DE1598612B2 - Meßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung einer Eigenschaft, insbesondere der Feuchtigkeit einer laufenden Bahn aus dielektrischem Meßgut, ζ. Β. Papier, deren Temperatur zeitlichen Schwankungen unterworfen ist.

Die hauptsächliche Anwendung solcher Meßvorrichtungen liegt auf dem Gebiete der Feuchtigkeit von festen Körpern und der Messung der Zusammensetzung von Flüssigkeiten. Sie können auch zur Messung der Masse pro Längeneinheit, pro Flächeneinheit oder pro Raumeinheit von Materialien verwendet werden. Sie hängen in ihrer Betriebsweise von der Beziehung zwischen der an die Elektroden angelegten Spannung und dem die Meßvorrichtung durchfließenden elektrischen Strom ab.

Es ist bei Einrichtungen zum Messen einer dielektrischen Materialeigenschaft bekannt, die Temperatur des Prüfgutes zu messen und ihren Einfluß auf die Meßergebnisse zu kompensieren. Bei der Messung dielektrischer Flüssigkeiten werden die Elektroden in die Flüssigkeit eingetaucht, und es läßt sich eine relativ einfache Vorrichtung zur Temperaturkompensation dadurch erzielen, daß ein Thermometer in die Flüssigkeit getaucht und ein auf Temperatur ansprechendes Signal verwendet wird, um das Gerät gegen Temperaturänderungen, die in der Flüssigkeit selbst auftreten, zu kompensieren.

Bei Meßvorrichtungen zur Messung fester Materialien, bei denen die Elektroden in unmittelbarer Nähe oder in Berührung mit dem Material angeordnet sind, wird üblicherweise eine Umgebungstemperaturmeßvorrichtung vorgesehen, damit eine Temperaturkompensation vorgenommen werden kann. Bei derartigen Vorrichtungen wird die Messung jedoch dadurch ungenau, daß die Meßvorrichtung für die Außentemperatur nicht notwendigerweise die Temperatur anzeigt, die innerhalb des gemessenen Materials selbst herrscht. Dies gilt besonders für die Fälle, in denen das Material auf eine Temperatur oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperatur aufgeheizt oder abgekühlt wird, bei der die Meßvorrichtung normalerweise betrieben wird. Beispiele hierfür ergeben sich bei der Herstellung von Papier, Textilien oder Tabakprodukten, wo die besonders zweckmäßige Funktion einer Feuchtigkeitsmeßvorrichtung darin besteht, die Arbeitsweise eines Trockners zu überwachen oder zu steuern, der das Material aufheizt, damit die im Material vorhandene Feuchtigkeit ausgetrieben wird. Es wurde auch festgestellt, daß der Temperaturunterschied zwischen dem Material und der Umgebung der Temperaturmeßvorrichtung für die Außentemperatur aus verschiedenen Gründen nicht vorausgesagt werden kann. Beispielsweise ist es erwünscht, die Meßvorrichtung mit ihren Meßelementen im Reibeingriff mit dem durchlaufenden Material zu betreiben, so daß eine entsprechende Temperaturmeßvorrichtung bis zu einem gewissen Grade durch die auftretende Reibung erwärmt wird.

Die berührungslose Messung der Temperatur von bewegtem Material mittels Wärmestrahlungsempfänger ist, wie auch eine Kompensation einer dielektrischen Meßvorrichtung auf Temperatur, bekannt. Die Kompensation wurde dabei bisher in der Weise vorgenommen, daß eine Meßvorrichtung für die Umgebungstemperatur vorgesehen wurde.

Demgegenüber ist Ziel der Erfindung die quantitative Bestimmung einer sich ändernden Eigenschaft einer laufenden Bahn, die eine Funktion der dielektrischen Eigenschaft ist, und zwar mit Hilfe einer Vorrichtung, die berührungsfrei und unabhängig von jedem Temperaturunterschied zwischen der laufenden Bahn und der Umgebung arbeitet.

Dies wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung erreicht, die folgende, im einzelnen bekannte Merkmale aufweist:

a) Eine Kapazitätsmeßvorrichtung zur Messung einer dielektrischen Eigenschaft des Meßgutes;

b) eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur des Meßgutes auf Grund der Infrarotstrahlung mit einer der Geschwindigkeit der laufenden Bahn angepaßten geringen Zeitkonstante, die in Längsrichtung der Bahn in unmittelbarer Nähe der Vorrichtung a) angeordnet ist;

c) eine Vorrichtung zur Messung der Umgebungstemperatur der Vorrichtung b);

d) eine Rechenschaltung, die einerseits den Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Vorrichtung kompensiert und andererseits die dielektrischen Meßwerte gemäß der Temperatur des Meßgutes korrigiert;

e) eine mechanische Vorrichtung zum Bewegen eines die Vorrichtungen a), b) und c) enthaltenden Meßkopfes quer zur laufenden Meßgutbahn.

Im Falle vorliegender Erfindung wird somit der Einfluß der Temperatur des Materials an sich auf die dielektrische Meßvorrichtung durch eine Messung der Infrarotstrahlung aus dem Material kompensiert. Die Temperaturmeßvorrichtung für die Umgebung dient dazu, die Einflüsse der Umgebungstemperatur der Temperaturmeßvorrichtung zu kompensieren. Dadurch wird eine weit bessere Meßgenauigkeit als bisher erzielt, da die tatsächliche Bahntemperatur auf Grund der Infrarotstrahlung aus der Bahn zur Kompensation herangezogen wird.

Vorteilhafte Ausbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer Papierherstellmaschine mit einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung,

F i g. 2 eine Schnittansicht durch die Infrarotstrahlungsmeßvorrichtung nach F i g. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

F i g. 4 ein Blockschaltbild, das die grundsätzliche Ausgestaltung einer Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung angibt,

F i g. 5 ein vollständigeres Blockschaltbild der Vorrichtung nach F i g. 4 einschließlich einer speziellen Anordnung der Rechenschaltung,

F i g. 6 ein Blockschaltbild, das eine Vorrichtung mit einer weiteren Ausgestaltung der Rechenschaltung nach F i g. 4 zeigt, und

Fig. 7 teilweise schematisch und teilweise als Blockschaltbild die Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Vorrichtung nach F i g. 6.

Die Erfindung wird in Verbindung mit einer Vor-

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richtung zur Messung und/oder Steuerung der Feuch- wird die Kapazitätsmeßvorrichtung in Verbindung

tigkeit einer laufenden Papierbahn, die am Ausgang mit einer Verstellung des Abgleichmechanismus so

einer Papierherstellmaschine- erhalten wird, beschrie- angeordnet, daß sie schwebend auf der Bahn 10 auf-

ben und dargestellt. Nach F i g. 1 tritt die laufende liegt. Auf diese Weise werden die Elektroden, die in

Bahn 10 aus einem Trockner aus, der eine Vielzahl 5 der Kapazitätsmeßvorrichtung angeordnet sind, in

von Walzen, z. B. 12 und 14, enthält. Die Trockner- elektrischen Kontakt mit dem Papier gebracht, wobei

walzen werden mit Hilfe von Frischdampf beheizt, die Berührung aber so leicht ist, daß dadurch keine

der innen z.B. über Leitungen 16 zugeführt wird, Markierung oder Beschädigung des Papiers auftreten

wobei die beheizten Oberflächen der Walzen die Tem- kann.

peratur des Papiers erhöhen und die Feuchtigkeit aus io Durch einen exakten Eichvorgang wird eine Addern Papier austreiben. Die Feuchtigkeit wird in mittanzcharakteristik der elektrischen Kopplung zwi-Form von Dampf ausgetrieben, der kontinuierlich sehen der Kapazitätsmeßvorrichtung und dem Papier aus dem Bereich der Trockner, über ein entsprechen- in Bezug zur Feuchtigkeit des Papiers unter der Kades Ventilationssystem abgeführt wird. Letzteres pazitätsmeßvorrichtung gesetzt. Wegen der vielen kann Trockenluftdüsen, z. B. 18 und 20, aufweisen, 15 Veränderlichen bei den Schichtbildungs-, Trockdie von entgegengesetzten Seiten des Trockners nungs- und Kalandriervorgängen wird die vorzugsdurch die von benachbarten Walzen ausgebildeten weise gleichförmige Bahn einer Änderung sowohl in Lufttaschen gerichtet sind, ferner durch eine (nicht Bearbeitungsrichtung als auch quer dazu unterdargestellte) Haube über dem Trockner, wobei die worfen. Eine solche Veränderung tritt nicht nur im feuchte Luft aus dem Bereich des Trockners durch 20 Grundgewicht und in der Feuchtigkeit der Bahn, große Lüftergebläse abgesaugt wird. sondern auch in ihrer Temperatur auf.

Nach dem Austritt aus dem Trockner wird die Die Papierbahn weist im Meßbereich eine mittlere warme Papierbahn 10 durch einen Kalander geführt, oder Nenntemperatur von etwa 38 bis 82° C mit dessen Walzen bei 22 mit Dampf beheizt werden, der einer normalen Abweichung von etwa ± 10° C von durch Leitungen bei 24 zugeführt wird, wobei das 25 der mittleren Nenntemperatur auf. Der Papier-Papier eine entsprechende Oberflächenbearbeitung hersteller betrachtet als Ziel die Steuerung des erhält. Das kalandrierte Papier wird anschließend Feuchtigkeitsgehaltes auf einen Wert, der so bemeszu großen Rollen bei 26 aufgewickelt, die für den sen ist, daß dann, wenn das Papier in einer Atmo-Weitertransport zum Verbraucher gestapelt werden.- sphäre von etwa 24° C und 45% relativer Feuch-

Das Papier soll in gleichförmigem Zustand sowohl 30 tigkeit im Gleichgewicht ist, die Feuchtigkeit im Pain bezug auf das Grundgewicht als auch auf die pier etwa 5V2°/o des Papiergewichtes ausmacht. Die Feuchtigkeit aufgewickelt werden, eine solche elektrischen Admittanzmessungen, auf die er sich Gleichförmigkeit soll über die ganze Breite der Bahn stützt, um dies zu erreichen, sind nicht direkt eine vorliegen. Um diese entscheidenden veränderlichen Funktion der Feuchtigkeit, sondern hängen von den Größen zu messen, wird eine Meßvorrichtung an 35 Zwischenparametern der komplexen Dielektrizitätseiner entsprechenden Stelle, im allgemeinen zwischen konstante des Papiers ab, die, wie weiter oben ausdem Ausgang des Kalanders und der Aufwickelrolle, geführt, eine sich ändernde Funktion der Papierangeordnet. Die Meßvorrichtung weist einen Meß- temperatur sind.

kopf 28 auf, der oberhalb der Bahn angeordnet und Eine exakte Messung erfordert somit, daß in das

so befestigt ist, daß er eine Hin- und Herbewegung 40 Feuchtigkeitsmeßsystem eine Abfühlvorrichtung ein-

auf entsprechenden Führungsstangen 30 über die gebaut wird, die auf die Temperatur des Papiers an-

Breite der Bahn ausführen kann. Die Führungs- spricht; da das Papier ein massives Material ist, muß

stangen ihrerseits sind in einem Rahmen aufgenom- die Temperaturabfühlvorrichtung außerhalb des Pa-

men, der senkrechte Ständer 32 und 34 besitzt, die piers angeordnet sein. Nachdem die Papiertemperatur

durch Querträger 36 und 38 miteinander verbunden 45 sich von Punkt zu Punkt quer zur Bahn wie auch

sind. in Längsrichtung der Bahn wesentlich ändert, ist es

Der Meßkopf 28 weist eine Betastrahlungs- wichtig, daß die Temperaturmessung auf den Teil

Anzeigevorrichtung auf, die Betastrahlung durch die des Papiers beschränkt bleibt, der durch die Kapa-

Bahn hindurch aufnimmt. In diesem Falle wird eine zitätsmeßvorrichtung 46 gemessen wird. Damit soll

radioaktive Betastrahlungsquelle unterhalb der Bahn 50 die Temperaturabfühlvorrichtung über die Breite der

in einem Gehäuse (nicht dargestellt) ähnlich dem Papierbahn in Längsrichtung zur Kapazitätsmeß-

Meßkopf 28 geführt und auf einem zweiten Paar von vorrichtung 46 abtasten.

Führungsstangen 40 und 42 unterhalb der Bahn 10 Der Meßkopf und andere verschiebbare Bauteile,

hin- und herbewegt. Die Gehäuse für die radioaktive die der Kapazitätsmeßvorrichtung zugeordnet sind,

Quelle und die Anzeigevorrichtung sind in vertikaler 55 sind Umgebungstemperaturen ausgesetzt, die sich

Richtung ausgerichtet und können über die Breite nicht nur von Zeit zu Zeit ändern, sondern auch

der Bahn 10 abtasten, um das Grundgewicht zu mes- wesentlich von der zu messenden Temperatur des

sen. Die mechanische Vorrichtung wird von einem Papiers an sich abweichen können. Besonders hohe

Querantriebsmotor 44 angetrieben. Temperaturänderungen und Temperaturunterschiede

Der Meßkopf 28 trägt ferner die Abfühlelemente 60 werden angetroffen, nachdem entweder die durchder Feuchtigkeitsmeßvorrichtung. Das primäre Ab- laufende Bahn oder der Meßkopf im normalen Meßfühlelement ist eine Kapazitätsmeßvorrichtung 46, die bereich eine bestimmte Zeit lang gefehlt hat. Das oberhalb der Bahn 10 auf einem entsprechenden, im Gestell für den Querverschiebungsmechanismus der Gehäuse 48 aufgenommenen Ausgleich- und Abheb- Meßvorrichtung verläuft in einigem Abstand obermechanismus abgestützt ist, der an zwei U-förmigen 65 halb der Kante der Bahn am entfernten Ende, damit Bügeln 50 befestigt ist, die mit dem Meßkopf 28 ver- der Meßkopf und die Kapazitätsmeßvorrichtung peribunden sind. Durch entsprechende Einstellung der odisch zu Zwecken der Normierung abgenommen vertikalen Stellung des Gehäuses 48 auf den Bügeln werden können. Im Falle der Feuchtigkeitsmeß-

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vorrichtung beispielsweise ist es erwünscht, gelegent- aus einer Scheibe 72 aus geschwärzter Silberfolie belich eine Normiereinstellung auf die elektronische steht, angeordnet. Das Thermistorelement ist in eine Schaltung des Gerätes durchzuführen, wobei das Pa- abgedichtete Glaskapsel eingesetzt, die ihrerseits mit pier von der Nähe der Sondenelektroden entfernt der Absorptionsscheibe mittels Epoxydkleber verwird. Durch das Abnehmen wird die Meßkopfanord- 5 klebt ist.

nung Temperaturbedingungen unterworfen, die völlig Die Strahlungsabsorptionsscheibe 72 ihrerseits ist

verschieden von denen sind, die über der erwärmten an zwei parallelen Kupferdrähten 74 und 76 auf-

Papierbahn angetroffen werden, was bewirkt, daß gehängt, die verhältnismäßig dünn sind, so daß sie

die Teile der Anordnung verhältnismäßig starken möglichst wenig wärmeleitend sind. Am linken Ende

Wärmeübergängen ausgesetzt werden, wenn die An- io ist jeder Draht mit einer Metallöse 78 in einem

Ordnung auf der Bahn zurückverschoben wird, damit Klemmbrett 80 aus Phenol verlötet, das in einer

die Messung wieder aufgenommen werden kann. rinnenförmigen Aussparung 82 im äußeren Teil des

F i g. 1 zeigt einen Ausschnitt'52 aus einem Teil Gehäuses 60 mittels Schrauben 84 befestigt ist. Der

des Meßkopfes 28 und seiner Haltevorrichtung. Da- Boden der Aussparung 82 weist zwei Öffnungen 86

bei wird eine Infrarotstrahlungsabfühlvorrichtung 54 15 auf, durch die die Drähte durch die Metallwandung

sichtbar, die über einen Arm 56 an dem Meßkopf 28 des Gehäuses hindurchgeführt sind, ohne daß das

angebracht ist. Die Infrarotstrahlungsabfühlvorrich- Gehäuse berührt wird. Am rechten Ende ist jeder

tung wird dabei oberhalb der Papierbahn im Abstand Draht 74 und 76 durch ein axiales Loch im mittleren

dazu versetzt geführt, so daß der Teil der laufenden Leiter eines Durchführungsisolators, z. B. bei 88, ge-

Bahn beobachtet wird, der direkt bahnabwärts zur 20 führt. Beim Zusammenbau wird der Durchhang eines

Kapazitätsmeßvorrichtung 46 und mit ihr ausgerich- jeden Drahtes beseitigt, ohne daß der Draht straff

tet liegt. Die Abfühlvorrichtung 54 ist Teil der gespannt wird, und der Draht wird dann in seiner

Feuchtigkeitsmeßvorrichtung. Stellung verlötet.

Bei der dargestellten Vorrichtung ist die Kapa- Die Aufhängedrähte 74 und 76 verbinden den zitätsmeßvorrichtung 46 ein Streufeldkondensator, 25 Thermistor 70 mit einer Zuführleitung 90, und demder mit der Bahn auf nur einer Seite gekoppelt ist. entsprechend werden die Thermistorleitungen 92 und Bei einer derartigen Vorrichtung ist es vorteilhaft, die 94 mit den Aufhängdrähten in der Nähe der Anzeige-Infrarotstrahlungsabfühlvorrichtung auf der gleichen vorrichtung verlötet. Die Strahlungsabsorptions-Seite der Bahn anzubringen, da dort allgemein eine scheibe 72 ist an ihren entgegengesetzten Seiten mit Temperaturdifferenz von bis zu etwa 2° C zwischen 30 den entsprechenden Aufhängdrähten 74 und 76 mitden beiden Seiten der Bahn besteht. Zufrieden- tels eines Epoxydklebers, z. B. bei 96, befestigt, wobei stellende Resultate können üblicherweise jedoch mit darauf zu achten ist, daß die Aufhängdrähte im Abder Kapazitätsmeßvorrichtung und der Infrarot- stand von der Absorptionsscheibe durch den strahlungsabfühlvorrichtung auf entgegengesetzten Epoxydkleber gehalten werden, so daß die Leitungen Seiten der Bahn erzielt werden, wobei die Kapa- 35 von der Scheibe elektrisch isoliert werden,
zitätsmeßvorrichtung und/oder die Infrarotstrahlungs- Am oberen Teil des Gehäuses 60 ist der Innenabsorptionsvorrichtung entweder oberhalb oder durchmesser vergrößert, damit ein metallüberzogener unterhalb der Bahn und entweder bahnaufwärts, Glasspiegel 98, z. B. in Form eines Kugelsegmentes, bahnabwärts oder in unmittelbarer Nähe voneinander eingesetzt werden kann, der einem idealen Paraboloid entsprechend dem zur Verfügung stehenden freien 40 nahekommt. Um den äußeren Umfang herum ist der Raum im Bearbeitungssystem angeordnet sind. Die Spiegel mit dem Gehäuse 60 mittels Klebstoff (bei Kapazitätsmeßvorrichtung kann getrennte Elektroden 100) und ferner auch mit seinem Scheitel 102 an der oder Gruppen von Elektroden auf beiden Seiten der oberen Abdeckung 66 verbunden. Der Spiegel 98 Bahn verwenden, wobei die Bahn zwischen den Elek- kann Infrarotstrahlung, die aus der Bahn 10 (F i g. 1) troden durchläuft. Während der Meßkopf, der die 45 austritt und durch das Fenster 68 eintritt, auf die Kapazitätsmeßvorrichtung aufnimmt, als das Ge- Strahlungsabsorptionsscheibe 72 fokussieren. Die häuse einer Anzeigevorrichtung für die Betastrah- Scheibe ist in unmittelbarer Nähe und in Wärmelungsmessung oder Strahlungsquellengehäuse be- austauschbeziehung zu dem Thermistor 70 anschrieben und dargestellt ist, kann der Meßkopf gebracht.

offensichtlich eine beliebige unabhängige Anordnung 50 Die die Strahlungsanzeigevorrichtung aufnehmende

oder ein Zusatz zu einer anderen Art von Meß- abgedichtete Kammer ist nach außen durch einen

vorrichtung sein. Totluftraum wärmeisoliert, der von dem Fenster 68

Die Einzelheiten für eine bevorzugte Ausführungs- und einem zweiten ähnlichen Fenster 104 umschlosform der Abfühleinrichtung 54 sind in den F i g. 2 sen ist, welches an einer Verlängerung 106 des Ge- und 3 gezeigt. Diese Anordnung weist ein zylin- 55 häuses 60 befestigt und über Schrauben bei 108 dadrisches Metallgehäuse 60 mit einem einstückigen Be- mit verbunden ist. Das Fenster 68 ist mit einem ringfestigungsflansch 62 auf; das Gehäuse ist dabei von förmigen Abstandsstück 110 verbunden, welches zwieinem wärmeisolierenden Mantel 64 aus Kunststoff- sehen dem Gehäuse 60 und seiner Verlängerung 106 schaum umgeben. Im Inneren des Gehäuses 60 ist eingeklemmt ist, wobei entsprechende Dichtungen eine abgedichtete Kammer vorgesehen, die am oberen 60 aus synthetischem Gummi, wie bei 112, auf beiden Ende durch einen Metalldeckel 66 und am unteren Seiten des Abstandsstückes vorgesehen sind. In ähn-Ende durch ein für Infrarotstrahlung transparentes licher Weise ist das äußere Fenster 104 mit einer Fenster 68 abgeschlossen ist, das aus einer dünnen ringförmigen Abdeckscheibe 114 verbunden, welche Kunststoffschicht, z. B. aus Polyesterfilm, besteht. In mit der Gehäuseverlängerung über Schrauben, wie der abgedichteten Kammer ist in axialer Richtung 65 bei 116, befestigt ist. Eine Dichtung 118 aus synoberhalb des Fensters 69 eine Infrarotstrahlungs- thetischem Gummi ist zwischen Fenster und Gehäuseanzeigevorrichtung mit einem Thermistor 70 und Verlängerung eingesetzt,
einer Infrarotstrahlungsabsorptionsvorrichtung, die Zusätzlich zu der Infrarotstrahlung aus der Bahn

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10, die auf der Strahlungsanzeigevorrichtung er- die gestrichelte Linie 1386 angedeutet ist, erzeugt

scheint, nimmt letztere eine Infrarotstrahlung aus wird. Dieses mechanische Ausgangssignal ändert sich

dem Gehäuse und zugeordneten Teilen auf Grund in Abhängigkeit von Änderungen in der Eigenschaft

der Umgebungstemperaturen auf. Wärme wird auch des zu messenden Materials, ist jedoch auch einer

über die Aufhängdrähte 74 und 76 in die Anzeige- 5 Veränderung auf Grund von Temperaturänderungen

vorrichtung hinein- und aus dieser abgeleitet. Um im Material unterworfen.

die Wirkung dieser sich ändernden Umgebungs- Dementsprechend wird das Ausgangssignal von temperaturbedingungen auf dem Infrarotstrahlungs- einer Kompensationsanordnung 154 mit zwei Ababfühlthermistor 70 anzuzeigen, ist eine Temperatur- schnitten 154 a und 154 b verarbeitet. Der Kompenabfühlvorrichtung, die einen Thermistor 120 enthält, io sationsabschnittl54a nimmt das Signal auf der Leiauf der Oberfläche des Glasreflektors 98 in geringem tung 142 aus der Infrarotstrahlungsabfühlvorrichtung Abstand von dessen Rand befestigt. Der Abstand 140 auf und benutzt dieses Signal, um dem Einfluß wird so gewählt, daß er einen Befestigungspunkt mit von Temperaturänderungen in der laufenden Bahn einer Wärmeübergangscharakteristik festlegt, die dem auf das Ausgangssignal 138 b entgegenzuwirken. Der mittleren Einfluß der Gehäusetemperaturänderungen 15 Kompensationsabschnitt 154 b nimmt das Signal auf auf den Anzeigethermistor 70 angepaßt ist. Der Ther- der Leitung 146 aus der Umgebungstemperaturmistor 120 ist mit der Oberfläche des Reflektors mit- abfühlvorrichtung auf und benutzt dieses Signal, um tels eines Epoxydklebers verbunden. Eine der Leitun- den Einflüssen der Umgebungstemperaturänderungen gen 122 des Temperaturabfühlthermistors ist mit dem auf das Ausgangssignal 138 b, wie es von dem Kom-Aufhängdraht 74 verlötet. Die andere Leitung ist ge- 20 pensationsabschnitt 154 α verändert wurde, entgegentrennt durch einen Durchführungsisolator 124 nach zuwirken. Der gesamte Rückkopplungskreis wird außen geführt und mit dem Zuführkabel 90 verbun- durch Anwendung des zweifach geänderten Ausden. Das Kabel 90 nimmt auch einen Erdungsdraht gangssignals geschlossen, das durch die Stellung eines 126 auf, der an das Gehäuse 60 über eine Erdungs- mechanischen Bauteiles bestimmt wird, welches schraube 128 angeschlossen ist. 35 durch die gestrichelte Linie 138 c dargestellt wird,

Eine schematische Ausführungsform gemäß der damit der Ausgang aus einer veränderbaren Energie-Erfindung ist in F i g. 4 gezeigt, in der die Kapazitäts- quelle 134 a eingestellt wird, welche die Erregermeßvorrichtung 46 zwei im Abstand voneinander spannung in die Elektroden 130 und 132 einspeist, angeordnete Elektroden 130 und 132 aufnimmt, die Die Ableseanzeige wird durch die mechanische Einvorzugsweise in Berührung mit der Meßgutbahn 10 30 stellung 138 d eines Zeigers 156 auf einer Meßskala stehen. Diese Elektroden koppeln elektrisch eine 158 eines Streifen-Registriergerätes (nicht dargestellt) Energiequelle 134 und eine Anzeigevorrichtung 136 ausgedrückt.

mit dem Material. Die Anzeigevorrichtung weist eine Eine weitere Ausführungsform der Anordnung entsprechende Einrichtung auf, die auf eine elek- nach F i g. 4 ist in F i g. 6 dargestellt. Hier wird das trische Admittanzcharakteristik der Kopplung zwi- 35 Ausgangssignal auf der Leitung 142 aus der Infrarotschen Material und Kapazitätsmeßvorrichtung an- strahlungsabfühlvorrichtung 140 mit der Umgebungsspricht, damit ein Ausgangssignal auf der Leitung temperaturabfühlvorrichtung 144 verbunden. Die 138 erzeugt wird, das den Wert der gesuchten Ma- Temperaturabfühlvorrichtung ist in einen Stromkreis terialeigenschaft angibt. Eine Infrarotstrahlungs- eingeschaltet, der den Einflüssen der Umgebungsabfühlvorrichtung 140 ist im Abstand von der Meß- 40 temperaturänderungen auf das Ausgangssignal 142 gutbahn 10 befestigt, damit die Infrarotstrahlung aus der Strahlungsabfühlvorrichtung so entgegenwirkt, der Bahn angezeigt wird. Die Strahlungsanzeige- daß ein Signal auf der Leitung 142 a erzeugt wird, das vorrichtung enthält den Thermistor 70 (F i g. 2) und die Materialtemperatur anzeigt und unabhängig von eine zugeordnete Schaltung zur Erzeugung eines Si- den Einflüssen der Umgebungstemperatur auf die gnals auf der Leitung 142, das die Temperatur der 45 Strahlungsabfühlvorrichtung 140 ist. Das Anzeige-Bahn angibt, wie sie durch den Betrag an Infrarot- signal für die Materialtemperatur wird in einer entstrahlung festgelegt wird, welche auf die Strahlungs- sprechenden Kompensationsschaltung 160 mit dem abfühlvorrichtung 140 auftrifft. Eine Temperatur- die Materialeigenschaft anzeigenden, nicht kompenabfühlvorrichtung 144, die den Thermistor 120 sierten Signal auf der Leitung 138 b kombiniert, das (F i g. 2) und dessen zugeordnete Schaltung enthält, 50 von der dielektrischen Anzeigevorrichtung 136 b beerzeugt ein Signal auf der Leitung 146, das die Um- reitgestellt wird. Der quantitative Wert der gemessegebungstemperatureinflüsse auf die Strahlungs- nen Eigenschaft wird durch ein analoges Ausgangsanzeigevorrichtung 140 anzeigt. Eine Rechenschal- signal auf der Leitung 150 angezeigt, das Ausgangstung 148 nimmt die Signale aus der mit der Kapazi- signal ist dabei unabhängig von Änderungen in der tätsmeßvorrichtung gekoppelten Anzeigevorrichtung, 55 Temperatur des Materials.

der Strahlungsabfühlvorrichtung und der Tempe- Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 7

raturabfühlvorrichtung auf und erzeugt ein Ausgangs- dargestellt, die im einzelnen eine Anordnung ent-

signal auf der Leitung 150, das den quantitativen sprechend der Anordnung nach F i g. 6 wiedergibt.

Wert der gemessenen Materialeigenschaft unabhängig In diesem Beispiel liefert die Energiequelle eine

von Temperaturänderungen in der Meßgutbahn an- 60 Spannung, die mit zwei diskreten und weitgehend

zeigt. verschiedenen Frequenzen oszilliert. Die hohe Fre-

Die mit 148 in Fig. 4 bezeichnete Rechenschal- quenz wird von einem HF-Oszillator 162 erzeugt, die

tung kann in vielfältiger Weise ausgebildet sein. niedrige Frequenz von einem NF-Oszillator 164, der

F i g. 5 zeigt eine Schaltanordnung, bei der eine An- an ein Potentiometer 166 gelegt ist.

Zeigevorrichtung 136 a ein elektrisches Ausgangs- 65 Die Spannung aus dem HF-Oszillator und ein Teil

signal auf der Leitung 138 a erzeugt, das von einem der Spannung aus dem NF-Oszillator, die von der

Servosystem 152 aufgenommen und verarbeitet wird, beweglichen Anzapfung 166 a des Potentiometers 166

damit ein mechanisches Ausgangssignal, wie es durch abgenommen wird, werden in entsprechende Kombi-

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nierschaltungen 167 eingespeist. Ein Ausgang dieser Temperatur des Papiers auf einem festen Nenn-

Kombinierschaltungen wird so über einen Phasen- temperaturwert bleibt.

wandler 168 an die Elektrode 130 gelegt, daß ein Damit das Millivoltausgangssignal genau die

Wechselstrom doppelter Frequenz an die Verbin- Feuchtigkeit anzeigen kann, wenn die Temperatur

dungsstelle 170, die. mit der anderen Elektrode 132 5 des Papiers von der Nenntemperatur abweicht, ist

verbunden ist, gegeben wird. Die Kombinierschaltun- die Anzapfung 190 a an die andere Ausgangsklemme

gen 167 erregen auch die Leitung 172, wobei ein 196 in Reihe mit einer durch die Temperaturabwei-

gleich großer und entgegengesetzt gerichteter Strom chung bedingten Millivoltspannung geschaltet, die

an die Verbindungsstelle. 170 über einen Abgleich- aus einer Brückenschaltung 198 erhalten wird, welche

kondensator 174 bei fehlender Bahn 10 an die Kapa- io den Infrarotstrahlungsabfühlthermistor 70 und den

zitätsmeßvorrichtung .gegeben wird, z.B., wenn die Temperaturabfühlthermistor 120 aus den Fig. 2

Kapazitätsmeßvorrichtung zu Normierzwecken in der und 3 enthält.

in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise von <. Die Brückenschaltung 198 wird von einer entspre-

der Bahn entfernt wird; chenden Konstantspannungsquelle, z. B. der Batterie

Die Verbindung 170 der Kapazitätsmeßvorrichtung 15 200, gespeist. Der Thermistor 70 ist an die Span-

und des Abgleichkondensators ist an den Eingang nungsquelle in Reihe mit einem Widerstand 201 ge-

eines Anzeigeverstärkers 176 gelegt. Wenn die Kapa- legt; der Thermistor 120 ist mit der Spannungsquelle

zitätsmeßvorrichtung. in die Nähe der Bahn 10 ge- in Reihe mit einem Widerstand 202 verbunden. Zwei

bracht wird, sind die. Ströme durch die Kapazitäts- Widerstände 204 und 206 sind ebenfalls in Reihe an

meßvorrichtung und durch den Kondensator 174 20 die Batterie gelegt. Die Verbindung 208 der Wider-

nicht mehr im Gleichgewicht, und das Potential an stände 204 und 206 ergibt eine Bezugspotentialstelle

der Verbindungsstelle 170 versucht sich zu ändern. in der Brückenschaltung.

Dieser Tendenz wird durch den Anzeigeverstärker Der Wert des Widerstandes 201 wird so eingestellt, entgegengewirkt, dessen Ausgang einen Stromfluß in daß die Verbindung 210 des Widerstandes 201 und die Verbindungsstelle 170 über den Rückkopplungs- 25 des Thermistors 70 auf Bezugstemperatur liegt, die kondensator 178 verursacht. Der Strom auf Grund etwa der mittleren Temperatur des Materials entder Gegenkopplung ist gleich groß und entgegen- spricht, wenn die Maschine im normalen Betrieb gesetzt dem Unsymmetriestrom, der in die vor- arbeitet. Der Wert des Widerstandes 202 wird so einerwähnte Verbindung fließt, so daß die Verbindung gestellt, daß die Verbindung 212 mit dem Thermistor immer auf Null-Potential gehalten wird. 30 120 auf Bezugspotential liegt, wenn das Gehäuse 60 , Der Ausgang 180 des Anzeigeverstärkers ergibt (Fig. 2) und benachbarte Teile auf einer mittleren eine Spannung, die sich aus zwei Spannungen mit Betriebstemperatur liegen, wobei die Anordnung aus den entsprechenden niedrigen und hohen Frequenzen Anzeigekopf und Kapazitätsmeßvorrichtung über der zusammensetzt, welche durch die Oszillatoren 162 Bahn in der Meßstellung nach F i g. 1 angeordnet ist. und 164 erzeugt werden. Die HF-Spannung wird 35 Wenn die Bahntemperatur von der ausgewählten durch einen HF-Modulator 182 und die NF-Span- Nenntemperatur abweicht, ergibt die Potentialdiffenung durch einen NF-Demodulator 184 demoduliert. renz zwischen der Verbindungsstelle 208 und der Die Ausgänge aus den beiden Demodulatoren wer- Verbindungsstelle 210 ein Millivoltsignal, das die den in eine Servoverstärkerschaltung 186 eingespeist, Temperaturabweichung, wie sie von dem Infrarotdie einen Nullspannungseingang aufnimmt, wenn das 40 strahlungsabfuhlthermistor 70 festgestellt wird, anVerhältnis der Spannungen aus den beiden Demo- zeigt, obgleich das Signal von den Umgebungstempedulatoren gleich eins ist. Eine Änderung dieses Ver- raturbedingungen beeinflußt wird. Wenn die Umhältnisses bewirkt, daß der Servoverstärker einen gebungstemperatur von dem Nenn- oder Mittelwert Servomotor 188 erregt, der die bewegliche Anzap- abweicht, ergibt die Potentialdifferenz zwischen den fung 166α des Potentiometers 166 antreibt. Auf diese 45 Verbindungsstellen 208 und 212 ein Millivoltsignal, Weise wird die NF-Erregerspannung, die in die das proportional der Abweichung ist, die an den in Kapazitätsmeßvorrichtung eingespeist wird, konti- Reihe geschalteten Spannungsteilerwiderständen 214 nuierlich eingestellt, so daß das konstante Verhältnis und 216 auftritt.

der demodulierten Signale von eins aufrechterhalten Das Verhältnis der beiden Widerstände 214 und

bleibt. 50 216 wird in Abhängigkeit von dem Verhältnis der

Das Potentiometer 166 wird in der Weise verwen- Ansprechempfindlichkeit des Thermistors 70 auf die det, daß eine Vielzahl von Nebenschluß widerständen Infrarotstrahlung aus der Bahn und die Gehäusean die Anzapfungen des Potentiometers angeschlos- temperatur, wie sie vom Thermistor 120 angezeigt sen werden, wobei die von der Anzapfung 166 a er- wird, eingestellt, wobei auch jeder Unterschied in den haltene Spannung eine nichtlineare Funktion der 55 charakteristischen Eigenschaften der beiden Thermi-Stellung der Anzapfung längs des Potentiometers ist. stören berücksichtigt wird. Der Ausgang der Briik-Durch Einstellung der Werte der Nebenschlußwider- kenschaltung 198 wird zwischen den Verbindungsstände wird diese Funktion so geformt, daß die Ver- stellen 210 und 218 abgenommen, und die absolute Schiebung der Potentiometeranzapfung 166 a eine Millivoltspannung dieses Ausganges wird an den lineare Funktion der Feuchtigkeit im Material bei 60 Millivoltausgang des Ablesepotentiometers 190 angeeiner vorbestimmten Nenntemperatur ist. paßt, indem der Ausgang der Konstantspannungs-

Der Servomotor 188 treibt auch den Schieber 190 a quelle 200 eingestellt wird, die Energie in die Tem-

eines Potentiometers 190 an, das an eine Konstant- peraturbrückenschaltung einspeist.

Spannungsquelle angeschlossen ist. die durch die Bat- Wenn es erwünscht ist, kann die Genauigkeit der

terie 192 dargestellt wird. Damit ergibt die Anzap- 65 Strahlungsabfühlvorrichtung dadurch erhöht werden,

fung 190 α ein Millivoltsignal in bezug auf eine Aus- daß die Rechenschaltung komplizierter und aufwen-

gangsklemme 194, das eine lineare Funktion der diger gebaut wird, z. B. als eine Anordnung, die den

Feuchtigkeit im Papier ist, vorausgesetzt, daß die Ausgang der Temperaturabfühlvorrichtung zur Steue-

rung einer automatischen Aufheizvorrichtung verwendet, damit die Gehäusetemperatur der Strahlungsabfühlvorrichtung auf einem konstanten Wert gehalten wird. Es ist auch nicht notwendig, daß die Strahlungsabfühlvorrichtung und die Temperaturabfühlvorrichtung getrennte Elemente sind. Beispielsweise ist es möglich, eine Zerhackeranordnung zu verwenden, die abwechselnd Infrarotstrahlung gegen ein einzige Abführvorrichtung blockiert oder diese Strahlung durchläßt, wobei dann abwechselnd ein Materialtemperaturausgangssignal erhalten wird, wenn die Vorrichtung in ihrer beleuchteten Stellung steht, und ein Umgebungstemperaturausgangssignal auftritt, wenn die Vorrichtung abgedunkelt ist.

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung einer Eigenschaft, insbesondere der Feuchtigkeit einer laufenden Bahn aus dielektrischem Meßgut, z. B. Papier, deren Temperatur zeitlichen Schwankungen unterworfen ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender im einzelnen bekannter Maßnahmen:

a) eine Kapazitätsmeßvorrichtung (46; 130, 132) zur Messung einer dielektrischen Eigenschaft des Meßgutes (10);

b) eine Vorrichtung (54, 70; 140) zur Messung der Temperatur des Meßgutes auf Grund der Infrarotstrahlung mit einer der Geschwindigkeit der laufenden Bahn (10) angepaßten geringen Zeitkonstante, die in Längsrichtung der Bahn in unmittelbarer Nähe der Vorrichtung a) angeordnet ist;

c) eine Vorrichtung (120,144) zur Messung der Umgebungstemperatur der Vorrichtung b);

d) eine Rechenschaltung (148), die einerseits den Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Vorrichtung b) kompensiert und anderer-

40 seits die dielektrischen Meßwerte gemäß der Temperatur des Meßgutes korrigiert;
e) eine mechanische Vorrichtung (30, 44) zum Bewegen eines die Vorrichtungen a), b) und c) enthaltenden Meßkopfes (28) quer zur laufenden Meßgutbahn (10).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßvorrichtung (70) in einem Gehäuse (60, 64, 66) angeordnet ist, das ein für Infrarotstrahlung durchlässiges Fenster (68) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Temperaturmeßvorrichtung (70) zugeordnete Infrarotstrahlungsabsorptionsvorrichtung (72) innerhalb des Gehäuses (60) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsabsorptionsvorrichtung (72) eine an Drähten (74, 76) isoliert im Gehäuse (60) aufgehängte geschwärzte Scheibe ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßvorrichtung (70) als Thermistor ausgebildet ist und über Leitungen (92, 94) mit den Aufhängedrähten (74, 76) in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (60, 64, 66) an dem von der Strahlungseintrittseite abgewandten Ende einen Reflektor (98) aufweist, der auffallende Infrarotstrahlung auf die Absorptionsvorrichtung (72) fokussiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Meßraum zugewandten Seite des Reflektors (98) eine Temperaturmeßvorrichtung (120) angeordnet ist, die mit dem Aufhängedraht (74) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fenster (68) des Gehäuses (60, 64, 66) ein durch ein weiteres Fenster (104) abgeschlossener wärmeisolierender Raum vorgebaut ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen