DE2441473B2

DE2441473B2 - Verfahren und vorrichtung zum messen des feuchte- und/oder fuellstoffgehaltes bzw. der dicke von bahnen

Info

Publication number: DE2441473B2
Application number: DE19742441473
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian 8521 Igelsdorf Grassmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-08-29
Filing date: 1974-08-29
Publication date: 1977-09-29
Also published as: JPS5150789A; DE2441473C3; DE2441473A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Feuchte- und/oder Füllstoffgehaltes bzw. der Dicke von Bahnen, insbesondere von Papierbahnen, durch Bestimmung der dielektrischen Verluste mittels Hochfrequenzenergie.

Meßanordnungen zur kontinuierlichen Feuchtigkeitsmessung an laufenden Bahnen sind bespielsweise durch die DT-PS 9 25 319 bekanntgeworden und beruhen im wesentlichen auf einer statischen Aufladung bzw. auf einer elektrischen Leitfähigkeitsmessung. Anordnungen dieser Art sind nur beschränkt verwendbar, da ihr Meßergebnis stark von der umgebenden Luftfeuchtigs keit beeinfluß! wird. Darüber hinaus ergibt sicn ein recht komplizierter Elektrodenaulbau, wenn es sich um zu messende Bahnen von mehreren Meiern Bandbreite handelt.

Darüber hinaus sind durch die DT-PS 9 44 336

ίο Meßeinrichtungen bekanntgeworden, die zur Messung der Masse bzw. des Feuchtigkeitsgehaltes von dielektrischen Körpern mittels Kondensatoren dienen, deren elektrisches Feld im wesentlichen in Richtung der Bewegung des zu untersuchenden Materials verläuft

is und deren Elektroden zu beiden Seiten des zu untersuchenden Materials angeordnet sind. Zur Erzielung eines homogenen Längsfeldes ist der Meßkanal mit Schichten dielektrischen Materials ausgekleidet, und/oder zwischen die Elektroden verschiedenen

:o Potentials sind metallische Abschirmplatten eingefügt.

Diese bekannten Anordnungen vermögen nicht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen, die vor allem in der Angabe eines verbesserten Verfahrens und in der Schaffung einer einfacheren Vorrichtung liegt, mit deren Hilfe in wirtschaftlicher und schneller Weise gleichzeitig eine Vielzahl von Faktoren bestimmbar sind, von denen jeder einzelne Faktor zur Korrektur eines anderen Faktors und damit zur Erhöhung der Meßgenauigkeit — auch bei Bahnbreiten von mehreren Metern — dient, und das so erhaltene Meßergebnis beispielsweise zur Regelung des HF-Trockners an Papiermaschinen einsetzbar ist.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als Maß für die dielektrischen Verluste die absorbierte Leistung verwendet und durch zusätzliche Messung der Differenzfrequenz des belasteten und unbelasteten Meßkreises eine Korrekturgröße gewonnen wird, die die Meßwertabweichungen bei Dicken- oder Abstandsänderungen gegenüber den Meßwertkondensatoren verringert.

Hierdurch wird erreicht, daß durch Messung einer weiteren Größe (Frequenzverstimmung) eine Korrekturfunktion für das Meßergebnis gewonnen wird. Außerdem kann das Meßergebnis durch eine Rechenschaltung mit der Korrekturfunktion beaufschlagt und auf diese Weise ein wesentlich genaueres Meßergebnis erzielt werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß eine Vielzahl von Meßkondensatoren mit Streufeldelektroden quer zur

Bahn angeordnet und über η ■ j, lange Kabel über

einen Abfrageumschalter mit einem HF-Oszillator verbunden sind, und der Leistungsbedarf des Oszillators als Meßgröße dient.

Hierdurch wird eine höhere Meßgenauigkeit dadurch erzielt, daß der — infolge seiner vielen notwendigen Bauelemente — zu einem statisch größeren Fehlergang neigende Oszillator nur einmal vorhanden ist, während die leicht abstimmbaren und billig herstellbaren Meßfelder in einer Vielzahl verwendet werden.

Um eine genauere Meßwerterfassung für Feuchten im Bereich von ca. 1 bis 25 v. H. zuzulassen, ist es von Vorteii, daß als Meßwert für die Feuchte im wesentlichen die Verlustzahl tano oder das Produkt aus tano · Efrc/a/zv^dient.

Ebenso ist es vorteilhaft, daß als Meßwert für den Füllstoffgehalt bzw. für das spezifische Gewicht der

Ij

liahn die durch Messung der Differen.'.frequenz fti-fnLun gewonnene relative Dielektrizitätskonstante F.(n'Um) herangezogen wird. Hierdurch wird erreicht, dall die genannten Meßwerte aus den bereits gemessenen Größen abgeleitet werden können, ohne daß hierfür besondere Meßgeräte oder Meßstellen erforderlich wären.

Ferner ist es vorteilhaft, daß bei Abstandsänderungen der Bahn gegenüber dem Elektrodensystem der Meßwert für die Feuchte (tanrtj und/oder bei Bahndikkenschwankungen der Meßwert für den Füllstoffgeha't (ftvkitn) als Korrekturfaktor dient. Hierdurch wird das Meßergebnis hinsichtlich der Meßgenauigkeit wesentlich verbessert, wobei jeweils der Meßwert einer anderen Größe als Korrekturbild dient und beide Meßergebnisse wenigstens teilweise von denselben variablen Meßergebnissen abhängig sind.

Um eine Behinderung der aufzuführenden Bahn durch die Meßkondensatoren und deren mechanische Beschädigung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, daß die Meßkondensatoren in einer geraden und/ode^r stufenförmigen Linie quer zur Bahnlängsachse und zum Aufführen der Bahn ausschwenkbar oder verschiebbar angeordnet sind.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die Meßkondensatoren ein- oder beidseitig der Bahn angeordnet sind. Hierdurch werden bei Abstandsschwankungen der Papierbahn gegenüber den Meßelektroden zusätzliche Informationen gewonnen, die aus der auf die Abstandsänderungen zurückzuführenden Frequenzverstimmung herrühren.

Ferner ist es von Vorteil, daß aus den Meßwerte!) Istwerte ableitbar sind, die zur Steuerung des Stoffauflaufes dienen. Hierdurch wird erreicht, daß der quer zur Bahn steuerungsmäßig in einzelne Sektoren aufgeteilte Stoffauflauf leicht geregelt werden kann, wenn die Meßelektrodenfelder diesen Sektoren zugeordnet sind und die Meßwerterfassung für jeden Sektor getrennt erfolgt.

Schließlich ist die Verwendung einer möglichst hohen Oszillatorfrequenz von Vorteil, bei der eine anormale Dispersion für den tano-Verlauf von Wasser oder des zu messenden feuchten Stoffes vorliegt. Hierdurch wird erreicht, daß durch die Verwendung einer derartigen Absorptionsfrequenz das Meßverfahren als solches wiederum genauer wird, da bereits für kleinere Feuchteänderungen relativ große Absorptionsänderungen auftreten.

Anhand der Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in Seitenansicht den Aufbau eines Meßkondensatorelementes,

F i g. 2 die Anordnung der Meßkondensatoreiamente über die Bahnbreite in Kiellinie,

F i g. 3 die beiderseits der Bahn in liahnlängsrichiiing versetzt angeordneten Meßkondensatorelementc in Seitenansicht,

Fig.4 die entsprechende Draufsicht und die Schal- ^ tungsanordnung.

Mit 1 ist die zu messende Bahn, z. B. eine Papierbahn, bezeichnet, die sich jeweils in Richtung des angebrachten Pleiles 2 bewegt. Als Meßglieder dienen die Meßelektroden 3 und 4, die in bekannter Weise zu

κι einem ebenen Streufeldelektrodensystem zusammengeschaltet sind. Die zwischen den MeßeleHroden 3 und 4 angebrachten Verbindungsleitungen 5 und 6 sind mit einer Induktionsspule 7 und einem dazu parallel angeordneten, regelbaren Kondensator 8 elektrisch

is verbunden, so daß ein Resonanzkreis entsteht. Sämtliche Teile sind in einem schwenk- oder verschiebbaren Kasten 9 untergebracht, damit er beim Aufführen der Bahn nicht hinderlich ist (Fig.3). Letzterer ist mit den Anschlußklemmen 10 und 11 versehen, die entweder mit einem Meßgerät 12, oder — wie aus F i g. 4 zu ersehen

— mit Hilfe von η ■ ~ langen Hochfrequenzkabeln 13

über einen Abfrageschalter 14 mit dem gemeinsamen HF-Oszillator 15 verbunden sind. Vom HF-Oszillator

ns werden zwei Werte einem Mischer 16 über die Leitungen 17 und 18 zugeleitet, und zwar über die Leitung 17 die HF-Verlustleitung N_v und über die Leitung 18 die Frequenzdifferenz Af. Die vom Mischer 16 ausgehenden Impulse werden über den mit dem Abfrageschalter 14 gekuppelten Nachlaufschalter 19 zugeleitet, der diese ständig abgefragten Ergebnisse dem Speicher 20 zuleitet, der entweder die Meßergebnisse auf einem zeichnerisch nicht dargestellten Anzeigegerät optisch erkennen läßt oder aber einem Rechner Steuersignale für die Regelung des Papiermaschinenantriebes oderTeilen davon übermittelt.

Der Gegenstand der Erfindung zeichnet sich vor allem durch seinen einfachen Aufbau aus. Je nach der Breite der Papierbahn 1 können die Meßkondensatorenkästen 9 — wie aus Fig.4 ersichtlich — über die gesamte Bahnbreite verteilt werden. Es können die Kästen 9 auch versetzt angeordnet werden, damit der zwischen zwei Kasten entstehende Spalt 21 unschädlich gemacht wird. Ferner gibt das dielektrische Meßgerät nach der Erfindung HF-belastungsproportionale Meßwerte an, die nicht — wie bei anderen Meßverfahren — aus Feuchtigkeitsmeßwerten abgeleitet werden müssen. Da die Betriebsfrequenz aller Meßkreise beim Gegenstand der Erfindung gleich gehalten und zusätzlich die Meßverstimmung der einzelnen Meßkreise ermittelt wird, wird eine wesentliche Verbesserung der Meßgenauigkeit erzielt und als Korrekturwer· für Abstandsund Dickenänderungen beim Feuchtemeßergebnis berücksichtigt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen des Feuchte- und/oder Füllstoffgehaltes bzw. der Dicke von Bahnen, insbesondere von Papierbahnen, durch Bestimmung der dielektrischen Verluste mittels Hochfrequenzenergie, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für dielektrische Verluste die absorbierte Leistung verwendet und durch zusätzliche Messung der Differenzfrequenz (Af) des belasteten und unbelasteten Meßkreises eine Korrekturgröße gewonnen wird, die die Meßwertabweichungen bei Dicken- oder Abstandsänderungen gegenüber den Meßkondensatoren (3,4) verringert.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Meßkondensatoren (3,·») mit Streufeldelektroden quer zur Bahn (1) angeordnet und über

/ι· ^ lange Kabel (13) über einen Abfrageumschalter (14) mit einem HF-Oszillator (15) verbunden sind und der Leistungsbedarf des Oszillators als Meßgröße dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwert für die Feuchte die Verlustzahl tan<5 oder das Produkt aus tan ö ■ fy_rw.,i/i; dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwert für den Füllstoffgehalt bzw. für das spezifische Gewicht der Bahn die durch Messung der Differenzfrequenz fo—ffn-ijmj gewonnene relative Dielektrizitätskonstante ε^·/,,,,,; herangezogen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abstandsänderungen der Bahn gegenüber dem Elektrodensystem (3, 4) der Meßwert für die Feuchte tano und/oder bei Bahndickenschwankungen der Meßwert für den Füllstoffgehalt fe_rt./,„_n>}als Korrekturfaktor dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkondensatoren (3,4) in einer geraden und/oder stufenförmigen Linie quer zur Bahnlängsachse und zum Aufführen der Bahn (1) ausschwenkbar oder verschiebbar angeordnet, sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkondensatoren ein- oder beidseitig der Bahn (1) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßwerten Istwerte ableitbar sind, die zur Steuerung des Stoffauflaufes dienen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung einer möglichst hohen Oszillatorfrequenz, bei der eine anormale Dispersion für den tanö-Verlauf von Wasser oder des zu messenden feuchten Stoffes vorliegt.