gleichrichter angeliefert, der weiterhin ein Bezugssignal
erhält, das durch einen Phasenverschiebungskreis für eine Voreilung 0 der Phase
um 90 gegenüber dem Prüfsignal beeinflußt ist, so daß an dem Ausgang dieses Gleichrichters
ein zweites Gleichstrom-Signal erhalten wird, das mit einer zweiten Komponente des
Ausgangssignals der Brückenschaltung in Beziehung steht, die ihrerseits verhältnisgleich
mit dem gemessenen dielektrischen Koeffizienten der Materialprobe ist. Um weiterhin
ein auf den Feuchtigkeitsgehalt der Materialprobe bezogenes Signal zu erhalten,
wird das erste Gleichstromsignal dem einen Eingang eines Differentialverstärkers
angeliefert, an dessen anderem Eingang eine Schwellenspannung liegt, die einem bestimmten
Wert der Leitfähigkeit entspricht. Wenn die gemessene Leitfähigkeit diesen vorbestimmten
Wert übersteigt, dann liefert der Differentialverstärker ein Ausgangssignal, das
folglich gleich r Differenz zwischen der gemessenen
Leitfähigkeit
und dem vorbestimmten Wert ist. Dieses Ausgangssignal wird durch einen Signalformer
zu einem Signal geformt, das einen entsprechenden prozentualen Anteil darstellt.
Eine Multiplizierschaltung multipliziert das zweite Gleichstrom-Signal mit diesem
Ausgangs signal des Signalformers, womit ein Korrektursignal für den Feuchtigkeitsgehalt
der Materialprobe erhalten wird, das von dem zweiten Gleichstrom-Signal subtrahiert
wird um ein Ausgangssignal zu erhalten, das in direkter Beziehung zu dem gemessenen
Feuchtigkeitsgehalt steht. Es ist außerdem noch eine Alarm-oder sonstige Anzeigeeinrichtung
vorhanden, die dann betätigt wird, wenn die gemessene Leitfähigkeit einen bestimmten
Maximalwert übersteigt.