DE4232185A1 - Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung des Restfeuchtegehaltes von bewegten Materialbahnen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung des Restfeuchtegehaltes von bewegten MaterialbahnenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Bestim
mung des Restfeuchtegehaltes von bewegten Flächenbahnen aus
quellfähigem Material, wie Textilien aus Regeneratfaserstoff und
Naturfasern, Papier und fotografischer Film insbesondere zur Kon
trolle des Trocknungsprozesses von Bahntrocknern.
Es ist bekannt, daß Restfeuchte von Textilien, Papier und foto
grafischem Film konduktometrisch gemessen werden kann, wobei der
logarithmische Zusammenhang zwischen dem elektrischen Widerstand
und dem Restfeuchtegehalt genutzt wird. Bei Flächengebilden ist
dieser Zusammenhang weitestgehend unabhängig von der Flächenmas
se. Als Meßelektroden dienen Kontaktflächen aus leitfähigem Mate
rial, z. B. bei Flächenbahnen Walzen oder Rollen, wobei der elek
trische Widerstand entweder zwischen zwei benachbarten, gegenein
ander isolierten Walzen oder zwischen einer Führungswalze der
Bahn und einer auf der Ware auf liegenden, als Meßelektrode die
nenden Walze gemessen wird. Diese Meßtechnik ermöglicht eine Aus
sage über den prozentualen Feuchtegehalt und zwar auch dann,
wenn es sich um Mischsysteme mit einem bestimmten Anteil an syn
thetischem Material handelt.
Dieses Meßprinzip erfordert im Interesse der Realisierung eines
breiten Meßbereiches eine Logarithmierung des Meßsignals wie im
Patent AS 1 209 777 beschrieben. Um ein unzulässiges Anwachsen
des Meßstromes zu vermeiden, wird nach dem US-Patent 3 434 050
eine Schaltung zur Anpassung des Meßstromes an die Größe des zu
bestimmenden Widerstandes vorgeschlagen.
Ein wesentliches Problem bei der konduktometrischen Feuchtebe
stimmung besteht jedoch darin, daß elektrostatische Aufladungen
der Warenbahn die Messung erheblich stören können, indem die an
den Rollen getrennte Ladung einen in den Meßkreis fließenden
Strom verursacht, der insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten
und im Bereich geringer Restfeuchte den Meßstrom um mehrere Grö
ßenordnungen übersteigen kann. Weiterhin verursachen Potential
schwankungen der in der Regel ungleichmäßig aufgeladenen Waren
bahn durch kapazitive Kopplung Störungen des Meßpotentials. Die
ser Umstand hat zur Folge, daß Widerstandswerte bereits oberhalb
von 109 Ohm in bestimmten Fällen nicht mehr zuverlässig ge
messen werden können. Dies entspricht Restfeuchtewerten im Be
reich der Gleichgewichtsfeuchte bei normalen Klimazuständen von
z. B. 50% relative Luftfeuchte (z. B. 8% für Baumwolle und 15% für
Wolle).
Durch Erhöhung der Meßspannung z. B. auf 1000 V und/oder elektro
nische Kompensation des Ladungsstromes wie im Patent WP 160822
beschrieben, gelingt es, die Grenze des Meßbereiches zu erhöhen.
Dennoch reicht dies in vielen Fällen nicht aus, insbesondere bei
hohen Geschwindigkeiten (< 50 m/min), bei der Kontrolle von Woll
stoffen, die aufgrund ihres naturbedingten hohen Widerstandes ge
nerell zu hoher Aufladung neigen, und dann, wenn aus speziellen
technologischen Gründen stark ausgetrocknetes Material bei gerin
gem Restfeuchtegehalt gemessen werden soll. Die Trocknungsvorge
schichte wirkt sich bekanntlich wesentlich auf Qualitätseffekte
nachfolgender Behandlungsprozesse, wie die Aufnahme von Farbstof
fen und Textilhilfsmitteln, aus. Weiterhin ist als Nachteil anzu
führen, daß bei empfindlichen Materialien die auf der Ware auf
liegenden Walzenelektroden eine nicht tolerierbare Längsstreifig
keit verursachen können.
Die direkte Nutzung der elektrostatischen Aufladung zur Feuchte
messung wird im WP 97751 vorgeschlagen. Dieses Verfahren ermög
licht aber nur eine grobe Aussage dahingehend, ob die Ware noch
feucht oder schon trocken ist, da aufgrund vieler Einflußfaktoren
kein eindeutiger funktioneller Zusammenhang zwischen Aufladung
und Widerstand existiert.
Nach einem im WP 237 706 vorgeschlagenem Verfahren zur Kontrolle
des Trocknungsprozesses in Spann-Trocken-Fixier-Maschinen werden
im Trockner Elektroden zur Initiierung einer elektrostatischen
Aufladung der Ware montiert, um mittels nachfolgend angeordneter
Sonden zu erkennen, in welchem Bereich innerhalb des Trockners
der Übergang vom feuchten in den trockenen Zustand erfolgt. Die
ses Verfahren ermöglicht nicht die quantitative Bestimmung der
Restfeuchte.
Weitere Verfahren der Feuchtemessung, wie die Mikrowellenabsorp
tion (AS 1 231 464), die β-Strahlenabsorption und Infrarot
reflexion (OS 2 353 772) sind technisch sehr aufwendig, im
Restfeuchtebereich unempfindlich und erfordern material- und
strukturabhängige Eichkurven.
Nach einem weiteren Patent (Aktenzeichen-Nr. P 4221547.1) wird
die Feuchtemessung insbesondere im unteren Restfeuchtebereich
realisiert, indem mittels einer über der Bahn angeordneten hoch
spannungsführenden Elektrode in der Bahn eine Ladungsspur in
fluenziert wird, deren Ladungsdichte als Funktion des elektri
schen Widerstandes und damit der Feuchte mittels nachfolgend an
geordneter Sonden berührungslos gemessen wird. Dieses Verfahren
ist jedoch nur für die Messung sehr geringer Restfeuchtewerte ge
eignet und damit auf solche Einsatzgebiete begrenzt, in denen im
hohen Widerstandsbereich < 1011 Ohm zu messen ist. Ein weiterer
Nachteil dieses Verfahrens ist die Geschwindigkeitsabhängigkeit
des Meßsignales.
Aufgabe der Erfindung ist, mittels eines berührungslos funktio
nierenden Verfahrens den Meßbereich zu niedrigen Widerstandswer
ten hin zu erweitern und damit eine Kontrolle höherer Restfeuch
tewerte zu ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß in einem loka
len Bereich der bewegten Flächenbahn ein elektrisches Feld er
zeugt wird, und daß die abschirmende Wirkung gemessen wird, die
der feuchteabhängige Gleichstromwiderstand der Bahn auf dieses
Feld verursacht.
Nach einem weiteren Merkmal, der Erfindung wird dieses Feld entwe
der durch Rechteckimpulse, durch eine periodisch frequenzmodu
lierte Sinus-Wechselspannung oder durch eine zeitlich konstante
Spannung erzeugt.
Erfindungsgemäß wird im Falle des gepulsten Feldes die dem
Gleichstromwiderstand der Bahn proportionale Abklingzeit der Im
pulse, im Falle des frequenzmodulierten Feldes der vom Gleich
stromwiderstand der Bahn beeinflußte Frequenzgang und im Falle
des zeitlich konstanten Feldes die vom Gleichstromwiderstand der
Bahn verursachte Feldstärkeänderung ausgewertet, die allerdings
geschwindigkeitsabhängig ist.
Die zu messende Flächenbahn bewegt sich dabei erfindungsgemäß be
rührungslos zwischen 2 Elektroden, deren eine mit dem das Feld
initiierenden Potential beaufschlagt wird und deren andere als
Feldmeßsonde dient und an ein elektronisches Verstärkersystem an
geschlossen ist. Aufgrund der Bahnbewegung mit der Geschwindig
keit v kommt der durch den Flächenwiderstand R der Bahn bedingte
Abschirmeffekt nur dann zu einer meßtechnisch erfaßbaren Wirkung,
wenn die Aufenthaltszeit der Flächenelemente im Feldbereich in
der Größenordnung der Zeitkonstanten τ = R*C liegt, wobei C die
Kapazität zwischen den Elektroden ist. Dies bedeutet, daß die
Ausdehnung a der das Feld initiierenden Elektrode in Bahnlauf
richtung a 0,1*v*Ro *C sein muß, wobei Ro die obere Meßgrenze
des zu erfassenden Flächenwiderstandes darstellt.
Da im Falle der Anwendung eines Gleichspannungsfeldes ein stati
sches Signal vorliegt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das
Feld im Bereich der Meßsonde zu modulieren, indem ein schwingen
des oder rotierendes geerdetes Metallelement so vor der Sonde an
geordnet ist, daß diese periodisch abgedeckt wird.
Die durch elektrostatische Aufladung der Bahn auftretende Stör
wirkung wird erfindungsgemäß durch Montage von Spitzenionisatoren
4 beseitigt.
Die Erfindung soll mittels der Zeichnung an Hand von 3 Anwen
dungsbeispielen erläutert werden.
Die flächenförmige rechteckige Elektrode 1 mit den Abmessungen
300*30 mm ist parallel in einem Abstand von 30 mm zur bewegten
Bahn 2 so angeordnet, daß die lange Seite in Bahnrichtung zeigt.
Diese Elektrode wird mit Spannungsimpulsen von 1000 V einer Flan
kensteilheit von 106 V/s, einer Dauer von 0,5 s und einer Takt
frequenz von 0,5 Hz beaufschlagt.
Dieser Elektrode 1 gegenüber befindet sich hinter der Bahn 2
ebenfalls in einem Abstand von 30 mm die flächenförmige runde
Meßsonde 3 von 30 mm Durchmesser. Diese Sonde ist im Sinne der
Warenlaufrichtung unter dem hinteren Ende der Elektrode 1 mon
tiert und ist an ein elektronisches Auswertesystem mit einem Ein
gangswiderstand von 1010 Ohm und einer Eingangskapazität von 200 pF
angeschlossen.
Liegt der zu erfassende Flächenwiderstand der Bahn 2 im Bereich
von 10⁷ bis 10¹² Ohm - einem für Baumwolltextilien entsprechenden
Feuchtegehalt von 10 bis 4% - und beträgt die Kapazität zwischen
den Elektroden 1,3 etwa 2 pF, so liegt die von der Sonde 3 und
dem elektronischen System zu erfassende Entladezeitkonstante T
der Einzelimpulse im Bereich von 2*10-5 bis 2 Sekunden.
Einem zweiten Anwendungsbeispiel liegt die gleiche Meßanordnung
zugrunde. Anstelle von Rechteckimpulsen wird jedoch an die Elek
trode 1 eine Wechselspannung von 30 V gelegt, deren Frequenz sich
innerhalb einer Periode von 5 Sekunden von 1 Hz auf 100 kHz er
höht. Aus dem vom Auswertesystem registrierten Frequenzgang der
von der Sonde 3 empfangenen Signalamplitude ist damit ein Wider
standsbereich von etwa 106 bis 1012 Ohm erfaßbar.
In einem dritten Anwendungsbeispiel liegt an der Elektrode 1 ein
konstantes Potential Uo von 10 kV an. In diesem Falle wird in dem
Bereich der bewegten Bahn, der der Feldwirkung der Elektrode 1
ausgesetzt ist, nach dem Gesetz U = Uo (1-e-1/VRC) ein Gegenpo
tential U aufgebaut, das das von der Elektrode 1 initiierte Feld
zur Meßsonde hin abschirmt. Bei einer Bahngeschwindigkeit von v = 100 cm/s
und einer Länge der Elektrode von l = 30 cm liegt die er
faßbare Zeitkonstante R*C im Bereich von 0,06 bis 6 s, wenn man
davon ausgeht, daß mit der Feldmeßsonde 3, vor der ein rotieren
der Feldmodulator in Form einer Sektorscheibe angeordnet ist, im
Bereich von 1% bis 95% der Ausgangsfeldstärke zuverlässig gemes
sen werden kann. Dies entspricht bei C = 2 pF einem Widerstands
meßbereich von 2*1010 bis 2*1012 Ohm.
Claims (7)
1. Verfahren zur berührungslosen Messung des Restfeuchtegehaltes
von bewegten Flächenbahnen aus quellfähigem Material, wie Tex
tilien aus oder mit Mischungsanteilen aus Regenerat- oder Na
turfaserstoff, Papier und fotografischer Film auf der Basis
der Messung des elektrischen Gleichstromwiderstandes dadurch
gekennzeichnet, daß in einem lokalen Bereich der Bahn ein
elektrisches Feld erzeugt wird und daß die durch den feuchte
abhängigen Gleichstromwiderstand der Bahn auf dieses Feld her
vorgerufene abschirmende Wirkung gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das
elektrische Feld entweder durch Rechteckspannungsimpulse,
durch periodisch frequenzmodulierte Sinus-Wechselspannung oder
durch eine zeitlich konstante Spannung erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß im
Falle des gepulsten Feldes die dem Gleichstromwiderstand pro
portionale Abklingzeit der Impulse, im Falle des frequenzmodu
lierten Feldes der vom Gleichstromwiderstand beeinflußte Fre
quenzgang und im Falle des zeitlich konstanten Feldes die vom
Gleichstromwiderstand der Bahn verursachte Feldstärkeänderung
ausgewertet wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüber be
findliche Elektroden (1, 3) angeordnet sind, deren eine mit dem
das Feld initiierenden Potential beaufschlagt wird, und deren
andere als Feldmeßsonde (3) an ein elektronisches System, be
stehend aus Impedanzwandler, Verstärker, Analog-Digital-Umset
zer und Mikroprozessor, angeschlossen ist, und daß sich die
zu messende Flächenbahn (2) zwischen diesen Elektroden (1, 3)
befindet.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung l der das
Feld initiierenden Elektrode (1) in Bahnrichtung l 0.1*v*R*C
beträgt, wobei v die maximal auftretende Bahngeschwindigkeit,
Ro die obere Meßbereichsgrenze des zu messenden Flächenwider
standes und C die Kapazität zwischen den Elektroden darstellt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Gleichspan
nungsfeldes vor der als Meßsonde dienenden Elektrode 3 zum
Feld hin ein rotierendes oder schwingendes geerdetes metal
lisches Element angeordnet ist, daß durch periodisches
Abdecken der Elektrode 3 das Feldstärkesignal moduliert.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von das
Feld störender elektrostatischer Aufladungen der Bahn 2 im
Sinne der Bahnlaufrichtung vor dem Elektrodensystem ein Spit
zen-Ionisator 4 montiert ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924232185 DE4232185A1 (de) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung des Restfeuchtegehaltes von bewegten Materialbahnen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924232185 DE4232185A1 (de) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung des Restfeuchtegehaltes von bewegten Materialbahnen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4232185A1 true DE4232185A1 (de) | 1994-03-31 |
Family
ID=6468854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924232185 Withdrawn DE4232185A1 (de) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung des Restfeuchtegehaltes von bewegten Materialbahnen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4232185A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000046760A1 (en) * | 1999-02-01 | 2000-08-10 | Cashcode Company Inc. | Sensor for evaluating dielectric properties of specialized paper |
DE10025902C2 (de) * | 2000-04-26 | 2002-08-01 | Mahlo Gmbh & Co Kg | Feuchtemeßanordnung |
AU772710B2 (en) * | 1999-02-01 | 2004-05-06 | Crane Canada Co. | Sensor for evaluating dielectric properties of specialized paper |
WO2006072839A1 (en) * | 2005-01-05 | 2006-07-13 | Uster Technologies Ag | Ultra low frequency moisture sensor |
-
1992
- 1992-09-25 DE DE19924232185 patent/DE4232185A1/de not_active Withdrawn
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US6229317B1 (en) | 1999-02-01 | 2001-05-08 | Cashcode Company Inc. | Sensor for evaluating dielectric properties of specialized paper |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SAECHSISCHES TEXTILFORSCHUNGSINSTITUT E.V., 09125 |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: PLEVA GMBH, 72186 EMPFINGEN, DE |
|
8141 | Disposal/no request for examination |