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Anordnung zur Feuditemessung von festen, körnigen bzw. pul>rerförmigen
Stoffen nadi dem Leitfähigkeitsmeßverfahren
Bei der Feuchtemessung von festen, körnigen
bzw. pulverförmigen Stoffen nach dem Leitfähigkeitsmeßverfahren dient der Spannungsabfall
an der vom Meßstrom durchflossenen Stoffprobe oder an einem Widerstand des Meßstromkreises
als Maß für den Feuchtegehalt des zu untersuchenden Stoffes. Die Feuchte hängt dabei
etwa logarithmisch vom Spannungsabfall bzw. dem Widerstand der Stoffprobe ab. Im
praktisch interessierenden Feuchtemeßbereich ändert sich nun aber der Widerstand
der Stoffprobe um etwa 5 bis io Zehnerpotenzen, und es müssen besondere Maßnahmen
getroffen werden, um diesen Bereich auf einer einzigen Skala zur Anzeige zu bringen.
Um dies zu erreichen, hat man bisher z. B. Röhrenschaltungen mit Exponentialröhren
oder eine Glimmlampen-Kaskadenschaltung verwendet. Bei der Glimmlampenschaltung
werden Paralleizweige zu dem mit der Stoffprobe in Reihe geschalteten Widerstand
verwendet, die je einen Widerstand und eine Glimmlampe enthalten.
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Sobald der Spannungsabfall am Widerstand des Meßstromkreises einen
bestimmten Wert überschreitet, zündet die Glimmlampe eines Parallelzweiges und schaltet
den betreffenden Widerstand zum Widerstand im Meßstromkreis parallel. Der Vorwiderstand
zur Stoffprobe wird auf kiese Weise mit abnehmendem Feuchtegehalt stufenweise verringert,
und es gelingt so, den Feuchtegehalt des zu
untersuchenden Stoffes
mit der gleichen Skala des Meßgerätes zu erfassen.
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Beide Schaltungen weisen den Nachteil auf, daß Bauelemente beschränkter
Lebensdauer, wie Elektronenröhren oder Glimmlampen, verwendet werden. Bei der Glimmlampen-Kaskadenschaltung
erfolgt die Widerstandsänderung im Meßstromkreis stufenweise, und die Messung wird
daher in der Umgebung der Umschaltpunkte ungenau.
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Für die Zwecke der Spannungskonstanthaltung sind seit einiger Zeit
spannungsabhängige Wider stände unter der Bezeichnung »Varistoren« bekanntgeworden.
Der Widerstand dieser Varistoren ist Alterungserscheinungen unterworfen, so daß
sich ihre Neigung und ihr Kurvenverlauf mit der Zeit und der Temperatur ändern können.
Die Erfindung gründet sich auf die durch umfangreiche Versuche erhärtete Erkenntnis,
daß bei diesen Feuchtemessungen die vorkommenden Charakteristikänderungen praktisch
die Messung nicht beeinffussen.
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Gemäß der Erfindung wird in Reihe mit der Stoffprobe in den Meßstromkreis
mindestens ein als Meßwiderstand dienender Varistor eingeschaltet.
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Da der Spannungsabfall an der Stoffprobe bei konstanter Meßspannung
vom Feuchtegehalt des zu untersuchenden Stoffes abhängig ist, verändert sich auch
die Spannung am Varistor und damit dessen Widerstand mit der Feuchte. Die Kennlinie
eines - Varistors kann in erster Annäherung als logarithmisch angesehen werden,
so daß an einem zur Stoffprobe oder zum Varistor parallel geschalteten Anzeigeinstrument-
eine Widerstandsänderung - der Stoffprobe um mehrere Zehnerpotenzen und damit der
ganze Feuchtebereich auf einer einzigen Skala zur Anzeige kommt Infolge stärkerer
Widerstandsänderung mit der Feuchte können auch die durch Alterungserscheinungen
. bedingten Widerstandsänderungen des Varistors die Meßgenauigkeit nicht beeinflussen.
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Die neue Anordnung zeichnet, sich durch einen besonders geringen-
Aufwand an Schaltelementen aus und dadurch, daß keinerlei Teile beschränkter Lebensdauer
verwendet werden.
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Wenn. man statt eines einzigen mit der Stoffprobe in Reihe geschalteten
Varistors eine geeignete Kombination von Varistoren, deren Widerstandsspannungs-Kennlinien
sich in ihrer Steilheit unterscheiden, in Serien- oder Parallelschaltung verwendet,
so kann die Skala des Anzeigeinstrumentes zusätzlich in gewünschter Weise beeinflußt
werden. So läßt sich beispielsweise bei geringen oder großen Feuchtegehalten eine
zusammengedrängte oder gedehnte Skala erzielen. In Fig. 3 sind zwei Kennlinien unterschiedlicher
Steilheit für zwei Varistoren dargestellt. Als Ordinate ist der Logarithmus des
Widerstandes R und als Abszisse die an dem Varistor liegende Spannung U aufgetragen.
Für das im folgenden zu betrachtende Beispiel sei angenommen, daß das Meßinstrument
parallel zur Varistorschaltung liegt. Schaltet man die beiden Varistoren, deren
Kennlinien in dem Diagramm nachfolgend mit V1 und V2 bezeichnet sind, hintereinander,
so ist im wesentlichen jeweils der größere Widerstand für den Kennlinienverlauf
bestimmend, d. h. bei geringem Feuchtegehalt der Stoffprobe und damit kleiner Spannung
an den Varistoren verläuft die resultierende Kennlinie entsprechend der Kurve V3,
während bei großen Feuchten und entsprechend höherer Spannung an der Varistorschaltung
sich die resultierende Kennlinie dem Verlauf der Kurve V2 annähert. Die Kennlinie
der Varistorschaltung verläuft also zunächst relativ steil und flacht- sich für
hohe Feuchtigkeitsgehalte ab. Die Widerstands änderung und damit die Spannungsänderung
in dem zu den Varistoren parallel liegenden Anzeigeinstrument ist also im Bereich
geringer Feuchte groB und wird kleiner, wenn der Feuchtegehalt der Stoffprobe zunimmt,
d. h. die Skala des Instrumentes wird im Bereich kleiner Feuchten gedehnt und zu
hohen Feuchtegehalten hin zusammengedrückt.
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Einen umgekehrten Skalenverlauf erhält man, wenn die beiden Varistoren
mit den Kennlinien,V1 und V2 zueinander parallel geschaltet werden. In diesem Fall
ist der jeweils kleinere Widerstand der Parallelschaltung für den Wfderstandsyerlauf
der Kombination bestimmend. Im Bereich geringer Feuchten und damit kleiner Spannungen
an der Parallelschaltung verläuft die Kennlinie im wesentlichen entsprechend der
Kurve V2 und paßt sich bei zunehmender Spannung und damit zunehmender Feuchte dem
Verlauf der Kennlinie Vj an. Bei geringem Feuchtegehalt verläuft also die Kennlinie
flacher, und die Widerstandsänderung ist geringer als im Bereich hoher Feuchte.
Die Skala des Instrumentes wird. also im ersten Teil zusammengedrängt und gegen
das Ende des Anzeigebereiches hin gedehnt. Die Eigenscfiaften der -kombinierten
Schaltungen können durch geeignete Wahl der Kennlinien deshalb dazu ausgenutzt werden,
um eine Entzerrung des Skalenverlaufs zu erhalten.
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In der Zeichnung sind zwei Feuchtemesserschaltungen dargestellt,
bei denen gemäß der Erfindung Varistoren mit der zu untersuchenden Stoffprobe in
Reihe geschaltet sind. In Fig. I wird die Meßspannung von .einigen Volt àn der Batterie
I entnommen und mit Hilfe eines Zerhackers 3 in Wechselspannung umgeformt. Mit 2
ist der Schalter zum Inbetriebsetzen des Gerätes bezeichnet. Die Wechselspannung
wird mit Hilfe des Transformators 4 auf die im Meßstromkreis benötigte Spannung
von beispielsweise 300 Volt umgespannt. Im Meßstromkreis liegen sodann in an sich
bekannter Weise der Gleichrichter 5, der die Wechselspannung in Gleichspannung umformt,
der Kondensator 6, der Vorwiderstand 7 und die zur Konstanthaltung der Spannung
dienenden Glimmlampen 8.
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Der eigentliche Meßstromkreis besteht aus der Glimmlampe 9, dem VaristorIo
und der Stoffprobe X, die sämtlich in Reihe geschaltet sind. Der Spannungsabfall
am Varistor 10 und der Glimmlampe g wird vom elektrostatischen SpannungsmeßgeratII
angezeigt. Die Glimmlampe 9 dient dem Zweck, eine konstante Vorspannung in das Meßgerät
einzuführen, um den Nullpunkt des
Meßgerätes mit quadratischer Charakteristik
aus dem stark gekrümmten Anfangsteil der Kennlinie zu verlagern. An Stelle des Varistors
io können auch, wie durch das gestrichelt eingezeichnete Gebilde 15 angedeutet,
zwei oder mehrere Varistoren, deren Kennlinien sich in der Steilheit voneinander
unterscheiden, eingeschaltet werden. Durch den Widerstand I6 ist sichergestellt,
daß der Strom durch die Glimmlampe g weitgehend von der Größe des Widerstandes des
Meßobjektes unabhängig ist, sodaß diese Glimmlampe stets gezündet bleibt.
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Fig. 2 zeigt eine ähnliche Schaltung, die sich durch ihre Symmetrie
vor allem zur Untersuchung an laufenden Stoffbahnen z. B. für die Papierfeuchtemessung
eignet. Hierbei werden zwei gegen Erde symmetrische Meßstrecken xl und x2 verwendet.
Die Batterie I erzeugt eine gegen Erde symmetrische Gleichspannung für jeden Zweig
der Meßschaltung. Beide Zweige enthalten einen mit der Meßstreckexj bzw. x2 in Reihe
geschalteten Varistor 10. Die Spannung an den Varistoren wird mit Hilfe einer an
sich bekannten Anordnung, z. B. einer elektrostatischen Maschine I2, die beispielsweise
mit einem Satz von rotierenden Kondensatorplatten ausgerüstet ist, in Wechselspannung
umgewandelt und über den Transformator I3 dem Kreis des Spannungsmeßinstrumentes
II .zugeführt.
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Um ein Gleichstromanzeigegerät verwenden zu können, ist in den Kreis
des Meßinstrumentes noch ein Gleichrichter 14 eingeschaltet, der synchron mit der
Drehzahl der elektrostatischen Maschine 12 betätigt wird.
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PATENTANSPRtt-CHE: I. Anordnung zur Feuchtemessung von festen, körnigen
bzw. pulverförmigen Stoffen nach dem Leitfähigkeitsmeßverfahren, wobei der Spannungsabfall
an der vom Meßstrom durchflossenen Stoffprobe oder einem Widerstand des Meßstromkreises
als Maß für den Feuchtegehalt dient, dadurch gekennzeichnet, daß eine Varistorenschaltung
als die Meßspannung beeinflussendes- Glied vorgesehen ist.