NO853489L - Kapasitiv innretning for maaling av en dielektrisk fibers diameter. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår elektriske anordninger for fjernmåling av fysiske størrelser til en gjenstand og nærmere bestemt angående forbed-

ringer ved kapasitive anordninger for å måle diameteren til en dielektrisk fiber.

Det er kjent at i løpet av dielektrisk fibertrekning må utstyret som anvendes bli justert for således å tilveiebringe en fiber med jevnt tverrsnitt og tilfelle av et sirkulært tverrsnitt en fiber med konstant diameter. Manuelt eller automatisk opererte korreksjoner av mulige variasjoner innenfor fysiske fiberstørrelser krever en kontinuerlig og oppdatert kunnskap om ovenfornevnte størrelsesverdier. Målingene kan ikke interferere med fremstillingsprosessen. Kontaktmålinger må følgelig bli unngått. I dette tilfellet må som kjent fjernmålinger bli anvendt ved anvendelse av optiske eller elektriske metoder.

En elektrisk måleanordning er beskrevet i europeisk patentsøknad med publikasjonsnummeret 69332. Ved denne anordningen blir en fiber under trekningen bevirket til å passere mellom plater til en parallellplatekon-densator og detekteringen blir bevirket av kapasitansvariasjoner på grunn av endringer av den effektive dielektrisitetskonstanten til mellomrommet mellom platene bevirket av innføringen av fiberen i mellomrommet og ved diametervariasjoner langs fiberen som sammen med luft eller annen gass i mellomrommet mellom de to platene danner kondensatorens dielektrik-

um.

Størrelsen på diameteren eller diametervariasjonene blir utledet fra kapasitansvariasjonene. Flere ulemper er tilstede ved en slik anordning på

grunn av mellom annet vibrasjoner til fibrene mens de passerer mellom kondensatorplatene. Slike vibrasjoner bevirker variasjoner i kapasitansen til målekondensatoren og følgelig kan det feilaktig bli avlest diametervariasjoner.

Dette fenomenet er på grunn av lavere elektrisk feltintensitet nær platekantene, mens kraftlinjene bøyes og er mer bredt adskilt. Den elektriske kapasitansen avhenger således også på posisjonen av de elektriske fibrene mellom platene og reduseres når den dielektriske fiberaksen i dens frem- og tilbakegående bevegelse ortogonalt på det elektriske feltet beveges tettere mot kantene. Fiberen synes således mindre enn den i virkeligheten er.

Disse ulempene kan ikke bli overvunnet ved å øke avstanden mellom platekantene og fiberen som undersøkes, da denne plateutvidelsen følgelig gir en økning i kapasitansen C til kondensatoren. Denne effekten er skadelig for følsomheten og følgelig på en nøyaktig måling. Den relative kapasitansvariasjonen aC/C, på grunn av innføringen av optiske fiber med radius a i mellomrommet mellom platene er gitt av formelen:

hvor S er overflaten til snittet ortogonalt på kondensatorplaten, antas å være rektangulært, og på fiberaksene, cj er dielektrisitetskonstanten til materialet for fiberen, cq er elektrisitetskonstanten for mediumet (luft eller annen gass) som omgir fiberen i mellomrommet mellom to kondensatorplater og C er kapasitansen til kondensatoren når dielektrikumet er fullstendig et medium med dielektrisitetskonstanten cq.

Ut fra ligningen (1) utledes at slike relative variasjoner er inverst proporsjonale med S, som derfor må bli holdt liten. Ved en anordning som anvender en kondensator med en kapasitet på 1 pF, er der således en variasjon på omkring 0,003 pF etter innføringen av en fiber med en diameter på 125 pm og en dielektrisitetskonstant cj lik omkring 4, mens måleinstrumentene må ha nok følsomhet for å detektere diametervariasjoner på 1/1000 og følgelig kapasitetsvariasjoner på 6"IO-<0>pF.

Det skal bemerkes at vibrasjonskomponenten som er i planet parallelt på platene er vanligvis mer skadelig enn den i perpendikulærplanet, men det er imidlertid tilrådelig å minimalisere virkningen på grunn av begge komponentene.

I tillegg til kapasitansvariasjoner på grunn av fibervibrasjoner er det også variasjoner på grunn av termisk ekspansjon til platene og til andre konstruksjoner som danner kondensatoren og variasjoner på grunn av måleinstrumentene, som det må bli sørget for kompensasjon for.

Disse og andre ulemper blir overvunnet ved forbedringer ved de kapasi-

tive anordninger for å måle diameteren til en dielektrisk fiber ifølge foreliggende oppfinnelse som tillater virkningene av de dielektriske fibervariasjoner til å bli gjort til et minimum. Den kapasitive innretnin-

gen kan lett bli bygt med billige instrumenter og kan lett installeres og justeres ved måleanordningen for således å tillate en detektering av diametervariasjoner i størrelsesorden av 10-^ m, når fibrene beveges innenfor største delen av rommet innbefattet mellom platene.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer forbedringer med hensyn til kapasitive anordninger for å måle diameteren til en dielektrisk fiber, ved hvilken kapasitansvariasjonene på grunn av endringer i dielektrisitets-egenskapene til mellomrommet mellom platen til en kondensator bevirket av innføringen av fiberen i mellomrommet og diametervariasjoner langs fiberen blir målt, idet kondensatoren er kjennetegnet ved at den innbefatter plater med utstrekninger for således å generere områder med et sterkt elektrisk felt tett opp mot kantene for å kompensere for variasjoner i feltet og følgelig minimalisere virkningen av de dielektriske fibervariasjonene i største delen av mellomrommet innbefattet mellom platene.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen skal beskrives nærmere ved hjelp av

en foretrukket utførelsesform med henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser et perspektivriss av en konvensjonell parallell-plate-kondensator. Fig. 2 viser et perspektivriss av en første kondensator i samsvar med

oppfinnelsen.

Fig. 3 viser et perspektivriss av en andre kondensator.

Fig. 4 viser et perspektivriss av en tredje kondensator.

Fremgangsmåten for å kompensere for forvrengninger i det elektriske

feltet tett opp mot platekantene består i å modifisere plateformen. Avstanden fra hverandre blir nærmere bestemt redusert hvor det elekt-

riske feltet til ekvivalente parallell-platekondensatorer av typen vist på fig. 1 ville være svakere. Platene er betegnet med Cl og C2 og den dielektriske fiberen med FD.

En første utførelsesform av en kondensator modifisert i samsvar med oppfinnelsen er vist på fig. 2. Platene Dl og D2 har konkave overflater med korresponderende konkavitetsflater vendt mot hverandre. Utstreknin-gen tilveiebrakt ved kantene bevirker at det resulterende elektriske feltet blir jevnt i en stor del av mellomrommet mellom platene.

Et andre eksempel på parallell-platekondensato r anvendt ved foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 3.

A3 og A4 er tynne plater forsynt med forlengelser ved endene for således å kunne generere områder med sterkt elektrisk felt for å kompensere for reduksjonen ved kantene. Som følge av dem blir virkningen tilveiebrakt ved økende fiberfremvisningslengde i perifere kondensatorom-råder. Det er klart at i løpet av den første justeringsfasen vil en plate bli holdt fast og den andre bli forskjøvet inntil minimal følsomhet for vibrasjoner av den dielektriske fiberen FD blir tilveiebrakt.

Disse platene kan med fordel være fremstilt av metallisert kvarts, for således å tilveiebringe høy stabilitet med variert temperatur.

En tredje utførelsesform av oppfinnelsen gjør bruk av parallell-platekon-densator og elektrisk feltforvrengning blir kompensert for å generere topper i det elektriske feltet i de perifere områdene. På denne måten blir fiberfrilegningslengden øket i de perifere områdene.

På fig. 4 betegner Al og A2 kondensatorplater og Bl, B2 to rektangulære plater hvis lengde nesten er lik kondesatorplatebredden og som er forsynt med to utstrekninger tilsvarende ekstremitetene på en side. Disse platene er elektrisk forbundet med kondesatorplatene i samsvar med den øvre delen og et analogt par kan muligens bli anbrakt i den indre delen av kondensatoren, ikke vist.

Platene er anbrakt slik at forlengelsene vender mot hverandre, gjennom hvilke den elektriske fiberen FD er ført. Disse platene kan bli fastholdt ved magnetisk kraft, ved et første justeringstrinn ved å fremstille de forskjellige delene av egnet ferromagnetisk materiale. De er eventuelt festet sammen med egnet adhesivt middel.

Den modifiserte kondensatoren er ikke lenger følsom for fiber-FD-variasjoner, på grunn av at elektrisk feltsvekkelse ved kantene er kompensert for i det meste av mellomrommet mellom platene, ved at de sterke elektriske feltområdene finnes mellom forlengelsene. Som ved foregående tilfelle, er således for å øke fiberutsettelseslengden i de perifere kondensatorområdene, hvor feltet er mindre sterkt. I løpet av startjusteringsfasen blir fiberen bevirket til å vibrere og platene blir beveget inntil måleinstrumentene avleser den minimale kapasitansvariasjonen. Etterpå blir de blokkert i deres endelige stillinger.

Oppfinnelsen er blitt beskrevet med et ikke begrensende eksempel og det

er naturligvis mulig å variere og modifisere oppfinnelsen innenfor rammen av kravene.

Claims (6)

1. Innretning for måling av en dielektrisk fibers diameter, ved hvilken kapasitansvariasjoner som følge av endringer i de dielektriske egenskap-ene til mellomrommet mellom en kondensators plater bevirket av innføringen av fiberen i mellomrommet og ved diametervariasjon langs fiberen blir målt, karakterisert ved at kondensatoren innbefatter plater (Al, A2, A3, A4, Dl, D2) med forlengelser, for således å generere områder med et sterkt elektrisk felt tett opp mot kantene for å kompensere for variasjoner i feltet og følgelig minimalisere virkningen av dielektriske fiber (FD) vibrasjoner i størstedelen av mellomrommet mellom platene.

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at platene (Al, A2) innbefatter rektangulære plater (Bl, B2), som er forsynt med to forlengelser ved endene til ene siden, hvilke er elektrisk forbundet med platene, idet forlengelsene vender mot hverandre hvor den dielektriske fiberen (FD) er ført mellom, og kan bli beveget for justering.

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at de rektangulære platene (Bl, B2) er fastholdt på plater (Al, A2) ved hjelp av magnetisk kraft.

4. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at de rektangulære platene (Bl, B2) blir fastholdt på platene (Al, A2) ved hjelp av lodding.

5. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at platene (A3, A4) er fremstilt av metallisert kvarts.

6. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den indre overflaten til platene (Dl, D2) er konkave og at deres konkavitet vender mot hverandre.