Verfahren und Vorrichtung für die kapazitive Bestimmung des Verlaufes des Gewichts pro Längeneinheit an Textilmaterial
In der Textilindustrie besteht das Bedürfnis nach Messmethoden für die Bestimmung des Verlaufes des Gewichts pro Längen einheit an Textilmaterial, beispielsweise an Bändern, Vorgarnen und Garnen der Spinnerei. Es sind bereits zahlreiche Verfahren be- kanntgeworden, welche gestatten, diese Bestimmung mit einer in vielen Fällen hinreichenden Genauigkeit durchzuführen. Dabei hat es sich gezeigt, dass die kapazitive Messung mit Hilfe des Hochfrequenz-Messkondensators gesamthaft gesehen eine sehr vorteilhafte Lösung darstellt. In vielen Anwendungsfällen genügt jedoch die Genauigkeit der Anzeige des Gewichts pro Längen einheit aller bekannten - auf kapazitiver Messung beruhenden - Verfahren noch nicht.
In den bekannten Verfahren und den entsprechenden Vorrichtungen, welche einen Hochfrequenz-Messkondensator benützen, werden im Prinzip zwei in einem bestimmten Abstand parallel zueinander angeordnete Kondensatorelektroden verwendet. Das zu prüfende Textilmaterial wird dabei durch den Luit- raum zwischen den beiden Kondensatorelektroden derart hindurchgeführt, dass es sich im wesentlichen in Richtung der Äquipotentiallinien des elektrischen Feldes, das sich zwischen den Kondensatorelektroden ausbreitet, bewegt. Das Textilmaterial bewirkt hierbei, entsprechend seinem Gewicht pro Längeneinheit, eine mehr oder weniger starke Verdrängung der Luft, welche eine Dielektrizitätskonstante von annähernd 1 aufweist.
An Stelle der verdrängten Luft tritt das Textilmaterial selbst, und zwar mit einer Dielektrizitätskonstante grösser als 1, was eine entsprechende Vergrösserung der Kapazität des Messkondensators zur Folge hat. Auf diese Weise lässt sich ein elektrisches Signal gewinnen, welches bei zweckmässiger Ausbildung des Messkondensators und der zugeordneten elektrischen Schaltung dem Gewicht pro Längeneinheit des sich momentan zwischen den Kondensatorelektroden befindlichen Textilmaterials - unter der Annahme idealer BedinguNngen-genau proprotional sein sollte.
Unter der Annahme idealer Bedingungen können nämlich Plattenkondensatoren, welche zwischen den Platten ein textiles Prüfgut aufweisen, als Schichtkondensatoren betrachtet werden. Dabei können die Dielektrika mit verschiedener Dielektrizitätskonstante zu einzelnen in sich homogenen Schichten zusammengefasst werden, welche auch dieselben Flächendimensionen wie die Kondensatorelektroden aufweisen. In einem absolut homogenen Kondensatorfeld ist nun die Kapazität eines solchen Schichtkondensators unabhängig davon, wo sich das Dielektrikum mit der Dielektrizitätskonstanten grösser als 1 zwischen den Kondensatorplatten befindet, d. h. ob es an einer der Platten anliegt oder ob es sich in der Mitte des Raumes zwischen den Platten befindet.
Die praktische Verwendung solcher bekannten Messkondensatoren, bei welchen das Textilmaterial in Richtung der Äquipotentiaiffächen durch den Luftraum des Messkondensators bewegt wird, zeigt jedoch, dass die Anzeige dem Gewicht pro Längeneinheit des Textilmaterials nicht in dem Masse proportional ist, wie dies wünschbar und unter der Annahme idealer Bedingungen zu erwarten wäre. Solche Messkondensatoren weisen nämlich die Eigenschaft auf, dass das sich zwischen den Kondensatorplatten ausbreitende elektrische, ursprünglich annähernd homogene Feld durch das Einführen des Textilmaterials in den Raum zwischen den beiden Kondensatorelektroden verzerrt, d. h. unhomogen wird.
Wird beispielsweise Textilmaterial in die Mitte des Raumes zwischen den Kondensatorelektroden eingeführt, so dass zwischen den Elektroden und dem Textilmaterial beidseitig noch Luft vorhanden ist, so ergibt sich eine bestimmte Kapazitätsveränderung. Erfolgt nun eine Verschiebung des Textilmaterials gegen eine Elektrode hin, welche gegenüber Erdpotential Spannung aufweist, so ergibt sich fälschlicherweise eine weitere Kapazitäts änderung, obwohl sich das Gewicht des sich zwischen den Elektroden befindlichen Textilmaterials nicht ver ändert hat.
Liegt das Textilmaterial eng an einer spannungsführenden Elektrode an, so treten nämlich vermehrt Feldlinien in das Textilmaterial ein, und zwar einerseits innerhalb der Kondensatorelektroden aus den an das Textilmaterial angrenzenden Teilen der Kondensatorplatten sowie auch insbesondere im Ge Gebiete des Randfeldes des Plattenkondensators. Somit bewirken auch blosse Lageänderungen eines zwischen den Elektroden ruhenden Textilmaterialabschnittes fälschlicherweise Kapazitätsänderungen. Solche Lage änderungen lassen sich nun leider bei Messungen von Textilien nie gänzlich vermeiden.
Für die Messung des Gewichts pro Längeneinheit von Endlosgarnen wirkt sich die erwähnte Feldverzerrung und die dadurch hervorgerufene, dem Gewicht pro Längeneinheit des Textilmaterials nicht mehr proportionale Kapazitätsänderung besonders störend aus. Einerseits deshalb, weil die Endlosgarne eine sehr starke Materialkonzentration aufweisen und anderseits, weil diese in vielen Fällen bändchenförmigen Querschnitt angenommen haben, wobei sich das Endlosgarn bei der Prüfung im Messkondensator stets dreht. Da diese beiden Eigenschaften die unerwünschte Verzerrung des elektrischen Feldes besonders begünsrigen, übertreffen in vielen Fällen die hierdurch hervorgerufenen unerwünschten Kapazitätsänderungen diejenigen Kapazitätsänderungen, die den wirklichen Schwankungen des Gewichts pro Längeneinheit tatsächlich entsprechen.
Für zuverlässige Messungen von Endlosgarnen mussten daher bisher die durch Form und Lage derselben verursachten fehlerhaften Kapazitätsänderungen durch spezielle mechanische Vorrichtungen eliminiert werden, beispielsweise durch Verdrillung des Textilmaterials im Gebiete des Messkondensators mittels rotierender Organe sowie weiter durch sehr genaue Führungsorgane.
Aber auch bei Textilmaterial aus Stapelfasern kann unter Umständen beobachtet werden, dass in bisher üblichen Messkondensatoren Kapazitätsänderungen erfolgen, welche nicht durch entsprechende Schwankungen des Gewichts pro Längeneinheit im Textilmaterial bedingt sind. Dies zeigt sich besonders bei Karden- und Streckenbändern, welche einerseits relativ kleine Gewichtsschwankungen pro Längeneinheit aufweisen, bei welchen anderseits aber innerhalb der relativ grossen Materialquerschnitte eine erhleb- liche Inhomogenität der Faserverteilung möglich ist. Solche Inhomogenitäten der Faserverteilung haben starke Verzerrungen des elektrischen Feldes von Plattenkondensatoren zur Folge, welche sich als Messfehler sehr stark störend bemerkbar machen.
Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile und betrifft ein Verfahren für die kapazitive Bestimmung des Verlaufes des Gewichtes pro Längeneinheit von Textilmaterial und ist dadurch gekennzeichnet, dass das zu prüfende Textilmaterial vermittels Führungsvorrichtungen derart durch einen hierfür vorgesehenen Bereich eines Messfeldes eines elektrischen Messkondensators geführt wird, dass die mit der Fortbewegungsrichtung des Textilmaterials zusammenfaliende Längskomponente des elektrischen Feldes des Messkondensators im wesentlichen grösser ist als die Querkomponente.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens und ist gekennzeichnet durch Führungsvorrichtungen, mit welchen das zu prüfende Textilmaterial derart durch das Messfeld eines elektrischen Messkondensators geführt wird, dass dessen in die Fortbewegungs- richtung des Textilmaterials fallende Längskomponente im wesentlichen grösser ist als die Querkomponente.
Anhand von Figuren werden das erfindungsgemässe Verfahren und zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtungen erläutert. Dabei zeigen schematisch:
Fig. la ein Elektrodenpaar mit dem zu prüfenden Textilmaterial,
Fig. lb eine andere Ausführungsform des Elektrodenpaars gemäss Fig. la,
Fig. 2 eine Messanordnung mit zwei aufeinanderfolgenden Messfeldern,
Fig. 3 eine andere mögliche Messanordnung mit zwei aufeinanderfolgenden Messfeldern,
Fig. 4-eine erweiterte Messanordnung mit vier aufeinanderfolgenden kompensierten Messfeldern,
Fig. 5 eine Messanordnung mit zwei aufeinanderfolgenden Messfeldern und einer Abschirmung,
Fig. 6 eine Messanordnung mit kammförmig ausgebildeten Elektroden,
Fig. 6a ein konstruktives Detail der Anordnung nach Fig. 6 im Schnitt,
Fig. 7 eine Messanordnung mit mehreren parallel geschalteten Messfeldern verschiedener Elektrodenabstände.
In der Anordnung gemäss Fig. 1 la stehen sich zwei Kondensatorelektroden 1, 2 gegenüber, zwischen welchen sich ein elektrisches Feld E ausbreitet, sobald die Kondensatorelektroden an eine Wechselspannung angelegt werden, welche beispielsweise von der Wechselspannungsquelle 5 geliefert wird. Das zu prüfende Textilmaterial 4 wird vermittels der Führungsorgane 3, 3' so über die Kondensatorelektroden 1, 2 geitlhrt, dass es sich in einem Bereiche möglichst konstanter Feldliniendichte befindet. Die Bewegungsrichtung des Textilmaterials 4 ist dabei absichtlich so gewählt, dass sie mit der Richtung der sich zwischen den Kondensatorelektroden 1, 2 verlaufenden elektrischen Feldlinien e möglichst übereinstimmt.
Durch die in den Kondensatorelektroden 1, 2 vorgesehenen Schlitze 1', 2' wird das Textilmaterial 4 zudem in ein solches Gebiet des elektrischen Feldes E verlegt, in welchem die Feldliniendichte als konstant anzusehen ist. Es wäre auch denkbar, in den Kondensatorelektroden 1 und 2 je eine durchgehende Bohrung vorzusehen und das Textilmaterial 4 durch diese Bohrungen hindurchzuziehen. Solche Bohrungen haben aber den Nachteil, dass das Textilmaterial 4 für die Zwecke der Messung in dieselben eingefädelt werden muss, was beim Einlegen in die Einkerbungen 1', 2' nicht nötig ist.
Dieser Nachteil kann aber dadurch umgangen werden, dass die Bohrung nach einer Richtung aufgeschlitzt wird (Fig. lb), so dass das Textilmaterial 4, ohne es zu trennen, in das Messfeld eingelegt werden kann.
Da das Textilmaterial 4 in der Richtung der elektrischen Feldlinien e verläuft, sind nach dem eingangs Erwähnten die Messeigenschaften des auf diese Weise gebildeten Schichtkondensators bedeutend vorteilhafter als diejenigen eines üblichen Plattenkondensators mit transversalem Durchgang des Prüfgutes in Richtung der Äquipotentialflächen.
Durch das Textilmaterial 4 verursachte Veränderungen des elektrischen Feldes, welche sich in einer scheinbaren Vergrösserung der Kondensatorplatten und damit der Gesamtkapazität äussern, sind bei einer Anordnung nach Fig. 1 nur durch Variationen des Substanzquerschnitts des Textilmaterials 4 möglich.
Da sich das Textilmaterial 4 immer über dem ganzen Plattenabstand b verteilt befindet, sind die Bedingungen, unter welchen die genannte Veränderung des elektrischen Feldes erfolgt, praktisch immer die gleichen. Dadurch sind die Messfehler verursachenden Kapazitätsänderungen der Messanordnung, welche durch blosse Lage- oder Formänderungen des Textilmaterials 4 hervorgerufen werden, weitgehend beseitigt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung besteht darin, dass das sich an den Randzonen der Kondensatorelektroden 1, 2 ausbildende Streufeld vom Textilmaterial 4 gar nicht tangiert wird.
Hierdurch können weder Inhomogenitäten in der Faserverteilung innerhalb des Substanzquerschnitts, noch ein von der Kreisform abweichender Querschnitt des Textilmaterials 4 scheinbare, nicht durch wirkliche Änderungen des Gewichts pro Längeneinheit verursachte Kapazitätsänderungen hervorrufen. Die Gesamtkapazität der Messanordnung ist daher nur vom Gewicht pro Längeneinheit des Textilmaterials 4, das sich zwischen den Elektroden 1 und 2 befindet, ab hängig.
Die in der Messanordnung gewonnenen Kapazitätsänderungen werden in einer elektrischen Schaltung 6, beispielsweise einer Brückenschaltung, in an sich bekannter Weise in ein dem Gewicht pro Längen einheit des Textilmaterials 4 proportionales elektrisches Signal umgeformt. Dieses elektrische Signal wird seinerseits in einem Gleichrichter 7a demoduliert, hierauf in einem Verstärker 7b verstärkt und hernach weiteren Anzeige- und Regelorganen, beispielsweise einem Anzeigeinstrument 8, zugeführt. Die Reihenfolge kann auch umgekehrt sein, d. h. zuerst kann die Verstärkung der Brückenspannung und hierauf Demodulation erfolgen.
Fig. 2 zeigt eine elektrische Parallelschaltung von zwei in der Bewegungsrichtung des Textilmaterials 4 hintereinanderliegenden Messkondensatoren gemäss Fig. 1. Sie bestehen aus den drei Elektroden 1, 2 und 11, von welchen die Elektroden 1 und 11 elektrisch parallel geschaltete sind. Die Elektrode 2 ist beiden Teilen der Messanordnung gemeinsam. Die Elektroden 1 und 11 sind geerdet, wodurch erreicht wird, dass die Elektrode 2 gegen äussere störende Einflüsse abgeschirmt wird. Diese Vermehrung der Messfelder gestattet, mit grösseren durch das Textilmaterial 4 hervorgerufenen totalen Kapazitätsänderungen zu arbeiten als bei einem einfachen Kondensator, wodurch die Messgenauigkeit vergrössert wird.
In Fig. 3 ist eine Messanordnung dargestellt, bei welcher das Textilmaterial 4 durch drei auf einer Grundplatte 16 montierte, versetzt angeordnete Elektroden 1, 2 und 11 geführt wird. Die Richtung der elektrischen Feldlinien ist in diesem Falle gegenüber der Richtung des Textilmaterials 4 zwar etwas geneigt.
Solange aber der von den beiden genannten Richtun gen - der des Textilmaterials 4 und der der Feld linien-eingeschlossene Winkel sehr spitz ist, herrschen im wesentlichen noch die gleichen Bedingungen hinsichtlich der Beeinflussung des elektrischen Feldes durch das Textilmaterial 4 wie bei den Messanordnungen gemäss den Fig. 1 und 2. Eine Anordnung gemäss Fig. 3 wird mit Vorteil für die Messung voluminöser Bänder und Vorgarne gewählt. Die Querschnittsform der Elektroden 1, 2, 11 kann sowohl zylindrisch als auch beliebig prismatisch sein.
Fig. 4 zeigt eine Erweiterung der in Fig. 3 gezeigten Anordnung, wobei die Zahl der wirksamen Messfelder auf vier erhöht wurde. Ausserdem stehen den Kondensatorelektroden 1, 11, 21 und 2, 12 je eine weitere Kondensatorelektrode 13, 23, 33 gegenüber.
Dadurch wird erreicht, dass ausser den Nutzfeldern zwischen den Kondensatorelektroden 1-2-11-1221, welche vom Textilmaterial 4 durchlaufen werden, sich noch eine gleiche Anzahl weiterer gleichartiger elektrischer Felder zwischen den Kondensatorelektroden 13 - 2 - 23 - 12 - 33 ausbildet. Bei geeigneter Schaltungsanordnung dienen diese zweiten vom Textilmaterial 4 unbeeinflussten Kondensatorfelder dazu, alle störenden, in der Umgebung der Kondensatorelektroden wirksamen Einflüsse (Temperatur, Feuchtigkeit usw.) so weit zu kompensieren, dass praktisch nur die effektiven Schwankungen des Gewichts pro Längeneinheit im Textilmaterial 4 äquivalente Kapazitätsänderungen hervorrufen.
Die beispielsweise als Messbrücke ausgebildete elektrische Schaltung 6 ist für diese Anordnung so getroffen, dass das Nutzfeld in dem einen Zweig und das Kompensationsfeld in einem anderen Zweig der Brückenschaltung liegt, so dass alle gleichzeitig und mit gleicher Intensität auf die beiden elektrischen Felder wirkenden Einflüsse, welche unerwünschte Kapa zitätsänderungen vernrsachen, kein elektrisches Signal am Ausgang der Messbrücke hervorrufen.
Eine Messanordnung mit abgeschirmten Elektroden zeigt Fig. 5. Die Abschirmung ist als geerdete Platte 14 schematisch angedeutet und bezweckt, störende Einflüsse - beispielsweise durch Berührung auf die wirksame Elektrode 2 auszuschalten. Die Form der geerdeten Platte 14 ist je nach der Anordnung der Elektroden 1, 2, 11 und eventueller Führungsorgane 3, 3' von Fall zu Fall verschieden.
Eine Anzahl von einander gegenüberstehenden Elektroden gemäss Fig. 2 können konstruktiv so zusammengefasst werden, dass kammartig ineinandergreifende Elektrodenanordnungen entstehen, wie es Fig. 6 zeigt. Einer ersten Kammelektrode 9 mit vier Platten steht eine zweite Kammelektrode 10 mit fünf Platten gegenüber, so dass sich insgesamt acht einzelne parallel geschaltete Messfelder bilden, über welche das Textilmaterial 4 hinwegbewegt wird. Solche Kammelektroden sind konstruktiv sehr einfach zu bauen; insbesondere können sie aus solchen Materialien hergestellt werden, die für die Verwendung mit Textilmaterial 4 weitere wesentliche Eigenschaften aufweisen.
Bekanntlich greifen Textilmaterialien, insbesondere die synthetischen Endlosgarne, alle Oberflächen stark an, sobald gleitende Reibung zwischen den Textilmaterialien und den genannten Oberflächen auftritt.
Es ist deshalb erforderlich, dass die der Führung des Textilmaterials 4 dienenden Organe, das sind einerseits die Führungsorgane 3, 3' und anderseits die dem Textilmaterial 4 zunächst stehenden Flächen der Schlitze 1', 2', aus sehr widerstandsfähigem Werkstoff hergestellt werden. Da die Elektroden 1, 2, 11, 12, 21 resp. die Kammelektroden 9, 10 der erfindungsgemässen Vorrichtungen gleichzeitig als Führungsorgane ausgebildet sein können und infolgedessen der Reibung mit dem sich in Längsrichtung bewegenden Textilmaterial 4 unterworfen sind, können sie beispielsweise aus Metall, welches mindestens an den Berüh rungsstellen mit einem sehr harten Überzug, beispielsweise Hartchrom, versehen ist, hergestellt werden.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die genannten Elektroden aus gesinterter keramischer Masse, welche an sich sehr hart und widerstandsfähig ist, herzustellen. Da die wirksamen Kapazitäten zwischen den Elektroden sehr klein sind, ist es nicht notwendig, die Elektroden aus elektrisch leitendem Material herzustellen. Es genügt vielmehr, wenn die Elektroden selbst aus einer an sich isolierenden keramischen Masse mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante e bestehen. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit können solche keramischen Elektroden an den mechanisch nicht beanspruchten Stellen zudem mit einem Metallüberzug 15 (Fig. 6a), beispielsweise aus Silber, versehen werden. In Fig. 6a ist der Metallüberzug 15 in der Draufsicht durch Punktierung, im Schnitt durch eine den Umriss der Elektroden umgebende Linie angedeutet.
Für die praktische Durchführung von Messaufgaben, bei welchen das Gewicht pro Längeneinheit von Textilmaterial 4 mit Hilfe von Hochfrequenzkondensatoren in eine elektrische Grösse umgeformt wird, ist es wichtig, dass das Verhältnis zwischen der totalen Elektrodenfläche der Kondensatoren und dem vom Textilmaterial 4 eingenommenen Querschnitt, der sogenannte Füllfaktor, nicht zu gross, jedoch auch nicht zu klein gewählt wird. Bei zu grossem Füllfaktor ist die Proportionalität zwischen dem Gewicht pro Längen einheit des Textilmaterials 4 und der resultierenden elektrischen Grösse nicht mehr gewährleistet.
Sollen nun mit Hilfe eines Hochfrequenzkondensators sehr grosse Bereiche des Gewichts pro Längeneinheit von Textilmaterial 4 beliebiger Art gemessen werden, so erfordert dies, dass Messanordnungen mit verschiedenen Elektrodenabständen verwendet werden. Es besteht beispielsweise die Möglichkeit, für bestimmte Bereiche des Gewichts pro Längeneinheit verschiedene Messanordnungen vorzusehen, die untereinander auswechselbar sind. Dies führt aber zu erheblichen konstruktiven Schwierigkeiten.
Eine andere Möglichkeit für die Unterbringung verschiedener Messbereiche besteht darin, dass in einer Messanordnung gemäss der Fig. 5 mehrere Messstrekken mit verschiedenen Elektrodenabständen auf einer gemeinsamen Grundplatte 16 befestigt werden. Fig. 7 zeigt eine solche beispielsweise Anordnung mit insgesamt vier Messbereichen. Ein erster Messbereich entsteht zwischen den Kondensatorelektroden 1 und 2, ein zweiter zwischen den Kondensatorelektroden 2 und 11, ein dritter zwischen den Kondensatorelektroden 11 und 12 und ein vierter endlich zwischen den Kondensatorelektroden 12 und 21.
Ein und dasselbe Textilmaterial 4 wird nun bei einer solchen Anordnung der Kondensatorelektroden im ersten Messbereich die kleinste, im zweiten Messbereich eine etwas grössere, im dritten eine noch grössere und im vierten Messbereich die grösste Kapazitätsänderung hervorrufen. Hierdurch lassen sich also mehrere, für verschiedene Bereiche des Gewichts pro Längeneinheit des Textilmaterials bestimmte Messanordnungen in einer einzigen zusammenfassen.
Die Wechselspannungsquelle 5 und die elektrische Schaltung 6 können, wie dies in den Fig. 2, 5 und 7 gezeigt ist, einseitig geerdet sein. Die Kondensatorelektroden 1, 2, 11, 12 und 21 können aber auch erdsymmetrisch mit der Wechselspannungsquelle 5 verbunden sein. Für jede Anordnung von Kondensatorelektroden 1, 2 lassen sich so die günstigsten Ausbreitungsbedingungen für die elektrischen Feldlinien 6 verwirklichen.
Method and device for the capacitive determination of the course of the weight per unit length of textile material
In the textile industry there is a need for measurement methods for determining the course of the weight per unit length of textile material, for example on tapes, rovings and yarns from the spinning mill. Numerous methods have already become known which allow this determination to be carried out with an accuracy that is sufficient in many cases. It has been shown that the capacitive measurement with the aid of the high-frequency measurement capacitor represents a very advantageous solution overall. In many applications, however, the accuracy of the display of the weight per unit length of all known methods - based on capacitive measurement - is not yet sufficient.
In the known methods and the corresponding devices which use a high-frequency measuring capacitor, in principle two capacitor electrodes arranged parallel to one another at a certain distance are used. The textile material to be tested is passed through the Luit space between the two capacitor electrodes in such a way that it moves essentially in the direction of the equipotential lines of the electrical field that spreads between the capacitor electrodes. According to its weight per unit length, the textile material causes a more or less strong displacement of the air, which has a dielectric constant of approximately 1.
Instead of the displaced air, there is the textile material itself, with a dielectric constant greater than 1, which results in a corresponding increase in the capacitance of the measuring capacitor. In this way, an electrical signal can be obtained which, assuming ideal conditions, should be precisely proportional to the weight per unit length of the textile material currently located between the capacitor electrodes, given the appropriate design of the measuring capacitor and the associated electrical circuit.
Assuming ideal conditions, plate capacitors which have a textile test material between the plates can be regarded as layer capacitors. In this case, the dielectrics with different dielectric constants can be combined into individual, inherently homogeneous layers which also have the same surface dimensions as the capacitor electrodes. In an absolutely homogeneous capacitor field, the capacitance of such a layer capacitor is independent of where the dielectric with the dielectric constant greater than 1 is located between the capacitor plates, i.e. H. whether it lies against one of the plates or whether it is in the middle of the space between the plates.
However, the practical use of such known measuring capacitors, in which the textile material is moved in the direction of the equipotential surfaces through the air space of the measuring capacitor, shows that the display is not proportional to the weight per unit length of the textile material to the extent that it is desirable and, under the assumption, more ideal Conditions would be expected. Such measuring capacitors have the property that the originally approximately homogeneous electrical field spreading between the capacitor plates is distorted by the introduction of the textile material into the space between the two capacitor electrodes, i.e. H. becomes inhomogeneous.
If, for example, textile material is introduced into the middle of the space between the capacitor electrodes, so that air is still present on both sides between the electrodes and the textile material, a certain change in capacitance results. If the textile material is now shifted towards an electrode which has a voltage with respect to earth potential, a further change in capacitance occurs incorrectly, although the weight of the textile material located between the electrodes has not changed.
If the textile material is in close contact with a live electrode, field lines increasingly enter the textile material, on the one hand within the capacitor electrodes from the parts of the capacitor plates adjacent to the textile material and, in particular, in the areas of the edge field of the plate capacitor. Thus, mere changes in the position of a textile material section resting between the electrodes also erroneously result in changes in capacitance. Such changes in position can unfortunately never be completely avoided when measuring textiles.
The aforementioned field distortion and the resulting change in capacitance, which is no longer proportional to the weight per unit length of the textile material, has a particularly disruptive effect when measuring the weight per unit length of continuous yarns. On the one hand, because the continuous yarns have a very high concentration of material and, on the other hand, because in many cases they have taken on a ribbon-shaped cross-section, the continuous yarn always rotating during the test in the measuring capacitor. Since these two properties are particularly beneficial for the undesired distortion of the electric field, in many cases the undesirable changes in capacitance caused thereby exceed those changes in capacitance which actually correspond to the actual fluctuations in weight per unit length.
For reliable measurements of continuous yarns, the incorrect changes in capacitance caused by the shape and position of the same had to be eliminated by special mechanical devices, for example by twisting the textile material in the area of the measuring capacitor by means of rotating members and further by very precise guide members.
However, even with textile material made of staple fibers, it can be observed under certain circumstances that capacitance changes occur in measurement capacitors that have been customary up to now, which are not caused by corresponding fluctuations in weight per unit length in the textile material. This is particularly evident in card slivers and draw frame slivers which, on the one hand, have relatively small weight fluctuations per unit length, but which, on the other hand, allow a noticeable inhomogeneity of the fiber distribution within the relatively large material cross-sections. Such inhomogeneities in the fiber distribution result in strong distortions of the electric field of plate capacitors, which are very disturbing as measurement errors.
The present invention overcomes these disadvantages and relates to a method for the capacitive determination of the course of the weight per unit length of textile material and is characterized in that the textile material to be tested is guided by means of guide devices through a designated area of a measuring field of an electrical measuring capacitor in such a way that the The longitudinal component of the electrical field of the measuring capacitor which coincides with the direction of movement of the textile material is essentially greater than the transverse component.
The invention also relates to a device for carrying out the mentioned method and is characterized by guide devices with which the textile material to be tested is guided through the measuring field of an electrical measuring capacitor in such a way that its longitudinal component falling in the direction of movement of the textile material is substantially larger as the transverse component.
The method according to the invention and devices suitable for carrying it out are explained with reference to figures. They show schematically:
Fig. La a pair of electrodes with the textile material to be tested,
FIG. 1b shows another embodiment of the electrode pair according to FIG.
2 shows a measuring arrangement with two successive measuring fields,
3 shows another possible measuring arrangement with two successive measuring fields,
4 shows an expanded measuring arrangement with four successive compensated measuring fields,
5 shows a measuring arrangement with two successive measuring fields and a shield,
6 shows a measuring arrangement with comb-shaped electrodes,
6a shows a structural detail of the arrangement according to FIG. 6 in section,
7 shows a measuring arrangement with several measuring fields connected in parallel with different electrode spacings.
In the arrangement according to FIG. 1 la, two capacitor electrodes 1, 2 face one another, between which an electric field E spreads as soon as the capacitor electrodes are applied to an alternating voltage, which is supplied by the alternating voltage source 5, for example. The textile material 4 to be tested is guided over the capacitor electrodes 1, 2 by means of the guide elements 3, 3 'in such a way that it is located in an area of as constant a field line density as possible. The direction of movement of the textile material 4 is intentionally selected so that it corresponds as closely as possible to the direction of the electric field lines e running between the capacitor electrodes 1, 2.
Through the slots 1 ', 2' provided in the capacitor electrodes 1, 2, the textile material 4 is also placed in such an area of the electric field E in which the field line density is to be regarded as constant. It would also be conceivable to provide a through hole in each of the capacitor electrodes 1 and 2 and to pull the textile material 4 through these holes. However, such bores have the disadvantage that the textile material 4 has to be threaded into the same for the purposes of the measurement, which is not necessary when it is inserted into the notches 1 ', 2'.
This disadvantage can, however, be circumvented in that the bore is slit in one direction (FIG. 1b), so that the textile material 4 can be inserted into the measuring field without separating it.
Since the textile material 4 runs in the direction of the electric field lines e, the measurement properties of the layer capacitor formed in this way are significantly more advantageous than those of a conventional plate capacitor with transversal passage of the test material in the direction of the equipotential surfaces.
Changes in the electrical field caused by the textile material 4, which manifest themselves in an apparent enlargement of the capacitor plates and thus the total capacitance, are only possible in an arrangement according to FIG. 1 by varying the substance cross-section of the textile material 4.
Since the textile material 4 is always distributed over the entire plate spacing b, the conditions under which the aforementioned change in the electric field takes place are practically always the same. As a result, the changes in capacitance of the measuring arrangement which cause measurement errors and which are caused by mere changes in the position or shape of the textile material 4 are largely eliminated.
A further advantage of the arrangement according to the invention is that the stray field that forms on the edge zones of the capacitor electrodes 1, 2 is not affected by the textile material 4 at all.
As a result, neither inhomogeneities in the fiber distribution within the substance cross-section nor a cross-section of the textile material 4 deviating from the circular shape can cause apparent changes in capacity that are not caused by actual changes in the weight per unit length. The total capacity of the measuring arrangement is therefore only dependent on the weight per unit length of the textile material 4, which is located between the electrodes 1 and 2.
The changes in capacitance obtained in the measuring arrangement are converted in an electrical circuit 6, for example a bridge circuit, in a manner known per se into an electrical signal proportional to the weight per unit length of the textile material 4. This electrical signal is in turn demodulated in a rectifier 7a, then amplified in an amplifier 7b and then fed to further display and control elements, for example a display instrument 8. The order can also be reversed, i.e. H. first the bridge voltage can be amplified and then demodulated.
FIG. 2 shows an electrical parallel connection of two measuring capacitors according to FIG. 1 lying one behind the other in the direction of movement of the textile material 4. They consist of the three electrodes 1, 2 and 11, of which the electrodes 1 and 11 are electrically connected in parallel. The electrode 2 is common to both parts of the measuring arrangement. The electrodes 1 and 11 are grounded, which means that the electrode 2 is shielded from external disturbing influences. This increase in the measuring fields makes it possible to work with greater total changes in capacitance caused by the textile material 4 than with a simple capacitor, which increases the measuring accuracy.
3 shows a measuring arrangement in which the textile material 4 is guided through three offset electrodes 1, 2 and 11 mounted on a base plate 16. In this case, the direction of the electric field lines is somewhat inclined with respect to the direction of the textile material 4.
However, as long as the two directions mentioned - that of the textile material 4 and the angle enclosed by the field lines are very acute, essentially the same conditions prevail with regard to the influence of the electric field by the textile material 4 as in the measuring arrangements according to FIGS 1 and 2. An arrangement according to FIG. 3 is advantageously chosen for the measurement of voluminous ribbons and rovings. The cross-sectional shape of the electrodes 1, 2, 11 can be either cylindrical or any prismatic.
FIG. 4 shows an extension of the arrangement shown in FIG. 3, the number of effective measuring fields being increased to four. In addition, the capacitor electrodes 1, 11, 21 and 2, 12 each have a further capacitor electrode 13, 23, 33 opposite.
This ensures that, in addition to the useful fields between the capacitor electrodes 1-2-11-1221 through which the textile material 4 passes, an equal number of other similar electrical fields are formed between the capacitor electrodes 13-2-23-12-33. With a suitable circuit arrangement, these second capacitor fields, which are not influenced by the textile material 4, serve to compensate for all disturbing influences (temperature, humidity, etc.) effective in the vicinity of the capacitor electrodes to such an extent that practically only the effective fluctuations in weight per unit length in the textile material 4 produce equivalent changes in capacitance cause.
The electrical circuit 6, designed for example as a measuring bridge, is designed for this arrangement in such a way that the useful field is in one branch and the compensation field in another branch of the bridge circuit, so that all influences acting simultaneously and with the same intensity on the two electric fields, which Be aware of unwanted changes in capacity, do not generate an electrical signal at the output of the measuring bridge.
A measuring arrangement with shielded electrodes is shown in FIG. 5. The shielding is indicated schematically as a grounded plate 14 and is intended to eliminate disruptive influences, for example by touching the active electrode 2. The shape of the grounded plate 14 differs from case to case depending on the arrangement of the electrodes 1, 2, 11 and any guide elements 3, 3 '.
A number of mutually opposing electrodes according to FIG. 2 can be structurally combined in such a way that electrode arrangements that mesh in a comb-like manner are created, as shown in FIG. 6. A first comb electrode 9 with four plates faces a second comb electrode 10 with five plates, so that a total of eight individual measuring fields connected in parallel are formed, over which the textile material 4 is moved. Such comb electrodes are structurally very simple to build; In particular, they can be made from materials that have other essential properties for use with textile material 4.
It is known that textile materials, in particular the synthetic continuous yarns, attack all surfaces severely as soon as sliding friction occurs between the textile materials and the surfaces mentioned.
It is therefore necessary that the organs used to guide the textile material 4, that is, on the one hand the guide organs 3, 3 'and on the other hand the surfaces of the slots 1', 2 'next to the textile material 4, are made of a very resistant material. Since the electrodes 1, 2, 11, 12, 21, respectively. The comb electrodes 9, 10 of the devices according to the invention can simultaneously be designed as guide elements and are consequently subject to friction with the textile material 4 moving in the longitudinal direction, they can, for example, be made of metal, which at least at the contact points with a very hard coating, for example hard chrome, is provided.
However, there is also the possibility of producing the electrodes mentioned from sintered ceramic mass, which in itself is very hard and resistant. Since the effective capacitances between the electrodes are very small, it is not necessary to make the electrodes from electrically conductive material. Rather, it is sufficient if the electrodes themselves consist of an inherently insulating ceramic mass with a high relative dielectric constant e. To increase the conductivity, such ceramic electrodes can also be provided with a metal coating 15 (FIG. 6a), for example made of silver, at the mechanically unstressed areas. In FIG. 6a, the metal coating 15 is indicated in the plan view by dots and in section by a line surrounding the outline of the electrodes.
For the practical implementation of measuring tasks in which the weight per unit length of textile material 4 is converted into an electrical quantity with the aid of high-frequency capacitors, it is important that the ratio between the total electrode area of the capacitors and the cross section occupied by the textile material 4, the so-called Fill factor, not too big, but not too small either. If the fill factor is too large, the proportionality between the weight per unit length of the textile material 4 and the resulting electrical quantity is no longer guaranteed.
If very large areas of weight per unit length of textile material 4 of any type are to be measured with the aid of a high-frequency capacitor, this requires that measuring arrangements with different electrode spacings are used. It is possible, for example, to provide different measuring arrangements for certain weight ranges per unit of length, which can be interchanged with one another. However, this leads to considerable structural difficulties.
Another possibility for accommodating different measuring areas is that, in a measuring arrangement according to FIG. 5, several measuring sections with different electrode spacings are attached to a common base plate 16. 7 shows such an arrangement, for example, with a total of four measurement areas. A first measurement area is created between the capacitor electrodes 1 and 2, a second between the capacitor electrodes 2 and 11, a third between the capacitor electrodes 11 and 12 and a fourth between the capacitor electrodes 12 and 21.
With such an arrangement of the capacitor electrodes, one and the same textile material 4 will cause the smallest change in capacitance in the first measurement area, a somewhat larger change in the second measurement area, an even larger change in the third and the largest change in capacitance in the fourth measurement area. In this way, several measuring arrangements intended for different weight ranges per unit length of the textile material can be combined in a single one.
The AC voltage source 5 and the electrical circuit 6 can, as shown in FIGS. 2, 5 and 7, be grounded on one side. The capacitor electrodes 1, 2, 11, 12 and 21 can, however, also be connected to the AC voltage source 5 symmetrically to ground. For each arrangement of capacitor electrodes 1, 2, the most favorable propagation conditions for the electric field lines 6 can thus be achieved.