DE4002155A1 - Messkopf zur kapzitiven messung der dicke von folien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf zur kapazitiven Messung der Dicke von Folien, vorzugsweise von Folien aus thermoplastischem Kunststoff, mit einer leistenförmigen inneren Elektrode, die unter Bildung eines schmalen ringförmigen Spaltes von einer äußeren Elektrode umgeben ist.

Meßköpfe dieser Art dienen beispielsweise der Messung der Folien­ dicke von in Blasfolienextruderanlagen hergestellten Schlauch­ folien aus thermoplastischem Kunststoff. Ein bekannter Meßkopf dieser Art wird anhand der Fig. 1 bis 3 der Zeichnung beschrieben, in denen Fig. 1 eine Draufsicht auf den Meßkopf,

Fig. 2 einen Längsschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 durch den Meßkopf und

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Meßkopf längs der Linie III-III in Fig. 1 zeigt. Der Meßkopf besteht aus einem im wesentlichen recht­ eckigen Grundkörper 1, der eine Elektrode bildet. Dieser Grund­ körper weist eine längliche Ausnehmung 2 auf, in die eine zweite Elektrode 3 eingesetzt ist. Diese Elektrode 3 wird auf nicht dargestellte Weise durch isolierte Bolzen 4 gehalten, die durch Bohrungen 5 im Grundkörper 1 nach außen geführt sind. Der zwischen dem Grundkörper 1 und der Elektrode 3 verbleibende ringförmige Luftspalt 6 bildet das Dielektrikum. Wird an dem Meßkopf in einer zu dessen Oberfläche parallelen Ebene eine Folie vorbeigeführt, ändert sich entsprechend der Dicke dieser Folie die Kapazität des Meßkopfes, so daß die Änderung der Kapazität ein Maß für die Dicke der Folie ist.

Dieser bekannte Meßkopf liefert befriedigende Ergebnisse, wenn er auf die Messung von Folien mit gleichbleibender Temperatur geeicht wird. Bei der Messung von in Blasfolienextruderanlagen hergestellten Folien können diese jedoch unterschiedliche Temperaturen aufweisen, beispielsweise wenn Folienschläuche mit unterschiedlichen Durchmessern und Wanddicken hergestellt werden. Weisen die zu messenden Folien aber unterschiedliche Temperaturen auf, können sich bei einer Messung der Foliendicke mit dem bekannten Meßkopf Fehler ergeben, weil die innere Elektrode 3 im Verhältnis zu ihrer Oberfläche eine geringere Masse aufweist als der Grundkörper 1, so daß sich diese schneller aufwärmt und ausdehnt als der diese einfassende Grund­ körper. Durch die unterschiedlichen Ausdehnungen der inneren Elektrode 3 und des Grundkörpers 1 ändert sich aber der ring­ förmige Luftspalt und damit die Kapazität des Meßkopfes, so daß diese Kapazitätsänderungen als Meßfehler in die Dickenmessungen eingehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Meßkopf der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der gegen Temperaturänderungen der zu messenden Folien weitgehend unempfindlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Meßkopf der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß die äußere Elektrode aus einer ringförmigen Elektrode mit einem Profil etwa gleicher Breite besteht. Dabei sind die Profile so gewählt, daß sie sowohl in Längs- als auch in Querrichtung etwa gleichen Wärme­ dehnungen unterliegen. Die geometrische Anordnung der die beiden Elektroden bildenden Profile ist weiterhin so gewählt, daß bei Erwärmung der zwischen beiden Elektroden vorhandene Luftspalt in seiner Breite im wesentlichen gleich bleibt. Da also erfindungs­ gemäß die Dehnungen der beiden Elektroden so aufeinander abgestimmt sind, daß bei Erwärmung der Luftspalt zwischen beiden Elektroden im wesentlichen konstant bleibt, treten überhaupt keine oder aber vernachlässigbare Kapazitätsänderungen bei einer Erwärmung des Meßkopfes auf, so daß Fehler bei der Messung von Folien unterschiedlicher Temperaturen vermieden sind.

Zweckmäßigerweise ist die äußere Elektrode in eine flache längliche Ausnehmung eines Grundkörpers eingelassen und umgibt die innere Elektrode, die in einem tieferen Spalt des Grund­ körpers gehaltert ist. Bei dem erfindungsgemäßen Meßkopf dient somit der Grundkörper nur noch der Halterung der Elektroden, ohne aber selbst Elektrode zu sein. Der Grundkörper wird daher aus einem Material hergestellt, das die Kapazität des durch die beiden Elektroden gebildeten Kondensators überhaupt nicht oder nur geringfügig oder in einer Weise beeinflußt, die bei unterschiedlichen Erwärmungen keine Veränderung erfährt.

Vorzugsweise bestehen die Elektroden aus parallel zueinander verlaufenden Profilleisten, von denen die äußeren in ihren Endbereichen durch Bogenstücke miteinander verbunden sind. Dabei ist zwischen der inneren und äußeren ringförmigen Elektrode ein Spalt von im wesentlichen gleicher Breite vorhanden. Bei Erwärmung führen die Elektroden etwa gleiche Dehnungen in Längsrichtung aus, wobei aufgrund der Bogenstücke auch das Dehnungsverhalten in Querrichtung so aufeinander abgestimmt ist, daß die Breite der Spalte zwischen den parallel verlaufenden Elektrodensträngen gleichbleibt.

Zweckmäßigerweise bestehen die Elektroden aus Metall mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Um Einflüsse des Grundkörpers auf das Dehnungsverhalten der äußeren Elektrode auszuschließen, ist die äußere Elektrode zweckmäßigerweise in einer Aussparung des Grundkörpers des Meßkopfes mit Spiel gehaltert. Zur Befestigung der Elektroden kann ein elastischer Kleber verwendet werden, der die gewünschten Wärmedehnungen zuläßt.

In jedem Falle sollte aber zwischen den Elektroden nur ein möglichst schmaler Luftspalt verbleiben, um eine möglichst große Grundkapazität des Meßkopfes zu erzielen, so daß auch die Kapazitätsänderungen bei der Messung möglichst groß und damit gut erfaßbar sind.

Zweckmäßigerweise ist die Masse der beiden Elektroden etwa gleich, um damit eine gleiche Erwärmung und gleiches Dehnungs­ verhalten der Elektroden zu erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 4 bis 6 der Zeichnung näher erläutert, die eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht auf den Meßkopf und den Fig. 2 und 3 entsprechende Querschnitte durch den Meßkopf darstellen.

Der in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Meßkopf besteht aus einem Grundkörper 1′, der eine abgesetzte Aufnahmeöffnung 2′ aufweist. In diese abgesetzte Aufnahmeöffnung 2′ ist eine äußere Elektrode 7 eingesetzt, während die innere Elektrode 3′ mit Abstand zur äußeren Elektrode 7 über Stehbolzen 4′ auf nicht näher dargestellte Weise im Inneren der Ausnahmeöffnung 2′ fixiert ist. Die isolierten Bolzen 4′ ragen durch im Grundkörper 1′ vorhandene Bohrungen 5′ nach außen.

Ein so aufgebauter kapazitiver Meßkopf hat den Vorteil, daß bei auf ihn einwirkende Wärme sich sowohl die äußere Elektrode 7 als auch die innere Elektrode 3′ gleichmäßig ausdehnen, so daß der zwischen der äußeren Elektrode 7 und der inneren Elektrode 3′ vorhandene Luftspalt 6′ unverändert groß bleibt und Meßfehler, die bei bekannten Meßköpfen aufgrund von Temperaturbeeinflussung entstehen, eliminiert sind. Das Material für die Elektroden 3′ und 7 weist einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.

Die äußere Elektrode 7 ist nicht stramm in den Tragkörper 1′ eingepreßt, sondern mit soviel Spiel in den Grundkörper 1′ eingebracht, daß sie sich ausdehnen kann, ohne auf den Tragkörper 1′ einzuwirken.

Als Befestigung zwischen der äußeren Elektrode 7 und dem Grundkörper 1′ wird dabei ein elastischer Kleber verwendet.

Claims (7)

1. Meßkopf zur kapazitiven Messung der Dicke von Folien, vorzugsweise von Folien aus thermoplastischem Kunststoff, mit einer leistenförmigen inneren Elektrode, die unter Bildung eines schmalen ringförmigen Spaltes von einer äußeren Elektrode umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode aus einer ringförmigen Elektrode (7) mit einem Profil von etwa gleicher Breite wie die innere Elektrode (3′) besteht.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (7) die Form eines flachgedrückten Ringes hat.

3. Meßkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3′, 7) aus Metall mit niedrigem Wärmeaus­ dehnungskoeffizient bestehen.

4. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektroden (3′, 7) etwa eine gleiche Masse aufweisen.

5. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (7) in eine flache längliche Ausnehmung eines Grundkörpers (1′) eingelassen ist und die innere Elektrode (3′), die in einem tieferen Spalt des Grundkörpers (1′) gehaltert ist, umgibt.

6. Meßkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode in einer Aussparung des Grundkörpers (1′) des Meßkopfes mit Spiel gehaltert ist.

7. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektroden aus drei parallel zueinander verlaufenden Profilstücken bestehen, von denen die äußeren in ihren Endbereichen durch Bogenstücke miteinander verbunden sind.