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Messgerät zur Anzeige des Feuchtigkeitsgehaltes
Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Anzeige des Feuchtigkeitsgehaltes von insbesondere festen
Werkstoffen durch Messen des elektrischen Widerstandes mittels angelegter oder eingeführter Elektro- den.
Es ist bekannt, in derartigen Messgeräten Trioden als Verstärker zu verwenden, deren Gitter mit einer
Messelektrode und deren Anodenbatterie mit der andern Messelektrode verbunden ist, um den Messstrom zwischen den Elektroden zu verstärken. Derartige Verstärker besitzen eine Reihe von Nachteilen. Einmal ist es notwendig, die Kathode der Triode zu beheizen, was eine zusätzliche Heizstrom quelle notwendig macht. Das Messgerät ist unhandlich - was insbesondere bei tragbaren Geräten von Bedeutung ist-und störanfällig, denn bei der Durchführung von Messungen im Freien oder in Lagerschuppen, wie z. B. bei Feuchtigkeitsmessungen von Holz, Getreide od. dgl., ist die Behandlung der Geräte oft nicht sorgfältig genug.
Der wesentliche Nachteil besteht jedoch darin, dass bei erträglichem Schaltaufwand, bedingt durch die Kennlinie der Triode, nur ein geringer Messbereich erfasst werden kann, da ausserhalb dieses Bereiches durch die Röhre keine dem Messstrom proportionale Verstärkung erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen, d. h. ein leicht tragbares, störunanfälliges Messgerät zu schaffen, das einen extrem hohen, leicht ablesbaren Messbereich aufweist, beispielsweise von etwa 40 Kiloohm bis etwa 100Megohm. Das Messgerät soll ferner unabhängig von Spannungs-und Temperaturschwankungen genaue Messergebnisse liefern. Dabei ist davon auszugehen, dass die Verwendung von Transistoren als Verstärker an sich bekannt ist. Aber abgesehen davon, dass in den bekannten Schaltungen nicht einfach die Röhre durch einen Transistor ersetzt werden kann, würde auch bei Verwendung eines Transistors mit entsprechender Anpassung der zugehörigen Schaltung im Hinblick auf eine Vergrösserung des Messbereiches nichts gewonnen sein.
Gemäss der Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch den Einbau von mindestens zwei zwischen der Messstrecke und dem Anzeigeinstrument als Verstärker arbeitenden Transistoren, vorzugsweise der npn-Type, deren Basen entweder gleiches Potential bei gleichem oder verschiedenem Potential der Kollektoren und bei verschiedenem Potential der Emitter oder verschiedenes Potential bei gleichem Potential der Kollektoren und der Emitter aufweisen. Infolge der unterschiedlichen Potentiale an jeweils einer der Transistorelektroden werden die Transistoren unterschiedlich ausgesteuert, wodurch im Zusammenwirken der Kennlinien der beiden Transistoren die gewünschte Charakteristik zum einwandfreien Messen des Feuchtigkeitsgehaltes über den ganzen Messbereich erzielt wird.
Eingehende Untersuchungen haben temer gezeigt, dass die logarithmische Abhängigkeit des von dem Feuchtigkeitsgehalt des betreffenden Stoffes oder Gegenstandes abhängigen Widerstandes der Exponentialcharakteristik der Transistoren ohne Schwierigkeiten anzupassen ist. Das Anzeigeinstrument des Messgerätes nach der Erfindung kann daher eine praktisch lineare Anzeigeskala aufweisen, die sich beispielsweise von etwa 40 Kiloohm bis zu etwa 100 Megohm erstrecken kann. Ausserdem zeigt es den Feuchtigkeitsgehalt in weitem Bereiche unabhängig von Spannungs-und Temperaturschwankungen schnell, zuverlässig und genau an und ist vielseitig verwendbar. Dabei ist es gleichgültig, um was für Werkstoffe oder Gegenstände es sich handelt, deren Feuchtigkeitsgehalt festgestellt werden soll.
Infolge der Eigenart der Transistoren hinsichtlich ihrer verstärkenden Wirkungen bei verschiedener Ausführung der möglichen Schaltungen und Anschlüsse ihrer Elektroden lässt sich im übrigen eine vielseitige Anpassung des Mess-
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kreises an die praktischen Bedürfnisse durchführen, wobei je nach den Erfordernissen des Messvorganges und der Empfindlichkeit des Anzeigeinstrumentes eine geeignete Bemessung und Auswahl der verschiedenen Einzelelemente des Messgerätes vorgenommen werden können.
Einige Ausführungsbeispiele von Messgeräten mit verschiedenen Transistor-Verstärkerschaltungen im Sinne der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei in Fig. l und in Fig. 2 jeweils zwei Transistoren symmetrisch gegeneinander und in Fig. 3 hintereinander geschaltet sind. Selbstverständlich sind auch andere Schaltungen möglich, wobei auch mehr als zwei Transistoren verwendet werden können.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine aus einer Batterie bestehende Stromquelle U von einem einstellbaren Spannungsteiler S überbrückt. Der zu messende Widerstand Rx ist einerseits an die Stromquelle U angeschlossen und steht anderseits mit den Emittern der beiden Transistoren T und und T in Verbindung. Zwischen dem Widerstand Rx und dem Emitter des Transistors Tz ist zur Er- zielung einer unterschiedlichen Aussteuerung ein Kopplungswiderstand K geschaltet.
Die Basis eines jedenderbeidenTransistorenT.undT ist an den die Stromquelle U überbrückenden Spannungsteiler S angeschlossen, der ausserdem über einen verstellbaren Symmetrierungswiderstand Wb mit dem Emitterkreis inVerbindungsteht.DiebeidenKollektorenderTransistorenTundT sind ebenfalls mit- einander verbunden und an das Anzeigeinstrument A angeschlossen, welches ausserdem auf übliche Weise. mit der Stromquelle U verbunden ist. Im Bedarfsfalle kann in den Ausgangskreis noch ein einstellbarer Angleichungswiderstand Wa zur günstigsten Skalenangleichung zwischengefügt werden.
DurchdieSchaltungderbeidenTransistorenTundT werden Spannungs-und Temperaturschwan- kungen, denen gegenüber bekanntlich Transistoren besonders empfindlich sind, ausgeglichen, so dass das Messgerät stets eine gleich gut bleibende Anzeigegenauigkeit aufweist. Durch den Widerstand Wb kann der günstigste Arbeitspunkt der Transistoren festgelegt werden, während durch den Spannungsteiler S eine gute Anpassung der Eingangspotentiale an den Emittern gegenüber den Ausgangspotentialen an den Kollektoren möglich ist.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel ähnlich demjenigen in Fig. 1 schematisch dargestellt. Hiebei sind
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Gegensatz zu dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel nicht mir den Emittern, sondern mit den Basen der beiden Transistoren Tl und T verbunden ist.
An den Verbindungspunkt zwischen den beiden Stromquellen U und U sind in Parallelschaltung die Emitter der beiden Transistoren Tl und T angeschlossen, wobei zur Erzielung einer unterschiedlichen Aussteuerung der beiden Transistoren dem einen Emitter ein fester Widerstand W, und dem andern Emitter ein von dem Widerstand W abweichender, veränderlicher Widerstand W vorgeschaltet ist.
Die Kollektoren der beiden Transistoren Tl und T sind vorzugsweise über Symmetrierungswiderstände
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möglich, die verschiedenen Widerstände je nach Bedarf entsprechend zu bemessen oder anzuordnen.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem an Stelle der einen Gleichstromquelle eine Wechselstromquelle verwendet wird, wobei die beiden hintereinander geschalteten Transistoren T. und T eine mehrstufige Verstärkung ergeben. Der Wechselstrom kann beliebig erzeugt werden, so z. B. durch einen kleinen Generator oder einen Oszillator oder einen Transistor-Wechselrichter. Die zweite Stromquelle U2, bestehend aus einer kleinen Batterie, ist wie üblich mit der Wechselstrom quelle UI einpolig verbunden. Der zu messende Widerstand Rx ist an die Wechselstromquelle U angeschlossen und steht ausserdem über einen Kondensator F mit der Basis des Transistors Tl in Verbindung.
Vor dem Kondensator F zweigt die Verbindungsleitung zu dem Kollektor des Transistors T ab, in welche ein fester oder regelbarer Dämpfungswiderstand Rd. eingefügt ist. Der Emitter des Transistors Tl ist ausserdem mit dem Emitter des zweiten Transistors T verbunden und beide sind an den Verbindungspunkt der beiden Stromquellen UI und U angeschlossen.
Der Kollektor des Transistors T1 ist ferner über einen Kopplungskondensator F und parallel hiezu über einen verstellbaren Kopplungswiderstand Rk mit der Basis des Transistors T verbunden sowie ausserdem unmittelbar an den Kollektor des Transistors Te angeschlossen. Parallel zueinander zwischen dem letzteren und der Stromquelle U liegen des weiteren ein Rückführungswiderstand Rf und ein Übertrager Ü. Durch den Übertrager Ü wird der Messstrom auf das Anzeigeinstrument A auf übliche Weise übertragen, in dessen Zuleitungen im Bedarfsfall Gleichrichter eingefügt sind. Auch
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mit einer derartigen Schaltungsanordnung lassen sich hochohmige Widerstände oder die entsprechenden Leitwerte, wie sie bei Feuchtigkeitsmessungen und Isolationsmessungen auftreten, schnell, genau und zuverlässig bestimmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Messgerät zur Anzeige des Feuchtigkeitsgehaltes von insbesondere festen Werkstoffen durch Messen des elektrischen Widerstandes mittels angelegter oder eingeführter Elektroden, gekennzeichnet durch den Einbau von mindestens zwei zwischen der Messstrecke und dem Anzeigeinstrument als Verstärker arbeitenden Transistoren, vorzugsweise der npn-Type, deren Basen entweder gleiches Potential bei gleichem oder verschiedenem Potential der Kollektoren und bei verschiedenem Potential der Emitter oder verschiedenes Potential bei gleichem Potential der Kollektoren und bei gleichem Potential der Emitter aufweisen.