DE909505C

DE909505C - Device for measuring the moisture content of hygroscopic materials by electrical means

Info

Publication number: DE909505C
Application number: DEM7616A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinz Mahlo; Walter Siegert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-08-22
Filing date: 1950-11-23
Publication date: 1954-04-22
Also published as: DE1681810U

Description

Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes hygroskopischer Materialien auf elektrischem Wege Es sind eine Reihe von Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes hygroskopischer Materialien auf elektrischem Wege d, ienen. Alle diese Verfahren machen von der Tatsache Gebrauch, daß sowohl der Widerstand als auch die Diel'ektrizitätskcnstante ebenso wie die dielektrischen Verluste vom Feuchtigkeitsgehalt beeinflußt werden und eine bestimmte Funktion desselben sind. Die nach solchen Verfahren arbeitenden Geräte sind in der Praxis nur sehr beschränkt brauchbar, da es mit einer der Drei Meßmethoden stets nur möglich ist, eine beschränkte Auswahl von Materialien und bei diesen einen begrenzten Bereich des Feuchtigkeitsgehaltes zu messen.Device for measuring the moisture content hygroscopic Materials by electrical means There are a number of devices and methods known to measure the moisture content of hygroscopic materials electrical way d, ienen. All of these procedures make use of the fact that both the resistance and the dielectric constant as well as the dielectric losses are influenced by the moisture content and a certain Function of the same. The devices working according to such a method are in the Practical only to a very limited extent, since it is always with one of the three measuring methods Only a limited selection of materials is possible and a limited selection of these Measure area of moisture content.

Darüber hinaus schränken die mit den Anzeigeinstrumenten fest verbundenen Skalen, die unmittelbar in Prozent Feuchtigkeitsgehalt geeicht sind, die Anwendungsgebiete dieser Geräte noch weiter ein, da sie nur für ein bestimmtes Material brauchbar sind, während bei anderen ebenfalls fest angeordneten Skalen die Ablesung des Meßwertes dadurch außerordentlich erschwert wird und leicht zu Fehlabglesungen Anlaß gil)t, daß der eigentliche Meßwert in Prozent Feuchtigkeitsgehalt einer Eichkurve bzw. einer Eichtabelle entnommen, d. h. zusätzlich ermittelt oder errechnet werden muß. In addition, there are restrictions that are permanently connected to the display instruments Scales that are directly calibrated in percent moisture content, the areas of application These devices are still further, as they can only be used for a specific material are, while with other scales, which are also fixed, the reading of the measured value this is extremely difficult and can easily lead to incorrect reading, that the actual measured value in percent moisture content of a calibration curve or taken from a calibration table, d. H. must also be determined or calculated.

Durch die Erfindung wird das ANwendungsgebiet der bekannten Meßvorrichtungen innerhalb der einzelnen Meßverfahren wesentlich erweitert und dazu die Möglichkeit geschaffen, alle Meßverfahren wahlweise mit derselben Meßvorrichtung durchzuführen. Dies wird dadurch erreicht, daß Skalen an dem Anzeigeinstrument in an sich bekannter Weise auswechsweblar angeordnet sind, die mit den verschiedenen Verwendungszwecken und Anwendungsgebieten entsprechenden Teilungen versehen sind. Infolge der AUswechselbarkeit der Skalen des ANzeigeinstrumentes kann man nun mit dem Meßgerät, mit dem man bisher nur ein Meßverfahren, beispielsweise die Widerstandsmessung ausführen kann. alle die Materialien messen, die für diese Messung in Frage kommen. und dabei den Feuchigkeitsgehalt unmittelbar dem ANzeigeinstrument entnehmen. The field of application of the known measuring devices becomes through the invention significantly expanded within the individual measurement methods and to created the possibility of all measuring methods optionally with the same measuring device perform. This is achieved in that scales on the display instrument in are arranged in a known manner, which are exchanged with the various The appropriate divisions are provided for the purposes of use and areas of application. As the scales of the display instrument can be exchanged, you can now use the measuring device, with which one has previously only used one measuring method, for example resistance measurement can perform. measure all of the materials that are suitable for this measurement. and take the moisture content directly from the display instrument.

Darüber hinaus aber ermöglicht die Auswechselbarkeit der Skalen, die Meßvorrichtung für alle Meßverfahren anwendbar zu machen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Vorrichtung aus zwei getrennten Teilen besteht, von denen der eine die zur Stromversorgung dienenden Elemente, die Regelglieder und das Anzeigeinstrument enthält. während in dem zwieten Teil, dem Meßkopf, die Schaltglieder, der eigentlichen Meßschlaltung untergebracht sind. Dabei ist der den Meßkopf darstellende Teil auswechselbar beispielsweise über einen Steckkontakt mit dem anderen Teil verbunden, und für den gleichen zur Stromversorgung dienenden Teil sind eine Mehrzahl von Meßköpfen mit verschiedenen Meßschaltungen zur Messung des Ohmschen Widerstandes. der Dielektrizitätskonstanten, der dielektrischen Verluste oder einer anderen, von dem Feuchtig-Keitsgehalt des Prüfgutes abhängigen Größe vorgesehen, so daß an denselben zur Stromversorgung dienenden Teil verschiedene Meßköpft zur Durchführung der verschiedenen Meßverfahren angeschlossen werden können. In addition, however, the interchangeability of the scales enables to make the measuring device applicable to all measuring methods. This is done according to the Invention achieved in that the device consists of two separate parts, one of which is the elements used for power supply, the regulating elements and contains the display instrument. while in the second part, the measuring head, the Switching elements, the actual measuring circuit are housed. Here is the the part representing the measuring head can be exchanged, for example via a plug contact connected to the other part, and used for power supply for the same Part are a plurality of measuring heads with different measuring circuits for measurement of the ohmic resistance. the dielectric constant, the dielectric losses or another variable depending on the moisture content of the test item provided so that the same part serving for power supply is different Measuring heads can be connected to carry out the various measuring methods.

Bei bekannten Meßvorrichtungen, die sich der Messung des Widerstandes bedienen, war die Form der Kennlinie weitgehend durch die Beschaffenheit der verwendeten Röhre bedingt. Der Verlauf der Eichkurve im DIagramm war damit völlig willkürlich, was die Eichtung der Geräte außerordentlich erschwerte. Bei den Geräten gemäß der Erfindung wird die Kennlinie durch besondere Regelglieder, die in die Anodenleitung der Meßröhre und die Zuleitung für die Meßspannung eingeführt sind, so beeinflußt, daß sich eine Gerade ergibt, wenn im Diagramm der Widerstand logarithmisch aufgetragen wird. Da die Widerstandskurven der meisten hygroskopischen Materialien, im logarithmischen Maßstab aufgetragen, ebenfalls Gerade sind. ist es nunmehr möglich, mit Hilfe einiger lveniger Eichpunkte die gesamten Eichkurven festzulegen. In known measuring devices that focus on measuring resistance operate, the shape of the characteristic curve was largely due to the nature of the used Tube conditional. The course of the calibration curve in the diagram was thus completely arbitrary, which made the calibration of the devices extremely difficult. With the devices according to the Invention is the characteristic curve by special control elements in the anode line the measuring tube and the lead for the measuring voltage are introduced, so influenced, that a straight line results when the resistance is plotted logarithmically in the diagram will. Since the resistance curves of most hygroscopic materials, in logarithmic Plotted scale, are also straight lines. it is now possible with the help of some lveniger calibration points to define the entire calibration curves.

Um Abweichungen des Meßwerites auszugleichen, die durch verschiedene Aufmachung der Probe, unterschiedliche Packungsdichte usw. eintreten, ist die Möglichkeit vorgesehen, den Kompensationsstrom der Meßröhre oder den mechanishen Nullplunkt des Instrumentes zu verändern. In order to compensate for deviations in the measurement value caused by various Presentation of the sample, different packing densities, etc. occur, is the possibility provided, the compensation current of the measuring tube or the mechanical zero point of the instrument.

Dadurch läßt sich die Eichkurve im'Diagramm parallel zu sich selbst verschieben, so daß das Gerät ohne Änderung für die unterschiedlichsten Probenformen verwendet werden kann.This allows the calibration curve in the diagram to be parallel to itself move so that the device can be used for a wide variety of sample shapes without modification can be used.

In der Zeichnung ist die Erfindung dargestellt. The invention is shown in the drawing.

Abb. I zeigt schematisch die neue Meßvorrichtun; Abb. 2 zeigt die Schaltung eines Meßkopfes zur Bestimmung des Widerstandes ; Alb. 3 zeigt die Schaltung eines Meßkopfes zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten; Abb. 4 und 5 zeigen Schaulinien; Abl). 6 bis g zeigen Beispiele verschiedener NIeßkontaktanordnungen. Fig. I shows schematically the new measuring device; Fig. 2 shows the Circuit of a measuring head for determining the resistance; Alb. 3 shows the circuit a measuring head for determining the dielectric constant; Fig. 4 and 5 show Sight lines; Abl). 6 through g show examples of various negative contact arrangements.

Wie Abb.1 ziegt, besteht das Instrument aus zwei getrennten Teilen I und II. 1 umfaßt die Spannungsstabilisierung I. die Regelglieder 2, das Anzeigeinstrument 3 und den Ansuchluß 4 für die verschiedenen Niefizwecken dienenden Äießköpfe II, II', H", die z. B. zur Messung des Widerstandes, der Dielektriziätskonstanten oder der dielektrischen Verluste der Probe dienen. As Figure 1 shows, the instrument consists of two separate parts I and II. 1 comprises the voltage stabilization I. the control elements 2, the display instrument 3 and the request 4 for the various Niefi purposes serving heads II, II ', H ", which are used, for example, to measure the resistance, the dielectric constant or the dielectric losses of the sample are used.

Abb.2 zeigt beispielwweise die Schaltung eines derartigen Meßkopfes II. Der Prohe X wird über die Widerstände R1 und R2 eine Gleichspannung zugeführt, der eine Wechselspannung, zugeführt uber C1 und C2. überlagert ist, um Polarisationsfehler zu vermeiden. Während die über R2 entstehende Gleichspannung ungehindert an das Gitter der Meßröhre G gelangen kann, ist dies für Wechselstrom durch ein Siebglied, bestehend aus R4 und C3, gesperrt. Die in der ZLueitung zur ANode liegenden Widerstände R5 und R6 geben in Verbindung mit den Widerständen R1 und R2 die Möglichkeit, der Eichkurve der Meßeinrichtung einen beliebigenVerlauf zu geben, insbesondere einen linearen Verlauf, wenn der Widerstand des Prüfgutes im logarithmischen Maßstab aufgetragen ist. Fig. 2 shows, for example, the circuitry of such a measuring head II. The Prohe X is supplied with a DC voltage via the resistors R1 and R2, which is an alternating voltage, supplied via C1 and C2. is superimposed to polarization errors to avoid. While the DC voltage generated via R2 is unhindered to the Grating of the measuring tube G, this is for alternating current through a sieve element, consisting of R4 and C3, locked. The resistances in the ZLueline to the ANode R5 and R6 in connection with the resistors R1 and R2 give the possibility of To give a calibration curve of the measuring device any course, in particular one linear course if the resistance of the test item is plotted on a logarithmic scale is.

Der unter R dem Anzeigeinstrument zugeführte Kompensationsstrom läßt sich durch Veränderung des Widerstandes R8 kontinuierlich oder stufenweise regeln.The compensation current supplied to the display instrument under R. regulate themselves continuously or in stages by changing the resistance R8.

Der wahlweise an das Gerät anzuschließende Meßkopf zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten, für den Abb. 3 ein Schaltungsbeispiel zeigt, ist so konstruiert. daß er sich ebenfalls für die verschiedensten Materialien und unterschiedliche Aufmachung der Prohe verwenden läßt. Da die Dielektrizitätskonstante bereichsweise eine lineare Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes ist, erfolgt hier die Anpassung an unterschiedliche Probenaufmachung sinngemäß so, daß die kennlinie um einen bestimmten Punkt im Diagramm gedreht wird; beispielsweise kann sie durch Veränderung der Empfindlichkeit der ANzeigevorrichtung um den Nullpunkt gedreht werden. The measuring head to be optionally connected to the device for determination the dielectric constant, for which Fig. 3 shows a circuit example so constructed. that he is also interested in a wide variety of materials and different Featuring pro honeysuckle. Since the dielectric constant is regional is a linear function of the moisture content, the adjustment takes place here to different sample layouts in such a way that the characteristic curve around a certain Point is rotated in the diagram; for example, it can be changed by changing the sensitivity the display device can be rotated around the zero point.

Die Wirkungsweise der Meßeinrichtung für die Dielektrizitätskonstanten ist beispielsweise die folgende : Der Oszillator 0 (Abb. 3) erzeugt eine hoch- oder niederfrequent, Wechselspannung, die in die Spule L induktiv eingekoppelt wird. The mode of operation of the measuring device for the dielectric constant is for example the following: The oscillator 0 (Fig. 3) generates a high or low frequency, alternating voltage that is inductively coupled into the coil L.

Im Röhrenvoltmeter RV ergibt sich keine oder eine nur kleine Gitterwechselslpanllung, solange die Kapazität des Prüfkondensators Cx und die eines Vergleichskondensators (.() gleich groß sind. In the tube voltmeter RV there is no or only a small grid change voltage, as long as the capacitance of the test capacitor Cx and the one Comparison capacitor (. () are the same size.

Ändert sich die Kapazität des Prüfkondensators Cx dadurch, daß seine Feldlinien durch das zu prüfende Medium hindurchgehen, so ergibt sich eine der Größe der Änderung proportionale Anzeige. Die Größe der Wechselspannung des Oszillators kann durch den Widerstand R1oJ die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung durch Veränderung des Widerstandes R9 variiert werden. Der Meßkondensator der Meßvorrichtung für die Dielektrizitätskonstante kann erfindungsgemäß so ausgebildet werden, daß die Eindringtiefe der Feldlinien und ihr Verlauf in dem zu prüfenden Gut im gewünschten Sinn beeinflußt wird. Würde man die Meßelektrode, z. B. einen Ringkondensator, ohne eine solche Einrichtung vewenden, so ergäbe sich ein falscher Meßwert, wenn beispielsweise ein äußerlich feuchtes oder ein gebogenes Brett gemessen wird. Stellt man dagegen durch Al>standsstücke bzw. durch eine isolierende Platte zwischen Meßkondensator und Prülfing einen bestimmten Abstand sicher, so können solche Fehler nicht eintreten, oder aber sie werden stark verkleinert.If the capacitance of the test capacitor Cx changes because its If field lines pass through the medium to be tested, one of the size results display proportional to the change. The magnitude of the alternating voltage of the oscillator can change the sensitivity of the measuring device through the resistor R1oJ of the resistor R9 can be varied. The measuring capacitor of the measuring device for the According to the invention, the dielectric constant can be designed in such a way that the penetration depth influences the field lines and their course in the goods to be tested in the desired sense will. If you were to use the measuring electrode, e.g. B. a ring capacitor without one Use device, an incorrect measured value would result if, for example, a Externally damp or a curved board is measured. If you put it through Al> stand pieces or by an insulating plate between the measuring capacitor and Checking a certain distance safely, such errors cannot occur or they are greatly reduced in size.

Die Verschiel) ung der Eichkurve beim Widerstandsmeßkopf und die Drehung der Eichkurve bei dem Meßkopf für die Dielektrizitätskonstante zeigen schematisch die Diagramme Abb. 4 und 5. The misalignment of the calibration curve in the resistance measuring head and the Rotation of the calibration curve at the measuring head for the dielectric constant show schematically the diagrams Fig. 4 and 5.

Der Feuchtigkeitsgehalt F in Prozent ist in beiden Schaubildern als Abszisse aufgetragen, während die Ordinaten in Abb.4 dem Widerstand R und in Abb.5 der Kapazität K entsprechen.The moisture content F in percent is in both graphs as Plotted abscissa, while the ordinates in Fig.4 the resistance R and in Fig.5 correspond to the capacitance K.

Die Wirkungsweise eines Meßkondensators wird beispielsweise durch die Abb.6 und 7 erläutert. The mode of operation of a measuring capacitor is, for example, through Fig. 6 and 7 are explained.

Die in Abb.6 sichtbaren Abstandsstücke A gewährleisten, daß der mittlere Abstand er Elektrode und damit der Meßwert unabhängig von der Krümmung des Prüflings ist. Die aus Isolierstoff mit geeigneter Dielektrizitätskonstante bestehende Platte P in Abb. 7 bewirkt, daß der Teil des Kondensatorfeldes, in dem die Feldlinien besonders dicht laufen, nicht zur Messung herangezogen wird.The spacers A visible in Fig. 6 ensure that the middle Distance he electrode and thus the measured value independent of the curvature of the test object is. The plate made of insulating material with a suitable dielectric constant P in Fig. 7 causes that part of the capacitor field in which the field lines are particularly run tightly, is not used for measurement.

Eine feuchte äußere Schicht des Prüflings kann daher nicht einen falschen Meßwert zur Folge hahen, wie dies der Fall wäre, wenn die Elektrode unmittelbar auf dem Prüfling aufsitzen würde.A damp outer layer of the test item can therefore not be a false one Result in the measured value, as would be the case if the electrode were directly would sit on the test item.

Wird ein besonderer Verlauf der Feldlinien gewünscht, oder will man den Einfluß der äußeren Schichten ganz ausschalten, so fügt man besondere Elektroden ein, die den Verlauf der Feldlinien heeinflussen, an der Messung jedoch unbeteiligt sind. Is a special course of the field lines desired, or is it wanted If the influence of the outer layers is completely eliminated, special electrodes are added which influence the course of the field lines, but are not involved in the measurement are.

Ein anderer Weg, nur bestimmte Schlichten des Prüflings zu messen, geht dahin, daß man Elektroden verschiedener Tiefenwirkung nel) eneinander oder konzentrisch anordnet, wobei beispielsweise der Meßwert der Elektrode mit geringer Tiefen wirkung von dem anderen abgezogen wird. Another way to measure only certain finishes of the specimen, goes to the point that electrodes of different depth effects are nel) one another or arranged concentrically, for example the measured value of the electrode with less Depth effect is subtracted from the other.

Dlie Wirkungsweise solcher Einrichtungen veranschaulichen heispielsweise die Abb. 8 und 9. Blei der Anordnung gemäß Abb. 8 liegen nur die Elektroden E1 und E2 im Meßkreis, während die Elektroden E3 und E4 gleiches Potential wie E1 bzw. E2 haben, an der Messung jedoch nicht beteiligt sind. The mode of operation of such devices is illustrated, for example Figs. 8 and 9. Leading the arrangement according to Fig. 8 are only electrodes E1 and E2 in the measuring circuit, while electrodes E3 and E4 have the same potential as E1 or E2, but are not involved in the measurement.

Zur Bildung des Meßwertes werden nur die Feldlinien F1 herangezogen, während die Feldlinien F2. lediglich den Tiefenverlauf der Feldlinien F1 heeinflussen.Only the field lines F1 are used to generate the measured value, while the field lines F2. only influence the depth profile of the field lines F1.

Bei der ANordnung gemäß Abb. 9 wird der Meßwert M1, der sich aus den Feldinier F1 ergibt, von dem Meßwert M2, der sich au's den Feldlinien F2 ergibt, algezogen. Der resultierende Wert ist also nur vom Feuchtigkeitsgehalt der inneren Schicht beeinflußt vom Zustand der Außenschichten jedoch unabhängig. With the arrangement according to Fig. 9, the measured value M1, which results from the field line F1 results from the measured value M2, which results from the field lines F2, drawn. So the resulting value is only from the moisture content of the interior Layer influences independently of the condition of the outer layers.

Um auch l'ei kompressiblem Gut einheitliche Meßwerte zu erhalten, kann in den Meßkopf eine Durckvorrichtung eingebaut werden, die bewirkt, daß der Meß vorgang nur bei Ausübung eines bestimmten Druckes ausgelöst wird, Eine hierzu deinende Einrichtung kann in Federn, Gummipuffern od. dgl. in Verbindung mit einem Kontakt bestehen, der den Leitungsschluß erst herstellt, wenn das elastische Mittel unter entsprechendem Druck steht. In order to obtain uniform measured values also for compressible goods, a pressure device can be installed in the measuring head, which causes the Measurement process is only triggered when a certain pressure is exerted, one for this deinende device can od in springs, rubber buffers. Like. In connection with a Contact exist that only establishes the line connection when the elastic means is under appropriate pressure.

Claims

PATENT CLAIMS I. Device for measuring the moisture content hygroscopic materials by electrical means, characterized in that scales are arranged on the display instrument so as to be exchangeable in a manner known per se, those corresponding to the various uses and areas of application Divisions are provided.

2. Apparatus according to claim I, characterized in that the device consists of two separate parts, one of which is used for power supply Elements, the control elements and the indicating instrument contains, while in the second Part, the measuring head, accommodated the Schaltgliceder of the actual measuring circuit are.

3. Apparatus according to claim I and 2, characterized in that the part representing the measuring head can be exchanged, for example via a plug contact connected to the other part.

4. Apparatus according to claim I to 3, characterized in that a plurality of measuring heads for the same part serving for the power supply with different measuring circuits for measuring the ohmic resistance, the dielectric constant, the dielectric loss of the test material or another of the moisture content dependent size are provided.

5. Apparatus according to claim I to 4, characterized in that when using a measuring head designed as a tube voltmeter variable or exchangeable resistors in the measuring circuit as well as in the grid and anode circuit of the measuring tube are provided to give the calibration curve a linear profile over the entire measuring range to be able to give, if the resistance of the test object is plotted on a logarithmic scale is.

6. Apparatus according to claim 5, characterized by stepwise or continuously variable resistors (R7, R8) to regulate the compensation current, which is fed to the display instrument.

7. Apparatus according to claim 5, characterized by mechanical Adjustment means for the zero point of the display instrument.

8. Apparatus according to claim 5, characterized in that to avoid an alternating current is superimposed on the measuring direct current by polarization errors, the is kept away from the measuring device by a sieve member.

9. Apparatus according to claim I to 4, characterized in that when using a measuring head that is used to measure the dielectric constant an oscillator and a tube voltmeter, the size of which is made by the oscillator generated measuring voltage as well as the sensitivity: of the measuring part continuously or in stages, for example through variable resistances (Rto or Rg) in the anode circuit of the oscillator or in the anode circuit of the measuring tube.

Io. Device according to Claims I to 4, characterized in that spacers when using a measuring head to measure the dielectric constant (A) or insertable insulating panels (P) with constant dielectric constant between the plates of the measuring capacitor and the test material to produce a constant Are arranged spaced.

11. The device according to claim IO, characterized in that the Spacers (A) are arranged so that the test material with differently curved Surface a constant mean distance between a measuring capacitor more suitable Form and the test object is effected.

12. The device according to claim I to 4, characterized by inserted Electrodes (E3, E4) of the same or different potential, through which the course the field lines of the measuring capacitor is influenced.

13. Apparatus according to claim I to 4, characterized in that when using a measuring head to measure the dielectric constant several Capacitor electrodes are arranged and connected to the measuring circuit that the resulting measured value can be obtained by adding or subtracting partial measured values results.

14. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that in the measuring head rubber buffers or springs and a contact are arranged so that the measuring process is triggered when a certain pressure is exerted on the sample.