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Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des absoluten oder prozentualen
Feuchtigkeitsgehaltes stetig erzeugter Güter Bei der Erzeugung von Gütern, die in
einem stetigen Strom einem Trocknungs- oder Befeuchtungsvorgang unterliegen, ist
es aus den verschiedensten Gründen wichtig, den Wassergehalt vor oder nach der Behandlung
stets genau zu kennen. Neben den verschiedensten gebräuchlichen gravimetrischen
Verfahren werden für diesen Zweck vielfach Wassergehaltsmesser verwendet, die die
Wirkung oder die Beeinflussung elektrischer Ströme auf oder durch das Meßgut zur
Feststellung des Wassergehaltes benutzen. Diese Verfahren und die für sie vorgesehenen
Einrichtungen haben den Vorteil, daß die Bestimmung des Wassergehaltes nach einer
einmal erfolgten Eichung der Meßeinrichtung sehr rasch vor sich geht.
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Diese elektrischen Schnellbestimmungsverfahren werden in zwei Arten
angewendet.
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Einmal werden Muster des betreffenden Stoffes untersucht, und zum
anderen Mal wird der stetig erzeugte oder behandelte Strom des zu messenden Gutes
ununterbrochen der Einwirkung der Meßströme unterworfen oder zu ihrer Beeinflussung
herangezogen. Die Anwendung dieser Verfahren brachte viele Aufschlüsse über die
tatsächlichen Vorgänge bei der Trocknung bzw. Befeuchtung von Waren, die bisher
mit Hilfe der gravimetrischen Methode gar nicht oder sehr unvollkommen erfaßt und
dargestellt werden konnten. So er-. geben die Messungen mit stetig arbeitenden Feuchtigkeitsmessern
in vielen Industriezweigen, die scheinbar ein gleichmäßig feuchtes Gut herstellen,
daß diese Gleichmäßigkeit keineswegs gegeben ist und daß in längeren und kürzeren
Abständen ganz erhebliche Feuchtigkeitsschwankungen auftreten.
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In den meisten Arbeitsstätten, die solche Güter erzeugen, ist der
Wert der erzeugten Ware von ihrem Wassergehalt abhängig.
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Wird also eine Einheit dieser Ware verkauft, so ist es für die gerechte
Preisermittlung notwendig, genau das Verhältnis der Bestandteile Ware und Wasser
zu wissen. Will man dieses Verhältnins mit Hilfe von Einzelbestimmungen erfahren,
so sind hierzu viele Messungen erforderlich, die außerdem den Nachteil haben, daß
bei der Probeentnahme eine unvermeidliche Zufälligkeit vorliegt, weil
in
fast allen Fällen das zu messende Gut nur im Durchschnitt gesehen eine gewisse Gleichmäßigkeit
besitzt, während einzelne Teile des Güterstromes einen vom Durchschnitt wesentlich
abweichenden Wassergehalt haben.
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Verwendet man stetig wirkende Feuchtigkeitsmesser, deren Werte auf
einem Registrierstreifen aufgeschrieben werden, so besteht die Möglichkeit, die
Registrierwerte in dem Zeitraum der Erzeugung einer Wareneinheit zu planimetrieren
und den so erzielten Mittelwert für die Preisberechnung einzusetzen.
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Das Bedürfnis zu solchen Messungen liegt z. B. immer dann vor, wenn
der stetig erzeugte Güterstrom in einzelnen Gewicht oder Raumeinheiten abgefaßt
und zur Weiterbehandlung oder zum Versand gebracht wird. Solche Gewicht oder Raumeinheiten
finden sich vielfach in der Form von Ballen, Paketen, Rollen, Behälterfüllungen
u. dgl. in der gesamten Industrie vor. Die Einheit soll fast immer gleich groß gehalten
werden, da sie meistens eine handelsübliche Größe besitzt oder im Falle der Weiterbehandlung
im eigenen Betrieb gleichbleibenden Betriebsvoraussetzungen entsprechen soll.
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Um praktische Beispiele aufzuzählen, sollen folgende Fälle erläutert
werden. In einer Zellwollefabrik interessiert der Wassergehalt des zur Bereitung
der Viscose oder der nach sonstigen Aufbereitungsverfahren hergestellten Spinnfiüssigkeit
verwendeten Zellstoffes.
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Je nach dem Wassergehalt des verwendeten Zellstoftes müssen die weiteren
Zusätze bemessen werden. Die Gleichmäßigkeit des Ansatzes ist für die Güte des Erzeugnisses
maßgebend. Andererseits interessiert in einer Zellwollefabrik der Wassergehalt der
erzeugten Zellwolle, die bekanntlich am Schluß des Herstellungsprozesses einem Trocknungsverfahren
unterliegt. Der Wassergehalt in der Zellwolle schwankt erheblich, und der gesamte
Wassergehalt in einem Ballen, der aus dem stetig fließenden Strom hergestellt wird,
ist für die Errechnung des gerechten Preises eine maßgebliche Größe. In beiden Fällen
werden heute stetig wirkende Feuchtigkeitsmesser verwendet, deren Ergebnisse registriert
und die registrierten Werte im Zeitablauf der Füllung eines Behälters oder der Anfertigung
eines Ballens mit jeweils festliegenden Gewichten planimetriert und für den weiteren
Betriebsvorgang ausgewertet werden.
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Aber auch dieses Verfahren hat große Nachteile. Die Auswertung der
Registrierkurven ist wegen der vorhandenen starken Ungleichmäßigkeit des Wassergehaltes
außerordentlich zeitraubend und ungenau. Außerdem sind oft die Zeitabstände zwischen
den einzelnen Abschnitten der Betriebsvorgänge sehr kurz und -oftmals auch ungleidnnäßig.
so daß es schwer ist, den richtigen Zeitablauf auf der Registrierkurve zu erfassen.
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Die vorliegende Erfindung soll diesem fabel stand abhelfen. Sie betrifft
ein Verfahren zur Feststellung des tatsächlichen Wassergehaltes in einer für sich
erfaßbaren Mengen- oder Gewichtseinheit eines stetig fließenden Güterstromes. Das
Verfahren arbeitet mit Hilfe elektrisch wirkender Feuchtigkeitsmesser. Es kennzeichnet
sich gegenüber der bisherigen Anwendung der elektrisch wirkenden Feuchtigkeitsmesser
für stetige Messung dadurch. daß der den Wassergehalt anzeigende Meßstrom nicht
nur über ein Anzeige- oder Registrierinstrument, sondern zugleich auch über einen
elektrischen Zähler geführt wird. der die Summenbildung aller SchRanIiungen des
Meßstromes vornimmt und der zweclimäßig jeweils nach Beendigung des Eetriebsvorgan
ges auf seinen Nullwert zurückgestellt wird.
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Das der Erfindung entsprechende Verfahren bietet gegenüber den bekannten
Verfahren zur Feststellung des tatsächlichen Wassergehaltes einer stetig erzeugten
Wareneinheit den Vorteil, daß die Messung ohne Anwendung weiterer Arbeitsvorgänge
und ohne weiteren Zeitverbrauch mit einer viel größeren Genauigkeit erfolgt. Bei
diesem Verfahren werden tatsächlich alle Schwankungen des Wassergehaltes ihrer Größe
und Zeiteinwirkung nach vollkommen richtig erfaßt, was bei den manuell ausgeführten
Meßverfahren nicht möglich ist. Soll nur der tatsächliche, in der durchgeflossenen
Warenmenge vorhandene Wassergehalt festgestellt werden, so genügt allein die Ablesung
des in der Zeit der Herstellung der Wareneinheit am Zähler entstandenen Meßwertes.
Soll jedoch der prozentuale Wassergehalt ermittelt werden, so ist dieser Wert mit
dem festgestellten Gesamtgewicht in Beziehung zu setzen und durch Rechnung der prozentuale
Wert des Wassergehaltes zu ermitteln.
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In ähnlicher Weise ist schon vorgeschlagen worden, den durchschnittlichen
Gehalt an Kohlensäure und Kohlenoxid von Rauchgasen zu ermitteln, indem die Meßergebnisse
der Indikatoren in Form entsprechender Meßströme einem elektrischen Zähler zugeführt
wurden. Hierbei handelt es sich jedoch um die Messung an einem gleichförmigen Meßgutstrom,
während bei der Feuchtigkeitsmessung mit einem in der Menge stark schwankenden und
oft unterbrochenen Strom zu rechnen ist. Diese Betriebsbedingungen erfordern neue
Mittel zur Lösung der geschilderten Aufgabe.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Zur Feuchtigkeitsmessung dient in diesem Beispiel der
Meßkondensator
I, durch den der stetige Strom des Meßgutes 2 hindurchläuft. Der Meßkondensator
I wird erregt durch einen Wechselstromerzeuger, der hier aus der Elektronenröhre
3, dem Gitterkreis mit der Tnduktivität 4, dem Abstimmkondensator 5, Gitterblockkondensator
6 und Gitterdrosset 7 gebildet wird. Zur Anfachung der Wechselströme dient der Rückkopplungskreis
mit der Induktivität 8 und dem Abstimmkondensator 9. Parallel zum Rückltopplungskreis
ist ein Saugkreis mit der Induktivität I0 und dem abstimmbaren Kondensator 11 angeschlossen.
Parallel zu dem Kondensator II liegt der Kondensator 1. Die erforderliche Anodengleichspannung
wird hier durch den Glimmlichtspannungsteiler I2 aufgeteilt und konstant gehalten.
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Die Arbeitsweise des Wechselstromgenerators ist als bekannt vorauszusetzen.
Es soll hier nur noch erläutert werden, daß der Meßgenerator zu konstanten Schwingungen
angefacht wird, solange der Meßkondensator noch kein Meßgut enthält. In der Zuleitung
des Anodenstromes fließt ein konstanter Gleichstrom, der diesem Schwingungszustand
entspricht und der in dem Anzeigeinstrument I3 angezeigt wird. Beim Einführen des
Meßgutes in den Meßkondensator wird die Rückkopplung in ihrer Abstimmung verändert,
so daß nunmehr je nach Abstimmung stärkere oder schwächere Ströme in dem Wechselstromgenerator
erzeugt werden, die einen gegenüber dem früheren Zustand stärkeren oder schwächeren
Anodenstrom zur Folge haben.
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In der Zuleitung des Anodengleichstromes liegt, der Erfindung entsprechend,
ein elektrischer Stromzähler, in diesem Falle ein Gleichstromzähler, der aus dem
Anker 14 dem Feldmagneten I5 und dem Zählwerk besteht.
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Um eine größere Empfindlichkeit des Anzeigeinstrumentes und des Zählers
zu erzielen, wird durch den Hilfswiderstand I7 der Teil des Auodengleichstromes,
der konstant ist, in der Anodenstromzuleitung kompensiert, so daß also nur die Veränderung
der Anodenstromstärke gegenüber dem Ruhestrom angezeigt und durch den Zähler gemessen
wird.
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Der Anodenstrom des Wechselstromgenerators verändert sich jedoch
nicht nur beim Einführen des Meßgutes, sondern auch bei Veränderung des Wassergehaltes.
Wenn die zugeführte Menge des Mellgutes, bezogen auf die Zeiteinheit, stets konstant
bleibt, so sind die Anodenstromveränderungen, die durch die Änderungen des Wassergehaltes
hervorgerufen werden, ein genauer Maßstab für den Wassergehalt. Man kann dabei das
Anzeigeinstrum-ent I3 so eichen, daß es den Wassergehalt in 100 Teilen des Trockengehaltes
oder des Feuchtgewichtes angibt. In gleicher Weise wirt auch das Zählwerk. Die Umlaufgeschwindigkeit
des Zählwerkankers wird in festem Zusammenhang mit der Höhe des Wassergehaltes des
Meßgutes stehen. Wird das Meßgut stets mit gleicher Geschwindigkeit durch den Meßkondensator
geführt, so kann das Zählwerk in Kilogramm-Wasser als Mengenzähler geeicht werden.
Es ist also möglich, den absoluten Wassergehalt einer bestimmten Warenmenge, die
in einem be stimmten Zeitraum durch den Meßkondensator geführt worden ist, am Zählwerk
abzulesen, wenn man das Zählwerk bei Beginn und am Schluß des Fertigungsvorganges
dieser Warenmenge abliest. Aus dem ermittelten Warengewicht und der hier festgestellten
Wassermenge läßt sich durch einfache Rechnung auch der prozentuale Anteil des Wassers
bestimmen.
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Diese Einrichtung wird jedoch dann Fehlmessungen erbringen, wenn
durch einen Betriebszwischenfall die durch den Meßkondensator geführte Ware zum
Stillstand kommt oder wenn die Ware aus dem Kondensator ganz entfernt wird. Dieses
ist ja ohne weiteres erklärlich, wenn man berücksichtigt, daß beim Stillstand der
Ware während dieser Zeit nur der Wassergehalt angezeigt und gezählt wird, den das
Meßgut, das augenblicltlich sich im Meßkondensator befindet, besitzt. Ist der Stillstand
von längerer Dauer, so kann hierdurch bei stark streuendem Wassergehalt des Meßgutes
ein erheblicher Meßfehler entstehen.
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Andererseits ruft ja bereits das vollkommen trockene Meßgut eine
bestimmte Veränderung des Anodenstromes hervor, so daß nur die Veränderungen von
der Anodenstromstärke ab, die der Füllung des Meßkondensators mit vollkommen trockenem
Meßgut entspricht, in dem Anzeigeinstrilment bzw. im Zählwerk gemessen werden können.
Dadurch besteht die Gefahr, daß beim völligen Austreten des Meßgutes aus dem Meßkondensator
eine erhebliche Anodenstromveränderung eintritt, die eine Bewegung des Zählwerkes
entgegengesetzt der normalen Zählrichtung hervorrufen wird.
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Um diese Fehler zu vermeiden, kann das Zählwerk durch den Kontakt
IS kurzgeschlossen werden. Der Kontakt IS wird durch eine mechanische oder elektrische
Vorrichtung bekannnter Bauart kurzgeschlossen, wenn das Meßgut zum Stillstand kommt
oder der Meßkondensator kein Meßgut enthält. Durch diese Einrichtung wird also vermieden,
daß durch unerwünschte Betriebsvorkommnisse Fehlzählungen hervorgerufen werden.
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Die bisher beschriebene Einrichtung genügt in allen den Fällen, wo
das Meßgut sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegt. Es ist klar, daß bei ungleichmäßiger
Geschwindigkeit
des Meßgutes Fehlmessungen auftreten müssen, weil
es vorkommen kann, daß ein Teil der Ware mit geringem Wassergehalt sehr langsam
durch den Meßkondensator läuft und dadurch das Zählwerk so beeinflußt, daß ein hoher
Wassergehalt vorgetäuscht wird.
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Andererseits kann der Zeitwert eines Teiles des Meßgutes mit hohem
Wassergehalt zu kurz bemessen sein, so daß ein zu niedriger Wassergehalt vorgetäuscht
wird, wenn die zu feuchte Teilmenge zu rasch den Meßkondensator passiert. Um diesem
Fehler zu begegnen, soll das Zählwerk durch den Geschwindigkeitsfaktor mit beeinflußt
werden. Dieses kann z. B. dadurch erfolgen, daß eine zusätzliche Bremsscheibe 19
mit einem Bremsmagneten 20 auf der Zählerachse angeordnet wird und hemmend auf die
Bewegung des Zählwerkes einwirkt. Die Erregung des Bremsmagneten soll in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit des Meßgutes erfolgen. Bei steigender Geschwindigkeit soll
die Bremswirkung verringert werden, während bei sinkender Geschwindigkeit die Bremswirkung
erhöht wird. Die Erzeugung des richtig bemessenen Bremsstromes für den Magneten
20 kann in bekannter Weise durch einen vom Meßgut in Bewegung versetzten Gleichstromgenerator
oder einen in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeitsmessung verstellten Widerstand
erfolgen. Die Angleichung der Bremswirkung und Zählwirkung kann durch parallel geschaltete
Widerstände zum Zählwerk bzw. zum Bremsmagneten erfolgen.
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Eine andere Möglichkeit, den Geschwindigkeitsfaktor mit in die Zählung
hineinzubringen, besteht darin, daß ein zusätzlicher Strom, der wie der Bremsstrom
für den Magneten 20 in seiner Stärke zu der Geschwindigkeit proportional ist, dem
Zähler über seine Bürsten zugeleitet wird. Dieser Strom müßte mit sinkender Geschwindigkeit
ebenfalls sinken, und mit steigender Geschwindigkeit ansteigen. Zu seiner Erzeugung
können die gleichen Mittel dienen, wie oben bereits geschildert.
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Aus den vielen Möglichkeiten, den Geschwindigkeitsfaktor in diese
Mesung hineinzubringen, soll letzten Endes noch die erwähnt werden, einen Parallelwiderstand
21 zum Zählwerk zu legen, dessen Größe in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des
Meßgutes gesteuert wird.
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Es sind jedoch noch andere Fälle denkbar, bei denen es sich nicht
um ein Meßgut gleichbleibender Stärke oder gleichbleibenden Gewichtes handelt, sondern
das Meßgut stoßweise und in unregelmäßigen Mengen aus dem Herstellungsvorgang anfällt.
Auch hier ist es notwendig, den tatsächlichen Wassergehalt einer bestimmten Menge
dieser Ware zu ermitteln. Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht auch dieses,
und zwar auf folgendem Wege: Wie oben schon erklärt, bringt ja nicht nur die feuchte
Ware einen Ausschlag des Feuchtigkeitsmessers zustande, sondern schon die trockene
Ware. Wenn man also den Ausgleichwiderstand 17 so einstellt, daß bei leerem Meßkondensator
kein Strom durch das Anzeigeinstrument bzw. Zählwerk fließt, so würde bei gleichbleibendem
Wassergehalt der Ware der Ausschlag des Anzeigeinstrumentes bzw. die Geschwindigkeit
des Zählwerkes allein von der Menge der hindurchgetretenen Ware abhängig sein. Eine
steigende Menge würde also einen Ausschlag in gleicher Richtung hervorrufen, wie
ein steigender Wassergehalt. Beeinflußt man also die vom Anodengleichstrom hervorgerufene
Umlaufgeschwindigkeit des Zählwerkes in ähnlicher Weise wie vordem von der Geschwindigkeit
des Meßgutes jetzt von seiner Menge, so wird die Zählung des Wassergehaltes immer
wieder in richtiger Weise erfolgen. Mittel zur Beeinflussung eines Widerstandes
oder eines Stromes in Abhängigkeit von der Menge eines Gutes sind bekannt, so daß
diese Beeinflussung ohne weiteres möglich ist. Zu berücksichtigen ist ferner noch,
daß die Beeinflussung des Anodenstromes durch eine veränderte Menge des Meßgutes
bei gleichbleibender Feuchtigkeit nicht so wirkungsvoll ist, wie die gleich große
Beeinflussung der Feuchtigkeit bei gleichbleibender Menge.
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Setzt man also einer vorher gemessenen Menge des Meßgutes mit einer
bestimmten Feuchtigkeit einen bestimmten Gewichtsanteil gleichen Meßgutes zu, so
ist die Veränderung des Ausschlages bedeutend geringer, als wenn man den gleichen
Gewichtsanteil in Wasser hinzufügt. Es besteht also die Möglichkeit. auch ohne einen
Ausgleich der veränderlichen Menge in der oben beschriebenen Art eine Messung des
absoluten Wassergehaltes vorzunehmen, wenn man eine geringeUngenauigkeit in Kauf
nimmt.
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Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß die hier geschilderte Erfindung
bedeutende Vorteile gegenüber den bisher bekannten Verfahren zur Ermittlung des
Gesamtwassergdialtes einer bestimmten Menge eines stetig fließenden Warenstromes
erbringt. Dieses wird um so deutlicher, je ungleichmäßiger der Wassergehalt der
einzelnen Teile dieses Warenstromes ist. Alle, auch die kürzesten Veränderungen
des Wassergehaltes werden ihrem absoluten Wert und ihrem Zeitwert entsprechend richtig
gemessen, während die Ermittlung gerade dieser Veränderungen mit Hilfe der üblichen
Verfahren sehr große Schwierigkeiten mit sich bringt. Es ist ferner durch
die
selbsttätige Ermittlung des absoluten Wassergehaltes in einer bestimmten Warenmenge
ein großer Zeitgewinn zu erzielen, wobei die Ausschaltung von Ausfertigungs- und
Rechnungsfehlern als zusätzlicher Vorteil auftritt.
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Das der Erfindung entsprechende Verfahren kann mit den verschiedensten
elektrischen Wassergehaltsmessern ausgeübt werden. Es ist nur notwendig, daß in
Abhängigkeit vom Wassergehalt des Meßgutes ein veränderlicher Meßstrom erzeugt wird.
Hierbei ist es gleichgültig, ob für die Zählung ein Gleichstrom-oder ein Wechselstromzählwerk
verwendet wird, da ja auch viele Feuchtigkeitsmesser die Meßströme in anderer Weise
erzeugen, als hier beschrieben ist. Auch hinsichtlich des Ausgleiches des Zeitfaktors
geben diese Darstellungen nur eine kleine Auswahl der verschiedenen Möglichkeiten.
Grundsätzlich wird durch die Erfindung klargestellt, das mit Hilfe elektrischer
Feuchtigkeitsmesser die Ermittlung des absoluten Wassergehaltes in einem bestimmten
Teil eines stetig erzeugten Warenstromes möglich ist, ohne daß man gezwungen ist,
die Warenmenge einer Messung zu unterziehen.