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"Mess-Schaltung" Die mrfindung bezieht sieh auf eine Mess-Schaltung
iuit einer Yielzahl von signalen verschiedener frequenz, die einer Kapazitäts-Mess-@onde
zugeführt werden, und insbesondere auf eine vereinfachte Aneigeschaltung dafür.
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Die bindung stellt eine Weiterentwicklung einer Schaltung dar, wie
sie von der anmelderin bereits vorgeschlagen worden ist.
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Bei dieser Schaltung bildet die Kapzitäts-Mess-Sonde einen Teil der
Brückenschaltung. rtie Mess-Sonde enthält als Dielektrikum das Marerial, das in
einem industriellen Verarbeitungsvorgang gemessen wird. Die Brücke wird gleichzeitig
mit zwei Jignalen voneinander verschiedener Frequenz gespeist, d.h., den Kapzitiven
rmen der Brücke werden an den äusseren Anschlüssen
symmetrische
pannungen sehr unterschiedlicher Freduenz zugeführt. 11 der Brücke werden zwei Signale
mit den entsprechenden Frequenzen, jedoch mit einer Amplitude erzeugt, die sich
in Abhängigkeit von der Unsymmetrie der Brücke bei jeder Frequenz ändern. Die unsymmetrischen
0.ignale werden in einem Breitbandverstärker verstarkt und dann filtern zugeführt.
bin filter kann das Signal bei der ersten Frequenz auswählen und es einer ersten
Anzeigevorrichtung zuführen. Der Ausgang der ersten Anzeigevorrichtung ist ein Gleichstromsignal
von einer Grfsse, die sich in Abhängigkeit von der Amplitude des Signals mit der
zweiten Frequenz ändert. Die beiden Signale am Ausgang der beiden *nseigevorrlchtungen
werden dann einem Rechner aufgegeben, damit ein nsprechen auf die qualitativen oder
quantitativen Eigenschaften des Malerials in der Kapazitäts-Mess-Sonde, insbesondere
der Feuchtigektisgehalt, angezeigt wird.
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In der Schaltung gemäss der erfindung werden die Lignale am Ausgang
der beiden nzeigeovvichtungen durch entsprechende steuerung eines der Eingagessignale
auf dem gleichen Verhältnis, vorzugsweise Eins, gehalte in wesentlicher Vorteil
der Erfindung besteht darin, dass der dynamische Bereich verringert wird, der fUr
den Ausgangsverstärker erforderlich ist. Die Übertragung des Signales niedriger
Frequenz wächst mit der Feuchtigkeit stärker an als das Signal hoher Frequenz. Sin
Verstärker, der zur Verstärkung des fignales hoher Frequenz geeignet ist, würde
einen sehr weiten dynamischen Bereich erfordern, wenn das Signal niedriger Frequenz
ohne Überlastung verstärken soll. Der Unterschied in den ignalen kann grösser als
100:1 sein. Druch Verringerung des Eingangssignales niedriger i"requenz in einer
solchen weise, dass ein Verhältnis von 1:1 des Signales hoher Freqüenz'zu dem Signal
niedriger
Frequenz am Verstärker unabhängig von Anderungen in der
zu messenden Eigenscheft aufrecht erhalten wird, wird der erforderliche dynamische
Bereich üblicherweise um einen Faktor von zehn oder mehr verringert. las eine Eingangssignal
wird vorzugsweise von einem Sotentiometer gesteuert, das über ein @ervosystem betätigt
wird, damit das Signalverhältnis konstant bleibt. Die gemessene Sigenschaft, z.B.
der Feuchtigkeitsgehalt des Materials, kann dann auf einer geeichten skala durch
eine Anzeigevorrichtung, die stich in Abhängigkeit von der Potentiometereinstellung
verschiebt, abgelesen werden.
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Bei manchen Vorgängen treten sehr grosse Anderungen in der Temperatur
an der dies sonde auf. Lies kann oft die eichung des Systems beeinflussen. In solchen
Bällen erhalt die Erfindung eine Temperaturkompensation, wobei zwei Weichungen vorgenommen
werden, eine bei einer hohen Temperatur und eine bei einer niedrigeren Temperatur.
Ein Teil einer jeden eichung wird durch ein Temperaturansprechsystem ausgewählt.
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Ferner kann sich die eichung während des Betriebes in Abhängigkeit
von der Zeit verändern. Bs wird deshalb eine selbsttätig arbeitende eichung vorgesehen,
indem die Mess-Sonde periodisch von dem Material entfernt und eine Normbelastung
an die Mess--Sonde angeschaltet wird, die einem besonderen zu messenden Zustand
vergleichbar ist, wobei einer der Signalgeneratoren selbsttätig einen vorbestimmten
Brückenausgangszustand ergibt.
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Wesentliches Ziel der Erfindung ist somit eine neuartige und verbesserte
Mess-Schaltung doppelter Frequenz, insbesondere zum essen des Feuchtigkeitsgehaltes
von Naterialien, sowie die Vereinfachung einer derartigen @chaltanordnung. Dabei
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eines der Eingangssignale in der Amplitude verndert werden,
damit ein konstantes Verhaltnis von Ausgangessignalen aufrech terhtllten wird. Des
weiteren soll eine i'e:nperaturkompensation bei einer Mess-Schaltung doppelter Frequenz
wie auah £ine selbsttätige Normung einer derartigen Schaltung vorgeschalgen werden.
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Gemäss der Erfindung weist eine Mess-Schaltung zur Bestimmung der
Eingenscheft eines dielektrischen Materialen gemäss der Erfindung folgende Merkmale
auf: eine Mess-Sonde enthält im Abstand angeordnete Elektroen, um die Probe mit
dem Material zu koppeln, eine erste dignalerzeugungsanordnung erzeugt ein Signal
hoher Frequenz, eine zweite Signalerzeugungsanordnung ein Signal niedriger Frequenz,
eine mit der ersten und der zweiten dignalerzeuiungßvorrichtung verbundene Vorrichtung
koppelt die Signale hoher Frequenz und die Signale niedriger Frequenz an die Messprobe
en; mit der Diessprobe ist eine Einrichtung zur ableitung eines @ignales verbunden,
das eine erste Komponente aufweist, die auf Signale aus der Probe bezogen ist, welche
von dem Material bei der ersten Frequenz erzeugt werden, ferner eine zweite Komponente,
die auf Signale aus der probe bezogen ist, welche von dem Material bei der zweiten
Frequenz erzeugt werden, und schliesslich ist eine.Vorrichtung vorgesehen, die auf
den Unterschied in der Amplitude der ersten und der zweiten Komponente anspricht,
um die Amplitude des Ausganges eines der Signalerzeuger zu verdndern.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von zwei Ausfürhungsbe.
spielen dargestellt und wird in Verbindung mit der Zeichnung im folgenden näher
erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Mess-Schaltung dopoelter
Frequenz gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltung
nach Fig. 1, bei der eine emperaturkompensation und eine selbsttätige NOrmung vorgesehen
sind.
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In Fig. 1 ist eine Schaltung zur Messung des Beuchtigkeitsgehaltes
eines Materiales 11, z.B. Papier, angegeben. Zwei Oszillatorgeneratoren 10 und 12
erzeugen paarweise Signale.
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Diese Signale weisen relativ stark voneinander abweichende Frequenzen
auf und werden im folgenden als Signale hoher Frequenz und Signale niedriger Frequenz
bezeichnet.
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Bei bestimmten Nessvorgängen hat es sich als zweckmässig und wünschenswert
erwiesen, Frequenzen von 500 und 100 kllz zu verwenden. Der Ausgang eines der Generatoren,
vorzugsweise des Generators niedriger Frequenz, wird von einer. Anzapfung 14 eines
Potentiometers oder Spannungsteilers 15 abgenommen,-damit die Grösse des Signales
durch Veränderung der Potentiometereinstellung geändert werden kann. Wenn in der
Beschreibung nichts anderes angegeben ist, wird das Ausgangssignal des Oszillators
12 niedriger Frequenz als das an der Anzapfung 14 auftretende Signal betrachtet.
Die Signale werden einem Wechselstrom-rückkopplungsverstärker 20 über entsprechend
Eingangsimpedanzen 16 und 18 aufgegeben.
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Der Verstärker 20 kann beide Frequenzen verstärken und weist keine
Abstimmglieder auf. Auf diese Weise kann der Verstärker-20 jeder Frequenz in einem
gegebenen Bereich angepasst werden, ohne dass Brückeneinstellungen erforderlich
sind. Der Spannungsbere-.ich des- Verstärkers 20 muss dem Spannungsausschlag von
Spitze zu Spitze des Signales niedriger Frequenz,
der von der Brücke
gefordert wird, plus dem Spannungsausschlag von Spitze zu Spitze des Signales hoher
Frequenz entsprechen. Dieser Verstärker, der eine hohe Verstärkung ergeben kann,
wird vorzugsweise bei einem. Verstärkungsfaktor von eins mit Rückkopplung betrieben.
Die Ruckkopplung erfolgt mit Hilfe einer Impedanz 22 und ergibt einen Ausgang geringer
Impedanz und eine gute Verstärkungsstabilität.
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Der Verstärker 20 wird vorzugsweise als Wechselstrom-Summierverstärkerxverwendet.
Auf diese Weise können, die beiden Prequenzen gleichzeitig der Brücke ohne Bandfilter
und Drosselkreise zugeführt werden, die normalerweise erforderlich sind, um zu verhindern,
dass eine Frequenzquelle die andere belastet. In der bevorzugten Ausführungsform
gemäss der Erfindung sind die Impedanzen 16, 18 und 22 gleich ausgeführt, -müssen
jedoch nicht notwendigerweise den gleichen Wert haben; die Signale am Ausgang des
Verstärkers 20 nehmen dann die entgegengesetzte Phasenlage wie die Ausgangssignale
aus den Oszillatoren 10 und 12 ein und sind gleich der Summe der Oszillatorsignale,
wobei jedes durch das Verhältnis der entsprechenden Eingangsimpedanz 16 oder 18
zur Rückkopplungsimpedanz 22 geteilt wird.
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Die kombinierten Signale aus dem Verstärker, 20 werden einer ersten
Eingangsklemme zugeführt, die mit einer Platte 27 der Kapazitäts-Mess-Sonde 28 verbunden
ist Die Mess-Sonde 28 weis-t vorzugsweise einen. Randfeldkondensator mit einer zweiten
Platte 29 und einer geerdeten Schutzelektrode 31. zwischen den Platten auf. Das
Material 11, das gemessen. werden soll, bildet einen T.eil des- 1)ielektrikums der
Kapazitäts-Mess-Sonde 28.
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Die kombinierten Signale werden zusätzlich zur Einspeisung in die
Kapazitäts-Mess-Sonde 28 auch über die Eingangsimpedanz 26 in einen Phasenumwandlerverstärker
24 eingeführt. Dieser erzeugt kombinierte Signale einer Phasenlage; die entgegengesetzt
zu aer der kombinierten Signale ist, welche der Kapazitäts-Mess-Sonde 28 aufgegeben
werden. Die kombinierten Signale entgegengesetzter Phasen lage werden einer zweiten
Eingangsklemme zugeführt, die mit einer Platte 33 des Abgleichkondensators 32 in
Verbindung steht. Die andere Platte 5 des Kondensators 32 ist an der Messklemme
37 mit der Platte 29, der Kapazitäts-Mess-Sonde 28 verbunden. Damit wird ein Brückenstromkreis
geschlossen. Signale einer Phasenlage werden zwischen Erde (als Bezugsangabe) und
Platte 27 der Kapazitäts-Mess-Sonde 28 aufgegeben ind Signale entgegengesetzterPhasenlage
zwischen Erde und Platte 33 des Kondensators 32. Der Ausgang der Brückenschaltung
wird zwischen der Messklemme 37 und Erde abgenommen und dem iLusgangsverstärker
40 zugeführt.
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Der Verstärker 24 ist vorzugsweise wie der Verstärker 20 ausgebildet
und weist eine ähnliche Rückkopplungsimpedanz 30 auf; vorzugsweise sind die Impedanzen
26 und 30 identisch. Der ausgang des Verstär?ers 24 wird dann gleich dem Eingang
in den Kondensator 32, erhält jedoch eine entgegengesetzte Phasenlage. Die Signale,
die den äusseren Platten 27 und 73 der Kapazitäts-Mess-Probe 28 und dem Abgleich-Kondensator
32 zugeführt werden, sind deshalb gleich und entgegengesetzt. Der Kondensator 32
wird so eingestellt, dass er der Kapazität der Mess-Sonde 28 entspricht.,-wenn in-der
Mess-Sonde kein Material 11 vorhanden. ist, und die Brücke ist dann bei beiden Frequenzen
abgeglichen, wie an der Nessklemme festgestellt werden kann.
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Die Brücke kann such bei andere orten des Abgleichkondensators 32
abgeglichen sein, indem die relative Grösse der Impedanzen 36 und 30 geändert wird.
Wenn der Wert der Impedanz 30 beispielsweise dreimal so gross wie der der Impedanz
26, untersetzt der Phasenumwandler das ?-:ignal um einen Paktor 3. Ein Abgleich
kann dann erreicht werden, indem der Abgleichkondensator 32 dreimal so gross gemacht
wird, in jedem Fall ergibt bei abgegflichener Brücke jede Änderung des Ausganges
des Verstärkers 20, wie dies durch Anderungen im Verstärker 20 oder des Einganges
von den Oszillatoren 10 und 12 verursacht wird, eine Abgleichänderung in dem Ausgang
entgegengesetzter Phasenlage am Verstärker 24. Somit verbleibt die Brücke selbsttätig
in eine gegebenen Abgleich.
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Obgleich Impedanzen 26 und 30 als Parallellkondensatoren und Widerstände
dargestellt sind, können sie auch reine Kondensatoren oder reine Widerstände sein.
Das wesentliche Kriterium ist, dass beide Impedanzen sich gleichen. ie brauchen
nicht die gleiche Grösse zu haben, sie müssen jedoch die gleiche i?hasenverschiebung
bei jeder Frequenz ergeben. Der Strom durch die Eingangsimpedanz 26 fliesst durch
die Rückkopplungsimpedanz 30, während im Verstärker selbst kein Strom fliesst. In
diesem Fall, wenn also die Impedanzen sich gleichen, erhält die spannung am Ausgang
des Verstärkers die entgegengesetzte Phasenlage- in bezug auf die Eingangsspannung,
jedoch gleich der Eingangs spannung dividiert durch das Verhältnis der Eingangsimpedanz
zu der Xückkopplungsimpedanz.
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Dieses Verhältnis soll bei allen Frequenzen reell sein, d.h. die Rückkopplungsimpedanz
soll etwa gleich den Eingangsimpedanzen sein, obgleich ihr Wert grösser oder kleiner
sein kann, damit keine nennenswerte Phasenverschiebung zusätzlich zu der Phasenverschiebung
von 180 des Ve-rs-tärkers
24 eingeführt wird. Hier wie auch sonst
in der Beschreibung soll durch den Ausdruck "gleich" nicht notwendigerweise"die
gleiche Grösse" zum Ausdruck gebracht werden.
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Die Prüfsonde 28 und der Abgleichkondensator 32, der vorzugsweise
an der Prüfsonde angebracht ist, sind häufig räumlich in einem gewissen Abstand
vom übrigen Teil der Schaltanordnung entfernt vorgesehen. D.h. die Prüfsonde kann
klein sein und muss an dem zu messenden Material liegen. Die sperrigere Einrichtung
wird zweckmässigerweise weiter entfernt von dem Produktionsvorgang, der beobachtet
werden soll, angeordnet. Um Streusignale zu verringern, sind die Leitungen zu der
Probe und zum Abgleichkondensator durch geerdete Abschirmungen 34 und 36 abgeschirmt.
Zwischen der Platte 33 und Erde kann ein Kondensator 38 gelegt sein. Der Stromkreis
zum Erzeugen und Zuführen der in der Phase entgegengesetzten Signale ist von der
Anmelderin bereits vorgeschlagen worden und nicht Gegenstand dieser Erfindung.
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Die Wirkungsweise der Erfindung wird anhand der Peuchtigkeitsmessung
betrachtet. Wenn die Brücke abgeglichen ist und wenn gleiche Signale bei jeder Frequenz
zugeführt werden, wenn ferner das Material 11 keine Feuchtigkeit enthält, weist
das Signal S'H hoher Frequenz, das an de3r Klemme 29, erzeugt wird, die gleiche
Amplitude wie das Signal 5,L niedriger Frequenz auf, d.h. StH-S'. Wenn Feuchtigkeit
in das Material 11 eingeführt worden ist, wächst das Signal niedriger Frequenz stärker
an als das Signal hoher Frequenz (S'S'H) Wenn nur die Masse des Materials vergrössert
würde, würde sownhl das Signal hoher Frequenz, als auch das.
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Signal niedriger Frequenz anwachsen, das Veh ältnis des einen Signales
zum anderen würde jedoch konstant bleiben.
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Die Signale beider Frequenzen, die an der Klemme 37 erzeugt werden,
werden einem Verstärker 40 zugeführt, der eine Rückkopplungsschleife über einen
Kondensator 41 aufweisen kann. Der Ausgangsverstärker 40 wirkt als Wechselstrom-Summierverstärker
und führt die addierten Signale den Filtern 42 und 44 hoher und niedriger Frequenz
zu, falls erforderlich unter zusätzlicher VersEirkung, Diese Filter 42 und 44 trennen
das Signal hoher Frequenz von dem Signal niedriger Frequenz und geben die getrennten
Signale an die Modulatoren 46 und 48, die getrennte Gleichstromsignale 5H und 5
ableiten, deren jedes einem entsprechenden Signal hoher und niedriger Frequenz S'H
und 5111 entspricht, die an der Klemme 37 erscheinen. Obgleich jedes dieser Signale
systematisch auf die Signale, die aus einem entsprechenden Signalgenerator zugeführt
werden, und auf die Masse des Materials bezogen ist, zeigt das Verhältnis dieser
Signale S /S den Feuchtigkeitsgehalt des Materials 11 an. In vor-LH liegender Erfindung
wird dieses Verhältnis nicht direkt, sondern über ein Servosystem gemessen, das
dieses Verhältnis konstant hält, vorzugsweise auf dem Wert eins. Die Ausganges kreise
der De latoren einschliesslich entsprechender Widerstände 47 und 49 können so eingestellt
werden, dass sie eine verschiedene Verstärkung für die beiden Signale ergeben, und
damit kann ein unterschiedliches konstantes Verhältnis aufrechterhalten werden;
vorzugsweise sind die Verstärkungsfaktoren jedoch die gleichen und das Verhältnis
wird auf den Wert eins gehalten.
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Um dies zu erreichen, können die Ausgänge der Demcdulatoren einem
Servoverstärker 50 zugeführt werden, der in üblicher Weise arbeitet und einen Ausgang
mit einer Amplitude und Polarität erzeugt, die von der Differenz zwischen den beiden
Gleichs tromsignalen, d.h. SL - SH, abhängen. Der Ausgang des Verstärkers 50 treibt
den Servomotor 52 an, der ruechanisch über ene Verbindung 54 (z.B. eine Welle) die
Anzapfung 14 so verschiebt, dass der Ausgang des Oszillators 12 niedriger Frequenz
verändert wird.
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In abhängigkeit davon, ob das Signal, niedriger Frequenz Kleiner oder
grösser als das Signal SH hoher Frequenz ist, ist die Folarität des Ausganges des
Servoverstärkers 50 so gewählt, dass der Moter 52 in einer Richtung umläuft, bei
der die Anzapfung 14 nach oben oder unten verschoben wird, odass der ausgang des
Oszillators 12 niedriger Frequenz sowiet vergrössert oder verkleinert wird, wie
notwendig ist, um den Unterschied zwischen den beiden Gleichstromsignalen zu verringern.
Solange die beiden Signale verschieden sind, wird die Anzapfung verschoben. Sind
die beiden Signale gleich, ist das Servosystem abgeglichen und die anzapfung 14
ist an der Stelle auf dem schleifdraht angelangt, die die entsprecllende ausgangsamplitude
des Oszillators 12 ergibt, damit dieser abgleich erzeugt wird. Die Stellung der
Anzapfung zeigt diesen ausgang an und gibt auch die Feuchtigkeit an, wie im folgenden
gezeigt wird.
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Das Verhältnis von ST zu SH zeigt den Feuchtigkeitsgehalt des zu messenden
Materiales an. Bei einer von der Anmelderin avorgeschlagenen Anordnung weisen die
Ausgänge der beiden Oszillatoren gleiche Amplitude auf. Würde der Ausgang des Niederfrequenz-Oszillators
verdoppelt werden, würde das Verhältnis von zu zu H verdoppelt werden. Wenn der
Feuchtigkeitsgealt des Materiales so geändert werden soll, dass das Verhältnis von
SL zu SH sich von dem Wert eins auf den Wer zwei verändert, könnte der Ausgang des
Oszillators um den Faktor zwei verringert werden, damit das Verhältnis auf den Wert
eins zurückgeführt wird. Dies wird von der Schaltanordnung nach Fig. 1 automatisch
erreicht und die Stellung der Anzapfung 14 ist der reziproke Wert des Verhältnisses
von SL zu H' das vorhanden gewesen wäre, wenn die Oszillatoren den gleichen Ausgang
gehabt hätten. sinne Ab'lesevorrichtung 56 kann mit der Anzapfung über eine Verbindung
58 so gekoppelt sein, dass sie die Anzapfstellung und damit den Feuchtigkeitsgehalt
abliest. Die besondere Beziehung zwischen der Anzapfstellung und der Ableseskala
wird durch die besondere Art und Weise bestimmt, in der das Potentiometer 15 gewickelt
ist. Die Schaltanordnung kann damit so geeicht werden, dass der Feuchtigkeitsgehalt
direkt abgelesen werden kann.
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In Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
wobei Vorkehrungen für die Temperaturkompensation und eine selbsttätige Normung
oder Eichung getroffen sind.
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Die Grundschaltung ist die gleiche wie in-der Anordnung nach Fig.
1 und gleiche Zeile sind auch mit gleichen Bezugs zeichen versehen. Der wesentliche
Unteschied liegt in dem Potentiometer 15, das sp abgeändert worden ist, dass es
eine Temperaturkompensation ergibt. Die besondere Art und Weise, in der das Potemtiometer
gewickelt ist, bestimmt das Verhältnis zwischen dem
Ablesemasstab
und der Anzapfungsstellung. Dies ergibt eine geeignete Beziehung zwischen der Skalenanzeige
und dem Feuchtigkeitsgehalt. In manchen Fällen ergibt die Messschaltung nicht bei
allen Temperaturen dieselben Abgleichbedingungen für ein und denselben Feuchtigkeitsgehalt.
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Unter solchen Umständen würde die Anordnung nach Fig. 1 bei verschiedenen
Stellen der Anzapfung 14 zum Abgleich kommen, wenn die Temperatur sich erheblich
ändert, und die Anzeige auf der Ableseskala würde sich ändern und somit eine fehlerhafte
Ablesung ergeben.
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Um solche Anderungen der Anzeige zu vermeiden, wird das Potentiometer
15 in zwei Teilen ausgeführt, nämlich mit 15H und 1511. Das Potentiometer 15H besteht
aus einem Schleifdraht 60 mit irallelwiderständen 62, die Abschnitten des Potentiometers
parallel geschaltet sind, um diesem die entsprechende Charakteristik bei einer hohen
Temperatur, vorzugsweise etwas höher als die höchste Temperatur, die normalerweise
bei den durchgeführten Messungen auftritt, zu verleihen. Veränderliche Widerstände
64 und 66 dienen zur Einstellung der oberen und unteren Grenzen der Änderungen des
P0tentiometers wodurch der Messbereich festgelegt wird.
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Würde die Anordnung bei der vorerwähnten hohen Temperatur arbeiten,
würde eine Anzapfung 14H am Potentiometer 15H eine Einstellung vornehmen, wie dies
vorstehend für die Anzapfung 14 in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ist, und es
würde eine entsprechende Anzeige des Feuchtigkeitsgehaltes an der Vorrichtung 56
abgelesen werden. In ähnlicher Weise besteht das Potentiometer 15 aus einem SchleifdSht
61, Parallelwiderständen 63 und veränderlichen ichen,Wid,erständen 65 und 67, die
das entsprechende Potentiometer für eine niedrige Temperatur ergeben, varzugsweise
etwas niedriger als die niedrigse
Temperatur, die gewöhnlich bei,
den durchzufi;-'renden Messungen aufgtritt. Die Anzapfung 14L würde sich in ähnlicher
Weise auf die entsprechende Stellung für die vorerwähnte niedrige Temeratur einstellen.
Die Anzapfungen 14L und 14. werden mechanisch als Einheit durch eine Verbindung
54 verschoben. Somit ist das Signal aus der Anzapfung 14 bei der niedrigen Temperatur
und das Signal 14H bei der hohen Temperatur, sowie in ihrem Wert dazwischenliegende
Signale bei dazwischenl,inden Temperaturen geeignet.
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Damit die entsprechende Charakteristik für -dazwf"-sohenliegende Temperaturen
erreicht wird, ist ein Potentiometer 68 zwischen Anzapfungen 14H und 14L eingeschaltet,
das den entsprechenden Teil der Signale jeweils aufnimmt. D.h. bei hohen Temperaturen
wird die Anzapfung 70 in die Nähe des mit der Anzapfung 14H verbundenen Endes verschoben,
damit mehr von dem Signal an der Anzapfung 14H aufgenommenwird und somit weniger
von dem Signal an der Anzapfung 14B. Bei tiefen Temperaturen verschiebt sich die
Anzapfung 70 in die Nähe des anderen Endes, um mehr von dem Signal an der Anzapfung
14 Ii aufzunehmen. Zur Steuerung der Stellung der Anzapfung 70 in Abhängigkeit von
der Temperatur ist eine Abfühleinrichtung 72, die ein temperaturempfindlicher Widerstand
sein kann, in die Nähe der Mess-Sonde 28 und des zu messenden Materiales ll gebracht.
Die Temperaturabfühleinrichtung ist mit einer Messvorrichtunjng verbunden, die vorzugsweise
eine selbxstabgleichende Temperaturbrücke 74 -mit einem Abgleichpotentiometer 76
ist, das über eine Vorrichtung 77, z.B. eine Welle, von einem Servomotor 78 betätigt
wird. Letzterer seinerseits wird von dem Ausgang des Servoverstärkers 80 beaufschlagt,
der die Unsymmetrie der Temperaturbrücke
verstärkt. In üblicher
Weise stellt die Brücke 74 sich selbst auf den Ausgleich ein, wobei die Stellung
der Welle 77- die Temperatur anzeigt. Gleichzeitig ist die Welle 77 mit der Vorrichtung
82 verbunden, die ebenfalls eine Welle sein kann, welche an die Anzapfung 70 angeschlossen
ist. Wenn die Temperatur an der Prüfsonde sich ändert, wird die Anzapfung 70 so
verschoben, dass sie das entsprechende Signal aufnimmt und zur Mess-Sonde weiterleitet.
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Die Die Ablesevorrichtung 56 liest auch dann genau ab, wenn die Temperatur
sich ändert.
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Um die Messanordnung zu eichen oder zu normen, ist ein Kondensator
84 an die Sondenkapazität 28 anstelle des Materials 11 gleAegt. Dieser genormte
Kondensator weist vorzugsweise eine Kapazität auf, die der Änderung der Sondenkapazität
äquivalent ist, wenn Material an der Prüfsonde während des Messvorganges vorhanden
ist. Unter diesen 3edingungen sollen die Ausgangssignale SH und SL gleich sein,
wobei gleiche Eingangssignale aus den Oszillatoren 10 und 12 sorlipn, vorausgesetzt,
dass die Anordnung bei allen Frequenzen gleich anspricht. D.H., dass die Anordnung
bei vollem Ausgang des Potentiometers 1X5 abgeglfichen sein soll. In dem Fall, dass
das System nicht so abgeglichen 6ist, soll der Eingang des Potentlometers 15 geändert
werden, um die Anordnung abzugleichen. Vorzugsweise wird die Anordnung von Zeit
zu,Zeit nachgeeicht. Hierfür ist eine Zeitschaltvorrichtung 86 vorgesehen, die einen
Schalter 88 periodisch über eine Verbindung 90, s. B. eine Welle oder einen Stössel,
betätigt. Ir Schalter arbeitet in der Weise, dass er den Kondensator 84 parallel
zur Prüfsonde 28 legt, Gleichzeitig betätigt die Zeitschaltvorrichtung einen Schalter
92 und verbindet die Eingangsimpedanz 18 niedriger
Frequenz mit
dem vollen Ausgang des Potentiometers 15. Gleichzeitig beeinflusst die Zeitschaltvorrichtung
86 den Schalter 94 in der Weise, dass sie den Ausgang des Verstärkers 50 an einen
Servomotor 96 koppelt, der über eine Verbindung 97, z.B. eine Welle, wirkt, um die
Stellung einer Anzapfung 98 auf einem Widerstand 100 zu verändern. Die Anzapfung
98 ist wie die Anzapfung 14 der Mess-Schaltung angeordnet und bewirkt, dass der
volle Ausgang des Potentiometers der, geeignete Wert ist, der zum Abgleich der Schaltung
mit reiner Kapazität parallel zur Prüfsonde erforderlich ist. Die Schaltung ist
somit für eine Standardmessung genormt und andere Messungen können relativ hierzu
durch entsprechende Beziehung zwischen Potentiometer 15 und Ablesevorrichtung 56
vorgenommen werden.
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Gleichzeitig beeinflusst die Zeitschaltvorrichtung 86 einen Schalter
102, der einen Motor 104 einschaltet. Dieser Motor läuft in einer solchen Richtung
u », dass er eine Antriebsvorrichtung 106 treibt, die in Form e von Wellen und Zahnrädern
ausgebildet sein kann, damit die Prüfsonde 28 von dem Material 11 abgenommen wird,
sodass die Normung erreicht wird, ohne dasS Material an der Prüfsonde vorhanden
ist.
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Wenn die Prüfsonde entfernt ist, ist nur der Normkondensator 84 parallel
zur Probe geschaltet und die Normung wird ohne Beeinflussung durch das zu messende
Material erreicht.
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Ist ausreichend Zeit verstrichen, dass die Normung durchgeführt ist,
betätigt die Zeitschaltvorrichtung 86 Schalter 95, 88, 102 und 92, um die Schaltung
in den Messzustand zu versetzen. Der Sdalter 94 verbindet den Servoverstärker 50
mit dem Mess-Servomotor 52. Der Schalter 88 trennt den
KOndensator
84 von seiner Stellung parallel zu der Prüfsonde und erdet eine Seite des Kondensators.
Der Schalter 102 schaltet den Motor 104 ein, sodass dieser in entgegengesetzter
Richtung umläuft und die Prüfsonde an das zu messende Material zurückbringt. Der
Schalter 92 verbindet die Eingangsimpedanz 18 mit den Ausga,ngsanzapfungen des Potentiometers
15; die Messung wird dann automatisch fortgesetzt, bis der nächs-te Normungsvorgang
durch die Zeitschaltvorrichtung 86 eingeleitet wird.
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Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abänderungen möglich; obgleich
z.B. die Prüfsonde als Kapazitätsprüfsonde bezeichnet ist, kann die Dielektrizitätskonstante
des zu messenden Material es eine imaginäre Komponente. (eine Widerstandskomponente)
aufweisen, und die Prüfsondeneiektroden brauchen nicht gegenüber dem zu messenden
Material isoliert zu sein.