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Feuchtemesser mit digitaler Meßwertausgabe
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Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen Feuchtemesser
mit digitaler Meßwertausgabe zur Bestimmung der Feuchte unterschiedlicher Materialien
auf der Grundlage von Leitfähigkeitsmessungen unter Berücksichtigung der Meßguttemperatur.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Feuchtemesser, die
auf dem Prinzip der Leitfähigkeitsmessung beruhen, sind bekannt. Im Eingang werden
Spannungsteiler benutzt, die aus dem feuchtigkeitsabhängigen Widerstand des Meßgutes
und einem hochohmigen Bezugswiderstand gebildet werden. Durch den feuchtigkeitsabhängigen
Widerstand des Meßgutes und der am Spannungsteiler angelegten Spannung stellt sich
ein Stromfluß ein, der am Bezugswiderstand einen Spannungssabfall verursacht. Dieser
Spannungsabfall ist ein Maß für die Feuchte des Meßgutes. Die Messung der Teilspannung
erfordert einen Spannungsverstärker mit extrem hochohmigem Eingangswiderstand. Meist
wird schon vorher die entstandene Teilspannung so kompensiert, daß die Winkelstellung
des Kompensationspotentiometers in Feuchteprozent geeicht werden kann. Durch Umschalten
des Bezugswiderstandes kann der entsprechende Feuchtebereich gewählt werden (Feuchtemeßgerät
"Textometer" der Firma Mahlo, GmbH, Saal/Donau, BRD; Feuchtemeßgerät 2002 der Firma
Feutron, Greiz, DDR).
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Der über das Meßgut fließende feuchtigkeitsabhängige Strom kann aber
auch einem Strom-Spannungswandler mit logarithmischer Charakteristik zugeführt und
erst dann verstärkt und kompensiert werden (DE-AS 25 06 585). Die Feuchte wird dann
durch Einstellung einer in Feuchtewerten geeichten Skala ermittelt (DD-AP 118 175).
In diesen Fällen entfällt zwar eine Bereichsumschaltung durch die Verwendung eines
logarithmischen Verstärkers, aber eine Kompensation, bei der die Winkelstellung
am Potentiometer ein Maß für die entsprechende Materialfeuchte darstellt und für
jedes Material eine Eichskala benutzt wird, bleibt.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen (DD-AP 118 175), ein temperaturabhängiges
Element mit Rückkopplungskreis zu verwenden, um die Anzeige des Feuchtewertes von
der Temperatur unabhängig zu machen.
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Eine rasche selbständige Messung und Ausgabe des Feuchtewertes in
digitaler Form bei gleichzeitiger Korrektur der Meßguttemperatur ist mit den bekannten
Lösungen nicht möglich.
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Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung ist die Bestimmung der Feuchte
von Materialien unterschiedlicher Art, ihre Darstellung in digitaler Form bei gleichzeitiger
Korrektur des Einflusses der Meßguttemperatur.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, einen Feuchtemesser mit digitaler Neßwertausgabe zu schaffen, der nach
dem Leitfähigkeitsprinzip arbeitet und auch den Einfluß der Neßguttemperatur kompensiert.
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Der erfindungsgemäße Feuchtemesser besteht aus zwei Meßelektroden,
einer Konstantspannungsquelle, einem Strom-Spannungswandler mit logarithmischer
Charakteristik, einem Funktionsgenerator, einem Temperaturfühler und einer digitalen
Anzeigeeinheit, wobei die Konstantspannungsquelle mit einer der Elektroden, die
zweite Elektrode mit dem Strom-Spannungswandler, dieser mit dem Funktionsgenerator,
der Funktionsgenerator mit dem Temperaturfühler und der Anzeigeeinheit verbunden
ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator mit materialspezifischen
Programmsteckern, die die justierbaren Korrekturelemente (Widerstände und Einstellregler)
des Funktionsgenerators enthalten, ausgerüstet ist. Der jeweils eingesetzte Programmstecker
ist so gewählt, daß der Funktionsgenerator die Materialfeuchte unter Berücksichtigung
der Meßguttemperatur digital darstellt.
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Die über die eine Elektrode am Meßgut anliegende Spannung läßt über
die andere Elektrode entsprechend der Feuchte des Meßgutes in dem logarithmischen
Strom-Spannungswandler einen Strom fließen, der am Ausgang des Wandlers als Spannungswert
erscheint, der sich mit dem Logarithmus des Eingangsstromes ändert und einen nahezu
beliebig großen Meßbereich ohne Umschalten gewährleistet. Da sich die Feuchte mit
dem reziproken Wert des Logarithmus des Meßgutwiderstandes ändert, ist die Feuchte
in erster Näherung der Ausgangsspannung des logarithmischen Verstärkers proportional.
Die noch vorhandenen Abweichungen vom tatsächlichen Feuchtewert werden durch den
Funktionsgenerator unter Verwendung eines materialspezifischen Programmsteckers
korrigiert. Dabei wird auch der Einfluß der Meßguttemperatur auf die Materialfeuchte
korrigiert. Ein Meßfühler ermittelt die Meßguttemperatur, die dem Funktionsgenerator
in Form eines Spannungswertes mitgeteilt wird und eine entsprechende Korrektur veranlaßt.
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Die Korrektur des Funktionsgenerators kann so gewählt werden, daß
die
Ausgangsspannung in Nillivolt dem Promillebetrag der Feuchte entspricht. Die Feuchte
kann dann unmittelbar nach bekannter AD-Wandlung auf einem Anzeigedisplay zur Anzeige
gebracht werden.
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Im Programmstecker befinden sich passive Bauelemente wie Widerstände
und Einstellregler, die so eingestellt sind, daß sie die entsprechende material
spezifische Korrektur am Funktionsgenerator bewirken.
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Ausführungsbeispiel Die Figur zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Feuchtemessers.
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Der Feuchtemesser besteht aus zwei Meßelektroden 1 und 2, einer Konstantspannungsquelle
3, einem logarithmischen Strom-Spannungswandler 4, einem Funktionsgenerator 5 mit
Programmstecker 6 für das jeweilige Meßgut, einer digitalen Anzeigeeinheit 7 sowie
einem Temperaturfühler 8. Die Meßelektrode 1 ist mit der Konstantspannungsquelle
3, die Meßelektrode 2 mit dem Strom-Spannungswandler 4 und dieser mit dem Funktionsgenerator
5 verbunden. Der Funktionsgenerator 5 ist außerdem mit dem Temperaturfühler 8, dem
Programmstecker 6 und der Anzeigeeinheit 7 verbunden. Zwischen den Meßelektroden
1 und 2, die definierte Flächen besitzen und einen definierten Abstand zueinander
haben, befindet sich das Meßgut, in das außerdem der Temperaturfühler 8 eingeführt
ist.
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In Abhängigkeit von Feuchte, Material und Meßguttemperatur ändert
sich der spezifische Widerstand des Meßgutes, so daß durch die an die Elektrode
1 angelegte konstante Spannung durch das Meßgut ein Strom fließt, der an der Elektrode
2 abgenommen wird und einen nahezu exponentiellen Verlauf zeigt. So bedingt eine
Feuchteänderung bei Wolle von 12 g auf 28 % eine Meßstromänderung um fünf Zehnerpotenzen
(von
10 11 auf 10 6 A). Durch den Einsatz des logarithmischen Strom-Spannungswandlers
ist die extreme Stromänderung in einem Meßbereich und ohne Umschalten als Spannungswert
von 0 bis 10 Volt erfaßbar, wobei gleichzeitig durch die Funktionsumkehr eine in
erster Näherung lineare Abhängigkeit zur Feuchte erreicht wird. Der nachgeschaltete
Funktionsgenerator 5 korrigiert bei Verwendung des entsprechenden Programmsteckers
6 materialspezifisch die Spannungswerte so, daß der Prozentbetrag der Feuchte des
jeweiligen Meßgutes dem Spannungswert in Nillivolt entspricht, indem er die Korrekturkurve
durch mehrere Geradenabschnitte nachbildet, eine Pegelverschiebung ermöglicht und
den Temperatureinfluß durch Addition oder Subtraktion eines entspreohenden Spannungswertes
auf den zu korrigierenden Spannungswert bewirkt. Als Temperaturfühler 8 wird eine
Diode benutzt.
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Die für den Funktionsgenerator 5 notwendigen Abgleichelemente sind
im Programmstecker 6 untergebracht und bestehen aus Festwiderständen zur Einstellung
der Schnittpunkte der einzelnen Geradenzüge untereinander, aus Einstellreglern zur
Einstellung der Steilheit der Seweiligen Geraden, aus Einstellreglern zur Einstellung
der Pegelverschiebung und aus Einstellreglern zur Justierung des mittleren Temperaturkoeffizienten.
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Die nachgeschaltete digitale Anzeigeeinheit 7 besteht aus einem Analog-Digitalwandler,
aus Ansteuerelementen für die digitalen Anzeigeelemente und aus Anzeigeelementen.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1,2 - Meßelektroden 3 -
Konstantspannungsquelle 4 - Strom-Spannungswandler mit logarithmischer Charakteristik
5 - Funktionsgenerator 6 - Programmstecker 7 - digitale Anzeigeeinheit 8 - Temperaturfühler
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