DE3006696A1 - Material dielectric constant measuring device - has electrode placed in material with HF excitation used to determine change in capacitance of electrode - Google Patents

Abstract

The dielectric properties of the material are determined by capacitance measurements. The electrode consists of an etched metal track (9) on a non-porous substrate (10) exposed to the material being measured. High frequency excitation is used to determine the change in capacity of the electrode. The electrode is rigidly fixed in an aluminium plug which may be inserted into the container holding the material to be measured. The plug also contains a resistance heater and a thermistor so that the electrode can be controlled to a constant temp.

Description

Vorrichtung zum Messen dielektrischer Eigenschaften Device for measuring dielectric properties

Die Messung der dielektrischen Eigenschaften von Materialien ist wertvoll, um deren Reinheit und physikalischen Zustand - beispielsweise den Verschmutzungs- und Zersetzungsgrad, die Kristallinität und das Vorliegen polarer funktioneller Gruppen - zu bestimmen. Man hat versucht, Instrumente zu diesem Zweck zu erstellen; diese sind jedoch, da sie nicht zuverlässig genug waren, bzw. wegen der Schwierigkeit und des Aufwands, zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, nur begrenzt angenommen worden. Die Instrumente wie beispielsweise der US-PS 3 739 265, 3 746 974 und 3 753 092 sind zwar bequem einzusetzen, aber nicht zuverlässig genug. Dieser Stand der Technik lehrt nicht eine präzise Temperaturregelung bzw. die Notwendigkeit, ein undurchlässiges Fühlersubstrat vorzusehen.Measuring the dielectric properties of materials is valuable their purity and physical condition - for example the pollution and degree of decomposition, crystallinity and the presence of polar functional Groups - to be determined. Attempts have been made to create instruments for this purpose; however, these are because they were not reliable enough or because of the difficulty and the effort to achieve reliable results has received limited acceptance. The instruments such as U.S. Patents 3,739,265, 3,746,974, and 3,753,092 are convenient to use, but not reliable enough. This prior art does not teach precise temperature control or the need for an impermeable Provide sensor substrate.

Die Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung bieten ebenfalls eine bequeme Messung, jedoch auch eine weit bessere Zuverlässigkeit und erlauben die Messung dielektrischer Eigenschaften in Anwendungsbereichen, in denen sie bisher nicht praktikabel war.The devices of the present invention also provide a convenient measurement, but also a far better reliability and allow the measurement of dielectric properties in areas of application in which they were previously was impractical.

Derzeit benutzt man als Maß der Reinheit und/oder Gleichmäßigkeit einer Chemikalie den Brechungsindex. Der Brechungsindex ist jedoch nur ein Maß für die Verschiebungspolarisation der Moleküle, während die Dielektrizitätskonstante ein Maß für sowohl die Verschiebungs- als auch die Orientierungspolarisation ist; insbesondere bei polaren Verbindungen stellt die Orientierungspolarisation einen wesentlich größeren Anteil dar. Mit den Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung läßt sich in vielen Fällen der Brechungsindex als Meßgröße vermeiden und sie bieten eine zweckmäßigere Messung und grö-Beren Nutzen.Currently used as a measure of purity and / or evenness a chemical's refractive index. However, the refractive index is only a measure of the displacement polarization of the molecules, while the dielectric constant a measure of both displacement and orientation polarization is; Orientation polarization is particularly important in the case of polar compounds a much larger proportion. With the devices according to the present In accordance with the invention, the refractive index can be avoided as a measurable variable and in many cases they offer more convenient measurement and greater utility.

Die Glastbergangstemperatur von Polymerisaten ist ein wichtiger Wert, deren Nutzen in verschiedenen Anwendungen sowie auch akzeptable Verarbeitungsmethoden bestimmt. Man mißt sie derzeit nach der Differenzwärmeanalyse, bei der man die am Ubergang zwischen dem kristallinen und dem amorphen Zustand übernommene Wärme bestimmt. Mit einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann man die Glasübergangstemperatur weit bequemer, billiger und schneller bestimmen, indem man die Änderung der Elektrizitätskonstante im übergang mißt.The glass transition temperature of polymers is an important value their usefulness in various applications as well as acceptable processing methods certainly. It is currently measured according to the differential heat analysis, in which the am Determines the transition between the crystalline and the amorphous state. With a device according to the present invention one can determine the glass transition temperature It is far more convenient, cheaper and faster to determine the change in the constant of electricity measures in transition.

Die kontinuierliche überwachung von chemischen Verfahrensströmen, Schmierölen in arbeitenden Motoren sowie der Luftqualität sind ebenfalls nützliche Anwendungen unterschiedlicher Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.The continuous monitoring of chemical process flows, Lubricating oils in working engines as well as air quality are also useful Applications of different embodiments of the present invention.

Ein spezielles Beispiel für die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung, die dafür konstruiert ist, die Güte von Speiseöl zu bestimmen. Derartige le werden beim Fritieren von Kartoffelchips, Hühnerfleisch, Fischen, Pommes frites und dergleichen durch Oxidation und Hydrolyse in ihrer Qualität beeinträchtigt; die Beeinträchtigung wird als Geschmacksverlust des fritierten Speiseproduktes bemerkbar. Eine über wachung dieser Qualitätsabnahme durch Laboranalysen ist zu teuer, zeitraubend und nicht umfassend genug; sie müßte an jeder Friteuse durchgeführt werden. Daher wird in vielen Restaurants das ö1 einfach in regelmäßigen kurzen Abständen gewechselt, um die Qualität der fritierten Speisen zu schützen. Nach dem speziellen Beispiel der vorliegenden Erfindung läßt die Qualitätseinbuße des ls sich schnell und zuverlässig feststellen, so daß man es nur auszuwechseln braucht, wenn nötig - man spart so erheblich an o1, während man die Güte der fritierten Speisen dennoch beibehält.A specific example of the present invention is an apparatus which is designed to determine the quality of cooking oil. Such oils will be when deep-frying potato chips, chicken, fish, french fries and the like impaired in quality by oxidation and hydrolysis; the impairment becomes noticeable as a loss of taste in the fried food product. A surveillance this quality decrease through laboratory analysis is too expensive, time consuming and not comprehensive enough; it would have to be done on every deep fryer. Therefore, in many restaurants simply use the ö1 at regular short intervals changed, to protect the quality of the fried food. According to the specific example The present invention allows the degradation of oil to be quickly and reliably so that you only need to replace it if necessary - you save money significantly at o1, while still maintaining the quality of the fried food.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Messen der dielektrischen Kapazität eines Materials mit (a) einer Einrichtung, die das Material in einerMeßlage hält, (b) einer nichtporösen und flüssigkeitsundurchlässigen Kapazitätsfühleinrichtung, die die dielektrische Kapazität des Materials messen kann, (c) eine Temperaturregelung, die das Material in einem vorbestimmten Wärme zustand halten kann, und (d) einer Anzeigeeinheit, die die dielektrische Kapazität des Materials in dem vorbestimmten Wärme zustand anzeigen kann.The present invention provides an apparatus for measuring the dielectric capacitance of a material comprising (a) a means which the material holds in a measurement position, (b) a non-porous and liquid-impermeable capacity sensing device, which can measure the dielectric capacitance of the material, (c) a temperature control, which can keep the material in a predetermined heat state, and (d) one Display unit showing the dielectric capacitance of the material in the predetermined Can display the heat state.

Nur als Beispiel sollen im folgenden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden. Die Fig. 1 zeigt einen speziellen Becher zur Aufnahme eines Materials in einer Meßlage, der auch ein Temperaturfühlelement sowie Mittel zum Beheizen des Bechers aufweist. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Aluminium-Seitenwand, die mit dem Aluminiumstopfen 2 zusammen eine rasche Äquilibrierung der Wärme aus dem Widerstandsheizelement 3 besorgt, das um die Aluminiumbecheranordnung außen herumgewickelt ist. Der Thermistor 4 ist das Temperaturfühlelement, das gemeinsam mit der Wärmeregelschaltung, die die Fig. 2 zeigt, den im wesentlichen ebenen Elektrodenfühler 5 (vergl. Fig. 3) auf einer genau geregelten und bekannten Temperatur hält. Wenn der Fühler 5 und das Material, dessen dielektrische Kapazität bestimmt werden soll, die genau geregelte Meßtemperatur erreicht haben, wird die in Fig. 4 gezeigte Kapazitätsfühlschaltung erregt und eine Ablesung mit dem Null instrument 6 und einem Abweichungskondensator 7 genommen; der Meßwert wird von der Skala auf dem Knopf des Abweichungskondensators abgelesen. Um nur Xnderungen der Die lektrizitätskonstante zu bestimmten (beispielsweise bei Gütekontrollanwendungen), sind die Abweichungswerte üblicherweise ausreichend. Ist jedoch die Dielektrizitätskonstante selbst gefordert, läßt sich bei in einer festen Stellung befindlichem Eichkondensator 8 mit zwei oder mehr Materialien bekannter Dielektrizitätskonstante, eine einfache Kurve der Dielektrizitätskonstante als Funktion der Ablesewerte auf der Abweichungsskala auftragen, so daß sich der unbekannte Wert für ein bestimmtes Prüfmaterial aus dieser Kurve unmittelbar ablesen läßt.Exemplary embodiments are intended in the following as an example only of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings will. Fig. 1 shows a special cup for receiving a material in a measuring position, which also has a temperature sensing element and means for heating the Has mug. The reference numeral 1 denotes an aluminum side wall, the with the aluminum plug 2 together a rapid equilibration of the heat from the Resistance heating element 3 provided that wrapped around the outside of the aluminum can assembly is. The thermistor 4 is the temperature sensing element that, together with the heat control circuit, which Fig. 2 shows, the essentially flat electrode sensor 5 (see Fig. 3) keeps at a precisely controlled and known temperature. If the sensor 5 and the material, whose dielectric capacity is to be determined, have reached the precisely regulated measuring temperature, the capacitance sensing circuit shown in FIG energized and a reading with the null instrument 6 and a deviation capacitor 7 taken; the reading is taken from the scale on the button of the deviation capacitor read. In order to determine only changes in the dielectric constant (e.g. for quality control applications), the deviation values are usually sufficient. However, if the dielectric constant itself is required, in one can Fixed position calibration capacitor 8 with two or more materials known Dielectric constant, a simple curve of the dielectric constant as a function Plot the readings on the deviation scale so that the unknown value for a specific test material can be read directly from this curve.

Die Becherelemente 1 und 2 sind vorzugsweise aus Aluminium gefertigt; jedes Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit ist jedoch ebenfalls geeignet.The cup elements 1 and 2 are preferably made of aluminum; however, any metal with good thermal conductivity is also suitable.

Der Fühler 5 ist eine Elektrodengruppe 10 auf einem Substrat 9, das für die zu prüfenden Materialien undurchlässig ist.The sensor 5 is an electrode group 10 on a substrate 9, the is impermeable to the materials to be tested.

Die Elektrode kann aus einem beliebigen leitfähigen Metall bzw. einer solchen Metallkombination bestehen; korrosionsfeste Metalle wie Nickel, Gold oder Platin sind bevorzugt.The electrode can be made of any conductive metal or a consist of such a metal combination; corrosion-resistant metals such as nickel, gold or Platinum are preferred.

Die Elektroden 10 lassen sich nach verschiedenen Verfahren bzw. Verfahrenskombinationen herstellen, die dem Fachmann bekannt sind - beispielsweise Photoätzen, galvanische Ablagerung, Auf stäuben usw. Das Substrat 9 ist vorzugsweise eine nichtporöse Keramik wie Alumin iumox id; verschiedene Gläser und dergleichen sind jedoch ebenfalls geeignet. In bestimmten Fällen können bestimmte organische Polymerisate ebenfalls für das Substrat geeignet sein. In einer speziell zur Überwachung von Speiseölen im Temperaturbereich von 40 - 1000C konstruierten Einheit hat sich beispielsweise ein Polytetrafluoräthylen-Glasfaser-Laminat als Substrat als geeignet erwiesen. Die bevorzugte Spalt- und Auflagebreite im Fühler 5 liegt zwischen 25 und 150um, um den Fühler ausreichend empfindlich zu machen und seine Größe zu begrenzen.The electrodes 10 can be set according to various methods or combinations of methods produce known to those skilled in the art - for example photoetching, galvanic Deposition, dusting, etc. The substrate 9 is preferably a non-porous ceramic such as aluminum oxide; however, various glasses and the like are also suitable. In particular Certain organic polymers can also be used in cases be suitable for the substrate. In a specially designed one for monitoring edible oils Unit constructed in the temperature range of 40 - 1000C has proven itself, for example a polytetrafluoroethylene-glass fiber laminate proved suitable as a substrate. The preferred gap and contact width in the sensor 5 is between 25 and 150um, to make the probe sufficiently sensitive and to limit its size.

Die Temperaturregelung sollte so ausgelegt sein, daß sie die Temperatur des Bechers innerhalb + 10C und vorzugsweise + 0,30C konstantregeln kann, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen.The temperature control should be designed to control the temperature of the cup can be kept constant within + 10C and preferably + 0.30C in order to be reliable Achieve results.

Die in Fig. 2 gezeigte Regelschaltung enthält einen 6-Volt-Regler, eine temperaturgeregelte Heizschaltung und eine Prüfschaltung. Der Betriebsschalter 11 wird geschlossen, um die 1lV=-Betriebsstromversorgung an das Instrument zu legen. Die Gleichspannung wird mit der Diode 12 und einem Kondensator 16 gefiltert und speist dann einen 6-Volt-Regler 13, das Becherheizelement 3 sowie den Widerstand 15 und die Lumineszenzdiode 14. Bei angeschalteter Betriebsspannung leuchtet die Lumineszenzdiode 14 auf.The control circuit shown in Fig. 2 contains a 6-volt regulator, a temperature-controlled heating circuit and a test circuit. The power switch 11 is closed to apply the 1 IV = operating power supply to the instrument. The DC voltage is filtered with the diode 12 and a capacitor 16 and then feeds a 6-volt regulator 13, the beaker heating element 3 and the resistor 15 and the luminescent diode 14. When the operating voltage is switched on, the lights up Light emitting diode 14 on.

Die Heizschaltung besteht aus dem Thermistor 4, dem Verstärker 21 mit der zugehdrigen Beschaitung und einer Darlington-Leistungsstufe 26 mit dem Heizelement 3.Der (+)-Eingang 22 des Verstärkers 21 ist auf die mit dem Widerstandsteilernetzwerk 18, 32 erzeugte Bezugsspannung mit der Hälfte der Versorgungsspannung bzw. 3,0 V gelegt. Der (-)-Eingang 23 des Verstärkers 21 wird aus der Rombination des Thermistors 4 mit einem Widerstand 31 angesteuert. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 21 wird mit dem Rückkoppelwiderstand 19 eingestellt; dieser Verstärker steuert die Leistungsdarlingtonstufe 26 an.The heating circuit consists of the thermistor 4, the amplifier 21 with the associated wiring and a Darlington power stage 26 with the heating element 3. The (+) input 22 of amplifier 21 is connected to the resistor divider network 18, 32 generated reference voltage with half of the supply voltage or 3.0 V placed. The (-) input 23 of the amplifier 21 is derived from the combination of the thermistor 4 controlled with a resistor 31. The gain of the amplifier 21 is set with the feedback resistor 19; this amplifier controls the Power Darlington Level 26 on.

Die Spannungsverstärkung der Darlingtonstufe 26 hängt vom Verhältnis des Heizwiderstands 3 zum Emitterwiderstand 29 (3/29) ab. Wird Strom an das Instrument geschaltet, hat der Thermistor 4 anfänglich einen hohen Widerstand (etwa 100 kOhm).The voltage gain of the Darlington stage 26 depends on the ratio of the heating resistor 3 to the emitter resistor 29 (3/29). Will power to the instrument switched, the thermistor 4 initially has a high resistance (about 100 kOhm).

Der Verstärker 21 wird in den Zustand H geschaltet, so daß die Darlingtonstufe 26 durchschaltet. Der Kollektor 30 des Darlingtontransistors 26 geht auf L, so daß der Heizwiderstand 3 vollen Strom erhält. Während der Thermistor 4 sich dem Wert des Widerstands 31 nähert, wird der Verstärker 21 in seinen linearen Arbeitsbereich gebracht. Das Vorspannungsnetzwerk 25, 27, 28 ist mit dem Widerstand 27 so eingestellt, daß sich eine Ausgangsspannung von 3V hinter dem Verstärker ergibt, wenn am Verstärkereingang 23 der Widerstand des Thermistors 4 gleich dem Widerstandswert des Widerstands 31 ist.The amplifier 21 is switched to the H state, so that the Darlington stage 26 switches through. The collector 30 of the Darlington transistor 26 goes to L, so that the heating resistor 3 receives full current. While the thermistor 4 is the value of the resistor 31 approaches, the amplifier 21 is in its linear operating range brought. The bias network 25, 27, 28 is set with the resistor 27 so that that there is an output voltage of 3V behind the amplifier, if at the amplifier input 23 the resistance of the thermistor 4 is equal to the resistance of the resistor 31 is.

In diesem Zustand befindet sich auch die Darlingtonstufe 26 im linearen Arbeitsbereich. Erfaßt der Thermistor 4 eine Temperaturänderung von beispielsweise +AT, nimmt sein elektrischer Widerstand entsprechend ab; dieser Schritt wird am Verstärkereingang 23 als Spannungszunahme erfaßt. Der invertierende Verstärker 21 zeigt am Ausgang 24 eine der Eingangsspannungszunahme um den Verstärkungsfaktor proportionale Ausgangsspannungsabnahme, die den Steuerstrom der Darlingtonstufe 26 verringert. Es nimmt also der Strom in der Darlingtonstufe 26 ab, so daß auch die dem Heizwiderstand 3 zugeführte Leistung verringert wird. Der Thermistor erfaßt die verminderte Leistungszufuhr zum Heizelement 3 als Temperaturabfall, so daß der elektrische Widerstandswert des Thermistors 4 steigt und die dort aufgetretene Änderung ausregelt. Für negative Temperaturänderungen am Thermistor 4 korrigiert die negative Rückkoppelung des Heizregelverstärkers die im Fühlthermistor 4 aufgetretene Widerstandsänderung.In this state, the Darlington stage 26 is also in the linear state Workspace. If the thermistor 4 detects a temperature change of, for example + AT, its electrical resistance decreases accordingly; this step will take place on Amplifier input 23 detected as a voltage increase. The inverting amplifier 21 shows at output 24 one of the input voltage increase by the gain factor proportional output voltage decrease, which the control current of the Darlington stage 26 decreased. So it decreases the current in the Darlington stage 26, so that too the power supplied to the heating resistor 3 is reduced. The thermistor detects the reduced power supply to the heating element 3 as a temperature drop, so that the electrical resistance of the thermistor 4 increases and the change that has occurred there corrects. For negative temperature changes at the thermistor 4 corrects the negative Feedback of the heating control amplifier the change in resistance that has occurred in the sensor thermistor 4.

Weiterhin steuert der Verstärkerausgang 42 die Prüfleuchte (mit 58 bezeichnete Lumineszenzdiode), die anzeigt, daß der Fühlbecher die gewünschte Prüftemperatur erreicht hat. Das Widerstandsteilernetzwerk aus den Widerständen 33, 48, 49 und 50 setzt dabei die Spannungsgrenzen fest. Der untere Spannungsgrenzwert entsprechend der maximalen Arbeitstemperatur des Fühlers ist an den (-)-Eingang des Verstärkers 52 gelegt, der obere Spannungsgrenzwert entsprechend der minimalen Arbeitstemperatur des Fühlers an den Verstärker 36.The amplifier output 42 also controls the test lamp (with 58 labeled light emitting diode), which indicates that the sensing cup has reached the desired test temperature has reached. The resistor divider network made up of resistors 33, 48, 49 and 50 sets the voltage limits. The lower voltage limit accordingly the maximum working temperature of the sensor is to the (-) - input of the amplifier 52, the upper voltage limit value corresponds to the minimum working temperature of the sensor to the amplifier 36.

Liegt der Verstärkerausgang 24 außerhalb der vom Teilernetzwerk festgelegten Bereichsgrenzen, ist die Summenausgangsspannung der Verstärker 36, 52 niedriger als der Schwellwert des Verstärkers 43. Ist beispielsweise die Ausgangsspannung am Ausgang 24 höher als die Spannung am (+)-Eingang 34 des Verstärkers 36, hat der Ausgang 39 den Wert L. Die Spannung am Ausgang 24 wird höher als der am (-)-Eingang 51 des Verstärkers 52 festgelegte Wert und der Ausgang 53 hat den Wert H. Die Summenausgangsspannung der Verstärker 36, 52 erscheint am gemeinsamen Anschluß der Widerstände 40,55. Diese Spannung am Verstärker 43, 41 ist niedriger als der am(+)-Eingang 42 des Verstärkers 43 festgelegte Schwellwert und der Verstärkerausgang 44 bleibt auf dem Wert H, so daß der Regeltransistor 47 sperrt. Sinkt die Spannung am Verstärkerausgang 24 unter die Bereichsgrenze des Verstärkers 36 ab (angezeigte Fühlertemperatur hat den Arbeitsbereich erreicht), springt der Ausgang 39 auf den Wert H. Der Kondensator 57 wird mit dem Summenstrom aus den Widerständen 40, 55 geladen. übersteigt die Spannung über dem Kondensator 57 über den Schwellwert des Verstärkers 43 am (+)-Eingang 42, springt der Ausgang 44 des Verstärkers 43 in den Zustand L, so daß der Transistor 47 durchschaltet. Es erscheint also Spannung am Punkt 60, der zu dem in Fig. 2 gezeigten Oszillator führt, und die grüne Prüf-Lumineszenzdiode wird erregt. Die durch den Kondensator 57 erreichte Verzögerung entspricht etwa der Zeit, die der Verstärker 21 braucht, um über die Bereichsgrenze seinen endgültigen Gleichgewichtszustand einzunehmen.If the amplifier output 24 is outside of the range specified by the divider network Range limits, the total output voltage of the amplifiers 36, 52 is lower than the threshold of amplifier 43. For example, is the output voltage at the output 24 higher than the voltage at the (+) input 34 of the amplifier 36, the Output 39 has the value L. The voltage at output 24 is higher than that at the (-) input 51 of the amplifier 52 and the output 53 has the value H. The sum output voltage the amplifier 36, 52 appears at the common connection of the resistors 40, 55. These The voltage at the amplifier 43, 41 is lower than that at the (+) input 42 of the amplifier 43 specified threshold and the amplifier output 44 remains at the value H, see above that the control transistor 47 blocks. If the voltage at the amplifier output 24 falls below the range limit of the amplifier 36 (indicated sensor temperature has the working range reached), the output 39 jumps to the value H. The capacitor 57 is with the Total current from the resistors 40, 55 loaded. exceeds the voltage across the Capacitor 57 above the threshold of amplifier 43 at the (+) input 42, the output 44 of the amplifier 43 jumps to the state L, so that the transistor 47 switches through. Thus, voltage appears at point 60, which corresponds to that shown in FIG The oscillator leads and the green test LED is energized. The through the The delay achieved by capacitor 57 corresponds approximately to the time the amplifier takes 21 needs to get beyond the range limit to its final state of equilibrium to take.

übersteigt die Spannung am Verstärkerausgang 24 eine der Bereichsgrenzen (beispielsweise wenn eine neue Prüfflüssigkeit in den Fühlerbecher gefüllt wird), schaltet der Grenzverstärker (36 oder 52) auf L und wird der Kondensator 57 über die Dioden 37 bzw. 54 schnell entladen. Der Widerstand 56 hat einen weit kleineren Widerstandswert als die Widerstände 40, 55 und begrenzt den Ladestrom, der von den Verstärkern 36, 52 aufgebracht werden muß. Die Diode 38 ist eine Schutz-Klemmdiode, die die Eingangsspannung am Verstärker 43 begrenzt. Die Widerstände 45, 46 setzen die Vorspannung des Transistorschalters 47 fest. Der Widerstand 59 bestimmt den Arbeitsstrom der grünen Prüf-Lumineszenzdiode.If the voltage at the amplifier output 24 exceeds one of the range limits (for example when a new test liquid is filled into the sensor cup), switches the limit amplifier (36 or 52) to L and the capacitor 57 is over the diodes 37 and 54 discharge quickly. The resistor 56 has a much smaller one Resistance value than the resistors 40, 55 and limits the charging current that is supplied by the Amplifiers 36, 52 must be applied. The diode 38 is a protection clamp diode, which limits the input voltage to amplifier 43. Set the resistors 45, 46 the bias of the transistor switch 47 is fixed. The resistor 59 determines the Working current of the green test light emitting diode.

Die Bauteilewerte für eine Temperaturregelung auf + 0,30C sind wie folgt: Pos. 3 - 0,08 mm Nichromdraht, Länge 368 mm (14-1/2 in.) 4 - Thermistor (YSI Precision YSI-44011) 11 - Einschalter (C & K Nr. 8161-J82) 12 - Diode (1N4001) 13 - 6-V-Regler (LM-341P6) 14 - Lumineszenzdiode (Monsanto MV-5054-2) 15 - Kohleschichtwiderstand 470 Ohm 5 % 1/4W 16 - Elektrolytkondensator 330 ßF/25V 17 - Keramikkondensator 0,47 F 18 - Metallschichtwiderstand 6,81 kohm, 1%, 1/8W Pos. 19 - Metallschichtwiderstand 100 kohm, 1% 1/8W 20 - 0,022 ßFr Keramikkondensator 21 - integrierter Verstärker (1/2 eines LM747CN) 25 - Kohleschichtwiderstand 6,8 kOhm, 5%, /4W 26 - NPN-Darlingtontransistor (GE D40-C1) 27 - Potentiometer 10 kohm (A-B Nr. E4A) 28 - Diode (1N4148) 29 - Kohleschichtwiderstand 1Ohm, 5% 1/2W) 31 - Metallschichtwiderstand 12,1 kohm, 1%, 1/8W 32 - Metallschichtwiderstand 6,81 kohm, 18, 1/8W 33 - Metallschichtwiderstand 11,5 kohm, 1% 1/8W 36 - integrierter Verstärker (1/2 eines LM 747CN) 37 - Diode (1N4148) 38 - Diode (1N4148) 40 - Kohleschichtwiderstand 680 kohm, 5% 1/4W 43 - integrierter Verstärker (1/2 eines LM 747CN) 45 - Kohleschichtwiderstand lkOhm, 5% 1/4W 46 - Kohleschichtwiderstand 470 Ohm, 5% 1/4W 47 - PNP-Transistor, o,8A (Matsushita 2SC719) 48 - Metallschichtwiderstand 4,02 kohm, 1% 1/8W 49 - Metallschichtwiderstand 6,81 kohm, 1% 1/8W 50 50 - Metallschichtwiderstand 15,9 kohm, 1%, 1/8W 52 - integrierter Verstärker (1/2 eines LM 747CN) 54 - Diode (1N4148) 55 - Kohleschichtwiderstand 680 kohm, 5%, 1/4W 56 - Kohleschichtwiderstand 6,8 kOhm, 5%, 1/4W 57 - Elektrolytkondensator 290 ßF, 12V 58 - Lumineszenzdiode (Xciton Nr. XC-556-G) 59 - Kohleschichtwiderstand 22G Ohm, 5%, 1/4W Im folgenden sei eine beispielhafte Kapazitätsmeßschaltung beschrieben, mit der sich die nach der vorliegenden Erfindung mögliche Zuverlässigkeit erreichen läßt.The component values for temperature control to + 0.30C are like follows: Pos. 3 - 0.08 mm nichrome wire, length 368 mm (14-1 / 2 in.) 4 - Thermistor (YSI Precision YSI-44011) 11 - Power On Switch (C & K No. 8161-J82) 12 - Diode (1N4001) 13 - 6 V regulator (LM-341P6) 14 - Light emitting diode (Monsanto MV-5054-2) 15 - Carbon film resistor 470 Ohm 5% 1 / 4W 16 - electrolytic capacitor 330 ßF / 25V 17 - ceramic capacitor 0.47 F 18 - metal film resistor 6.81 kohm, 1%, 1 / 8W Pos. 19 - metal film resistor 100 kohm, 1% 1 / 8W 20 - 0.022 ßFr ceramic capacitor 21 - integrated amplifier (1/2 of an LM747CN) 25 - Carbon film resistor 6.8 kOhm, 5%, / 4W 26 - NPN Darlington transistor (GE D40-C1) 27 - Potentiometer 10 kohm (A-B No. E4A) 28 - Diode (1N4148) 29 - Carbon film resistor 1Ohm, 5% 1 / 2W) 31 - metal film resistance 12.1 kohm, 1%, 1 / 8W 32 - metal film resistance 6.81 kohm, 18, 1 / 8W 33 - metal film resistor 11.5 kohm, 1% 1 / 8W 36 - integrated Amplifier (1/2 of an LM 747CN) 37 - Diode (1N4148) 38 - Diode (1N4148) 40 - Carbon film resistor 680 kohm, 5% 1 / 4W 43 - integrated amplifier (1/2 of an LM 747CN) 45 - carbon film resistor lkOhm, 5% 1 / 4W 46 - carbon film resistor 470 Ohm, 5% 1 / 4W 47 - PNP transistor, 0.8A (Matsushita 2SC719) 48 - metal film resistor 4.02 kohm, 1% 1 / 8W 49 - metal film resistor 6.81 kohm, 1% 1 / 8W 50 50 - metal film resistor 15.9 kohm, 1%, 1 / 8W 52 - integrated Amplifier (1/2 of an LM 747CN) 54 - Diode (1N4148) 55 - Carbon film resistor 680 kohm, 5%, 1 / 4W 56 - carbon film resistor 6.8 kOhm, 5%, 1 / 4W 57 - electrolytic capacitor 290 ßF, 12V 58 - luminescent diode (Xciton No. XC-556-G) 59 - carbon film resistor 22G Ohm, 5%, 1 / 4W In the following an exemplary capacitance measuring circuit is described, with which the reliability possible according to the present invention can be achieved leaves.

Die grundsätzliche Arbeitsweise einer Wechselstrombrücke ist in der US-PS 3 753 092 beschrieben. Die Fig. 4 zeigt die Anordnung des Fühlkondensators 5, des Abweichungskondensators 7, und des Eichkondensators 8. Die Resonanz-Nullfrequenz (l) ist etwa gleich dem Kehrwert der Quadratwurzel der LC-Kombination in den beiden Erückenzweigen: mit L2 = Position 66 L1 = Position 65 Cref = Position 70 Cbecher = Position 5 Ceich = Position 8 Cabw = Position 7 Die Induktivität 66 wird anfänglich so abgeglichen, daß Gl. (1) erfüllt ist. Dann gleicht man die Spule 65 so ab, daß Gl. (1) bei leerem Fühlerbecher bzw. minimaler Kapazität sowie maximaler Einstellung des Abweichungskondensators 7 und des Eichkondensators 8 erfüllt ist. Füllt man dann eine Bezugs- bzw. Eichflüssigkeit in den Fühlerbecher, bewirkt die Permittivität bzw. Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit eine Zunahme des Kapazitätswertes des Fühlers; diese Änderung ist entgegengesetzt gleich der Änderung des Eichkondensators 8, die zum Nullabgleich der Brücke erforderlich ist. Wird analog eine Probe in den Prüfbecher gefüllt, ergibt sich die Differenz der Kapazität des Prüfbechers zwischen dem Bezugs- und dem Probenwert als der entgegengesetzt gleiche Wert der Änderung des Abweichungskondensators 7, die erforderlich ist zum Nullabgleich der Meßbrücke. Die lineare Kapazitätsänderung des Abweichungskondensators läßt sich unmittelbar von der Kondensator skala ablesen und ist proportional der Differenz der Dielektrizitätskonstanten der Meßprobe und der Eichprobe.The basic operation of an AC bridge is described in US Pat. No. 3,753,092. Fig. 4 shows the arrangement of the sensing capacitor 5, the deviation capacitor 7, and the calibration capacitor 8. The resonance zero frequency (l) is approximately equal to the reciprocal of the square root of the LC combination in the two branches: with L2 = position 66 L1 = position 65 Cref = position 70 Cbecher = position 5 Ceich = position 8 Cabw = position 7 The inductance 66 is initially adjusted so that Eq. (1) is fulfilled. Then the coil 65 is adjusted so that Eq. (1) is fulfilled when the sensor cup or the minimum capacity and the maximum setting of the deviation capacitor 7 and the calibration capacitor 8 are empty. If a reference or calibration liquid is then filled into the sensor cup, the permittivity or dielectric constant of the liquid causes an increase in the capacitance value of the sensor; this change is opposite to the change in the calibration capacitor 8, which is required to zero the bridge. If a sample is filled into the test beaker in the same way, the difference in the capacitance of the test beaker between the reference value and the sample value results as the oppositely equal value of the change in the deviation capacitor 7, which is necessary for zeroing the measuring bridge. The linear change in capacitance of the deviation capacitor can be read directly from the capacitor scale and is proportional to the difference in the dielectric constant of the test sample and the calibration sample.

Indem man die Anordnung der Fig. 4 einsetzt, läßt sich die Nullempfindlichkeit konstant halten, da die Kapazitätszunahme der Fühlerkapazität immer gleich der Änderung des Eich- oder des Abweichungskondensators ist, die zum Nullabgleich der Meßbrücke eingestellt werden muß. Weiterhin ist die Empfindlichkeit bzw. der Skalenfaktor des Abweichungskondensators 7 unabhängig vom Verhältnis der Induktivitäten 65/66 und wird auch nicht durch Langzeitveränderungen oder Alterungsvorgänge der Bauteile beeinträchtigt. Der Skalenfaktor des Abweichungskondensators 7 wird bei der ersten Eichung des Instruments gewählt. Für Instrumente, die einen einstellbaren Skalenfaktor fordern, kann man einen zweiten Kondensator auf eine gemeinsame Welle mit dem Abweichungskondensator setzen; einen Skalenfaktor beliebiger Höhe erhält man dann, indem man eine Ablesung mit dem zweiten Teil des Abweichungskondensators berücksichtigt.By employing the arrangement of FIG. 4, zero sensitivity can be eliminated Keep constant, as the increase in the capacity of the sensor always equals the change of the calibration or deviation capacitor is used to zero the measuring bridge must be set. Furthermore, there is the sensitivity or the scale factor of the deviation capacitor 7 regardless of the ratio of the inductances 65/66 and is not caused by long-term changes or aging processes in the components impaired. The scale factor of the deviation capacitor 7 is at the first Calibration of the instrument selected. For instruments that have an adjustable scale factor one can request a second capacitor on a common shaft with the deviation capacitor set; a scale factor of any height can then be obtained by taking a reading taken into account with the second part of the deviation capacitor.

Bauteilewerte für ein brauchbares Beispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt: Position 61 - Elektrolytkondensator 100ßF/16V 62 - Oszillator 5,0 MHz (Vectron Nr. 231-2596) 63 - Polyesterfolienkondensator 0,47 ßF, 200V 64 - Kohleschichtwiderstand 1 kOhm, 5%, 1/4W 65 - Spule 39 rH (Miller Nr. 47A395 CPC) 66 - Spule 39 ßH (Miller Nr. 47A395 CPC) 67 - Diode (1N4148) Position 68 - Diode (1N4148) 7 - Kondensator 1,4 - 2,0 pF (Johnson Nr. 189-0531-001) 8 - Kondensator 0,8 - 8,7 pF (Sprague Goodman Nr.Component values for a useful example of the present invention are as follows: Item 61 - electrolytic capacitor 100ßF / 16V 62 - oscillator 5.0 MHz (Vectron No. 231-2596) 63 - polyester film capacitor 0.47 ßF, 200V 64 - carbon film resistor 1 kOhm, 5%, 1 / 4W 65 - coil 39 rH (Miller No. 47A395 CPC) 66 - coil 39 ßH (Miller No. 47A395 CPC) 67 - Diode (1N4148) Position 68 - Diode (1N4148) 7 - capacitor 1.4 - 2.0 pF (Johnson No. 189-0531-001) 8 - capacitor 0.8 - 8.7 pF (Sprague Goodman No.

GGC-12000) 69 - Drossel 2,5 mH (Miller 6302) 70 - Kondensator 20 pF (Glimmer) 71 - Schnappschalter (C&K Nr. 8121-J82) 72 - Keramikkondensator 0,022 aF GGC-12000) 69 - choke 2.5 mH (Miller 6302) 70 - capacitor 20 pF (mica) 71 - snap switch (C&K No. 8121-J82) 72 - ceramic capacitor 0.022 aF

Claims (2)

Patentansprüche 1.;' Vorrichtung zum Messen der dielektrischen Kapazität eines Materials mit einer Einrichtung, die das Material in einer Meßlage hält und einer nichtporösen flüssigkeitsundurchlässigen Kapazitätsfühleinrichtung, mit der die dielektrische Kapazität des Materials gemessen werden kann, gekennzeichnet durch eine Temperaturregelung, die das Material in einem vorbestimmten Wärme zustand halten kann, und eine Anzeigeeinrichtung, die die dielektrische Kapazität des Materials in den vorbestimmten Wärme zustand anzeigen kann. Claims 1 .; ' Device for measuring the dielectric capacitance a material with a device that holds the material in a measurement position and a non-porous, liquid-impermeable capacity sensing device with which the dielectric capacitance of the material can be measured, characterized by a temperature control that keep the material in a predetermined heat state can, and a display device showing the dielectric capacitance of the material can display in the predetermined heat state. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung eine ebene Elektrodenanordnung auf einem isolierenden Substrat in Form eines Kondensators mit verteiltem Feld auf dem Innenboden der Halteeinrichtung ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sensing device a flat electrode arrangement on an insulating substrate in the form of a capacitor with a distributed field on the inner bottom of the holding device.