Einrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Tabak
Die vorlegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Tabak durch Bestimmung der Dämpfung von durch eine Tabakprobe, insbesondere eine aus Tabak in geschnittener Form bestehende Standardprobe, gehenden elektromagnetischen Mikrowellen mit einem Probenhalter zur Halterung der Tabakprobe, Mitteln zur Aufnahme der Mikrowellen nach ihrem Durchgang durch die Tabakprobe und einem Messinstrument zur Messung der Energie der aufgenommenen Mikrowellen.
Eine solche Einrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Tabak ist in der schweiz. Patentschrift Nr. 426 591 beschrieben.
Wie im einzelnen in der genannten Patentschrift ausgeführt, ist es wichtig, dass der Feuchtigkeitsgehalt von Tabak während der verschiedenen Stufen der Bearbeitung genau gemessen und innerhalb enger Toleranzen gehalten wird. Bei der Bearbeitung des Tabakes ist sowohl der Feuchtigkeitsgehalt als auch die Gleich förmigkeit des Feuchtigkeitsgehaltes sorgfältig zu beachten, da der Feuchtigkeitsgrad einen grossen Einfluss auf die Qualität des Endproduktes ausübt und eine möglichst hohe Gleichförmigkeit der Qualität des Endproduktes wünschenswert ist.
Die in der genannten Patentschrift beschriebene Einrichtung hat sich als ein sehr wirkungsvolles. Mittel für die genaue und einfache Messung des Feuchtigkeits- gehaltes von Tabakproben erwiesen. Im wesentlichen wird dabei die Grösse der Dämpfung gemessen, die ein Mikrowellenstrahl bei seinem Durchgang durch eine sbandartisierte Tabakprobe erfährt. Der Feuchtigkeits- gehalt dieser standartisierten Tabakprobe verursacht zwar den grössben Teil dieser Dämpfung, jedoch ist auch der Teil der Dämpfung zu berücksichtigen, welcher von der Temperatur verursacht wird.
Zu diesem Zweck werden bei der bekannten Einrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Tabak Eichkurven verwendet, um aus der gemessenen Dämpfung den Feuchtigkeits- gehalt des Tabaks in Prozenten zu bestimmen.
Diese Eichkurven bilden eine Schar von Kurven, welche die Grösse der Dämpfung in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks in Prozenten angeben mit der Temperatur des Tabaks als Parameter. Mittels einer Temperaturmessvorrichtung wird die Temperatur der in Prüfung stehenden Tabakprobe bestimmt und auf Grund dieser Temperatur die entsprechende Eichkurve ausgesucht und der der gemessenen Dämpfung entsprechende Feuchtigkeitsgehalt in Prozenten abge- lesen.
Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine automatische Kompensation des Einflusses der Temperatur der zu messenden Tabakprobe auf die von dieser bewirkten Dämpfung der Mikrowellen, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Tabakprobe, vorzugsweise als direkte Fun, ktion der Dämpfung der Mikrowellen unmittelbar in Prozenten, abgelesen werden kann, ohne dass eine Schar von Eichkurven zuhilfe genommen werden muss, um aus der gemessenen Dämpfung der Mikrowellen den Feuchtigkeitsgehalt der Tabakprobe in Prozenten zu bestimmen.
Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch eine nicht abgeglichene Brücken- schaltung g zwischen den Mitteln zur Aufnahme der Mikrowellen und dem Messinstrument, wobei die Brük- kenschaltung vier Zweige mit zwei ersten und zwei zweiten einander gegenüberliegenden Brückeneckpunkten umfasst und der Ausgang der Mittel zur Aufnahme der Mikrowellen über den zwei ersten Brückeneck- punkten und der Eingang des Messinstrumentes über den zweiten Brückeneckpunkten liegt, und dal3 in einem ersten Zweig der Brücke ein temperaturabhängiger Widerstand, vorgesehen ist, der zur Erzielung eines direkten thermischen Kontakes mit der zu messenden Tabakprobe im Probenhalter angeordnet ist,
um den Widerstand des genannten ersten Zweiges der Brückenschaltung in Ab- hängigkeit von der Temperatur der zu messenen Tabakprobe zu regeln.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen :
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Tabakproben,
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Brückenschaltung zur Kompensation des Einflusses der Temper. atur der zu messenden Tabakprobe auf die Messung der Dämp- fung der Mikrowellen und
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer Brücken- schaltung, welche einen Teil der Einrichtung nach Fig. 1 bildet.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes von Tabakproben mit einer automatischen Einrichtung zur Temperaturkompensation in Form einer Brückenschaltung. Die Wirkungsweise und die Einzelheiten der Einrichtung nach Fig. 1 mit Ausnahme der Temperaturkompensa- tionseinrichtung sind in der bereits genannten Patentanmeldung im einzelnen beschrieben, und es wird daher im folgenden nur so weit darauf eingegangen, als es zur Erläuterung der Temperaturkompensationseinrichtung notwendig ist.
In der Einrichtung nach Fig. 1 wird zur Erzeugung der Mikrowellen ein Klystron 10 verwendet. Ein Strom- versorgungsteil 11 liefert die notwendigen Betriebsspannungen für das Klystron und eine niederfrequente Wech selspannung, zur Niederfrequenzmodulation der Amplitude des Ausgangssignals des Klystrons. Die Frequenz des Mikrowellensignals des Klystrons 10 liegt im Bereich von 8000 bis 12000 MHz. Der Ferritisolator 12 dient als ein nur in einer Richtung wirkendes Element.
Der einstellbare Dämpfungswiderstand 13 ermöglicht die Regelung der Amplitude der Mikrowellen, welche der Mikrowellenantenne 14 die zweckmässigerweise als Hornantenne ausgebildet ist, zugeführt wird. Die Hornantenne 14 fokussiert die Mikrowellen zu einem Strahl, welcher durch eine Tabakprobe aus geschnittenem Tabak geht, die sich in einem Probenhalter 15 befindet.
Der gedämpfte Mikrowellenstrahl wird durch eine zweite Hornantenne 16 empfangen und das empfangene Mi- krowellensignal einem einstellbaren Präzisions-Dämp- fungswiderstand 17 zugeführt, dessen Zweck später beschrieben wird.
Das Ausgangssignal des Präzisions-Dämpfungs- widerstands 17 wird durch einen Kristalldedektor 18 demoduliert und dadurch ein Niederfrequenzsignal erzeugt, das die gleiche Frequenz hat wie die zur Modulation der Mikrowellen verwendete niederfrequente Wech selspannung. DasNiederfrequenzsignal wirdl dann in einem auf die Frequenz dieses Signals abgestimmten Nie derfrequenzverstärkerl9 verstärkt und über eine Brük- kenschaltung 22 einem Messinstrument 20 zugeführt. In der Tabakprobe ist ein Temperaturfühler 24 mit einem Thermistor vorgesehen, der einen Teil der Brücken- schaltung 22 bildet,
so dal3 die Temperatur der zu messenden Tabakprobe die Brückenverstimmung der Brückenschaltung 22 beeinflusst.
Die Arbeitsweise der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung ist im wesentlichen folgende :
Der Präzisions-Dämpfungswiderstand 17 wird auf einen beliebigen ersten Widerstandswert fest eingestellt, so dass eine dem eingestellten Widerstandswert entsprechende feste Dämpfung auf das durch den Dämp- fungswiderstand gehende Mikrowellensignal ausgeübt wird. Dann wird bei aus dem Mikrowellenstrahl entfernten Probenhalter die Verstärkung des Verstärkers 19 so eingestellt, dass eine vorgeschriebene Anzeige des Messinstrumentes 20 erhalten wird. Diese vorge schriebene Anzeige ist zweckmässig durch eine rote Marke auf der Skala des Messinstrumtes 20 festgelegt.
Während des Betriebes der Einrichtung ist diese Einstellung des Verstärkungsgrades von Zeit zu Zeit zu kontrollieren und bei Abweichungen der Verstärkung vom ursprünglichen Wert, beispielsweise infolge von Drift oder Alterung von Komponenten, entsprechend d nachzustellen.
Dann wird die zu messende Tabakprobe in den Halter 15 gegeben und dieser zwischen die beiden Hornantennen 14 und 16 gebracht, wodurch ein Teil der Energie der Mikrowellen durch die Tabakprobe im Halter 15 absorbiert wird'und eine der von der Tabakprobe verursachten Dämpfung entsprechende Verklei- nerung der Anzeige des Messinstrumentes 20 auftritt.
Zur Bestimmung der Grösse der von der Tabakprobe verursachten Dämpfung wird dann die Dämpfung des Präzisions-Dämpfungswiderstandes 17 so weit verringert, dass die Anzeige des Messinstrumentes 20 die rote Marke wieder erreicht. Die Differenz zwischen der Dämpfung des Präzisions-Dämpfungswiderstandes 17 in seiner ersten Stellung und der Dämpfung in seiner zweiten Stellung entspricht dann der Dämpfung, welche durch die Tabakprobe verursacht wird, und zwar deswegen, da die Grösse der Dämpfung des Dämpfungs- widerstandes 17 so verkleinert wurde, dass die Dämpfung durch die Tabakprobe genau kpmpensiert wurde.
Der Dämpfungswiderstand 17 weist eine beispielsweise in Dezibel geeichte Skala auf, so dass die Grösse der Verstellung unmittelbar in Dezibel abgelesen werden kann.
Wie bereits erwähnt, ist die auftretende Dämpfung jedoch nicht nur vom Feuchtigkeitsgehalt der Tabakprobe im Halter 15, sondern auch von der Temperatur dieser Feuchtigkeit, d. h. von der Temperatur der Tabakprobe abhängig. Zur Erzielung einer Verstellung des Dämpfungswiderstandes 17, die nur durch den Feuchtigkeitsgehalt der Tabakprobe bestimmt ist, muss daher der Einfluss der Temperatur der Tabakprobe auf die Dämpfung kompensiert werden.
Diese Temperaturkompensation wird in der Einrichtung nach Fig. 1 durch Verwendung der Brücken- schaltung 22 erzielt, welche einen temperaturabhängigen Widerstand in Form eines Thermistors aufweist, welcher in der Mitte der Tabakprobe innerhalb des Halters oder Behälters 15 angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass sich der Widerstand des Thermistors und damit die Verstimmung der Brückenschaltung 22 in Abhängigkeit von derÄnderung der Temperatur. der Tabakprobe än- dert. Die Brückenschaltung ist so ausgelegt, dass sich ihre Verstimmung in einer solchen Richtung ändert, dass der Einfluss von Änderungen der Temperatur der Tabakprobe auf die Dämpfung kompensiert werden kann.
Bei einer Zunahme der Temperatur der Tabakprobe nimmt die Dämpfung der Mikrowellen durch die Tabakprobe zu und das Eingangssignal der Brückenschaltung 22 entsprechend ab. Gleichzeitig nimmt jedoch der Widerstand des Thermistors 24 in der Tabakprobe ab, so daJ3 die Verstimmung der Brückenschaltung 22 grösser wird und ihr Ausgangssignal relativ zunimmt. Durch den Thermistor 24 wird somit eine relative Zunahme des Ausgangssignals der Brücken- schaltung bewirkt, wenn ihr Eingangssignal infolge einer Zunahme der Temperatur der Tabakprobe abnimmt.
Das Gegenteil geschieht bei einer Abnahme der Tem peratur der Tabakprobe. Durch passende Wahl der Widerstände der Brückenschaltung 22 lässt sich daher eine völlige Kompensation des Einflusses der Temperatur der Tabakprobe auf die Dämpfung erzielen.
In der Fig. 2 ist ein Prinzipschaltbild der Brücken schlaltung 22 dargestellt. Die Brückenschaltung weist drei Widerstände RI, R2 und R3 auf, die alle den gleichen Widerstandswert aufweisen, und welche drei feste Zweige der Brücke 22 bilden. Der vierte veränderliche Zweig der Brückenschaltung 22 besteht, in verein fachter Form, aus einem Thermistor T und einem zu diesom parallel geschal. teten Waderstand : R und einem zu dieser Parallelschaltung in Serie geschalteten Widerstand R6. Die Widerstandswerte der vier Brücken- zweige sind so gewählt, dass sich die Brückenschaltung bei allen zu erwartenden Temperaturen der zu messerden Tabaksproben nicht im Gleichgewicht befindet.
Wie aus der Fig. 3, welche eine praktische Ausführungsform der Brückenschaltung 22 zeigt ersichtlich ist, können zusätzliche Widerstände vorgesehen werden, um Anderungen der Widerstandswerte von R5 und Ra zu ermöglichen. Aber im wesentlichen stellt der in der Fig. 2 in vereinfachter Form dargestellte vierte Brücken- zweig die grundsätzliche Schaltung dieses Brücken- zweiges dar.
Das vom Niederfrequenzverstäker 19 kommende Signal wird der Brückenschaltung 22 über die mit A-A bezeichneten Klemmen als Eingangssignal zugeführt.
Das Ausgangssignal der Brückenschaltung tritt an den Klemmen B-B auf und wird dem Messinstrument 20 zugeführt.
Wie bereits erwähnt, ist die Brückenschaltung 22 so ausgelegt, dass sie sich bei allen zu erwartenden Arbeitstemperaturen nicht im Gleichgewicht befindet. Dadurch wird erreicht, dass an den Klemmen B-B der Brückenschaltung 22 immer ein Ausganssignal vorhanden ist. Zur Erzielung dieser dauernden Verstimmung der Brückenschaltung sind die Werte der Widerstände R5 und Ra bezüglich des Widerstandswertes des Thermistors T so gewählt, dass der effektive Widerstand des vierten Brückenzweiges bei allen zu erwartenden Ar beitstemperaturen verschieden ist von den Widerständen der anderen drei Zweige. In der Fig. 2 sind typische Widerstandswerte f r eine brauchbare Brückenschaltung angegeben, wobei der Widerstand RT des Thermistors T bei Raumtemperatur 8000 Ohm beträgt.
Da die Brückenschaltung durch variable Grössen beeinflusst wird, und die ganze Messeinrichtung durch die anfängliche Einstellung des Dämpfungswiderstandes 13 und des Präzisions-Dämpfungswiderstandes 17 justiert werden mu¯, sind die Werte der Widerstände in der Brückenschaltung nicht besonders kritisch. Es. ist nur wichtig, dass die Werte der verwendeten Widerstände so gewählt sind, d'ass sich die Brückenschaltung bei den Widerstandswerten des Thermistors, die bei der Messung g der Tabakproben auftreten können, nicht im Gleichgewicht befindet. Die Temperaturen der zu messenden Tabakproben liegen üblicherweise in einem Bereich von 25 bis 60¯ C.
Bei einer praktischen Ausführungsform der beschriebenen Einrichtung können auch zwei Thermistoren im Halter oder Behälter 15 vorgesehen sein. Der zu sätzliche Thermistor kann dabei als Reserve vorgesehen sein, oder er kann zu einer direkten Anzeige der Temperatur der jeweiligen Tabakprobe verwendet werden. Der Widerstandswert des Thermistors ändert sich über den oben angegebenen Temperaturbereich beträchtlich, so dass sich auch das Ausgangssignal der Brückenschaltung 22 entsprechend stark ändert.
Bei einem in einer er findungsgemässen Einrichtung verwendeten Thermistor traten über den oben angegebenen, blicherweise in Betracht kommenden Temperaturbereich folgende Wi derstandswerte auf :
Temperatur in C Widerstandswert in Ohm
25 8000
30 6400
40 4104
50 2720
60 1848
Da die Brückenschaltung 22 die Grösse des Stromes beeinflusst, der durch das Messinstrument fliesst, ist die früher beschriebene anfängliche Einstellung der Messeinrichtung, bei welcher die Verstärkung des Verstärkers 19 ohne Vorhandensein einer Tabakprobe auf einen Wert eingestellt wird, der ausreicht, um die Anzeige des Messinstrumentes 20 auf die rote Marke zu bringen, mit der angeschlossenen Brückenschaltung 22 durchzuf hren.
Diese anfängliche Einstellung der Einrichtung, welche die Einstellung der Verstärkung des Verstärkers 19 umfasst, mu¯ mit einem festen Widerstand anstelle des Thermistors Ti gemacht werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieser Kalibrier- widerstand auf einen Widerstandswert eingestellt, der demjenigen entspricht, den der Thermistor Tt. wbei einer Temperatur von 25 C (Basistemperatur) aufweist und der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 8000 Ohm beträgt. Bei dem praktischen Ausführungs- beispiel der Brückenschaltung nach der Fig. 3 ist ein Widerstand 4 vorgesehen, dessen Widerstandswert gleich dem Widerstandswert des Thermistors Ti bei seiner Basistemperatur von 25 C ist.
Ein Schalter 26, der durch den Probenschalter 15 betätigbar ist, verbindet den Thermistor Ti mit einem Zweig der Brücken- schaltung 22. Wenn der Behälber aus seiner Arbeitsstellung entfernt wird, schaltet der Schalter 26 um und ersetzt den Thermistor Ti durch den Widerstand R4.
Die speziellen Widerstandswerte in der Br ckenschaltung 22 werden am besten durch theoretische ¯ber legungenund praktische Versuche ermittelt. Bei der Wahl des Thermistors Tz ist in erster Urne der Temperaturbereich zu berücksichtigen, in welchem er arbeiten soll. Um die gewünschte Empfindlichkeit zu erhalten ist es im allgemeinen notwendig, dass der gewählte Thermistor eine grosse Widerstandsänderung über den Arbeitstemperatubereich aufweist.
Ist ein solcher Thermistor mit der benötigten StabilitÏt ausgewählt, dann sind die Werte für den Seriewiderstand Rs und den ParaIIelwiderstand Ro zu wählen. Die Widerstände Rl, R2 und Rg in den anderen drei Brückenzweigen können willkürlich gewählt werden, unter Berücksichtigung der Spannung und des Stromes des Ausgangssignals des abgestimmten Niederfrequenz-Verstärkers 19. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Widerstandswert 1000 Ohm gewählt, da solche Widerstände zweckmässig sind. Die Werte der drei genannten Widerstände sind nicht kritisch und m ssen nicht von gleicher Grösse sein, aber es ist zweckmϯig, wenn sie gleich sind.
Die Widerstandswerte der WiderstÏnde R5 und RG sind entsprechend der verlangten Arbeitsweise der Brückenschaltung 22 zu wählen, wobei diese Werte auch diejenigen sein müssen, die für den praktischen Betrieb der Einrichtung am zweckmässigsten sind. Im folgenden wird gezeigt, auf welche Weise die Werte der Wider stände R5 und R6 unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Forderungen bestimmt werden k¯nnen.
1. Bestimmung der Werte der Widerstände R5 und Rr, unter Berücksichtigung der an die Brückenschaltung 22 gestellten Anforderungen.
Wie bereits erwähnt, mu¯ die Brückenschaltung bei Abnahme des Widerstandes des Thermistors ein zunehmendes Ausgangssignal erzeugen. Dies bedingt, dass der Gesamtwiderstand des Brückenzweiges, welcher den Thermistor umfasst, einen Wert aufweist, der bei allen zu erwartenden Arbeitstemperaturen des Thermistors nicht gober ist, als die Werte der Widerstände Ri, Rs und R3 (vorausgesetzt, dass die Werte dieser Wider stände alle gleich gewählt wurden).
Ferner soll die Brückenschaltung die maximal m¯gliche Flexibilität aufweisen, d. h. dass die insderung des BrückenausgangssiLgnals bei einer Änderung des Thermistorwiderstandes variieren kann von keiner Änderung bis zur maximalen Anderung, welche die Charakteristik des Thermistors erlaubt. Zunächst sei der Fall betrachtet, dass das Ausgangssignal sich bei einer Anderung des Thermistorwiderstandes nicht ändert.
Damit der Thermistor keine Wirkung auf das Ausgangssignal aus übt, muss er durch den Widerstand R6 kurzgeschlossen sein und der Widerstand R5 muss einen solchen Widerstandswert haben, dass sich die Brückenschaltung im Gleichgewicht befindet, d. h. der minimale Widerstands- wert des Widerstandes R6 muss die Bedingung R6=0 und der maximale Widerstandswert des Widerstandes RJ muss die Bedingung R5 = RI = R2 = R4 erfüllen.
Die maximale Änderung des Ausgangssignals für eine Anderung des Thermistorwiderstandes wird erhalten, wenn der parallel zum Thermistor liegende Widerstand R6 einen maximalen Wert aufweist, der durch Lösen der folgenden Gleichung erhalten werden kann :
Ro-Rt
R6 + Rt wobei Rt der Widerstand des Thermistors ist. Für diesen Fall muss der Seriewiderstand notwendigerweise Null sein. Nachfolgend sind die Bedingungsgleichungen für die beiden vorstehend genannten Fälle nochmals zu sammengefasst angegeben : R5 max = RX = R2 = R3
R6 Rt
R6max:R1=R2=R3 =
R6+Rt
R5min=o
R6 min = 0
2. Bestimmung der optimalen Werte der Wider stände R5 und R6.
Aus der Schar der Temperaturkorrekturen oder aus anderen greifbaren Informationen wird der Betrag der Dämpfung der Mikrowellen bestimmt, die durch eine bestimmte Anderung der Temperatur der Tabakprobe verursacht wird und daraus die Temperaturabhängigkeit der Dämpfung, ausgedrückt in Dämpfungsänderung in Dezibel pro Grad Temperaturänderung, ermittelt.
Ist die Temperaturabhängigkeit der Dämpfung ermittelt, können die Widerstände R5 und R6 durch das nach- folgende beschriebene Vorgehen auf ihre optimalen Werte eingestellt werden : a Ersetzen des Thermistors durch einen Dekaden- widerstand und Einstellen dieses Widerstandes auf einen Widerstandswert, welcher dem Widerstand des Thermistors bei der Bezugstemperatur (25 C) entspricht. b) Einstellen des Präzisions-Dämpfungswiderstandes 17 auf einen bestimmten als Bezugswert dienenden Widersandswert. c) Einstellen des Widerstandes R auf etwa die Hälfte seines Gesamtwiderstandes.
d) Einstellen des Widerstandes Rs auf einen solchen Wert, daf3 die parallel geschalteten Widerstände des Dekadenwiderstandes und des Widerstandes R6 zu sammen mit dem Widerstand R5 einen Widerstands- wert ergeben, der nur wenig kleiner ist als der Wider standswert der gleich gross gewählten Widerstände Ri, R2 und R3. e) Regelung der Verstärkung des abgestimmten Niederfrequenz-Verstärkers 19, bis das Messinstrument 20 einen vorbestimmten Wert anzeigt, der als Bezugswert oder roter Marken -Wert dient. f) Aufschreiben des Wertes der Einstellung des prÏ zi.
sions-Dämpfungswiderstandes 17, des am Dekadenwiderstand eingestellten Widerstandswertes und der diesem Widerstandswert entsprechenden Temperatur des Thermistors. g) Einstellen des Dekadenwiderstandes auf einen anderen Widerstandswert, welcher dem Wert des Wi derstandes des Thermistors bei einer Temperatur nahe der Mitte des zu erwartenden Temperaturbereiches ent sprichb. Aufschreiben dieses Widerstandswertes und der diesem entsprechenden Temperatur des Thermistors. h) Verstellen des Präzisions-Dämpfungswiderstandes 17, bis die Anzeige des Messinstrumentes 20 auf den gleichen Wert (rote Marke) zurückgebracht ist, wie in Schritt e). Aufschreiben des neuen Dämpfungswider- standes.
i) Wiederholen der Schritte g) und h) für eine Temperatur des Thermistors nahe am oberen Ende des zu erwartenden Temperaturbereiches. j) Aufzeichnen der aus den Schritten f) bis i) erhaltenen Daten in Form einer Kurve, welche die Temperatur als Funktion der Dämpfung in Dezibel angibt. k) Anderung der Steilheit der Kurve, wenn diese den bekannten Anforderungen nicht genügt durch ent sprechendes Vergrössern oder Verkleinern des Einflusses des Thermistors durch Vergrösserung oder Verkleinerung d ! es Widerstandes R6.
1) Widereinstellen des Präzisions-Dämpfungswider- standes 17 auf den in Schritt b) gewählten Wert. m) Einstellen des Dekadenwiderstandes auf den in Schritt a) gewählten Wert. n) Nachregeln des Widerstandes Rg, bis die Anzeige des Messinstrumentes 20 die gleiche ist wie in Schritt e). o) Aufschreiben des Wertes der Einstellung am Präzisions-Dämpfungswiderstand 17 und des am Dekadenwiderstand eingestellten Widerstandswertes und der diesem entsprechenden Temperatur des Thermistors. p) Wiederholen der Schritte f) bis j) und wenn notwendig der Schritte k) bis o).
Ist die Kurve nichtlinear, dann kann durch Ände- rung der Widerstände Rg fund Rc diese so linear als möglich gemacht werden. obgleich die optimalen Werte der Widerstände Rs und R6 berechnet werden können, wenn die Charakteristik des Thermistors bekannt ist, lassen sich jedoch nicht alle in Betracht kommenden veränderlichen Faktoren berücksichtigen, so daJ3 die errechneten Werte in den meisten Fällen durch Messungen nachgeprüft werden m ssen.
Wenn diese erhaltene Kurve nicht die richtige Neigung hat, die zur vollständigenKompensation des Einflusses der Temperatur auf die Dämpfung notwendig ist, dann müssen die Widerstände R5 und R6 geändert werden, um die richtige Neigung der Kurve zu erhalten.
Zur Erzielung der gewünschten Linearität kann es dabei notwendig sein, verschiedene Werte des vorbestimmten Bezugsstromes für das Messinstrument 20 in Schritt e) zu verwenden. Die Empfindlichkeit des Messinstrumentes 20 bei Vollausschlag ist daher ein Parameter.
Nach Einstellung der Temperaturkompensation auf die vorstehend beschriebene Weise, wird die Skala des einstellbaren Präzisions-Dämpfungswiderstandes 17 in Prozent Feuchtigkeitsgehalt wie folgt geeicht.
Es wird eine grosse Zahl von Dämpfungsmessungen an Tabakproben mit verschidenen Feuchtigkeitsgehalten und verschiedenen Temperaturen durchgeführt, welche über den ganzen zu erwartenden Feuchtigkeits-und Temperaturbereich verteilt sind. Diese Dämpfungsmes sungen werden mit er beschriebenen Messeinrichtung auf die gleiche Weise durchgeführt wie später im praktischen Betrieb. Bei jeder Tabakprobe, deren Dämpfung gemes- sen wird, wird der Feuchtigkeitsgehalt in Prozent nach einer anderen Methode bestimmt, wobei die ermittelten Werte als Standardwerte dienen.
Die mit der Messeinrichtung in Dezibel bestimmten Dämpfungswerte (abgelesen am Präzisions-Dämpfungswiderstand 17) werden in Abhängigkeit von den nach der anderen Methode in Prozent ermittelten Werten des Feuchtigkeitsgehalts aufgezeichnet und durch die erhaltene Kurve, welche die Abhängigkeit der Dämpfung in Dezibel vom Feuch tigkeitsgehalt in Prozent zeigt, die beste Näherungsgerade gelegt. Die so ermittelte Korrelation wird auf die Skala des Präzisions-Dämpfungswiderstandes 17 über- tragen, so dass der der gemessenen Dämpfung entsprechende Feuchtigkeitsgehalt einer Tabakprobe am Dämpf ungswiderstand 17 unmittelbar in Prozent abgelesen werden kann.
Im praktischen Betrieb wird die Messung des Feuchtigkeitsgehaltes einer Tabakprobe auf folgende Weise durchgeführt : a) Bei aus der Messeinrichtung entferntem Probenbehälter 15 (wodurch anstelle des Thermistors der Widerstand T4 in der Brückenscbaltung 22 liegt) wird der einstellbare Präzisions-Dämpfungswiderstand 17 auf seinen Bezugswert eingestellt und die Verstärkung des abgestimmten Niederfrequenz-Verstärkers 19 so geregelt, dal3 das Messinstrument 20 den Wert der roten Marke anzeigt.
b) Der Behälter 15 wird dann in den Mirkowellen- strahl gebracht, wodurch die Tabakprobe in thermischen Kontakt mit dem Temperaturfühler 24 kommt, welcher den Thermistor enthält und der Thermistor anstelle des Widerstandes R4 in die temperaturkompensierende Brückenschalbung 22 eingeschaltet wird. Die Probe wird etwa drei Minuten in dieser Stellung belassen, ehe mit der Messung begonnen wird, so dass der Thermistor die Gleichgewichtstemperatur annehmen kann. c) Nach dieser Zeit wird der Präzisions-Dämp- fungswiderstand so eingestellt, dass das Messinstrument wieder den Wert der roten Marke anzeigt.
Dann wird auf der Skala des Präzisions-Dämpfungswiderstandes der eingestellte Wert abgelesen, der den Feuchtigkeits- gehalt der Tabakprobe in Prozent angibt.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der temperaturkompensierenden Brückenschaltung 22 sei zunächst angenommen, dass die Temperatur der Tabakprobe im Behälter 15 der Basistemperatur von 25 C entspricht.
Dann ist der Widerstand des Thermistors gleich dem Widerstand des Widerstandes R und der am kalibrier- ten Dämpf ungswiderstand 17 abgelesene Wert entspricht dem Feuchtigkeitsgehalt der Tabakprobe in Prozent.
Wird die Temperatur der Tabakprobe im Behälter 15 grösser als die Basistemperatur von 25¯c(ohne ¯nderung des Feuchtigkeitsgehaltes der Tabakprobe), dann wird der Widerstand des Thermistors kleiner als der der Basistemperatur entsprechende Widerstandswert. Dadurch vermindert sich der Gesamtwiderstand des Brük- kenzweiges, in dem sich der Thermistor befindet, und die Verstimmung der Brückenschaltung nimmt zu, so da¯ diese bei konstantem Eingangssignal ein grösseres Aus gangssignal liefern würde. Gleichzeitig wird jedoch durch die zunehmende Temperatur der Tabakprobe deren Dämpfung vergrössert und eine Abnahme des Eingangs- signals an der Brückenschaltung bewirkt, so dass ihr Aus gangssignal konstant bleibt.
Auf die vorstehend beschriebene Weise wird die von der grösseren Temperatur der Tabakprobe verursachte Verkleinerung des Eingangssignals durch eine grössere Verstimmung der Brückenschaltung kompensiert, so dass das Ausgangssignal der Brückenschaltung im wesent- lichen unabhÏngig von der Temperatur ist, zumindest über den praktisch in Betracht kommenden Temperaturbereich.
In der Fig. 3 ist eine praktische Ausführung der Brückenschaltung 22 mit dem Thermistor T, dargestellt. Die Schaltung nach der Fig. 3 entspricht im we sentlichen derjenigen nach der Fig. 2 mit der Ausnahme. dass ein Schalter 28 mit zwei Kontaktsätzen vorgesehen ist, der das Ersetzen der Widerstände R5 und R6 durch die Widerstände R ? und Rg oder durch die Wider stände Rs und Rio ermöglicht. Diese zusätzlichen WiderstÏnde dienen zur Erhöhung der Flexibilität der Brük kenschaltung und ermöglichen beispielsweise die Wahl zwischen einer sehr genauen Temperaturkompensation über einen kleinen Temperaturbereich und einer weniger genauen Temperaturkompensation über einen grösseren Temperaturbereich.
Anderseits ermöglicht eine pass : ende Wahl der Widerstandswerte dieser Widerstände eine verbesserte Temperaturkompensation über einen weiten Temperaturbereich durch Aufteilung dieses Bereiches in zwei Teilbereiche, wovon jeder f r sich temperaturkompensiert ist. Weisen verschiedene Tabakmischungen stark unterschiedliche Temperaturkorrektionskur- ven auf, so kann durch Umschalten auf die zusätzlichen Widerstände die Temperaturkompenastions-Charakteristik der Brückenschaltung auf einfache Weise an diese Kurven angepasst werden, so dal3 die verschiedenartig- sten Tabakmischungen gemessen werden können.
Werden in der Brückenschaltung anstelle der WiderstÏnde R5 und R6 die Widerstände R7 und R8 bzw. R9 und Rio verwendet, so ist keine Nacheichung der den Feuchtigkeitsgehalt in Prozent anzeigenden Skala am Präzisions-Dämpfungswiderstand. erfroderlich, jedoch muss die Messeinrichtung auf die früher beschriebene Weise neu eingestellt werden, einschliesslich der Einstellung der Anzeige des Messinstrumentes 20 auf die rote Marke durch Regelung der Verstärkung des abge- stimmten Verstärkers 19, bei aus dem Mikrowellen strahlentferntenProbenbehälter 15.
Vor jeder Messung einer Tabakprobe ist eine Wartezeit zwischen zwei. und drei Minuten erforderlich, damit der Thermistor T1 die Gleichgewichtstemperatur erreichen kann. Da dies, wie sich in der Praxis gezeigt hat, nach drei Minuten sicher der Fall ist, wurde eine Wartezeit von drei Minuten in die Messvorschrift für die Bedienungsperson aufgenommen.
Obgleich die Brückenschaltung 22 am zweckmässigsten zwischen den Verstärker 19 und das Messinstrument 20 geschaltet wird, kann sie auch zwischen den Detektor 18 und den Verstärker 19 geschaltet werden.
Diese Anordnung verlangt,dassdieBrückenschaltung bereits bei viel kleineren Strömen anspricht als bei dem bevorzugten beschriebenen Ausführungsbeispiel, und es mu¯ unter Umständen auch das Verhältnis zwischen dem Widerstand des Thrmistors und den Widerständen Rj, und Rs stark geändert werden. Die Brückenwiderstände Rl, Ro und Rs müssen nicht genau den gleichen Wert aufweisen, sondern k¯nnen auch verschiedene Werte besitzen, obleich kein bestimmter Grund vorhanden ist, warum sie nicht die gleichen Werte aufweisen sollen. Es müssen jedoch keine Präzi- sionswiderstände sein und sind nur aus Zweckmässig- keitsgründen nominell gleich gross gewählt.
Es ist wesentlich wichtiger, dal3 die genannten Brückenwider stände sehr stabil und aus diesem Grunde von hoher Qualität sind. Stabilität über einen längeren Zeitraum ist wichtig, damit die Messeinrichtung kalibriert bleibt. Die beschriebene nicht abgeglichene Brückenschaltung 22 erwies sich vor anderen Netzwerken als das beste Mittel, um die gewünschten Resultate zu erhalten. Beispielsweise ergab ein Spannungsteiler-Netzwerk mit den im Handel erhältlichen Thermistoren eine unzureichende Empfindlichkeit. Ein ähnlich unbefriedigendes Resultat wurde mit zwei in Kaskade geschalteten Spannungs- teilern erhalten.
Die beschriebene nicht abgeglichene Brückenschaltung gestattet die Erzielung jeder gewünschten Empfindlichkeit und es wird mit einem einzigen Thermistor eine ausreichende Temperaturkom- pensation erzielt, ohne dass ein übermässig empfindliches Messinstrument 20 benötigt wird.