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Vorrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes hygroskopischer
Materialien auf elektrischem Wege
Es sind eine Reihe von Vorrichtungen und Verfahren
bekannt, die zur Messung des Feuchtigkeitsgehaltes hygroskopischer Materialien auf
elektrischem Wege d, ienen. Alle diese Verfahren machen von der Tatsache Gebrauch,
daß sowohl der Widerstand als auch die Diel'ektrizitätskcnstante ebenso wie die
dielektrischen Verluste vom Feuchtigkeitsgehalt beeinflußt werden und eine bestimmte
Funktion desselben sind. Die nach solchen Verfahren arbeitenden Geräte sind in der
Praxis nur sehr beschränkt brauchbar, da es mit einer der Drei Meßmethoden stets
nur möglich ist, eine beschränkte Auswahl von Materialien und bei diesen einen begrenzten
Bereich des Feuchtigkeitsgehaltes zu messen.
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Darüber hinaus schränken die mit den Anzeigeinstrumenten fest verbundenen
Skalen, die unmittelbar in Prozent Feuchtigkeitsgehalt geeicht sind, die Anwendungsgebiete
dieser Geräte noch weiter ein, da sie nur für ein bestimmtes Material brauchbar
sind, während bei anderen ebenfalls fest angeordneten Skalen die Ablesung des Meßwertes
dadurch außerordentlich erschwert wird und leicht zu Fehlabglesungen Anlaß gil)t,
daß der eigentliche Meßwert in Prozent Feuchtigkeitsgehalt einer Eichkurve bzw.
einer Eichtabelle entnommen, d. h. zusätzlich ermittelt oder errechnet werden muß.
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Durch die Erfindung wird das ANwendungsgebiet der bekannten Meßvorrichtungen
innerhalb der einzelnen Meßverfahren wesentlich erweitert und
dazu
die Möglichkeit geschaffen, alle Meßverfahren wahlweise mit derselben Meßvorrichtung
durchzuführen. Dies wird dadurch erreicht, daß Skalen an dem Anzeigeinstrument in
an sich bekannter Weise auswechsweblar angeordnet sind, die mit den verschiedenen
Verwendungszwecken und Anwendungsgebieten entsprechenden Teilungen versehen sind.
Infolge der AUswechselbarkeit der Skalen des ANzeigeinstrumentes kann man nun mit
dem Meßgerät, mit dem man bisher nur ein Meßverfahren, beispielsweise die Widerstandsmessung
ausführen kann. alle die Materialien messen, die für diese Messung in Frage kommen.
und dabei den Feuchigkeitsgehalt unmittelbar dem ANzeigeinstrument entnehmen.
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Darüber hinaus aber ermöglicht die Auswechselbarkeit der Skalen,
die Meßvorrichtung für alle Meßverfahren anwendbar zu machen. Dies wird gemäß der
Erfindung dadurch erreicht, daß die Vorrichtung aus zwei getrennten Teilen besteht,
von denen der eine die zur Stromversorgung dienenden Elemente, die Regelglieder
und das Anzeigeinstrument enthält. während in dem zwieten Teil, dem Meßkopf, die
Schaltglieder, der eigentlichen Meßschlaltung untergebracht sind. Dabei ist der
den Meßkopf darstellende Teil auswechselbar beispielsweise über einen Steckkontakt
mit dem anderen Teil verbunden, und für den gleichen zur Stromversorgung dienenden
Teil sind eine Mehrzahl von Meßköpfen mit verschiedenen Meßschaltungen zur Messung
des Ohmschen Widerstandes. der Dielektrizitätskonstanten, der dielektrischen Verluste
oder einer anderen, von dem Feuchtig-Keitsgehalt des Prüfgutes abhängigen Größe
vorgesehen, so daß an denselben zur Stromversorgung dienenden Teil verschiedene
Meßköpft zur Durchführung der verschiedenen Meßverfahren angeschlossen werden können.
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Bei bekannten Meßvorrichtungen, die sich der Messung des Widerstandes
bedienen, war die Form der Kennlinie weitgehend durch die Beschaffenheit der verwendeten
Röhre bedingt. Der Verlauf der Eichkurve im DIagramm war damit völlig willkürlich,
was die Eichtung der Geräte außerordentlich erschwerte. Bei den Geräten gemäß der
Erfindung wird die Kennlinie durch besondere Regelglieder, die in die Anodenleitung
der Meßröhre und die Zuleitung für die Meßspannung eingeführt sind, so beeinflußt,
daß sich eine Gerade ergibt, wenn im Diagramm der Widerstand logarithmisch aufgetragen
wird. Da die Widerstandskurven der meisten hygroskopischen Materialien, im logarithmischen
Maßstab aufgetragen, ebenfalls Gerade sind. ist es nunmehr möglich, mit Hilfe einiger
lveniger Eichpunkte die gesamten Eichkurven festzulegen.
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Um Abweichungen des Meßwerites auszugleichen, die durch verschiedene
Aufmachung der Probe, unterschiedliche Packungsdichte usw. eintreten, ist die Möglichkeit
vorgesehen, den Kompensationsstrom der Meßröhre oder den mechanishen Nullplunkt
des Instrumentes zu verändern.
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Dadurch läßt sich die Eichkurve im'Diagramm parallel zu sich selbst
verschieben, so daß das Gerät ohne Änderung für die unterschiedlichsten Probenformen
verwendet werden kann.
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In der Zeichnung ist die Erfindung dargestellt.
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Abb. I zeigt schematisch die neue Meßvorrichtun; Abb. 2 zeigt die
Schaltung eines Meßkopfes zur Bestimmung des Widerstandes ; Alb. 3 zeigt die Schaltung
eines Meßkopfes zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstanten; Abb. 4 und 5 zeigen
Schaulinien; Abl). 6 bis g zeigen Beispiele verschiedener NIeßkontaktanordnungen.
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Wie Abb.1 ziegt, besteht das Instrument aus zwei getrennten Teilen
I und II. 1 umfaßt die Spannungsstabilisierung I. die Regelglieder 2, das Anzeigeinstrument
3 und den Ansuchluß 4 für die verschiedenen Niefizwecken dienenden Äießköpfe II,
II', H", die z. B. zur Messung des Widerstandes, der Dielektriziätskonstanten oder
der dielektrischen Verluste der Probe dienen.
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Abb.2 zeigt beispielwweise die Schaltung eines derartigen Meßkopfes
II. Der Prohe X wird über die Widerstände R1 und R2 eine Gleichspannung zugeführt,
der eine Wechselspannung, zugeführt uber C1 und C2. überlagert ist, um Polarisationsfehler
zu vermeiden. Während die über R2 entstehende Gleichspannung ungehindert an das
Gitter der Meßröhre G gelangen kann, ist dies für Wechselstrom durch ein Siebglied,
bestehend aus R4 und C3, gesperrt. Die in der ZLueitung zur ANode liegenden Widerstände
R5 und R6 geben in Verbindung mit den Widerständen R1 und R2 die Möglichkeit, der
Eichkurve der Meßeinrichtung einen beliebigenVerlauf zu geben, insbesondere einen
linearen Verlauf, wenn der Widerstand des Prüfgutes im logarithmischen Maßstab aufgetragen
ist.
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Der unter R dem Anzeigeinstrument zugeführte Kompensationsstrom läßt
sich durch Veränderung des Widerstandes R8 kontinuierlich oder stufenweise regeln.
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Der wahlweise an das Gerät anzuschließende Meßkopf zur Bestimmung
der Dielektrizitätskonstanten, für den Abb. 3 ein Schaltungsbeispiel zeigt, ist
so konstruiert. daß er sich ebenfalls für die verschiedensten Materialien und unterschiedliche
Aufmachung der Prohe verwenden läßt. Da die Dielektrizitätskonstante bereichsweise
eine lineare Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes ist, erfolgt hier die Anpassung
an unterschiedliche Probenaufmachung sinngemäß so, daß die kennlinie um einen bestimmten
Punkt im Diagramm gedreht wird; beispielsweise kann sie durch Veränderung der Empfindlichkeit
der ANzeigevorrichtung um den Nullpunkt gedreht werden.
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Die Wirkungsweise der Meßeinrichtung für die Dielektrizitätskonstanten
ist beispielsweise die folgende : Der Oszillator 0 (Abb. 3) erzeugt eine hoch- oder
niederfrequent, Wechselspannung, die in die Spule L induktiv eingekoppelt wird.
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Im Röhrenvoltmeter RV ergibt sich keine oder eine nur kleine Gitterwechselslpanllung,
solange die Kapazität des Prüfkondensators Cx und die eines
Vergleichskondensators
(.() gleich groß sind.
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Ändert sich die Kapazität des Prüfkondensators Cx dadurch, daß seine
Feldlinien durch das zu prüfende Medium hindurchgehen, so ergibt sich eine der Größe
der Änderung proportionale Anzeige. Die Größe der Wechselspannung des Oszillators
kann durch den Widerstand R1oJ die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung durch Veränderung
des Widerstandes R9 variiert werden. Der Meßkondensator der Meßvorrichtung für die
Dielektrizitätskonstante kann erfindungsgemäß so ausgebildet werden, daß die Eindringtiefe
der Feldlinien und ihr Verlauf in dem zu prüfenden Gut im gewünschten Sinn beeinflußt
wird. Würde man die Meßelektrode, z. B. einen Ringkondensator, ohne eine solche
Einrichtung vewenden, so ergäbe sich ein falscher Meßwert, wenn beispielsweise ein
äußerlich feuchtes oder ein gebogenes Brett gemessen wird. Stellt man dagegen durch
Al>standsstücke bzw. durch eine isolierende Platte zwischen Meßkondensator und
Prülfing einen bestimmten Abstand sicher, so können solche Fehler nicht eintreten,
oder aber sie werden stark verkleinert.
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Die Verschiel) ung der Eichkurve beim Widerstandsmeßkopf und die
Drehung der Eichkurve bei dem Meßkopf für die Dielektrizitätskonstante zeigen schematisch
die Diagramme Abb. 4 und 5.
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Der Feuchtigkeitsgehalt F in Prozent ist in beiden Schaubildern als
Abszisse aufgetragen, während die Ordinaten in Abb.4 dem Widerstand R und in Abb.5
der Kapazität K entsprechen.
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Die Wirkungsweise eines Meßkondensators wird beispielsweise durch
die Abb.6 und 7 erläutert.
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Die in Abb.6 sichtbaren Abstandsstücke A gewährleisten, daß der mittlere
Abstand er Elektrode und damit der Meßwert unabhängig von der Krümmung des Prüflings
ist. Die aus Isolierstoff mit geeigneter Dielektrizitätskonstante bestehende Platte
P in Abb. 7 bewirkt, daß der Teil des Kondensatorfeldes, in dem die Feldlinien besonders
dicht laufen, nicht zur Messung herangezogen wird.
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Eine feuchte äußere Schicht des Prüflings kann daher nicht einen falschen
Meßwert zur Folge hahen, wie dies der Fall wäre, wenn die Elektrode unmittelbar
auf dem Prüfling aufsitzen würde.
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Wird ein besonderer Verlauf der Feldlinien gewünscht, oder will man
den Einfluß der äußeren Schichten ganz ausschalten, so fügt man besondere Elektroden
ein, die den Verlauf der Feldlinien heeinflussen, an der Messung jedoch unbeteiligt
sind.
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Ein anderer Weg, nur bestimmte Schlichten des Prüflings zu messen,
geht dahin, daß man Elektroden verschiedener Tiefenwirkung nel) eneinander oder
konzentrisch anordnet, wobei beispielsweise der Meßwert der Elektrode mit geringer
Tiefen wirkung von dem anderen abgezogen wird.
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Dlie Wirkungsweise solcher Einrichtungen veranschaulichen heispielsweise
die Abb. 8 und 9. Blei der Anordnung gemäß Abb. 8 liegen nur die Elektroden E1 und
E2 im Meßkreis, während die Elektroden E3 und E4 gleiches Potential wie E1 bzw.
E2 haben, an der Messung jedoch nicht beteiligt sind.
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Zur Bildung des Meßwertes werden nur die Feldlinien F1 herangezogen,
während die Feldlinien F2. lediglich den Tiefenverlauf der Feldlinien F1 heeinflussen.
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Bei der ANordnung gemäß Abb. 9 wird der Meßwert M1, der sich aus
den Feldinier F1 ergibt, von dem Meßwert M2, der sich au's den Feldlinien F2 ergibt,
algezogen. Der resultierende Wert ist also nur vom Feuchtigkeitsgehalt der inneren
Schicht beeinflußt vom Zustand der Außenschichten jedoch unabhängig.
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Um auch l'ei kompressiblem Gut einheitliche Meßwerte zu erhalten,
kann in den Meßkopf eine Durckvorrichtung eingebaut werden, die bewirkt, daß der
Meß vorgang nur bei Ausübung eines bestimmten Druckes ausgelöst wird, Eine hierzu
deinende Einrichtung kann in Federn, Gummipuffern od. dgl. in Verbindung mit einem
Kontakt bestehen, der den Leitungsschluß erst herstellt, wenn das elastische Mittel
unter entsprechendem Druck steht.