DE858153C - Vorrichtung zum Anzeigen oder Messen des Feuchtigkeitsgehaltes von koernigen oder pulverfoermigen Stoffen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 4. DEZEMBER 1952

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen oder Messen des Feuchtigkeitsgehaltes von körnigen oder pulverförmigen Stoffen.

Es sind diesem Zweck dienende Hygrometer bekannt, deren Wirkungsweise darauf l>eruht, daß der Feuchtigkeitsgehalt die dielektrischen Eigenschaften des zu prüfenden Stoffes beeinflußt. Die Vorrichtung enthält daher einen Kondensator, der als Zelle ausgebildet ist, in die der Stoff eingebracht wird; die Änderung der Kapazität des Kondensators bewirkt eine Änderung der Frequenz eines abgestimmten Schwingungskreises, welcher den Kondensator enthält.

Es hat sich gezeigt, daß die bisher im Handel befindlichen derartigen Vorrichtungen nicht befriedigend arbeiten, insbesondere Ix¹I geringen Feuchtigkeitsgehalten. Der Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche über einen weiten, die geringen Feuchtigkeitsgehalte einschließenden Bereich befriedigend arbeitet.

Die auf den Feuchtigkeitsgehalt ansprechende Vorrichtung enthält einen abgestimmten Schwingungskreis, dessen Frequenz durch den zu prüfenden Stoff verändert wird, und erfindungsgemäß eine Einrichtung zur Erzeugung einer unveränderlichen Schwingung, deren Frequenz mit der veränderlichen Frequenz verglichen wird.

Gemäß der weiteren Erfindung werden die Frequenzänderungen auf eine niedrigere Frequenz durch einen Frequenzwandler übertragen und die Änderungen dieser niedrigeren Frequenz angezeigt oder gemessen.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele und Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.

Fig. ι ist ein symbolisches Schaltschema einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist ein symbolisches Schaltschema einer abgeänderten Ausführungsform;

Fig. 3 ist ein vereinfachtes Schaltbild der Ausführungsform gemäß Fig. ι;

ίο Fig. 4 ist ein vereinfachtes Schaltbild einer veränderten Ausführungsform des Schwingungskreises mit veränderlicher Frequenz für die Vorrichtungen nach Fig. ι oder 2;

Fig. 5 und 6 sind vereinfachte Schaltbilder von Phasentrennkreisen, welche die letzten Glieder der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ersetzen können oder in Verbindung mit der Vorrichtung gemäß Fig. 4 benutzt werden können.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der durch die Prüfzelle gebildete Kondensator 10 ein Teil eines abgestimmten Schwingungskreises, der als frequenzbestimmender Kreis des Oszillators 11 dient. Die Schwingungen werden dann einem Modulator 12 zugeführt, welchem außerdem noch Schwingungen einer festen, jedoch etwas abweichenden Frequenz, die durch einen festen Oszillator 13 erzeugt werden können, zugeführt werden. Eine Komponente der erzeugten Modulationen hat eine Frequenz, welche gleich der Schwebungsf requenz zwischen den beiden erzeugten Schwingungen ist; diese Schwebungsfrequenz wird durch das Filter 14 ausgesiebt und ihre Änderung 1>ei 15 in geeigneter Weise angezeigt oder gemessen.

Wird die Frequenz des abgestimmten Kreises hoch gewählt, so bewirkt eine geringe Änderung der Kapazität eine große Änderung der Frequenz, und wird die Schwebungsfrequenz niedrig gewählt, so erzeugt diese Frequenzänderung eine prozentual große Änderung dieser Schwebungsfrequenz, die mit großer Genauigkeit gemessen werden kann.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung mit einer Änderung, welche eine verbesserte Anzeige oder Messung ermöglicht. Bei dieser veränderten Ausführungsform werden die Schwingungen des Oszillators 11 in gleicher Weise verwandelt wie zuvor, aber nach der Aushebung im Filter 14 werden die Schwingungen niedrigerer Frequenz einem Amplitudenbegrenzer 16 und dann einem Phasentrenner 17 zugeführt. Verstärker 18 können dann dazu dienen, um bei 19 eine Anzeige oder Steuerwirkung zu erzeugen.

Eine spezielle Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen des Feuchtigkeitsgehaltes pulverförmiger Nahrungsmittel, wie Mehl, Tee, Kaffee u. dgl., oder anderer Stoffe. Je nach der Größe der Zelle können auch Stoffe mit relativ großer Korngröße geprüft werden.

In dieser Vorrichtung enthält die Prüf zelle zwei voneinander getrennte Metallplatten, welche den Kondensator 20 bilden, zwischen welche der zu prüfende Stoff unter Einfluß seines Gewichtes oder unter einem bestimmten Normaldruck eingebracht wird. Der Kondensator ist mit einem veränderliehen Kondensator 21 von vorzugsweise größerer Kapazität und einer kleinen Induktivität in Serie geschaltet, die zusammen einen abgestimmten Schwingungskreis bilden. Für Zwecke, auf die im folgenden noch eingegangen werden wird, kann dem Zellenkondensator 20 ein Nebenschlußkondensator 23 mittels eines Druckknopf- oder eines anderen Schalters parallel geschaltet werden. Dem veränderlichen Kondensator 21 ist ein fester Kondensator 25 und ein kleiner Drehkondensator 26 parallel geschaltet. Die Frequenz dieses durch die verschiedenen Kondensatoren und die Induktivität gebildeten abgestimmten Schwingungskreise kann in der Größenordnung von 20 MHz liegen.

Der abgestimmte Schwingungskreis bildet den frequenzbestimmenden Kreis eines Oszillators, der die Röhre 27 und eine Rückkopplungsspule 28 enthält, die mit der Induktivität 22 gekoppelt ist, und der durch den Gitterwiderstand 28" und den Kondensator 29 in der üblichen Weise selbsterregend ist. Um zufällige Frequenzschwankungen zu vermeiden, wird die Anodenspannung der Röhre durch einen Spannungsstabilisator 30 konstant gehalten.

Die so erzeugten rundfunkfrequenten Schwingungen werden über den Kondensator 31 und den abgestimmten Transformator 32 der Modulatorröhre 33 zugeführt. Diese Röhre kann irgendeine übliche Type sein, doch kann eine Triode-Hexode oder eine ähnliche Überlagerungsröhre mit Vorteil verwendet werden. In diesem Falle kann die Röhre dazu dienen, auch die festen Schwingungen von etwas abweichender Frequenz zu erzeugen, welche dem Modulator zugeführt werden; eine dazu geeignete Schaltung zeigt Fig.3. Dies ist ein üblicher Schwingungserzeuger und braucht nicht im einzelnen beschrieben zu werden; es sei lediglich darauf hingewiesen, daß die Frequenz mittels der beiden Kondensatoren 34 und 35 veränderbar ist, von denen der eine, 34, mit dem Kondensator 36 des rundfunkfrequenten Einganges der Röhre 33 verbunden ist. Der Kondensator 35 ist ein Nullpunkteinstellkondensator, dessen Verwendung später beschrieben wird. Der Betrieb der Oszillatorstufe 13, dem der Triodenteil der Röhre 33 dient, wird durch den Spannungsstabilisator 37 konstant gehalten.

Die Frequenz der in der Stufe 13 erzeugten Schwingungen wird so gewählt, daß sie sich von der Frequenz des ersten Schwingkreises um einen Betrag unterscheidet, der unter Rundfunkfrequenz liegt; ein Wert von 400 bis 500 kHz hat sich als zweckmäßig erwiesen. Es soll darauf hingewiesen werden, daß, je kleiner die Differenz- oder Schwebungsfrequenz gewählt wird, um so größer die Gefahr des Ziehens zwischen den beiden Ein- iao gangskreisen des Modulators ist.

Der Ausgangskreis der Modulatorröhre 33 ist mittels des Transformators 38, der abgestimmte Primär- und Sekundärwicklungen hat, auf die Schwebungsfrequenz abgestimmt. Die Spannung, welche in der Sekundärwicklung des Transformators

erzeugt wird, wird dem Steuergitter eine Röhre 39 zugeführt, welche als Anodenknickgleichrichter geschaltet ist; die Kathode der Röhre ist über einen Widerstand 40 verbunden mit einem auf positivem Potential befindlichen Punkt eines Spannungsteilers, der durch die Widerstände 41, 42, 43, deren letzterer veränderlich ist, gebildet wird. Die Kathode einer Abstimmungsanzeigeröhre »Magisches Auge« 44 ist an die Verbindungsstelle der

ίο Widerstände 41 und 42 angeschlossen, und das Gitter dieser Röhre ist mit der Kathode der Röhre 39 verbunden.

Umgehungskondensatoren sind dem Spannungsteiler parallel geschaltet. Auf diese Weise wird die Spannung, die an dem Belastungswiderstand 40 des Gleichrichters 39 auftritt, dem Eingang der Röhre 44 zugeführt.

Die Handhabung der Vorrichtung wird nun verständlich sein. Der Apparat wird so eingestellt, daß

ao l>ei leerer Zelle die Schwebungsfrequenz genau gleich ist der Frequenz des abgestimmten Ausganges des Modulators. Dies wird dadurch erreicht, daß der Drehkondensator 211 des Zellenabstimmkreises auf einen vorbestimmten Wert, z. B.

auf größte Kapazität, eingestellt wird, und dann die Frequenz des zweiten Oszillators mittels des Kondensators 35 so lange verändert wird, bis die gewünschte Schwebungsfrequenz erzeugt wird, was aus der Höchstwertanzeige der Röhre 44 ersicht-Hch ist. Diese Einstellung der Frequenz wird vorteilhaft l>egleitet von einer Einstellung der Abstimmung des Einganges des Modulators mittels der Kondensatoren 34 und 36, wobei die Abstimmung dieser beiden Kreise in dersell>en Weise bewirkt werden kann, wie die Einstellung einer konstanten Differenzfrequenz bei Frequenzwandlern üblicher Rundfunkempfänger; der abgestimmte Oszillatorkreis kann einen Blockkondensator enthalten, um dies zu ermöglichen.

Die Probe wird dann gewogen und unter Normaldruck in die Zelle eingebracht. Die Frequenz des ersten Schwingungskreises wird dadurch verändert, aber durch Drehen des Drehkondensators 21 des Zellenkreises kann die Frequenz wieder auf den Wert zurückgeführt werden, der wieder die gleiche Schwebungsfrequenz ergibt, was die Anzeigevorrichtung anzeigt; die dazu erforderliche Drehung des Kondensators gibt ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt der Prol>e. Verschiedene Skalen oder Tabellen können für die verschiedenen Stoffe vorgesehen werden, die durch direkte Eichung gewonnen werden können. Auch können verschiedene Zellen für Stoffe mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften vorgesehen werden. Die Zelle kann mit einer Auskleidung von Isoliermaterial versehen werden, insbesondere bei Zellen von l>eträchtlicher Größe. Eine große Zelle ist vorteilhaft, da sie leichter zu füllen ist, und die Auskleidung verhütet alle Auswirkungen, die auf eine Veränderung des Olx'rgangswiderstandes zwischen den Kondensatorplatten zurückzuführen sind.

Wie bereits beschrieben, ist die Zelle in dem abgestimmten Kreis mit einem größeren veränderlichen Kondensator 21 in Serie geschaltet. Die Gesamtkapazität der beiden Kondensatoren ist dann nicht größer als die des kleineren Kondensators, das ist die Zelle, und so kann ein verhältnismäßig großer und robuster Drehkondensator verwendet werden, der doch eine genaue Frequenzeinstellung ermöglicht. Der Abstimmbereich kann weiter dadurch verkleinert werden, daß dem Drehkondensator 21 der feste, große Kondensator 25 parallel geschaltet ist; so kann, wie angestrebt, die Meßgenauigkeit vergrößert werden dank der Tatsache, daß eine um so genauere Einstellung erreichbar ist, je kleiner der gesamte Einstell'bereich ist.

Für Einstellzwecke kann der Kondensator 23, der einen festen, vorbestimmten Wert hat, der Kondensatorzelle parallel geschaltet werden. Da das Verhältnis der Abstimmungsänderung des Zellenkreises und damit die Eichung von verschiedenen Faktoren abhängen, ist es vorteilhaft, einen Abweichungsausgleich vorzusehen durch den weiteren kleinen Drehkondensator 26, der zu dem größeren Drehkondensator 21 parallel geschaltet ist. Mit einem Standardwert im Schwingungskreis kann der Abweichungsausgleich dazu benutzt werden, die Vorrichtung so einzustellen, daß die durch den Standardwert verursachte Änderung auch als Standardwert angezeigt wird.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet sehr zufriedenstellend, hat aber praktisch den Nachteil, daß sie für jeden zu untersuchenden Stoff eingestellt werden muß. In Fig. 4 dagegen ist eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt, die dies vermeidet und es ermöglicht, die Vorrichtung von vornherein für eine Serie von Untersuchungen einzustellen, wobei jede Prüfung oder Wiederholung des Einstellens durchgeführt werden kann. Mit dieser Abänderung kann die Vorrichtung über verschieden begrenzte Bereiche arbeiten, jeder Bereich für einen besonderen Stoff. Dementsprechend sind die Kondensatoren 20, 23, 25 und 26 vorgesehen wie vorher, aber zusätzliche Kondensatoren 50, 51, 52, 53, einschaltbar mittels der Druckknopfschalter 54, 55, 56, 57, dienen dem gleichen Zweck wie zuvor der Kondensator 21; die Schalter 24 und 54 sind miteinander verbunden. Jeder der Kondensatoren 51, 52 oder so vieler weiterer Kondensatoren als gewünscht werden, entspricht einem anderen Stoff oder demselben Stoff unter anderen Bedingungen, und die Kondensatoren sind so eingestellt, daß, wenn etwa trockener Stoff oder Stoff mit einem bestimmten Feuchtigkeitsgehalt in die Meßzelle gebracht wird, die Oszillatorfrequenz den maximalen Ausschlag des Anzeigeinstrumentes ergibt. Eichkondensatoren, wie der Kondensator 58, können mittels weiterer Druckknopfschalter, wie Schalter 59, eingeschaltet werden, wie vorher beschrieben.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß iao die Anzeigevorrichtung nach Fig. 3 nicht den Richtungssinn der im Kondensatorkreis hervorgerufenen Änderung anzeigt; wenn die Umstände des Gebrauches der Vorrichtung nach Fig. 3 eine Abnahme ebenso wie eine Zunahme der Frequenz zulassen, so muß die Anzeigevorrichtung entsprechend gestaltet

werden. Ein dazu geeignetes Anzeigegerät ist in Fig. 5 dargestellt.

Diese Art des Anzeigegerätes entspricht der im symbolischen Schema der Fig. 2 dargestellten Art. Es enthält als Röhre 60 eine Pentode, welche mit niederer Schirmgitterspannung arbeitet, die von einem Spannungsteiler abgenommen wird, der aus den Widerständen 61, 62 besteht, von denen der letztere veränderlich ist. Der Röhreneingang kommt von der Modulatorstufe, der Ausgang enthält einen abgestimmten Transformator 63; der Mittelpunkt seiner Sekundärwicklung ist verbunden mit dem einen Ende der Primärwicklung über den Kondensator 64 mit der Nebenschlußinduktivität 65. Die Enden der Sekundärwicklung sind zu einer Doppeldiodenröhre 66 mit den Belastungswiderständen 67, 68 geführt. In an sich bekannter Weise sind die Spannungsdifferenzen, die an denl)iodenl>elastungswiderständen auftreten, entgegengesetzt gleich, wenn das von der Röhre 60 empfangene Signal mit der Frequenz des abgestimmten Transformators übereinstimmt; weicht die Frequenz ab. so entsprechen die Spannungen, die an den Kathoden der Diode auftreten, in Polarität und Größe dem Sinn und der Größe der Abweichung der Frequenz von der Sollfrequenz. Die Spannungen, welche dabei an den Widerständen 67, 68 auftreten, werden zwei gegeneinandergeschalteten Gleichst rom verstärkerröhren 69, 70 zugeführt, in deren Anodenkreisen die Belastungswiderstände 71, 72 liegen; ein Anzeigeinstrument 73 kann als Resonanzanzeiger mit dem Nullpunkt in der Mitte verwendet werden. Ein Druckknopfschalter 74 dient zum Schutz des Instrumentes, und für die Röhren 69, 70 kann ein Abgleichswiderstand 75 vorgesehen sein.

Mit dem Nullmitteanzeigeinstrument kann der Feuchtigkeitsmesser für die Anzeige von Toleranzgrenzen des Feuchtigkeitsgehaltes eingestellt werden; in diesem Falle wird das Instrument so eingestellt, daß es bei einer Probe von gewünschtem oder mittlerem Feuchtigkeitsgehalt Null anzeigt. Danach werden Proben in die Zelle eingebracht und sie werden Anzeigen über oder unter der Nullmarke hervorrufen, je nadh ihrer Abweichung von dem gewünschten oder mittleren Feuchtigkeitsgehalt.

Die Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 5 kann leicht, auch mittels der in Fig. 6 dargestellten Anordnung, Steueraufgaben angepaßt werden zum Betrieb von Anzeige- oder Registriergeräten, welche mehr Kraft benötigen als das Instrument 73 leisten kann. Bei dieser Ausführungsform fließen die Anodenströme der Röhren 69, 70 durch die Windungen von zwei Gleichstrommotoren 76 bzw. JJ und diese Motoren treiben ein Differentialgetriebe J^, das eine Abtriebswelle 79 hat. Wenn der eine Motor ein größeres Drehmoment erzeugt als der andere, so wird die Welle 79 eine Schwenkbewegung ausführen, und die Geschwindigkeit und die Richtung dieser Bewegung zeigen die Frequenzabweichung an. In Fig. 6 ist auch eine andere Art des Ausgleiches der Anodenströme mittels des Anzapfwiderstandes 80 gezeigt. Die Welle 79 kann für verschiedene Steuerzwecke benutzt werden. Beispielsweise kann die Welle als j selbsttätiges Abstimmorgan dienen, um die Frequenzabweichung, die seine Bewegung verursacht, wieder auszugleichen. Dies ist besonders vorteilhaft bei fortlaufenden Untersuchungen, wobei die Prüfzelle durch eine solche ersetzt wird, welche es ermöglicht, daß der Stoff kontinuierlich durch die Zelle hindurchgeführt wird. Die Steuerwelle kann ! dann zusätzlich ein Registrier- oder Warngerät be-

j tätigen.

Anderenfalls kann die Steuerwelle auch eine selbsttätige Trockenvorrichtung betätigen, oder sie kann dazu benutzt werden, die Geschwindigkeit oder die Dauer eines Prozesses zu regeln, von welchem der Feuchtigkeitsgehalt abhängt.

Die beschriebene Vorrichtung kann aus verschiedenen Teilen bestehen, wobei ein liauptteil die Stromquellen, den Modulator und die folgenden Stufen enthält und einen Nebenteil, welcher die Zelle und die Schwingrölire enthält. Bei dieser Ausführungsform ist es vorzuziehen, die Frequenz nicht wieder herzustellen, sondern es als direktes Anzeigeinstrument zu verwenden, wie dies bei den An-Ordnungen gemäß Fig. 2 und 5 vorgesehen ist. Die Druckknopfschalter 54, 55 usw. in der Oszillatorstufe können relaisgesteuert sein, wenn sie vorgesehen sind, aber zur Vereinfachung kann die Zelle auch ohne den Kondensator 23 oder seine Äquivalente benutzt werden. Dies ermöglicht, daß der Nebenteil durch ein einfaches Kabel mit dem Hauptteil verbunden ist.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zum Anzeigen oder Messen des Feuchtigkeitsgehaltes von körnigen oder pulverformigen Stoffen, bei welcher der zu prüfende Stoff in das Feld eines Kondensators gebracht wird, welcher in einem abgestimmten Schwingkreis enthalten ist, dessen Frequenzänderung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Messung durch Vergleich der Frequenz dieses Schwingkreises mit einer unveränderlichen Frequenz erfolgt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzänderungen durch einen Frequenzwandler auf eine niedrigere Frequenz übertragen werden, deren Änderungen angezeigt oder gemessen werden.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwebungsfrequenz zwischen der veränderlichen und der festen Frequenz erzeugt und deren Änderung angezeigt oder gemessen wird.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche und die feste Frequenz einander überlagert und die Schwebungsfrequenz ausgesiebt wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebungsfrequenz, gegebenenfalls nach Verstärkung und Gleichrichtung, einer Anzeigevorrichtung, z. B. einem magischen Auge, zugeführt wird.
6. (). Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebungsfrequenz in einem Phasentrenner zerlegt und zwei gegeneinander geschalteten Verstärkerröhren zugeführt wird und die erhaltenen Anodenströme verglichen werden.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltenen Anodenströme zwei Elektromotoren antreiben, die auf ein Differentialgetriebe einwirken, dessen Abtriebswelle als Anzeige- oder Steuerorgan dient.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle Anzeige-, Registrier- oder Warngeräte betätigt oder eine Frequenzänderung bewirkt oder die Trocknungs- oder andere Einrichtungen, von denen fler Feuchtigkeitsgehalt des Stoffes abhängt, beeinflußt.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Meßkondensatoren zur Ausführung verschiedener Meßreihen vorgesehen sind.
10. 10. Verfahren zum Messen des Feuchtigkeitsgehaltes von körnigen oder pulverförmigen Stoffen mittels einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Drehkondensator die ursprüngliche Frequenz wiederhergestellt wird, und die Drehung des Kondensators ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt gibt.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    I 5518 11.52