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Kontrollvorrichtung, insbesondere zur Kontrolle der Dicke von in Form
von Fäden, Bändern od. dgl. hergestellten Erzeugnissen Die Erfindung betrifft Kontrollvorrichtungen,
und zwar insbesondere Vorrichtungen zur Kontrolle der Dicke von in Form von Fäden,
Bändern od. dgl. hergestellten Erzeugnis,sen, wie Textilfasern, Papierstreifen usw.,
wobei die betreffenden Kontrolivorrichtungen sowohl zur Vornahme von Messungell
wie auch zur Auslösung von verschiedenen Steuervorgängen, wie selbsttätige Stillsetzung,
Feruregelung usw., dienen können.
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Die Erfindung bezweckt insbesondere, diese Verrichtungen so auszubilden,
daß sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen.
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Gemäß dem Hauptkennzeichen der Erfindung wird in einer Vorrichtung,
in welcher der Körper, dessen Kenngröße kontrolliert werden soll, auf ein Organ
einv-irkt, welches die Frequenz eines Schwingkreises verändern kann, wobei diese
Frequenzänderung mit Hilfe wenigstens. eines Diskriminators in eine Spannungsänderung
umgesetzt wird, welche in wenigstens einem geeigneten Meßinstrument und/oder einer
geeigneten Hilfssteuerung ausgenutzt wird, dieser Schwingkreis durch einen gleichzeitig
selbsterregten und selbststabilisierten Kreis gebildet, wobei die resultierenden
Schwingungen ohne Frequenzänderung einem Diskriminator zugeführt werden, der auf
Schwingungen mit gegebenenfalls hoher Frequenz anspricht.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird zur Ermöglichung
der Ausnutzung der an den Klemmen eines hinter einem Schwingkreis angeordneten Diskriminators
entstehenden Spannungsschwankungen durch Kontrollorgane, wobei dieser Diskriminator
in der Nähe wenigstens einer gegebenen Frequenz eine kräftige Resonanz auf-
weist
welche in Abhängigkeit von der Frequenz beiderseits der Resonanzfrequenz zwei Kurvenäste
mit verhältnisimäßig steilen Flanken erzeugt, von denen der eine aufsteigend und
der andere atbsteigend ist, dieser Schwingkreis so ausgebildet, 'daß seine mittlere
Schwingfrequenz auf einer dieser Flanken liegt, wobei zweckmäßig Regelmittel vorgesehen
sind, um im Bedarfsfall diese Schwingfrequenz auf diesen Flanken verschieben zu
können und insbesondere den Übergang dieser Frequenz von der einen auf die andere
dieser Flanken zu ermöglichen.
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Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung erläutert, welche
auf die nur beispiels halber angegebene Zeichnung Bezug nimmt.
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Fig. I dieser Zeichnung ist das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen
Kontrollvorrichtung zur Kontrolle der Dicke von Textilfasern am Ende ihrer Herstellung;
Fig. 2 ist ein dem vorhergehenden Schaltbild entsprechendes ausführliches Schaltbild
einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 ist die Kennlinie eines Quarzes, welche
die Spannung an seinen Klemmen in Abhängigkeit von der angelegten Frequenz wiedergibt,
und Fig. 4 ist das Schaltbild zur Aufnahme dieser Kurve; Fig. 5 ist die Kennlinie
einer besonders vorteilhaften Diskriminatorschaltung; Fig. 6 ist schlietlich ein
Schaltbild, welches eine Ausführungsabwandlung eines Teils der Schaltung der Fig.
2 zeigt.
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Nachstehenfd ist die Erfindung in ihrer Anwendung zur Messung der
Dicke von Textilfasern erläutert.
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Es ist bereits bekannt, Isolierkörper, deren Dicke genau gemessen
werden soll, als, Dielektrikam eines Kondensators zu benutzen. Die Veränderungen
der Qualität oder des Volumens, und insbesondere der Dicke bei konstanter Breite
dieses Körpers bewirken dann Kapazitätsänderungen des; Kondensators. und somit,
falls dieser Kondensator in einen Schwingkreis eingeschaltet ist, Veränderungen
der Schwingfrequenz dieses Stromkreises. Auf dieser Grundlage beruhende Vorrichtungen
sind ebenfalls bereits benutzt worden. Die bereits bekannten, zu diesem Zweck benutzten
Vorrichtungen arbeiten jedoch gewöhnlich mit einer Frequenzwandlung, wobei !die
an dem Schwingkreis mit veränderlicher Kapazität erhaltene Frequenz mit einer festen
Frequenz gemischt wird, was die Senkung der Frequenz, welche in einem Diskriminator
zur Erzielung der entsprechenden Spannungs 5 chwankungen benutzt werden soll, auf
sehr geringe Werte gestattet, welche nur in' der Größenordnung von einigen zehn
Hertz oder noch weniger zu liegen brauchen. Der Vorteil, der hinsichtlich der Vergrößerung
der von dem Diskriminator gemessenen relativen Schwankungen durch diese Frequenzänderung
erzielt werden kann, ist jedoch von ernsten Nachteilen begleitet, insbesondere hinsichtlich
der Zahl und der Größe der zu benutzenden Elektronenrölhren, sowie hinsichtlich
der Notwendigkeit der Frequenzüberwachung des festen Schwingkreises zur Erzielung
der Frequenzänderung des Kontrollschwingkreises, wobei diese Kreise offenbar sehr
gut stabilisiert sein müssen, wenn die Messung einen Sinn haben soll.
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Gemäß dem Hauptkennzeichen der Erfindung wird der veränderliche Schwingkreis
als ein gleichzeitig selbsterregter und selbststabilisierter Kreis ausgebildet,
und die resultierenden Schwingungen, deren Frequenz ziemlich hoch liegen kann, z.
B. in der Größenordnung von 20 MHz, werden ohne Frequ,enzveränderung einem Diskriminator
zugeführt.
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Die Vorrichtung wird dann in ihrer Gesamtheit gemäß dem auf Fig.
I dargestellten Prinzipschaltbild ausgebildet. Gemäß diesem Schaltbild läuft der
Faden I, dessen Dicke gemessen werden soll, zwischen den Belegungen eines Kondensators
2 hindurch, welcher, wie bereits an sich bekannt, in einen Schwingkreis 3 eingeschaltet
ist. An den Klemmen dieses Schwingkreises wind eine Spannung erhalten, deren Frequenz
in Abhängigkeit von der Dicke des Fadens 1 schwankt. Dieser Schwingkreis ist selbsterregt
und selbststabilisiert, und die resultierenden Schwingungen werden einem geeigneten
Diskriminatur 4 zugeführt, welcher die Frequenzschwankungen in Wechselspannungslschwankungen
umwandelt. Hierauf brauchen die Wechselspannungsschwankungen nur gleichgerichtet
zu werden, z. B. mit Hilfe einer Detektorstufe 5, um einen Meßapparat 6, vorzugsweise
für Gleichstrom, und/oder einen Verstärker 7 zu speisen, der bei 8 Steuersignale
abgeben lcann, welche den festgestellten Unregelmäßigkeiten abhelfen können.
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Der in einer derartigen erfindunlgsgemäRen Vorrichtung zu benützende
seibsterregte und selbststabilisierte Kreis kann durch einen beliebigen, diese Eigenschaften
besitzenden Schwingkreis gebildet werden, insbesondere durch eine unter dem Namen
Schaltung mit Elektronenkopplung bekannte Schaltung, oder auch durch eine unter
dem Namen Clapp-Schaltung bekannte Schaltung.
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Auf Fig. 2 ist eine von der Schwingröhre 3' abhändige Schaltung mit
Elektronenkopplung dargestellt. Bekanntlich enthält eine solche Schaltung keine
induktive Kopplung zwischen Anode und Gitter, sondern einen Schwin=kreis mit einer
Kapazität 9-9' und einer Induktivität 10, welcher zwischen Gitter und Kathode geschaltet
ist. Es ist zweckmäßig, die Kapazität 9-9' in einen der Kapazität 2 der Fig. I entsprechenden
Teil 9, wobei diese Kapazität somit in Abwesenheit von Dickenänderungen des Fadens.
1 konstant ist aber sich gleichzeitig mit dieser Dicke ändert, und einen regelbaren
Teil 9', welcher die Regelung der Frequenz des so ausgebildeten Oszillators gestattet,
aufzuspalten.
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Bei Abwesenheit von Dickenänderungen bleibt die Schwingfrequenz stabil,
wenn die Imduktivität IO selbst genau konstant ist, und wenn die Anoden-und Schirmgitterspannungen
der Röhre 3' ebenfalls konstant gehalten werden, was z. B. mit Hilfe. von zwei Stahilisierungsiöhren
ii und 12 erzielt werden kann.
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Die Induktivität 10 kann trotz etwaiger Temperatur- und Druckschwankungen
unverformbar gemacht werden, wenn sie in besonderer Weise ausgebildet wird, z. B.
als eine auf einen Kern aus ausgewähltem Isolierstoff aufgedrückte Wicklung, wobei
der Kern abgedreht und mit Gewinde versehen wird.
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Bei Benutzung eines derartigen selbsterregten und selbststabilisierenden
Kreises sind somit die einzigen möglichen Frequenzschwankungen die von Dickenänderungen
des Fadens I herrührenden.
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Vor der Zuführung dieser Schwankungen zu dem Diskriminator 4 werden
diese zweckmäßig in einer als Verstärker geschalteten Röhre I3 verstärkt. Der Gitterstromkreis
dieser Röhre wird zweckmäßig aperiodisch gemacht, und zwischen den Röhren 3' und
I3 wird zweckmäßig eine Drosselspule 14 angeordnet. Diese Maßnahmen verhindern seinerseits
Kopplungswellen zwischen dem weiter unten beschriebenen Diskriminator und der Röhre
3, und andererseits Rückwirkungen der hinteren Stromkreise auf die vorderen Stromkreise.
Dies ergibt eine Garantie für die Aufrechterhaltung der Stabilität der Grundfrequenz
des Schwingkreises.
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Der Diskriminator wird zweckmäßig in den Anodenstromkreis der Röhre
I3 geschaltet. Da kein Frequenzwechsel stattfindet, welcher die Frequenz der in
dem Kondensator g erzeugten Schwingungen erniedrigen kann, muß dieser Diskriminator
in gewissen Grenzen auf beliebige Frequenzschwankungen ansprechen, wobei er auf
Frequenzen eingestellt ist, die ziemlich hoch sein können, z. B. in der Größenordnung
von 20 MHz.
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Hierfür können verschiedene Arten von Diskriminatoren benutzt werden
Bei einer ersten Lösung kann ein Diskriminator mit zwei abgestimmten Kreisen der
in den radioelektrischen Systemen mit Frequenzmodulation benutzten bekannten Bauart
verwendet werden.
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Gemäß einer zweiten Lösung verwendet man einen durch einen piezoelektrischen
Quarz gebildeten Diskriminator. Auf Fig. 4 ist eine derartige Schaltung schematisch
dargestellt. Man sieht auf dieser Figur einen Quarz I5, der in Reihe mit einem Widerstand
I6 an die Klemmen eines Generators mit veränderlicher Frequenz 3" angeschaltet ist.
Mit Hilfe eines Spannungsmessers I7 wird die \NTechselspannung an den Klemmen dieses
Quarzes gemessen. Unter diesen Bedingungen enthält bekanntlich die die Spannungsänderung
V in Abhängigkeit von der Frequenz f darstellende Kurve Abschnitte der bei 18 und
IS' dargestellten Art, welche gewöhnlich Spalte genannt werden und einer plötzlichen
Senkung der erhaltenen Spannung in der Nähe der Resonanz des Quarzes entsprechen.
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Man kann übrigens einen solchen Quarz allein benutzen, oder ihn auch
mit zwei oder mehreren Schwingkreisen koppeln, was insbesondere die Verbreiterung
der Spalte ermöglicht.
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Gemäß einer dritten, besonders vorteilhaften Lösung benutzt, man
einen Diskriminator mit einem oder mehreren parallel geschalteten Resonanzkreisen
mit einem möglichst hohen Überspannungskoeffizienten, was sich in der Nachbarschaft
der Resonanzfrequeniz durch eine Kurve mit einem ausgesprochenen Maximum auswirkt,
wie die auf Fig. 5 dargestellte Kurve.
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Diese letztere Lösung ist auf Fig. 2 dargestellt, auf welcher der
Diskriminator 4 einfach aus einer Induktivität 22 mit einem parallel geschalteten
Kondensator 23 besteht. Falls eine größere Empfindlichkeit gewünscht wird, können
übrigens mehrere parallel geschaltete Kreise benutzt werden.
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Eine derartige Abwandlung ist auf Fig. 6 dargestellt, auf welcher
man zwei gleiche Stromkreise 22 bis 23 und 22' bis 23' sieht, welche den Diskriminator
4 bilden.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung, welches übrigens
unabhängig benutzt werden kann, ermöglicht man die Ausnutzung der so an den Klemmen
des in den Stromkreis eingeschalteten Diskriminators erzeugten Spannungen durch
Kontrollorgane (Meßorgane und/oder Steuerorgane). indem der Schwingkreis 3 so ausgebildet
wird, daß seine mittlere Schwingfrequenz, d. h. wenn keine D ickenschwankung des
Fadens 1 vorhanden ist, auf einer der Flanken der Spalten I8 oder I8' der Fig. 3
oder der Kurve 19 (Fig. 5) liegt, je nach dem vorliegenden Fall. Auf diese Weise
wirkt sich jede Frequenzschwankung in der Nachbarschaft dieser mittleren Frequenz
oder Grundfrequenz, welche beispielshalber durch die Bezugslinien 20, 2I und 21'
dargestellt ist, in einer bedeutenden Spannungsschwankung aus.
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Das Vorhandensein eines regelbaren Kondensators g' in dem Schwingkreis
gestattet übrigens die Herstellung der günstigsten Bedingungen für jeden vorkommenden
Fall.
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Wenn z. B. mögliche Dickenänderungen des Fadens unterschiedslos in
der einen oder der anderen Richtung zu erwarten sind, kann die Grundfrequenz so
eingestellt werden, daß sie auf die Mitte einer dieser Flanken fällt, z. B. auf
20, 21 oder 21'. Gemäß der Arbeitsweise der Kontrollapparate, insbesondere der Relais,
welche in einem Steuerstromkreis angeordnet sein können, kann diese Grundfrequenz
auf die eine oder die andere der einer Resonanzspalte od. dgl. entsprechenden Flanken
gelegt werdenl, wie bei 21 und 2I' dargestellt. Man hat so die Möglichkeit, eine
Frequenzschwankung in einem bestimmten Sinn, z. B. eine Frequenzerhöhung, in eine
Spannungsschwankung umzuformen, die den einen oder den anderen Sinn hat, je nachdem,
ob die Grundfrequenz auf der einen oder der anderen dieser beiden Flanken liegt.
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Ferner kann, wenn nur die Dickenänderungen des Fadens in einem einzigen
Sinn, z. B. nur die Dickenabnahmen, kontrolliert werden sollen, die Grundfrequenz
der Schwingungen an das geeignete Ende der gewählten Flanke verlegt werden.
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Ferner können die oben angegebenen Regel möglichkeiten benutzt werden,
um die Steilheit dieser Flanken zu verändern, um entweder die Empfindlichkeft der
Vorrichtung zu vergröbern (enn diese Steilheit vergrößert wird), oder um
die
Ausdehnung des Wirkungsbereichs zu erweitern (wenn diese Steilheit verkleinert wird).
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Nach Ausbildung des Diskriminators, welcher Wechselspannungsschwankungen
in Abhängigkeit von Dickenschwankungen des Fadens I liefert, werden diese Spannungen
z. B. mittels einer Röhre 24 gleichgerichtet. Diese Röhre verwandeln die Wechselspannungen
in eine Gleichspannung, welche in den Meßinstrumenten und/ader Steuerorganen, welche
auf die Röhre 24 folgen können, bequemer zu benutzen ist. Unabhängig von der benutzten
Detektorschaltung (Diode oder Detektorschaltung mit Triode, Pentode usw.) ist es
zweckmäßig, diese durch eine Schaltung mit großer Eingangsimpedanz oder sogar mit
einer unendlichen Impedanz, wie z. B. eine Schaltung mit Anodengleichrichtung, zu
bilden. Man verringert so die Ursachen der Störung des Arbeitens des Diskriminators
erheblich, welche davon herrühren, daß, wenn die Detektorimpedanz klein gegenüber
der Impedanz des Schwingkreises des Diskriminators ist, dieser sich verhält, als
wenn er dadurch einen Widerstand belastet wäre, was seinen Uberspannungskoeffizienten
und somit die Steilheit der Flanken seiner Kennlinie und seine Empfindlichkeit verkleinern
würde.
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Man- kann natürlich auch die in dem Anodenkreis der Röhre 214 erhaltene
IGleichspannung einem Gleichstromverstärker zuführen, wobei die Ausgangsspannung
eines solchen Verstärkers, ,der in der Form einer Röhre 7' dargestellt ist, zur
Schaffung einer Phlasenverschiebung, insbesondere zur Steuerung einer Geschwindigkeitsregelung
mit Stromtoren, dienen kann.
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Schließlich sinld in der Schaltung der Fig. 2 verschiedene Widerstände
R und verschiedene Kapazitäten C dargestellt, welche auf die in der Elektronentechnik
übliche Weise verwendet werden, insbesondere als Belastungswitderstände und Kopplungskapazitäten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zahlreiche Vorteile auf, insbesondere
ist sie verhältnismäßig einfach und billig herzustellen, insbesondere infolge der
geringen Zahl von Röhren und der Überilüssigkeit einer Steuervorrichtung zur Aufrechterhaltung
wider Frequenz.