DE69817007T2

DE69817007T2 - Feuchtigkeitssensor

Info

Publication number: DE69817007T2
Application number: DE69817007T
Authority: DE
Inventors: M. Hossein GHORASHI; E. Michael GALYON; Vaughn T. BLALOCK
Original assignee: Uster Technologies AG
Current assignee: Uster Technologies AG
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2018-10-24
Also published as: BR9813911A; AR017546A1; EP1029236B1; CN1203315C; AU751706B2; DE69817007D1; WO1999023482A1; US6020744A; AU9554398A; JP2001522044A; EP1029236A1; CN1278918A; TR200001224T2

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Messung physikalischer Eigenschaften von fliessbarem Material. Insbesondere betrifft diese Erfindung das Gebiet der Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Baumwolle die in einem Baumwollentkörner verarbeitet wird.
Stand der Technik
Eine Einflussgrösse, die die Qualität der Baumwollfasern bestimmt, die durch Entkörnung gewonnen werden, ist der Anteil der Feuchtigkeit, die in den Baumwollfasern vorhanden ist, wenn die Baumwolle gereinigt und entkörnt wird. Reinigungsmaschinen für die Baumwollfasern arbeiten dann am wirksamsten und beschädigen die Baumwollfasern am wenigsten, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwollfasern während der Reinigung in einem optimalen Bereich gehalten wird. Der Feuchtigkeitsgehalt von Baumwollfasern kann dadurch in einem optimalen Bereich gehalten werden, dass der Trockner für die Baumwollfasern ständig dem Feuchtigkeitsgehalt der Baumwollfasern angepasst wird, die den Trockner verlassen.
Ein typisches Feuchtigkeitsmessgerät bestimmt den Feuchtigkeitsgehalt aufgrund des elektrischen Widerstandes der Baumwolle. Ein solches Gerät entnimmt dem Baumwollstrom eine Baumwollprobe und presst diese Probe zwischen eine Kathode und eine Anode. Das Gerät misst dann den elektrischen widerstand zwischen der Kathode und der Anode. Da der Feuchtigkeitsgehalt von Baumwolle umgekehrt proportional zum elektrischen Widerstand der Baumwo1ie ist, kann der Feuchtigkeitsgehalt mit empirisch bestimmten Gleichungen berechnet werden.
Unglücklicherweise messen Widerstadsmessgeräte nur in einem Relativ kleinen Bereich des Feuchtigkeitsgehaltes genau. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt zunimmt, nimmt der widerstand ab. Daraus folgt, dass die Messgenauigkeit leidet, wenn das Gerät kleine Widerstände nicht genau messen kann. Deshalb ist es wünschbar, den Wiederstand der Probe anzuheben, indem man beispielsweise den Abstand zwischen Kathode und Anode vergrössert, wenn der Feuchtigkeitsgehalt zunimmt. Entsprechend steigt der Widerstand der Baumwolle wenn der Feuchtigkeitsgehalt abnimmt. Das kann ausgeglichen werden, indem der Abstand zwischen Kathode und Anode verringert wird, was den Widerstand über die Probe verringert. Unglücklicherweise verschärft diese Lösung das Problem der Messung bei hoher Feuchtigkeit.
Wegen diesen widersprüchlichen Problemen bei der Auslegung geht man bei typischen Feuchtigkeitsmessgeräten einen Kompromiss zwischen der Genauigkeit bei niedrigen und bei hohen Feuchtigkeitsgehalten ein. Das bedeutet, dass die Genauigkeit solcher Geräte sich auf einen relativ schmalen Bereich um die Mitte der erwarteten Feuchtigkeitsgehalte beschränkt. Wenn ein Feuchtigkeitsmessgerät den Feuchtigkeitsgehalt über einen genügend grossen Bereich nicht genau bestimmt, so neigt der Regler eines Faser-Trockners dazu, nicht optimale Feuchtigkeitsgehalte in der Baumwolle aufrechtzuerhalten. Wenn der Faser-Trockner den Feuchtigkeitsgehalt während der Reinigung nicht in einem optimalen Bereich hält, so erfahren die Baumwollfasern grössere Beschädigungen als dies bei optimaler Feuchtigkeit der Fall wäre.
Was demnach gebraucht wird, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, die den Feuchtigkeitsgehalt von Baumwolle über einen genügend grossen Bereich genau misst, so dass eine optimale Regelung eines lint Trockners in einer Entkörnungsanlage ermöglicht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorgenannten und weitere Anforderungen werden durch eine Vorrichtung erfüllt, die den Feuchtigkeitgehalt eines Materials wie Baumwolle misst, dessen elektrischer Widerstand eine Funktion der Feuchtigkeit des Materials ist. Die Messung des Feuchtigkeitsgehaltes erfolgt aufgrund von vorgegebenen elektrischen Ladungen, die durch das Material fliessen. Die Vorrichtung hat einen Feuchtigkeitssensor mit ersten Elektroden, zweiten Elektroden und Erdungselektroden. Die Erdungselektroden sind zwischen den ersten und zweiten Elektroden eingeschoben. Die Vorrichtung enthält auch eine Feuchtigkeitsbestimmungsschaltung, die erste elektrische Ladungen an die ersten Elektroden und zweite elektrische Ladungen die zweiten Elektroden abgibt. Die Feuchtigkeitsbestimmungsschaltung bestimmt den Betrag der elektrischen Ladung die von den ersten und zweiten Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliesst und bestimmt den Feuchtigkeitsgehalt des Materials aufgrund des Betrages der elektrischen Ladungen die durch das Material fliessen.
Indem erste elektrische Ladungen an die ersten Elektroden und zweite elektrische Ladungen an die zweiten Elektroden angelegt werden, misst die vorliegende Erfindung den Feuchtigkeitsgehalt des Materials über einen weiten Bereich von Feuchtigkeitsgehalten. Diesen weiten Bereich erhält man indem man die ersten elektrischen Ladungen an den ersten Elektroden in einem Masse ansetzt, das optimal für Feuchtigkeitsgehalte am oberen Ende des gewünschten Messbereiches und die zweiten elektrischen Ladungen an den zweiten Elektroden in einem Masse ansetzt, das optimal für Feuchtigkeitsgehalte am unteren Ende des gewünschten Messbereiches liegt. So werden die typischen Probleme im Zusammenhang mit der Messung des Feuchtigkeitsgehaltes aufgrund des Widerstandes wie oben beschrieben vermieden.
In vorzugsweisen Ausführungen hat die Feuchtig-keitsbestimmungsschaltung erste Schaltungen zum Laden der Elektroden und zweite Schaltungen zum Laden der Elektroden. Die ersten Schaltungen zum Laden der Elektroden laden erste Kondensatoren bis zu einer ersten Spannung auf. Es gibt für jede erste Elektrode einen ersten Kondensator. So wird die erste Spannung an jede der ersten Elektroden angelegt. Entsprechend laden zweite Schaltungen zum Laden der Elektroden zweite Kondensatoren bis zu einer ersten Spannung auf. Es gibt für jede zweite Elektrode einen zweiten Kondensator. Die erste Spannung wird so an jede der zweiten Elektroden angelegt.
Die Feuchtigkeitsbestimmungsschaltung enthält auch eine Entladezeitschaltung für den Sensor die erste Entladezeitdauern bestimmt, die den ersten Elektroden zugeordnet sind. Die ersten Entladezeitdauern messen die Geschwindigkeiten mit welchen die erste Spannung an den ersten Elektroden wegen der Entladung der ersten Kondensatoren zu zweiten Spannungen absinkt. Die Entladezeitschaltung für den Sensor bestimmt auch zweite Entladezeitdauern für die zweiten Elektroden. Die zweiten Entladezeitdauern messen die Geschwindigkeiten mit welchen die erste Spannung an den zweiten Elektroden wegen der Entladung der zweiten Kondensatoren zu zweiten Spannungen absinkt. Die Entladezeitschaltung für den Sensor enthält einen Taktgeber der periodisch Taktimpulse ausgibt und einen Zähler zur Zählung der Taktimpulse während die erste Spannung an den ersten Elektroden zur zweiten Spannung absinkt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen. Der Zähler zählt auch Taktimpulse während die erste Spannung an zweiten Elektroden zur zweiten Spannung absinkt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen.
Ein Rechner für den Feuchtigkeitsgehalt in vorzugsweiser Ausführung bestimmt den Feuchtigkeitsgehalt eines Materials aufgrund einer Anzahl ausgewählter erster und zweiter _ Entladungszeitdauern. Die ausgewählten ersten und zweiten Entladungszeitdauern liegen innerhalb eines ausgewählten Bereiches für Taktimpulse. Der Rechner für den Feuchtigkeitsgehalt bestimmt den Feuchtigkeitsgehalt mit einem Verfahren, das die ausgewählten ersten und zweiten Entladungszeitdauern in folgender Weise mit dem Feuchtigkeitsgehalt in Beziehung setzen:
wobei M der Feuchtigkeitsgehalt des Materials in Gewichtsprozenten einer Feuchte-Basis ausgedrückt, M₁(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials, der mit einer gewählten m-ten ersten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n₁ einschliesslich n₁ ist, und M₂(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten zweiten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n₂ einschliesslich n₂ist.
In anderen vorzugsweisen Ausführungen schliessen die ersten und zweiten Elektroden parallele, lineare elektrische Leiter ein. Jeder Leiter der ersten und zweiten Elektrode ist gegen alle anderen Leiter elektrisch isoliert. Die Erdungselektroden enthalten einzelne parallele, lineare elektrische Leiter, die parallel zu den Leitern der ersten und zweiten Elektroden verlaufen und gegen diese isoliert sind. Jede Erdungselektrode ist mit einem elektrischen Erdungspotential verbunden.
Diese Erfindung vermittelt auch ein Verfahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes eines Materials aufgrund des Betrages von elektrischen Ladungen die durch das Material fliessen. Erste elektrische Ladungen gehen an erste Elektroden und zweite elektrische Ladungen gehen an zweite Elektroden. Die ersten und zweiten elektrischen Ladungen werden über das Material zu den Erdungselektroden entladen, die zwischen den ersten und zweiten Elektroden eingeschoben sind. Der Betrag der elektrischen Ladungen, die von den ersten und zweiten Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliessen, wird bestimmt. Der Feuchtigkeitsgehalt des Materials wird aufgrund von Beträgen von elektrischen Ladungen, die von den ersten Elektroden abfliessen und aufgrund von Beträgen von elektrischen Ladungen, die von den zweiten Elektroden abfliessen, bestimmt.
In vorzugsweisen Ausführungen der Erfindung umfasst die Abgabe der ersten elektrischen Ladung an die ersten Elektroden auch das Aufladen des ersten Kondensators auf eine erste Spannung und das Anlegen der ersten Spannung an die ersten Elektroden. Die Abgabe der zweiten elektrischen Ladung an die zweiten Elektroden umfasst auch das Aufladen des zweiten Kondensators auf eine erste Spannung und das Anlegen der ersten Spannung an die zweiten Elektroden.
In gewissen vorzugsweisen Ausführungen umfasst die Bestimmung eines Betrages der elektrischen Ladungen, die von ersten Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliessen auch die Bestimmung erster Entladungszeitdauern für die ersten Elektroden. Die ersten Entladungszeitdauern messen die Geschwindigkeit mit welcher die erste Spannung an den ersten Elektroden bis zur zweiten Spannung abnimmt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen. Auch die Bestimmung des Betrages der elektrischen Ladungen, die von den zweiten Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliessen, umfasst die Bestimmung von zweiten Entladungszeitdauern für zweite Elektroden. Die zweiten Entladungszeitdauern messen die Geschwindigkeit mit welcher die erste Spannung an den zweiten Elektroden bis zur zweiten Spannung abnimmt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen.
Bei einigen Ausführungen werden die ersten Entladungszeitdauern dadurch bestimmt, dass periodisch Taktimpulse erzeugt werden und diese gezählt werden während die erste Spannung an den ersten Elektroden bis zur zweiten Spannung abnimmt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen. Entsprechend werden die zweiten Entladungszeitdauern dadurch bestimmt, dass periodisch Taktimpulse erzeugt werden und diese gezählt werden, während die erste Spannung an den zweiten Elektroden bis zur zweiten Spannung abnimmt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen. Der Feuchtigkeitsgehalt des Materials wird mit Hilfe einer Anzahl ausgewählter erster und zweiter Entladungszeitdauern bestimmt, die in einen vorbestimmten Bereich von Taktimpulsen fallen.
In vorzugsweisen Ausführungen soll der Feuchtigkeitsgehalt des Materials aufgrund der ausgewählten ersten und zweiten Entladungszeitdauern bestimmt werden, gemäss:
wobei M der Feuchtigkeitsgehalt des Materials in Gewichtsprozenten einer Feuchte-Basis ausgedrückt, M₁(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten ersten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n₁ einschliesslich n₁ ist, und M₂(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten zweiten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n₂ einschliesslich n₂ ist.
Diese Erfindung vermittelt weiter ein Verfahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Baumwolle aufgrund des Betrages von elektrischen Ladungen die durch die Baumwolle fliessen. Erste elektrische Ladungen werden ersten Elektroden zugeführt indem ein Satz erster Kondensatoren auf eine erste Spannung aufgeladen und die erste Spannung an die ersten Elektroden angelegt wird. Jeder erste Kondensator hat eine Kapazität von etwa einem Mikrofarad. Zweite elektrische Ladungen werden zweiten Elektroden zugeführt, indem ein Satz zweiter Kondensatoren auf, eine erste Spannung aufgeladen und die erste Spannung an die zweiten Elektroden angelegt wird. Jeder zweite Kondensator hat eine Kapazität von etwa 270 Picofarad. Die ersten und zweiten elektrischen Ladungen werden über die Baumwolle an die Erdungselektroden abgeführt, welche zwischen die ersten und zweiten Elektroden eingeschoben sind.
Erste Entladezeitdauern und zweite Entladezeitdauern werden bestimmt. Die ersten Entladezeitdauern messen die Geschwindigkeit mit welcher die erste Spannung an den ersten Elektroden bis zur zweiten Spannung abnimmt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen. Entsprechend messen die zweiten Entladezeitdauern die Geschwindigkeit mit welcher die erste Spannung an den zweiten Elektroden bis zur zweiten Spannung abnimmt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen. Die die ersten Entladezeitdauern werden dadurch bestimmt, dass periodisch Taktimpulse mit einer Freuqenz von etwa zwei Megahertz erzeugt und diese. gezählt werden, während die erste Spannung an den ersten Elektroden bis zur zweiten Spannung abnimmt. In entsprechender Weise werden die zweiten Entladezeitdauern dadurch bestimmt, dass periodisch Taktimpulse mit einer Freuqenz von etwa zwei Megahertz erzeugt und diese gezählt werden, während die erste Spannung an den zweiten Elektroden bis zur zweiten Spannung abnimmt. Der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle wird mit Hilfe einer Anzahl ausgewählter erster und zweiter Entladezeitdauern bestimmt, die in einen vorbestimmten Bereich von Taktimpulsen fallen, der etwa zwischen 2000 und 10⁷ Taktimpulsen liegt. Dieser Bereich ausgewählter Taktimpulse entspricht etwa einer Zeitdauer von einer Millisekunde bis zu etwa fünf Sekunden. Dieser Feuchtigkeitsgehalt wird gemäss
bestimmt, wobei M der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle in Gewichtsprozenten einer Feuchtebasis,
In den obigen Gleichungen ist n₁ die Anzahl ausgewählter erster Entladezeitdauern, die im gewählten Bereich liegen und n₂ die Anzahl ausgewählter zweiter Entladezeitdauern, die im gewählten Bereich liegen. M₁(m)ist der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle, der mit Hilfe einer m-ten ausgewählten ersten Entladezeitdauer bestimmt wird, wobei m eine ganze Zahl zwischen 1 und n₁ und inklusive ist. M₂(m)ist der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle, der mit Hilfe einer m-ten ausgewählten zweiten Entladezeitdauer bestimmt wird, wobei m eine ganze Zahl zwischen 1 und n₂ und inklusive ist. N₁(m)ist die m-te ausgewählte erste Entladezeitdauer in Zeitimpulsen und N₂(m)ist die m-te ausgewählte zweite Entladezeitdauer in Zeitimpulsen ausgedrückt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch Hinweise auf die genauere Beschreibung von vorzugsweisen Ausführungen sichtbar werden, wenn diese zusammen mit den Zeichungen betrachtet werden, die nicht massstäblich sind, worin gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente in allen Zeichnungen wie folgt bezeichnen:
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fühlers eines Feuchtigkeitssensors,
2 ist eine Seitenansicht eines Fühlers eines Feuchtigkeitssensors,
3 ist ein Blockdiagramm der Funktionen des Feuchtigkeitssensors und
4 ist ein schematisches Diagramm einer Ladeeinheit für erste Elektroden und einer Ladeeinheit für zweite Elektroden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird verwendet um den Feuchtigkeitsgehalt von Baumwolle, so bei der Verarbeitung in einem Entkörnungsprozess, zu messen. Obwohl die ausführliche Bescheibung der Erfindung die Messung der Feuchtigkeit von Baumwollfasern betrifft, ist zu beachten, dass die Erfindung auch zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes anderer Materialien dienen kann, die Eigenschaften eines Masseflusses haben, die gegen eine ebene Fläche gedrückt werden können und die eine elektrische Leitfähigkeit haben, die vom Feuchtigkeitsgehalt innerhalb eines messbaren Bereiches abhängt.
Gemäss 1 wird eine vorzugsweise Ausführung eines Feuchtigkeitssensors (normalerweise mit 8 bezeichnet) dargestellt. Der Feuchtigkeitssensor 8 enthält einen Messblock 9 mit einer ebenen Messoberfläche 20. Der Messblock 9 besteht aus elektrisch nicht-leitendem Material mit hohem Widerstand und geringer Neigung Feuchtigkeit zu absorbieren wie Teflon. Vorzugsweise besteht der Messblock 9 aus einem Material, das seine nichtleitenden Eigenschaften auch dann erhält, wenn es längere Zeit Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Im Messblock 9 gibt es eine Reihe Sensorelektroden bestehend aus ersten Elektroden 11a – 11b und zweiten Elektroden 10a – 10f. Die ersten Elektroden 11a – 11b und zweiten Elektroden 10a – 10f sind parallele gerade elektrische Leiter aus hochleitendem Metall, wie Kupfer, Aluminium oder rostfreiem Stahl. Die ersten Elektroden 11a – 11b und zweiten Elektroden 10a – 10f sind im Messblock 9 eingebettet, wobei deren Seiten an der Messoberfläche 20 freistehen.
Ebenfalls im Messblock 9 ist eine Reihe Erdungselektroden 12a – 12i eingebettet, die als einzelne, parallele gerade elektrische Leiter ausgebildet sind, die zwischen die Reihen der ersten Elektroden 11a – 11b und zweiten Elektroden 10a – 10f eingesetzt sind. Wie in 1 angegeben, ist jede der ersten und zweiten Elektroden auf beiden Seiten von zwei Erdungselektroden 12a – 12i umgeben. Die Erdungselektroden 12a – 12i, die alle elektrisch geerdet sind, bestehen auch aus einem hoch-leitenden Metall. Die Erdungselektroden haben ebenfalls Seiten, die an der Messoberfläche 20 freistehen.
Obwohl die nachfolgende Beschreibung einen Feuchtigkeitssensor mit zwei ersten Elektroden 11a – 11b, sechs zweiten Elektroden 10a – 10f und neun Erdungselektroden 12a – 12i erwähnt, ist zu beachten, dass die Erfindung durch keine bestimmte Anzahl Elektroden beschränkt ist. Eine Beschränkung der Anzahl Erdungselektroden besteht darin, dass deren Anzahl vorzugsweise mindestens um Eins grösser als die Summe der ersten und zweiten Elektroden sein soll.
In einer typischen Anwendung kann der Messblock 9 in die Innenwand eines Kanals, eines Rohres oder einer ähnlichen Leitung eingebaut sein, durch die Baumwolle fliesst. Obwohl die Messoberfläche 20 in 1 eben dargestellt ist, kann die Messoberfläche 20 auch gekrümmt sein, wie ein Teil einer zylindrischen oder konischen Oberfläche. Die Form der Messoberfläche 20 ist nicht von erstrangiger Bedeutung wenn das Material, dessen Feuchtigkeitsgehalt zu messen ist, die Messoberfläche 20 genügend gut berührt.
In 2 ist eine Seitenansicht einer vorzugsweisen Ausführung des Messblockes 9 mit einer Baumwollprobe 13 gezeigt, die neben der Messoberfläche 20 liegt. Die Baumwolle 13 berührt vorzugsweise die ersten Elektroden 11a – 11b, die zweiten Elektroden 10a – 10f und die Erdungselektroden 12a – 12i ständig. Wird eine positive elektrische Ladung auf die ersten Elektroden 11a – 11b gelegt (wie das die "+" Symbole angeben), dann existiert ein elektrisches Potential zwischen den ersten Elektroden 11a – l1b und den Erdungselektroden 12a – 12i. Wird eine positive elektrische Ladung auf die zweiten Elektroden 10a – 10f gelegt, dann existiert entsprechend ein elektrisches Potential zwischen den zweiten Elektroden 10a 10f und den Erdungselektroden 12a – 12i.
Wenn die Baumwolle 13 ganz trocken ist, so ist sie im Wesentlichen elektrisch nicht leitend und keine nennenswerte Ladung fliesst von den ersten Elektroden 11a – 11b oder den zweiten Elektroden 10a – 10f zu den Erdungselektroden 12a – 12i. Wenn aber der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle 13 – ansteigt, so steigt auch ihre Leitfähigkeit. Wenn also der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle 13 ansteigt, so steigt auch der Ladungsfluss von den ersten Elektroden 11a – 11b oder den zweiten Elektroden 10a – 10f zu den Erdungselektroden 12a – 12i an. Wie aus 2 ersichtlich, neigt die Ladung dazu von einer positiv geladenen Elektrode, wie der ersten Elektrode 11a, zu den zwei Erdungselektroden die am nächsten liegen, wie die Erdungselektroden 12e und 12d, zu fliessen (wie durch Pfeile angegeben). Falls die Ladung der ersten Elektroden 11a – 11b und der zweiten Elektroden 10a – 10f nicht ergänzt wird, wenn die Ladung zu den Erdungselektroden 12a – 12i abfliesst, so schwächt sich das Potential an den ersten Elektroden 11a – 11b und den zweiten Elektroden 10a – 10f im Vergleich Zum Potential an den Erdungselektroden 12a – 12i nach und nach ab.
In 3 ist ein funktionales Blockschema einer Feuchtigkeitsgehaltsbestimmungsschaltung 6 gemäss einer vorzugsweisen Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die ersten Elektroden 11a – 11b und die zweiten Elektroden 10a – 10f sind in die Anordnung der Erdungselektroden 12a – 12i eingesetzt gezeigt. In der vorzugsweisen Ausführung sind die ersten Elektroden 11a – 11b und die zweiten Elektroden 10a – 10f physisch identisch. Aber die ersten Elektroden 11a – 11b sind an Ladungsschaltungen für die ersten Elektroden 11a – 11b und die zweiten Elektroden 10a – 10f sind an Ladungsschaltungen für die zweiten Elektroden angeschlossen. Der besseren Klarheit wegen, zeigt 3 nur eine Ladungsschaltung 14a für eine erste Elektrode, die an eine erste Elektrode 11a angeschlossen ist und nur eine Ladungsschaltung 30c für eine zweite Elektrode, die an eine zweite Elektrode l0c angeschlossen ist. Man geht davon aus, dass die andere erste Elektrode 11b an eine Ladungschaltung für eine erste Elektrode angeschlossen ist, die in 3 nicht dagestellt ist um die Zeichnung nicht zu überladen, die aber der Ladungsschaltung 14a für eine erste Elektrode entspricht. Man geht ebenfalls davon aus, dass die anderen zweiten Elektroden 10a, 10b, 10d, 10e und 10f an andere Ladungschaltungen für zweite Elektroden angeschlossn sind, die in 3 ebenfalls nicht dagestellt sind, die aber der Ladungsschaltung 30c für zweite Elektroden vorzugsweise entsprechen.
Immer noch gemäss 3 wird eine Feuchtigkeitsmessung durch eine Elektroden-Entladezeitschaltung 48 eingeleitet, die über die Leitung 46 ein Start-Ladesignal an die Ladungsschaltung 14a für erste Elektroden abgibt. Die Ladungsschaltung 14a für erste Elektroden enthält einen Ladegenerator 16a, der an die erste Elektrode 11a und an einen ersten Kondensator 18a in einem Knoten 22a angeschlossen ist. Die andere Seite des Kondensators 18a ist geerdet. Wenn der Ladegenerator 16a das Start-Ladesignal erhält, erzeugt der Ladegenerator 16a eine erste elektrische Ladung, die im ersten Kondensator 18a gespeichert wird. Der Ladungsfluss vom Ladegenerator 16a zum ersten Kondensator 18a wird in 3 durch einen Ladestrom 26a angezeigt. Wenn der Ladegenerator 16a ein Stopp-Ladesignal von der Elektroden-Entladezeitschaltung 48 über die Leitung 46 erhält, erzeugt der Ladegenerator 16a keine Ladung mehr und die erste elektrische Ladung, die im ersten Kondensator 18a gespeichert ist, beginnt sich zu entladen.
Wie in 3 gezeigt, gibt es für die Ladung drei mögliche Pfade, die die Ladung im ersten Kondensator 18a benützen kann: zurück zum Ladegenerator 16a, zu einem Spannungsvergleicher 24a oder zur ersten Elektrode 11a. Da die Eingangsimpedanzen des Spannungsvergleichers 24a und des Ladegenerators 16a vorzugsweise im Vergleich zur dritten Möglichkeit sehr hoch sind, bleibt als einziger gangbarer Pfad für die Entladung zur Erde jener über die erste Elektrode 11a. Dieser Ladungsfluss vom ersten. Kondensator 18a zur ersten Elektrode 11a ist in der 3 als Entladestrom 28a angegeben. So hat die Ladung im ersten Kondensator 18a die Neigung von der ersten Elektrode 11a durch die Baumwolle 13 zu den nächsten Erdungselektroden 12c und 12d zu fliessen. Dieser Entladungsfluss dauert bis die Ladung im ersten Kondensator 18a verschwunden ist, oder bis der Strom 28a sonstwie unterbrochen ist.
Indem der Entladestrom 28a vom Knoten 22a abfliesst, nimmt auch die Spannung am Knoten 22a von einem ersten Spannungswert ab, der zu der Zeit existierte als das, Entladesignal von der Entladezeitschaltung 48 ausgesendet wurde. Die Spannung im Knoten 22a wird mit einer Referenzspannung v_R im Spannungsvergleicher 24a verglichen. Die Entladezeitschaltung 48 enthält einen Zähler 50c der die Anfangsspannung in der Leitung 60c erfasst. Die Entladezeitschaltung 48 enthält auch einen Taktgeber 52, der in der vorzugsweisen Ausführung periodisch Taktimpulse mit einer Freuquenz von etwa 2 MHZ erzeugt. Es ist zu beachten, dass auch andere Takt-Frequenzen in Abhängigkeit der vorgesehenen Messzeit vorgesehen werden können. Vorzugsweise wird die Entladezeitschaltung 48 mit dem Taktgeber 52 und dem Zähler 50c mit einem Mikroprozessor als Rechner ausgeführt.
Wenn das Stopp-Ladesignal an den Ladungsgenerator 16a abgegeben wird, beginnt der Zähler 50c Taktimpulse zu zählen während die Spannung in der Leitung 60c erfasst wird. In. einer vorzugsweisen Ausführung ist die erste Spannung in der Leitung 60c ein Spannungspegel H, wie fünf Volt. Wenn der erste Kondensator 18a sich entlädt, nimmt auch die Spannung am positiven Eingang der Vergleichsschaltung 24a ab. Wenn die Spannung am positiven Eingang der Vergleichsschaltung 24a auf einen Wert nahe der Vergleichsspannung V_R abfällt, so fällt die Spannung am Ausgang der Vergleichsschaltung 24a auf einen Spannungspegel L ab. Wenn die Spannung am Ausgang der Vergleichsschaltung 24a, die der Spannung in der Leitung 60c entspricht, auf einen Spannungspegel L abfällt, so hört der Zähler 50c zu zählen auf. So wird eine erste Entladezeitdauer in Verbindung mit der ersten Elektrode 11a durch die Zahl der Taktimpulse bestimmt, die der Zähler 50c zählt, während die Spannung am positiven Eingang der Vergleichsschaltung 24a vom ehrten oder Anfangswert zum zweiten oder Folgewert absinkt.
Ebenfalls in 3 ist eine Ladungsschaltung 30c für eine zweite Elektrode gezeigt, welche einen Ladungsgenerator 32c und einen zweiten Kondensator 34c aufweist, die an eine zweite Elektrode 10c und den Knoten 36c angeschlossen sind. Der positive Eingang des Spannungsvergleichers 38c ist ebenfalls am Knoten 36c angeschlossen und der Ausgang des Spannungsvergleichers 38c ist an die Leitung 60d angeschlossen. Die Arbeitsweise der Ladungsschaltung 30c für die zweite Elektrode entspricht jener der Ladungsschaltung 14a für die erste Elektrode wie oben bereits beschrieben. Doch ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Ladungsschaltungen liegt in der unterschiedlichen Grösse der Kondensatoren 18c und 34c. Wegen dieser unterschiedlichen Kapazitäten ist die zweite elektrische Ladung, die sich auf dem zweiten Kondensator 34c bildet kleiner als die erste elektrische Ladung, die sich am ersten Kondensator 18a bildet. Dieser Unterschied im Umfang der Ladungen und seine Wirkung auf die Arbeitsweise der Erfindung wird nachfolgend genauer behandelt.
Weiterhin auf die 3 bezugnehmend, erfassen die Zähler 50c und 50f die Spannungen in den Leitungen 60c und 60f, wenn die Entladeströme 28a und 28b der ersten Elektroden fliessen und bestimmen Impulszählwerte, die die ersten Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den ersten Elektroden 11a und 11b darstellen. Die Zähler 50a, 50b, 50d, 50e, 50g und 50h erfassen die Spannungen in den Leitungen 60a, 60b, 60d, 60e, 60q und 60h wenn die Entladeströme 42a – 42f fliessen und bestimmen Impulszählwerte, die die zweiten Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den zweiten Elektroden 10a bis 10f darstellen. Diese acht Impulszählwerte werden an einen Feuchtigkeitsgehaltrechner 56 abgegeben.
Der Feuchtigkeitsgehaltrechner 56, beispielsweise ein Rechner mit einem Mikroprozessor, bestimmt den Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle 13 aufgrund der acht Impulszählwerte von den Zählern 50a – 50h. Der Feuchtigkeitsgehaltrechner 56 scheidet zuerst jene Impulszählwerte aus, die ausserhalb eines vorgegebenen Bereiches für Taktimpulse liegen. In einer vorzugsweisen Ausführung liegt der vorgegebene Bereich zwischen 2000 und 10⁷ Impulsen. Benützt man den vorzugsweisen zwei MHZ Takt, entspricht dieser Bereich einem Zeitfenster zwischen etwa einer Millisekunde und etwa fünf Sekunden. So werden nur ausgewählte Entladezeitdauern, d.h. solche mit Impulszählwerten von nicht weniger als etwa 2000 und nicht mehr als etwa 10⁷ für die Feuchtigkeitsgehaltsbestimmung gemäss der vorzugsweisen Ausführung benützt. Mit Hilfe der ausgewählten Entladezeitdauern berechnet der Feuchtigkeitsgehaltrechner den Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle 13 gemäss der Formel:
wobei M der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle in Prozenten einer Feuchtebasis ist. M₁(m)in der obigen Gleichung ist der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle in Prozenten, der mit der gewählten m-ten ersten Entladezeitdauer von insgesamt n₁ ersten Entladezeitdauern von den ersten Elektroden 11a und 11b bestimmt ist. M₂(m)ist der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle in Prozenten, der mit der gewählten m-ten zweiten Entladezeitdauer von insgesamt n₂ zweiten Entladezeitdauern von den zweiten Elektroden 10a – 10f bestimmt ist. M₁(m) wird gemäss
bestimmt, wobei N₁(m) die m-te ausgewählte erste Entladezeitdauer in Impulsen eines Taktgebers 52 von einer ersten Elektrode ausgedrückt ist. M₂(m) wird gemäss
bestimmt wobei N₂(m)die m-te ausgewählte zweite Entladezeitdauer in 52 Zeitimpulsen von einer zweiten Elektrode ausgedrückt ist. Die Koeffizienten in den obigen Gleichungen wurden für eine Ausgangsspannung von etwa 6.9 Volt und eine untere Spannung von etwa 4.64 Volt bestimmt. Die Koeffizienten für andere Spannungen konnten ebenfalls bestimmt werden.
In einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist n₁ gleich 2 und n₂ gleich 6. Aber es sollte klar sein, dass das Verfahren zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes gemäss der vorliegenden Erfindung sich nicht auf bestimmte Werte von n₁ und n₂ beschränken lässt. Die Erfindung ist weiter auch nicht auf eine bestimmte Beziehung zwischen den Werten von n₁ und n₂ beschränkt.
In einer typischen Anwendung der Erfindung gibt der Feuchtigkeitsgehaltrechner 56 den Wert des Feuchtigkeitsgehaltes M an ein Feuchtigkeitssteuersystem 54 innerhalb der Entkörnungsanlage ab. Das Feuchtigkeitssteuersystem 54 ist ein Gerät wie der Baumwollfasertrockner, das den Wert des Feuchtigkeitsgehaltes dazu benützt, den Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle so einzustellen, dass die Baumwollfasern möglicht wenig beschädigt werden und der Entkörnungsvorgang möglichst wirksam ist. Der Wert des Feuchtigkeitsgehaltes wird auch an eine Feuchtigkeitsanzeige 58, wie einen digitalen Anzeiger für Zahlenwerte, abgegeben, der von einer Bedienungsperson beobachtet wird.
Wie bereits erwähnt, besteht ein unterschied zwischen der Ladeschaltung 14a für erste Elektroden und der Ladeschaltung 30c für zweite Elektroden darin, dass die Kondensatoren 18a und 34c unterschiedliche Kapazität haben. In einer vorzugsweisen Ausführung hat die Ladeschaltung 14a für erste Elektroden einen Kondensator 18a mit einem Mikrofarad und die Ladeschaltung 30c für zweite Elektroden einen Kondensator 34c mit 270 Picofarad. Der erste Kondensator 18a hat etwa die 3700-fache Ladekapazität des zweiten Kondensators 34c. Wenn also beide Kondensatoren 18a und 34c auf dieselbe Spannung aufgeladen werden, braucht der erste Kondensator 18c mehr Zeit zur Entladung als der zweite Kondensator 34c. Das stimmt sofern die beiden Entladeströme 28a und 42c je einen Pfad mit gleicher Leitfähigkeit durchfliessen, wie etwa durch die gleiche Baumwollprobe 13.
Durch den Einbau von Kondensatoren 18a und 34c mit verschiedenen Entladezeitdauern für denselben Feuchtigkeitsgehalt in der Baumwolle, kann der Bereich des Feuchtigkeitsgehaltes, der während optimalen Entladezeitdauern gemessen werden kann, erweitert werden. Wenn z. B. die Baumwollprobe einen Feuchtigkeitsgehalt von 14.9% hat, so sinkt das Potential am Ein-Mikrofarad-Kondensator 18a in etwa einer Millisekunde von 6.9 Volt auf 4 Volt. Eine Millisekunde entspricht 2000 Impulsen der zwei-MHZ Impulsgebers 52, was ein Wert ist, der im optimalen Bereich für die Entladezeitdauern liegt. Wenn aber die Baumwollprobe 13 nur einen Feuchtigkeitsgehalt von 3.9% aufweist, dann würde der Ein-Mikrofarad-Kondensator 18a typischerweise mehr als 3 × 10¹⁰ Impulse des zwei-MHZ Impulsgebers 52 (über vier Stunden) benötigen um von einem Potential von 6.9 Volt auf 4.64 Volt zu entladen. Eine so lange Entladezeitdauer ist mit dem Bedürfnis nach schneller Feuchtigkeitsmessung unvereinbar und fällt damit weit ausserhalb des vorzugsweisen Bereiches für Entladezeitdauern.
Andererseits fällt ein Anfangspotential von 6.9 Volt am 270-Picofarad-Kondensator 34c in etwa 9.48 x 10⁶ Impulsen (etwa fünf Sekunden) auf 4.64 Volt ab, wenn es sich über Baumwolle 13 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 3.9% entladen kann. Da ein typisches Feuchtigkeitsregelsystem in einer Entkörnungsanlage viele neue Feuchtigkeitsmessungen pro Minute benötigt, so wird eine Entladezeitdauer von weniger als fünf Sekunden für die Messung von niedrigen Feuchtigkeiten, wie sie der 270-Picofarad-Kondensator 34c ermöglicht, vorgezogen. Aber 270 Picofarad ist nicht eine optimale Grösse um Baumwolle mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt zu messen. Beispielsweise braucht es weniger als einen Impuls des zwei MHZ Impulsgebers 52 um den zweiten Kondensator 34c durch Baumwolle 13 mit 14.9% Feuchtigkeitsgehalt zu entladen. Eine solche Entladezeit neigt dazu zu kurz zu sein, um mit dem Impulsgeber 52 der vorzugsweisen Ausführung ausgedrückt zu werden.
Die vorausgehenden Beispiele zeigen, dass sich der Ansatz mit zwei Bereichen für den Sensor der vorliegenden Erfindung, dazu führt, dass diese sich ergänzen. Indem Ladeschaltungen für die zweiten Elektroden eingebaut werden, die Feuchtigkeitsgehalte von etwa 3.9% bis etwa 9.5% messen können und Ladeschaltungen für die ersten Elektroden eingebaut werden, die Feuchtigkeitsgehalte von etwa 9.3% bis etwa 14.9% messen können, misst die vorzugsweise Ausführung der Erfindung Feuchtigkeitsgehalte über einen weiten Bereich von 11% zuverlässig. So ist der Bereich der Feuchtigkeitsmessung bei der vorliegenden Erfindung mehr als etwa doppelt so gross als der Bereich bekannter Geräte.
Aufgrund dieser Beschreibung ist erkennbar, dass der Bereich der Feuchtigkeitsmessung noch weitergehend erweitert werden könnte indem man weitere Elektrodenanordnungen einbaut, die durch Kondensatoren geladen werden, die grösser oder kleiner sind als ein Mikrofarad. Das Potenzial an solchen dritten Elektroden könnte den Bereich für die Feuchtigkeitsmessung auf Feuchtigkeiten von über 14.9% ausdehnen. Entsprechend könnte eine Anordnung vierter Elektroden durch Ladeschaltungen für vierte Elektroden mit Kondensatoren mit weniger als 270 Picofarad aufgeladen werden. Das Potenzial an solchen vierten Elektroden könnte den Bereich für die Feuchtigkeitsmessung auf Feuchtigkeiten von weniger als 3.9% ausdehnen. Von einer bestimmten Grösse der Kondensatoren an kann es dann sein, dass der Kriechstrom einen zu beachtenden Wert erreicht. Doch dann könnte man Schaltungen verwenden, die weniger Kriechstrom zulassen als jene, die hier beschreiben sind. Deshalb ist zu beachten, dass der Bereich der Erfindung nicht durch zwei Elektrodenpotenziale beschränkt ist.
Es ist auch erkennbar, dass die verschiedenen Potenziale der Ladungen, die an die ersten und zweiten Elektroden der vorzugsweisen Ausführung angelegt werden, auch durch andere Mittel als Kondensatoren verschiedener Grösse erreicht werden können. Die verschiedenen Potenziale der Ladungen könnten auch dadurch erreicht werden, dass verschiedene Anfangsspannungen an die ersten und zweiten Elektroden vor dem Entladen angelegt werden. Zum Beispiel könnte in einer anderen Ausführung ein drittes Potenzial an die ersten Elektroden und ein viertes Potenzial an die zweiten Elektroden angelegt werden. Dabei wäre das dritte Potenzial höher als das vierte Potenzial. Eine höhere Anfangsspannung an den ersten Elektroden ergibt eine höhere Ladung auf den ersten Elektroden als auf den zweiten Elektroden. In dieser anderen Ausführung werden die ersten Entladezeitdauern dadurch bestimmt, dass die Zeit gemessen wird die es braucht, um die dritte Spannung an den ersten Elektroden auf die fünfte Spannung abzubauen, wenn der Entladestrom von den ersten Elektroden zu den Erdungselektroden fliesst. Entsprechend werden die zweiten Entladezeitdauern dadurch bestimmt, dass die Zeit gemessen wird die es braucht, um die vierte Spannung an den zweiten Elektroden auf die sechste Spannung abzubauen wenn, der Entladestrom von den zweiten Elektroden zu den Erdungselektroden fliesst. Die fünften und sechsten Spannungen dieser anderen Ausführung. könnten dieselbe oder verschiedene Spannungen sein:
Bezugnehmend auf die 4 soll eine ausführlichere Beschreibung der Ladeschaltung 14a für die erste Elektrode nachfolgen. Es ist zu beachten, dass die nachfolgende Beschreibung auch für die Ladeschaltung 14b für die erste Elektrode zutrifft, die gleich arbeitet wie die Ladeschaltung 14a. Zum Laden für die Feuchtigkeitsmessung setzt die Entladezeitschaltung 48 die Spannung in der Leitung 46 auf den Spannungspegel H. Die Leitung 46 ist mit einem Festkörperschalter 138 verbunden, wie einem solchen der von Analog Devices unter der Nummer ADG419 hergestellt wird und der auf den Spannungspegel H anspricht indem er die Festkörperschalter 134a und 134b in die Stellungen gemäss 4 schaltet: der Schalter 134a ist geschlossen und der Schalter 134b ist geöffnet. In diesem Zustand hat die Spannung im Knoten 100, die am positiven Eingang des Operationsverstärkers (Opamp) 102 anliegt, den gleichen Wert wie am Knoten 141 am Eingang der Zenerdiode 140. Der Ausgang des Opamps 102 ist über den widerstand 122 und die Dioden 116 und 114 am Knoten 22a angeschlossen. Der negative Eingang zum Opamp 102, der erste Kondensator 18a und die erste Elektrode 11a sind alle am Knoten 22a angeschlossen. Der Opamp 102 der als Differenz-Eingangsverstärker arbeitet, lädt den ersten Kondensator 18a soweit auf, bis die Spannung im Knoten 22a nahezu der Spannung im Knoten 100 entspricht.
Die Spannung im Knoten 22a, welche der Spannung im ersten Kondensator 18a und über der Baumwollprobe 13 entspricht, liegt auch am positiven Eingang zum Opamp 104 an. Der Opamp 104 ist ein Puffer mit Einheitsverstärkung und sehr hoher Eingangsimpedanz der mit dem Knoten 22a verbunden ist. Der Ausgang des Opamp 104 treibt die Vergleichsschaltung 24a, einen Überwachungsring 118 (in 4 gestrichelt eingezeichnet) und die Anoden der Dioden 112 und 114 an. Der Überwachungsring 118 minimiert die Oberflächenverlustströme auf der gedruckten Schaltung. Die Verbindung des Ausgangs des Opamps 104 über den widerstand 124 mit der Anode der Diode 114 bewirkt, dass über der Diode 114 nahzu keine Spannung auftritt, während der Kondensator 18a entladen wird. Dadurch werden die Verlustströme über die Diode 114 minimiert. Die – Referenzspannung V_R (typischerweise etwa 4.7 Volt) am Knoten 147 wird an den negativen Eingang der Vergleichsschaltung 24a angelegt. Zu der Zeit, zu der der Kondensator 18a sich auf die zweite Spannung entladen hat, fällt der Ausgang der Vergleichsschaltung 24a vom Spannungspegel H, den er während der Entladung des Kondensators 18a gehalten hat, auf den Spannungspegel L ab. Die Widerstände 128 und 130 mindern die binären Ausgangswerte der Vergleichsschaltung 24a soweit, dass sie sich für die Übertragung über den Puffer-Opamp 108 eignen. Der Ausgang des Puffer-Opamps 108 erscheint in Leitung 60c. Wie in 3 gezeigt, ist die Leitung 60c an den Eingang eines Zählers 50c der Entladezeitschaltung 48 der Elektroden angeschlossen. In einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung entspricht die Spannung in der Leitung 60c zunächst dem Spannungspegel H.
Die Entladezeitschaltung 48 wartet zunächst etwa 100 Millisekunden ab, nachdem in der Leitung 46 der Spannungspegel H anliegt. In dieser Zeit lädt sich der Kondensator 18a auf. Dann wird die Spannung in der Leitung 46 auf den Spannungspegel L gesetzt. Als Folge davon ändert der Umschalter 138 seinen Zustand und öffnet den Schalter 134a und schliesst den Schalter 134b. In diesem Zustand ist der positive Eingang zum Opamp 102 geerdet und die Spannung am Ausgang des Opamp 102 fällt ab. Die Ladung im ersten Kondensator 18a, welche denjenigen Weg zur Erde sucht, der die geringste Impedanz aufweist, bildet einen Entladestrom 28a der zur ersten Elektrode 11a, durch die Baumwolle 13 und zu den Erdungselektroden 12c und 12d fliesst. Ein relativ unbedeutender Teil der Ladung fliesst an den negativen Eingang des Opamp 102, den positiven Eingang des Opamp 104 und die negativ vorgespannte Diode 114, die alle relativ hohe Impedanzen aufweisen.
Etwa zur selben Zeit zu der die Entladezeitschaltung 48 die Spannung in der Leitung 46 auf den Spannungspegel L setzt, wird der Zähler 50c auf Null zurückgesetzt und er beginnt Taktimpulse zu zählen. Der Zähler 50c fährt mit der Zählung fort, bis die Spannung in der Leitung 60c auf den Spannungspegel L fällt. Der Feuchtigkeitsgehaltsrechner 56 liest dann den Wert am Zähler 50c in die Variable N₁(1) ein.
Obwohl im Sinne besserer Klarheit 4 eine schematische Darstellung einer einzigen Ladeschaltung 14a für erste Elektroden zeigt, enthält die vorzugsweise Ausführung der Erfindung eine weitere Ladeschaltung 14b für erste Elektroden, die an die erste Elektrode 11b angeschlossen ist. Die Ladeschaltung 14b für erste Elektroden ist vorzugsweise mit der Ladeschaltung 14a für erste Elektroden identisch und beide Schaltungen können gemeinsame Knoten 11, 141 und 147 teilen. Als Resultat laufen die Phasen für die Ladung und die Entladung in einer Messsequenz für die Ladeschaltung 14a und die Ladeschaltung 14b für erste Elektroden wie oben beschrieben in gleicher Weise ab: Wenn die Entladephase in der Messsequenz abgeschlossen ist, liest der Feuchtigkeitsgehaltsrechner 56 den Wert im Zähler 50d, der zur Ladeschaltung 14b für erste Elektroden gehört, in die Variable N₁(2) ein.
Weiter auf 4 bezugnehmend soll eine genauere Beschreibung einer vorzugsweisen Ausführung der Ladeschaltung 30c für zweite Elektroden nachfolgen. Es ist zu beachten, dass die nachfolgende Beschreibung auch für Ladeschaltungen 30a, 30b und 30d – 30f für zweite Elektroden gilt, die vorzugsweise gleich arbeiten wie die Ladeschaltung 30c. Zu Beginn einer Ladephase der Feuchtigkeitsgehaltsmessung setzt die Entladezeitschaltung 48 die Spannung in der Leitung 46 auf den Spannungspegel H. Die Leitung 46 ist mit dem Festkörperschalter 138 verbunden, der auf den Spannungspegel H anspricht indem er die Festkörperschalter 134a und 134b in die Stellungen gemäss 4 stellt: Schalter 134a ist geschlossen und Schalter 134b ist offen. In diesem Zustand ist die Spannung im Knoten 100, der am positiven Ausgang des Opamp 162 liegt, gleich wie im Knoten 141 am Vorderende der Zenerdiode 140. Der Ausgang des Opamp 162 ist über den Widerstand 172, die Diode 158, und das JFET 156 mit dem Knoten 36c verbunden. Ebenso ist der negative Eingang des Opamp 162, der zweite Kondensator 34c und die zweite Elektrode 10c mit dem Knoten 36c verbunden. Der Opamp 162, der als Differenz-Eingangsverstärker arbeitet, lädt den zweiten Kondensator 34c soweit auf, bis die Spannung im Knoten 36c etwa der Spannung im Knoten 100 entspricht.
Die Spannung im Knoten 36c, die der Spannung im zweiten Kondensator 34c und über der Baumwollprobe 13 entspricht, liegt auch am positiven Eingang zum Opamp 164 an. Der Opamp 164 ist ein Pufferverstärker mit Einheitsverstärkung und sehr hoher Impedanz, der an den. Knoten 36c angeschlossen ist. Der Ausgang des Opamp 164 treibt die Vergleichsschaltung 38c, einen Überwachungsring 160 (in 4 gestrichelt eingezeichnet), die Anoden der Dioden 154 und 158 und das Gatter des JFET 156 an, der als Diode angeschlossen ist. Der Überwachungsring 160 minimiert die Oberflächenverlustströme auf der gedruckten Schaltung. Die Verbindung des Ausgangs des Opamps 164 über den Widerstand 170 mit dem Gatter des JFET 156 bewirkt, dass über dem JFET 156 nahzu keine Spannung auftritt, während der Kondensator 34c entladen wird. Dadurch werden die Verlustströme über dem JFET 156 minimiert.
Die Referenzspannung V_R (typischerweise etwa 4.7 Volt) am Knoten 147 wird an den negativen Eingang der Vergleichsschaltung 38c angelegt: Zu der Zeit, zu der der Kondensator 34c sich auf die zweite Spannung entladen hat, fällt der Ausgang der Vergleichsschaltung 38c vom Spannungspegel H, den er während der Entladung des Kondensators 34c gehalten hat, auf den Spannungspegel L ab. Die Widerstände 176 und 178 mindern die binären Ausgangswerte der Vergleichsschaltung 38c soweit, dass sie sich für die Übertragung über den Puffer-Opamp 168 eignen. Der Ausgang des Puffer-Opamps 168 erscheint in Leitung 60d. Wie in 3 gezeigt, ist die Leitung 60d an den Eingang eines Zählers 50d der Entladezeitschaltung 48 der Elektroden angeschlossen. In einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung entspricht die Spannung in der Leitung 60d zunächst dem Spannungspegel H.
Die Entladezeitschaltung 48 wartet zunächst etwa 100 Millisekunden ab, nachdem in der Leitung 46 der Spannungspegel H anliegt. In dieser Zeit lädt sich der zweite Kondensator 34c auf. Dann wird die Spannung in der Leitung 46 auf den Spannungspegel L gesetzt. Als Folge davon ändert der Umschalter 138 seinen Zustand und öffnet den Schalter 134a und schliesst den Schalter 134b. In diesem Zustand ist der positive Eingang zum Opamp 162 geerdet und die Spannung am Ausgang des Opamp 162 fällt ab. Die Ladung im zweiten Kondensator 34c, welche denjenigen Weg zur Erde sucht, der die geringste Impedanz aufweist, bildet einen Entladestrom 42c der zur zweiten Elektrode 10c, durch die Baumwolle 13 und zu den Erdungselektroden 12d und 12e fliesst. Ein relativ unbedeutender Teil der Ladung fliesst an den negativen Eingang des Opamp 162, den positiven Eingang des Opamp 164 und zum Eingang/Kanal des JFET 156 der als Diode angeschlossen ist, wobei alle relativ hohe Impedanzen aufweisen.
Wenn die Entladezeitschaltung 48 für die Elektroden die Spannung in der Leitung 46 auf binäre Niederspannung setzt, wird der Zähler 50d auf Null zurückgesetzt und er beginnt Taktimpulse zu zählen. Er fährt mit der Zählung fort, bis die Spannung in der Leitung 60d auf die binäre Niederspannung fällt. Der Feuchtigkeitsgehaltsrechner 56 liest dann den wert am Zähler 50d in die Variable N₂(3) ein.
Obwohl im Sinne besserer Klarheit 4 eine schematische Darstellung einer einzigen Ladeschaltung 30c für zweite Elektroden zeigt, enthält die vorzugsweise Ausführung der Erfindung fünf weitere Ladeschaltungen 30a, 30b, 30d, 30e und 30f für zweite Elektroden, die an zweite Elektroden 10a, 10b, 10d, 10e und 10f angeschlossen sind. Die Ladeschaltungen 30a, 30b, 30d, 30e und 30f für zweite Elektroden sind vorzugsweise mit der Ladeschaltung 30c für zweite Elektroden identisch und alle Schaltungen können gemeinsame Knoten 100, 141 und 147 teilen. Als Resultat laufen die Phasen für die Ladung und die Entladung in einer Messsequenz für die Ladeschaltung 30c und die Ladeschaltungen 30a, 30b, 30d, 30e und 30f für zweite Elektroden, wie oben beschrieben, in gleicher Weise ab. Wenn die Entladephase in der Messsequenz abgeschlossen ist, liest der Feuchtigkeitsgehaltsrechner 56 die Werte in den Zählern 50a, 50b, 50e, 50g und 50h in die Variablen N₂(1), N₂(2), N₂(4), N₂(5) und N₂(6) für die Ladeschaltungen 30a, 30b, 30d, 30e und 30f für zweite Elektroden ein.
Obwohl in der, vorzugsweisen Ausführung der Erfindung die ersten und zweiten elektrischen Ladungen gleichzeitig an getrennte Anordnungen von Sensorelektroden angelegt werden, ist zu bemerken, dass erste und zweite elektrische Ladungen der gleichen Anordung von Sensorelektroden zu verscheidenen Zeiten angelegt werden könnten. Beispielsweise könnten die Sensorelektroden an Schalter angeschlossen sein, die die Sensorelektroden je nach Stellung des Schalters an erste oder zweite Ladeschaltungen anschliessen. In dieser anderen Ausführung beginnt die Messsequenz damit, dass jede Sensorelektrode mit entsprechenden ersten Ladeschaltungen verbunden ist. wenn die ersten elektrischen Ladungen durch das Material entladen sind und die ersten Entladezeitdauern bestimmt sind, schalten die Schalter um und verbinden die Sensorelektroden mit den zweiten Ladeschaltungen. Die zweiten Ladeschaltungen legen dann die zweiten elektrischen Ladungen an die Sensorelektroden an, wobei die zweiten elektrischen Ladungen über das Material entladen werden und die zweiten Entladezeitdauern bestimmt werden. Von nun an erfolgt die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes aufgrund der ersten und zweiten Entladezeitdauern so, wie es vorgängig für die vorzugsweise Ausführung beschrieben wurde. Es ist zu beachten, dass diese Messsequenz auch umgekehrt werden könnte indem die zweiten Entladezeitdauern vor den ersten Entladezeitdauern bestimmt werden.
Es ist zu beachten, und es wird dem Fachmann auf diesem Gebiet aus der vorgehenden Beschreibung und den Zeichnungen erkennbar sein, dass Modifikationen und Veränderungen bei der Ausführung der Erfindung vorgenommen werden können. Dementsprechend ist es ausdrücklich beabsichtigt, dass die vorgehende Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen nur vorzugsweise Ausführungen zeigen, die nicht darauf beschränkt sind und dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Patentansprüche bestimmt ist.

Claims

Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes eines Materials (13) aufgrund der Menge elektrischer Ladung die durch das Material fliesst, mit einem Feuchtigkeitssensor (8) mit ersten Elektroden (11a – 11b), zweiten Elektroden (10a – 10f) und Erdungselektroden (12a – 12i) welche zwischen die ersten und zweiten Elektroden eingefügt sind, und einer Feuchtigkeitsbestimmungsschaltung, ausgebildet um eine erste elektrische Ladung den ersten Elektroden und eine zweite elektrische Ladung den zweiten Elektroden zuzuführen, wobei die ersten elektrischen Ladungen und die zweiten elektrischen Ladungen verschiedene Ladungspegel aufweisen, um die Beträge der elektrischen Ladung zu messen, die von jeder der ersten und zweiten Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliessen und um den Feuchtigkeitsgehalt des Materials aufgrund der Beträge der elektrischen Ladungen, die durch das Material fliessen, zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Feuchtigkeitsbestimmungsschaltung weiter Ladeschaltungen für die Elektroden mit Ladeschaltungen für erste Elektroden mit je einem, einer ersten Elektrode zugeordneten ersten Kondensator, der auf eine erste Spannung aufgeladen ist, wobei die erste Spannung an eine der zugeordneten ersten Elektroden anliegt, und Ladeschaltungen für zweite Elektroden mit je einem, einer zweiten Elektrode zugeordneten zweiten Kondensator, der auf die erste Spannung aufgeladen ist, wobei die erste Spannung an eine der zugeordneten zweiten Elektroden anliegt, eine Entladezeitschaltung um erste Entladezeitdauern im Zusammenhang mit ersten Elektroden und zweite Entladezeitdauern im Zusammenhang mit zweiten Elektroden zu bestimmen, wobei die ersten Entladezeitdauern die Geschwindigkeiten messen, mit denen die erste Spannung an den ersten Elektroden auf die zweite Spannung absinkt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, die zweiten Entladezeitdauern die Geschwindigkeiten messen, mit denen die erste Spannung an den zweiten Elektroden auf die zweite Spannung absinkt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen und einen Feuchtigkeitsgehaltsrechner, zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehaltes des Materials aufgrund der ersten und zweiten Entladezeitdauern, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Entladezeitschaltung weiter einen Taktgeber zur Erzeugung periodischer Taktimpulse, und mindestens einen Zähler zum Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung an den ersten Elektroden auf die zweite Spannung abnimmt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, und zum Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung an den zweiten Elektroden auf die zweite Spannung abnimmt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Feuchtigkeitsgehaltsrechner den Feuchtigkeitsgehalt des Materials nur aufgrund einer ausgewählten Zahl erster Entladezeitdauern und einer Zahl ausgewählter zweiter Entladezeitdauern bestimmt und die ausgewählten ersten Entladezeitdauern und zweiten Entladezeitdauern in einem vorgesehenen Bereich von Taktimpulsen liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Feuchtigkeitsgehaltsrechner den Feuchtigkeitsgehalt des Materials aufgrund der ausgewählten ersten Entladezeitdauern und der ausgewählten zweiten Entladezeitdauern bestimmt, gemäss:
wobei M der Feuchtigkeitsgehalt des Materials in Gewichtsprozenten einer Feuchte-Basis ausgedrückt, M₁(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials, der mit einer gewählten m-ten ersten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m eine ganze Zahl zwischen 1 und n₁ einschliesslich n₁ ist, und M₂(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten zweiten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m eine ganze Zahl zwischen 1 und n₂ einschliesslich n₂ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 wobei die ersten Elektroden parallele lineare elektrische Leiter aufweisen, wobei jeder parallele lineare elektrische Leiter zu jedem anderen parallelen linearen elektrischen. Leiter elektrisch isoliert ist, die zweiten Elektroden parallele lineare elektrische Leiter aufweisen, wobei jeder parallele lineare elektrische Leiter zu jedem anderen parallelen linearen elektrischen Leiter elektrisch isoliert ist und die Erdungselektroden einzelne parallele lineare elektrische Leiter aufweisen, die zu den ersten und zweiten Elektroden zugeordneten parallelen linearen elektrischen Leitern parallel verlaufen, wobei jeder einzelne parallele lineare elektrische Leiter der Erdungselektrode zu jedem anderen parallelen linearen elektrischen Leiter der ersten und zweiten Elektroden elektrisch isoliert ist und jeder einzelne parallele lineare elektrische Leiter der Erdungselektroden an ein elektrisches Erdungspotenzial angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Material aus Baumwolle in einer Baumwollentkörnung besteht.
Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Baumwolle aufgrund der Menge elektrischer Ladung die durch die Baumwolle fliesst, mit einem Feuchtigkeitssensor mit ersten Elektroden, die parallele lineare elektrische Leiter aufweisen, wobei jeder parallele lineare elektrische Leiter zu jedem anderen parallelen linearen elektrischen Leiter elektrisch isoliert ist, zweiten Elektroden, die parallele lineare elektrische Leiter aufweisen, wobei jeder parallele lineare elektrische Leiter zu jedem anderen parallelen linearen elektrischen Leiter elektrisch isoliert ist und Erdungselektroden mit einzelnen parallelen linearen elektrischen Leitern, die zwischen und parallel zu den ersten und zweiten Elektroden zugeordneten parallelen linearen elektrischen Leitern verlaufen, wobei jeder einzelne parallele lineare elektrische Leiter der Erdungselektrode zu jedem anderen parallelen linearen elektrischen Leiter der ersten und zweiten Elektroden elektrisch isoliert ist und jeder einzelne parallele lineare elektrische Leiter der Erdungselektroden an ein elektrisches Erdungspotenzial angeschlossen ist, und einer Feuchtigkeitsgehaltsbestimmungsschaltung mit Ladeschaltungen für die Elektroden, mit Ladeschaltungen für erste Elektroden mit je einem, einer ersten Elektrode zugeordneten ersten Kondensator mit einer Kapazität von einem Mikrofarad, der auf eine erste Spannung aufgeladen ist, wobei die erste Spannung an die zugeordnete erste Elektrode anliegt, und Ladeschaltungen für zweite Elektroden mit je einem, einer zweiten Elektrode zugeordneten zweiten Kondensator mit einer Kapazität von 270 Picofarad, der auf die erste Spannung aufgeladen ist, wobei die erste Spannung an die zugeordnete zweite Elektrode anliegt, einer Entladezeitschaltung um erste Entladezeitdauern im Zusammenhang mit ersten Elektroden und zweite Entladezeitdauern im Zusammenhang mit zweiten Elektroden zu bestimmen, wobei die ersten Entladezeitdauern die Geschwindigkeiten messen, mit denen die erste Spannung an den ersten Elektroden auf die zweite Spannung absinkt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, die zweiten Entladezeitdauern die Geschwindigkeiten messen, mit denen die erste Spannung an den zweiten Elektroden auf die zweite Spannung absinkt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen, wobei die Entladezeitschaltung einen Taktgeber zur Erzeugung periodischer Taktimpulse mit einer Frequenz von zwei Megahertz, und mindestens einen Zähler zum Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung an den ersten Elektroden auf die zweite Spannung abnimmt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, und zum Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung an den zweiten Elektroden auf die zweite Spannung abnimmt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen, und einem Feuchtigkeitsgehaltsrechner der dazu ausgebildet ist, den Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle nur aufgrund einer ausgewählten Zahl erster Entladezeitdauern und einer Zahl ausgewählter zweiter Entladezeitdauern bestimmt und die ausgewählten ersten Entladezeitdauern und zweiten Entladezeitdauern in einem vorgesehenen Bereich von Taktimpulsen liegen, wobei der Feuchtigkeitsgehaltsrechner den Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle gemäss
bestimmt, wobei M der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle in Prozenten einer Feuchtebasis ist,
und wobei der vorbestimmte Bereich der Taktimpulse zwischen etwa 2000 Taktimpulsen und etwa 10⁷ Taktimpulsen liegt, n₁ die Zahl gewählter erster Entladezeitdauern, n₂ die Zahl. gewählter zweiter Entladezeitdauern, M₁(m)der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle, der mit einer gewählten m-ten ersten Entladezeitdauer, wobei m eine ganze Zahl zwischen 1 und n₁, einschliesslich, M₂(m) der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle, der mit einer gewählten m-ten zweiten Entladezeitdauer, wobei m eine ganze Zahl zwischen 1 und n₂, einschliesslich, N₁(m)die m-te gewählte erste Entladezeitdauer in Taktimpulsen und N₂(m)die m-te gewählte zweite Entladezeitdauer in Taktimpulsen ist.
Vefahren zur Messunq des Feuchtigkeitsgehaltes eines Materials aufgrund der Menge elektrischer Ladung die durch das Material fliesst, mit folgenden Schritten: Zuführen erster elektrischer Ladungen zu ersten Elektroden, Zuführen zweiter elektrischer Ladungen zu zweiten Elektroden, wobei die ersten elektrischen Ladungen und die zweiten elektrischen Ladungen verschiedene Ladungspegel aufweisen, Entladen der ersten elektrischen Ladungen durch das Materialzu Erdungselektroden, welche zwischen die ersten und zweiten Elektroden eingesetzt sind, Entladen der zweiten elektrischen Ladungen durch das Material zu den Erdungselektroden, Bestimmen der Beträge der elektrischen Ladungen, die von den ersten Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliessen, Bestimmen der Beträge der elektrischen Ladungen, die von den zweiten Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliessen, und Bestimmen des Feuchtigkeitsgehaltes des Materials aufgrund der Beträge der elektrischen Ladungen die von den ersten Elektroden abfliessen und aufgrund der Beträge der elektrischen Ladungen die von den zweiten Elektroden abfliessen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Zuführens erster elektrischer Ladungen zu ersten Elektroden, das Laden erster Kondensatoren auf eine erste Spannung und Anlegen der ersten Spannung an die ersten. Elektroden einschliesst, und der Schritt des Zuführens zweiter elektrischer Ladungen zu zweiten Elektroden, das Laden zweiter Kondensatoren auf eine erste Spannung und Anlegen der ersten Spannung an die zweiten Elektroden einschliesst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bestimmens der Beträge elektrischer Ladungen, die von den ersten Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliessen, den Schritt der Bestimmung erster Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den ersten Elektroden umfasst, wobei die ersten Entladezeitdauern die Geschwindigkeit messen mit der die erste Spannung an den ersten Elektroden auf die zweite Spannung abfällt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, und der Schritt des Bestimmens der Beträge elektrischer Ladungen, die von den zweiten Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliessen, den Schritt der Bestimmung zweiter Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den zweiten Elektroden umfasst, wobei die zweiten Entladezeitdauern die Geschwindigkeit messen mit der die erste Spannung an den zweiten Elektroden auf die zweite Spannung abfällt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt der Bestimmung erster Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den ersten Elektroden, die Schritte Erzeugen von periodischen Taktimpulsen und Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung an den ersten Elektroden auf die zweite Spannung abfällt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, und der Schritt der Bestimmung zweiter Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den zweiten Elektroden, die Schritte Erzeugen von periodischen Taktimpulsen und Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung an den zweiten Elektroden auf die zweite Spannung abfällt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12 wobei der Schritt des Bestimmens des Feuchtigkeitsgehaltes des Materials nur aufgrund einer Anzahl ausgewählter erster Entladezeitdauern und einer Anzahl ausgewählter zweiter Entladezeitdauern geschieht, wobei die ausgewählten ersten Entladezeitdauern und ausgewählten zweiten Entladezeitdauern in einen vorgegebenen Bereich der Taktimpulse fallen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Feuchtigkeitsgehalt des Materials aufgrund der ausgewählten ersten Entladezeitdauern und der ausgewählten zweiten Entladezeitdauern bestimmt wird, gemäss:
wobei M der Feuchtigkeitsgehalt des Materials in Gewichtsprozenten einer Feuchte-Basis ausgedrückt ist, M₁(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten ersten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n₁ einschliesslich n₁ist, und M₂(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten zweiten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n₂ einschliesslich n₂ist.
Verfahren nach Anspruch 9 wobei das Material aus Baumwolle in einer Baumwollentkörnung besteht.
Verfahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Baumwolle aufgrund der Menge elektrischer Ladung die durch die Baumwolle fliesst, mit folgenden Schritten: Zuführen elektrischer Ladungen an erste Elektroden indem erste Kondensatoren mit einer Kapazität von einem Mikrofarad, auf eine erste Spannung aufgeladen werden und die erste Spannung an die ersten Elektroden angelegt wird, Zuführen elektrischer Ladungen an zweite Elektroden indem zweite Kondensatoren mit einer Kapazität von 270 Picofarad auf die erste Spannung aufgeladen werden und die erste Spannung an die zweiten Elektroden angelegt wird, Entladen der ersten elektrischen Ladungen über die Baumwolle zu den Erdungselektroden, die zwischen die ersten und zweiten Elektroden engesetzt sind, Entladen der zweiten elektrischen Ladungen über die Baumwolle zu den Erdungselektroden, Bestimmen erster Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den ersten Elektroden, wobei die ersten Entladezeitdauern die Geschwindigkeiten messen, mit denen die erste Spannung an den ersten Elektroden auf die zweite Spannung absinkt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, wobei der Schritt der Bestimmung der ersten Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den ersten Elektroden folgende Schritte einschliesst: Erzeugung periodischer Taktimpulse mit einer Frequenz von zwei Megahertz, und Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung an den ersten Elektroden auf die zweite Spannung abnimmt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, Bestimmen zweiter Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den zweiten Elektroden, wobei die zweiten Entladezeitdauern die Geschwindigkeiten messen, mit denen die erste Spannung an den zweiten Elektroden auf die zweite Spannung absinkt, wenn die zweiten Kondensatoren. sich entladen, wobei der Schritt der Bestimmung der zweiten Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den zweiten Elektroden folgende Schritte einschliesst: Erzeugung periodischer Taktimpulse mit einer Frequenz von zwei Megahertz, und Zählen der Taktimpulse während. die erste Spannung an den zweiten Elektroden auf die zweite Spannung abnimmt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen, und Bestimmen des Feuchtigkeitsgehaltes der Baumwolle aufgrund einer ausgewählten Zahl erster Entladezeitdauern und einer Zahl ausgewählter zweiter Entladezeitdauern, wobei die ausgewählten ersten Entladezeitdauern und zweiten Entladezeitdauern in einem vorgesehenen Bereich von Taktimpulsen liegen, wobei der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle gemäss
bestimmt wird, wobei M der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle in Prozenten einer Feuchtebasis ist,
und wobei der vorbestimmte Bereich der Taktimpulse zwischen etwa 2000 Taktimpulsen und etwa 10⁷ Taktimpulsen liegt, n₁ die Zahl gewählter erster Entladezeitdauern, n₂ die Zahl gewählter zweiter Entladezeitdauern, M₁(m)der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle, der mit einer gewählten m-ten ersten Entladezeitdauer, wobei m eine ganze Zahl zwischen 1 und n₁, einschliesslich, M₂(m) der Feuchtigkeitsgehalt der Baumwolle, der mit einer gewählten m-ten zweiten Entladezeitdauer, wobei m eine ganze Zahl zwischen 1 und n₂, einschliesslich, N₁(m)die m-te gewählte erste Entladezeitdauer in Taktimpulsen und N₂(m)die m-te gewählte zweite Entladezeitdauer in Taktimpulsen ist.
Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes eines Materials aufgrund der Menge elektrischer Ladung die durchdas Material fliesst, mit einem Feuchtigkeitssensor mit Mess-Elektroden und Erdungselektroden welche zwischen die Mess-Elektroden eingefügt sind, und einer Feuchtigkeitsbestimmungsschaltung, ausgebildet um erste elektrische Ladungen den Mess-Elektroden und zweite elektrische Ladungen den Mess-Elektroden zuzuführen, wobei die ersten elektrischen Ladungen und die zweiten elektrischen Ladungen verschiedene Ladungspegel aufweisen, um die Beträge der ersten elektrischen Ladungen und der zweiten elektrischen Ladungen zu messen, die von jeder der Mess-Elektroden durch das Material zu den Erdungselektroden fliessen und um den Feuchtigkeitsgehalt des Materials aufgrund der Beträge der ersten und zweiten elektrischen Ladungen, die durch das Material-fliessen, zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Feuchtigkeitsbestimmungsschaltung weiter Ladeschaltungen mit ersten Ladeschaltungen um die ersten elektrischen Ladungen den Mess-Elektroden zuzuführen, und zweiten Ladeschaltungen um die zweiten elektrischen Ladungen den Mess-Elektroden zuzuführen, und einer Entladezeitschaltung um erste Entladezeitdauern im Zusammenhang mit ersten Elektroden und zweite Entladezeitdauern im Zusammenhang mit zweiten Elektroden zu bestimmen, wobei die ersten Entladezeitdauern die Geschwindigkeiten messen, mit denen die ersten elektrische Ladungen an den Mess-Elektroden sich durch das Material entladen, die zweiten Entladezeitdauern die Geschwindigkeiten messen, mit denen zweite elektrische Ladungen an den Mess-Elektroden sich durch das Material entladen und mit einem Feuchtigkeitsgehaltrechner, zum Bestimmen des Feuchtigkeitsgehaltes des Materials aufgrund der ersten und zweiten Entladezeitdauern.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei jede erste Ladeschaltung eine dritte Spannung an eine damit verbundene Mess-Elektrode anlegt, jede zweite Ladeschaltung eine vierte Spannung an eine damit verbundene Mess-Elektrode anlegt, und die Entladezeitschaltung die ersten Entladezeitdauern bestimmt, indem sie die Geschwindigkeiten misst, mit denen die dritte Spannung auf eine fünfte Spannung absinkt, wenn die ersten elektrischen Ladungen auf den Mess-Elektroden sich über das Material entladen und die zweiten Entladezeitdauern bestimmt, indem sie die Geschwindigkeiten misst, mit denen die vierte Spannung auf eine sechste Spannung absinkt, wenn die zweiten elektrischen Ladungen auf den Mess-Elektroden sich über das Material entladen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei jede erste Ladeschaltung einen, einer Mess-Elektrode zugeordneten ersten Kondensator aufweist, der auf eine erste Spannung aufgeladen ist, wobei die erste Spannung an eine der zugeordneten Mess-Elektroden anliegt, jede zweite Ladeschaltung einen, einer Mess-Elektrode zugeordneten zweiten Kondensator aufweist, der auf eine erste Spannung aufgeladen ist, wobei die erste Spannung an eine der zugeordneten Mess-Elektroden anliegt, und die Entladezeitschaltung die ersten Entladezeitdauern bestimmt, indem sie die Geschwindigkeiten misst, mit denen die erste Spannung an den Mess-Elektroden auf eine zweite Spannung absinkt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen und die zweiten Entladezeitdauern bestimmt, indem sie die Geschwindigkeiten misst, mit denen die erste Spannung an den Mess-Elektroden auf eine zweite Spannung absinkt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Entladezeitschaltung weiter einen Taktgeber zur Erzeugung periodischer Taktimpulse, und mindestens einen Zähler umfasst, zum Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung auf die zweite Spannung abnimmt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, und zum Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung auf die zweite Spannung abnimmt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Feuchtigkeitsgehaltsrechner den Feuchtigkeitsgehalt des Materials nur aufgrund einer ausgewählten Zahl erster Entladezeitdauern und einer Zahl ausgewählter zweiter Entladezeitdauern bestimmt und die ausgewählten ersten Entladezeitdauern und zweiten Entladezeitdauern in einem vorgesehenen Bereich von Taktimpulsen fallen.
orrichtung nach Anspruch 22, wobei der Feuchtigkeitsgehaltsrechner den Feuchtigkeitsgehalt des Materials aufgrund der ausgewählten ersten Entladezeitdauern und der ausgewählten zweiten Entladezeitdauern bestimmt, gemäss:
wobei M der Feuchtigkeitsgehalt des Materials in Gewichtsprozenten einer Feuchte-Basis ausgedrückt, M₁(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten ersten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n₁ einschliesslich n₁ist, und M₂(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten zweiten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n₂ einschliesslich n2ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 mit Mess-Elektroden, die parallele lineare elektrische Leiter aufweisen, wobei jeder parallele lineare elektrische Leiter zu jedem anderen parallelen linearen elektrischen Leiter elektrisch isoliert ist, und die Erdungselektroden einzelne parallele lineare elektrische Leiter aufweisen, die zu den parallelen linearen elektrischen Leiter der Mess-Elektroden parallel verlaufen, jeder einzelne parallele lineare elektrische Leiter der Erdungselektrode zu jedem anderen parallelen linearen elektrischen Leiter der Mess-Elektroden elektrisch isoliert ist und jeder einzelne parallele lineare elektrische Leite der Erdungselektroden an ein elektrisches Erdungspotenzial angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 wobei das Material aus Baumwolle in einer Baumwollentkörnung besteht.
Vefahren zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes eines Materials aufgrund erster und zweiter Mengen elektrischer Ladungen, die durch das Material fliessen, mit folgenden Schritten: Zuführen erster elektrischer Ladungen zum Material, Zuführen zweiter elektrischer Ladungen zum Material, wobei die zweiten und ersten elektrischen Ladungen verschiedene Ladungspegel aufweisen, Entladen der ersten elektrischen Ladungen durch das Material, Entladen der zweiten elektrischen Ladungen durch das Material, Bestimmen der ersten Beträge der elektrischen Ladungen, die durch das Material fliessen, wenn die ersten elektrischen Ladungen entladen werden, Bestimmen der zweiten Beträge der elektrischen Ladungen, die durch das Material fliessen, wenn die zweiten elektrischen Ladungen entladen werden und Bestimmen des Feuchtigkeitsgehaltes des Materials aufgrund der ersten und zweiten Beträge der elektrischen Ladungen die durch das Material fliessen wenn die ersten und zweiten elektrischen Ladungen abfliessen.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei: der Schritt des Zuführens erster elektrischer Ladungen zum Material, das Anlegen einer dritten Spannung an Mess-Elektroden einschliesst, die das Material berühren und der Schritt des Zuführens zweiter elektrischer Ladungen zum Material, das Anlegen einer vierten Spannung an die Mess-Elektroden einschliesst, der Schritt des Bestimmens der ersten Beträge elektrischer Ladungen, die durch das Material fliessen, den Schritt der Bestimmung erster Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den ersten Elektroden umfasst, wobei die ersten Enthadezeitdauern die ersten Geschwindigkeiten messen, mit denen die dritte Spannung an den Mess-Elektroden auf eine fünfte Spannung abfällt, wenn die ersten elektischen Ladungen auf den Elektroden sich durch das Material entladen, und der Schritt des Bestimmens der zweiten Beträge elektrischer Ladungen, die durch das Material fliessen, den Schritt der Bestimmung zweiter Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den zweiten elektrischen Ladungen umfasst, wobei die zweiten Entladezeitdauern die zweiten Geschwindigkeiten messen, mit denen die vierte Spannung an den Mess-Elektroden auf eine sechste Spannung abfällt, wenn die zweiten elektrischen Ladungen auf den Mess-Elektroden sich durch das Material entladen.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Schritt des Zuführens erster elektrischer Ladungen an das Material weitere Schritte einschliesst wie: Aufladen erster Kondensatoren auf eine erste Spannung und Anlegen der ersten Spannung an die Mess-Elektroden die das Material berühren, der Schritt des Zuführens zweiter elektrischer Ladungen an das Material weitere Schritte einschliesst wie: Aufladen zweiter Kondensatoren auf die erste Spannung und Anlegen der ersten Spannung an die Mess-Elektroden, der Schritt wonach erste Beträge elektrischer Ladungen, die durch das Material fliessen, zu bestimmen sind, bestimmen erster Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den ersten elektrischen Ladungen umfasst, wobei die ersten Entladezeitdauern die ersten Geschwindigkeiten messen, mit denen die erste Spannung an den Mess-Elektroden auf die zweite Spannung absinkt; wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, und der Schritt wonach zweite-Beträge elektrischer Ladungen, die durch das Material fliessen zu bestimmen sind, bestimmen zweiter Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den zweiten elektrischen Ladungen umfasst, wobei die zweiten. Entladezeitdauern die zweiten Geschwindigkeiten messen, mit denen die erste Spannung an den Mess-Elektroden auf die zweite Spannung absinkt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei: der Schritt der Bestimmung erster Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den ersten elektrischen Ladungen, die Schritte Erzeugen von periodischen Taktimpulsen und Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung an den Mess-Elektroden auf die zweite Spannung abfällt, wenn die ersten Kondensatoren sich entladen, und der Schritt der Bestimmung zweiter Entladezeitdauern im Zusammenhang mit den zweiten elektrischen Ladungen, die Schritte Erzeugen von periodischen Taktimpulsen und Zählen der Taktimpulse während die erste Spannung an den Mess-Elektroden auf die zweite Spannung abfällt, wenn die zweiten Kondensatoren sich entladen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Schritt der Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes des Materials nur aufgrund einer ausgewählten Zahl erster Entladezeitdauern und einer Zahl ausgewählter zweiter Entladezeitdauern durchgeführt wird und die ausgewählten ersten Entladezeitdauern und zweiten Entladezeitdauern in einen vorgesehenen Bereich von Taktimpulsen fallen.
Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Feuchtigkeitsgehalt des Materials aufgrund der ausgewählten ersten Entladezeitdauern und der ausgewählten zweiten Entladezeitdauern bestimmt wird, gemäss:
wobei M der Feuchtigkeitsgehalt des Materials in Gewichtsprozenten einer Feuchte-Basis ausgedrückt, M₁(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten ersten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n, einschliesslich n₁ ist, und M₂(m)der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, der mit einer gewählten m-ten zweiten Entladezeitdauer bestimmt ist, wobei m ein ganze Zahl zwischen 1 und n₂ einschliesslich n₂ ist.
Verfahren nach Anspruch 26 wobei das Material aus Baumwolle in einer Baumwollentkörnung besteht.