CH405764A - Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Ferneinstellung der virtuellen Messfeldausdehnung von Messorganen in elektronischen Überwachungsgeräten, insbesondere der Textilindustrie - Google Patents

Description

  
 



   Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Ferneinstellung der virtuellen Messfeldausdehnung von Messorganen in elektronischen   Uberwachungsgeräten,    insbesondere der Textilindustrie
Die Textiltechnik kennt eine grosse Anzahl von elektronischen   Überwachungsgeräten,    welche im wesentlichen darauf beruhen, dass das zu überwachende Textilgut ein Messorgan durchläuft, ih welchem ein dem Durchmesser oder dem   Querschlutt    oder den Durchmesser- oder Querschnittsänderungen des Textilgutes äquivalentes   elektrisches    Signal gebildet und dieses elektrische Signal ausgewertet wird. Der Verlauf dieses elektrischen Signals ist nun weitgehend von der Ausbildung der Messorgane, insbesondere von deren Messfeldlänge, abhängig.

   Da im Textilgut, beispielsweise in Bändern, Vorgarnen und Garnen der Spinnerei die Schwankungen des Gewichts pro Längeneinheit praktisch alle Längen bis zu einer unteren Grenze von wenigen Millimetern aufweisen, wird, je nach der im Überwachungsgerät vorhandenen Messfeldlänge, ein Teil der Querschnittsschwankungen durch Mittelwertsbildung über diese Messfeldlänge im Messorgan unterdrückt. In der Gestaltung der Messfeldlänge ist nun aber der Konstrukteur keinesfalls frei. Infolge konstruktiver Gegebenheiten ist diese meistens nur in sehr engen Grenzen wählbar und in Richtung auf geringe Länge meistens durch die minimal erforderliche Empfindlichkeit begrenzt. Anderseits fordert die Technik unter Umständen eine sehr differenzierte Auswertung der elektrischen Signale nach verschiedenen   Längenkriterien    und damit ein Messorgan mit einstellbarer Messfeldlänge.

   Je nachdem, ob im einen Falle bestimmte Schwankungen hervorgehoben, oder dann möglichst unterdrückt werden sollen, sollte die Messfeldlänge entsprechend gewählt werden können. Praktische Ausführungen von Messorganen weisen beispielsweise bei elektronischen Garnreinigern aus konstruktiven Gründen eine Länge von etwa 1 cm auf, während für die Lösung bestimmter Reinigungsprobleme jedoch eine Länge zwischen 2 bis 5 cm oder mehr erwünscht wäre. Ein Garn enthält beispielsweise sogenannte   Anflüge,    die eine örtliche   Querschuittsvermehrung    auf eine Länge von nur wenigen Millimetern von 500 % oder mehr gegenüber dem mittleren Querschnitt darstellen. Solche Anflüge sollen aber vom Reiniger in bestimmten Anwendungsfällen nicht entfernt werden.

   Hingegen können Garne sogenannte Torpedos, das sind langgestreckte Verdikkungen mit Längen von 5 bis 50 cm, enthalten, die jedoch nur etwa dem dreifachen Garnquerschnitt entsprechen, die aber unbedingt durch den Reinigungsvorgang entfernt werden müssen. Während nun in einem kurzen Messorgan ein Anflug einen starken Impuls, die Torpedostelle jedoch nur einen viel schwächeren Impuls erzeugt, wird ein längeres Abtastorgan auf den Anflug infolge der Mittelwertbildung über die Messfeldlänge mit einer wesentlich kleineren Signal amplitude ansprechen als auf einen Torpedo, weil dieser sich über die gesamte Länge des Messfeldes erstreckt.



   Die Einstellbarkeit der Messfeldlänge ist aber auch noch deshalb erwünscht, weil bei der Verarbeitung verschiedener Rohmaterialien auch die dabei zutage tretenden Garnfehler in ihrem Querschnittsverlauf verschieden geartet sind. Um nicht für jedes Material eigene Reinigertypen herstellen zu müssen, ist auch dies ein Grund für die Wünschbarkeit der Einstellung der Messfeldlänge.



   Es sind bereits Lösungen für die auf elektrischem Wege erreichte virtuelle Verlängerung derartiger Messorgane bekannt. Diese bestehen im wesentlichen darin, dass das den Querschnittsschwankungen äquivalente elektrische Signal im Verlaufe seiner Auswertung ein als Tiefpass geschaltetes RC-Glied passiert,  in welchem die den Querschnittsänderungen proportionalen Spannungsschwankungen entsprechend der Zeitkonstanten dieses RC-Gliedes gemittelt werden.



  Im wesentlichen gehorcht eine solche Anordnung bei der Messung von Garnen der Beziehung:    L=K.VR.C,    wobei
L = virtuelle Messfeldlänge in cm
K = Proportionalitätsfaktor, für gesponnene Garne etwa 2-3
V = Durchzuggeschwindigkeit des Garnes in cm/Sek.



   R = Widerstand in MQ
C = Kapazitätswert in uF
Es geht daraus hervor, dass die virtuelle Messfeld   länge nicht nur von der Zeitkonstante R C, sondern    auch von der Durchzuggeschwindigkeit V abhängig ist.



   Es wäre nun ohne weiteres denkbar, dass in jeden Reiniger ein RC-Glied eingebaut wird, von welchem der Widerstand oder die Kapazität veränderlich ist.



  Dies würde aber dazu führen, dass für jedes Reinigungsproblem an sämtlichen Reinigern diese Einstellung individuell vorgenommen werden müsste. Dabei ist zu befürchten, dass - abgesehen von dem untragbaren Zeitaufwand für diese   Einstellung - möglicher-    weise nicht alle Reiniger die gleiche scheinbare Messfeldlänge aufweisen, als Folge einer gewollten oder ungewollten Falscheinstellung. Schliesslich verursacht der Einbau derartiger Einstellmittel in jedem Reiniger erhebliche Mehrkosten.



   Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und betrifft ein Verfahren zur elektrischen Ferneinstellung der virtuellen, das heisst der der Wirkung nach scheinbar vorhandenen Messfeldausdehnung von Messorganen in elektronischen   Uberwachungsgeräten,    von denen eine Vielzahl von einem zentralen Speisegerät aus gespeist werden, welches sich dadurch auszeichnet, dass in dem Speisegerät eine Steuerspannung erzeugt wird, welche zwischen vorgegebenen Grenzwerten beliebig einstellbar ist, und welche Steuerspannung allen am genannten Speisegerät angeschlossenen   Überwachungsgeräten    zugeführt wird, und dass mit dieser Steuerspannung in jedem dieser Geräte, vorzugsweise gleichzeitig und in gleichen Bereichen, der Frequenzgang einer Verstärkerschaltung beeinflusst wird.



   Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und umfasst eine in einem einer Vielzahl von Überwachungsgeräten, z. B.



  Fadenreinigern, gemeinsamen Speisegerät unter gebrachte Steuerspannungsquelle, welche eine   zwi-    schen vorgegebenen Grenzen beliebig einstellbare Steuerspannung abgibt, Mittel, die Steuerdrähte umfassen, zur Zuführung dieser Steuerspannung an alle zugeordneten   Überwachungsgeräte,    sowie durch ein jedem Gerät zugeordnetes RC-Glied, das unter dem Einfluss der Steuerspannung den Frequenzgang der Messorgane beeinflusst.



   Anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Figuren werden   Ausführungsbeispiele    der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Schaltungsanordnung zur Veränderung eines Verstärkerparameters einer Transistorstufe,
Fig. 2 als Diagramm den mit der Anordnung nach Fig. 1 erreichbaren Frequenzgang,
Fig. 3 schematisch eine Schaltungsanordnung zur Veränderung der Gegenkopplung einer Verstärkerstufe,
Fig. 4 als Diagramm den aus der Anordnung nach Fig. 3 hervorgehenden Frequenzgang,
Fig. 5 ein schaltungstechnisches Detail aus Fig. 3.



   In Fig. 1 stellt 1 eine Überwachungseinrichtung für die   Überwachung    von Textilgut wie Bändern, Vorgarne und Garne dar. Sie weist ein Messorgan 2, beispielsweise in der Form eines elektrischen Kondensators, auf, dessen Kapazität in bekannter Weise vom Textilgut 3 beeinflusst wird. Ausserdem enthält die Überwachungseinrichtung 1 alle an sich bekannten Organe, wie Hochfrequenzspannungsquelle, Verstärker und Detektoren, die erforderlich sind, um die im Messorgan 2 auftretenden Kapazitätsschwankungen an den Ausgangsklemmen 4, 5 als elektrische Signale zu erhalten. Dieses Signal stellt eine Wechselspannung dar, die ein elektrisches Abbild der Querschnittsschwankungen oder der Durchmesserschwankungen des Textilgutes 3, beispielsweise eines Garnes, ist.



   Diese Wechselspannung wird in einem Transistor 6 verstärkt. Dieser ist wie üblich mit einem Kollektorwiderstand 7 versehen, der zur Stabilisierung des Arbeitsstromes dient. Im Emitter ist ein steuerbarer Widerstand 8 eingefügt, dessen Widerstandswert in einem vorgegebenen Bereich elektrisch einstellbar ist.



  Der Arbeitspunkt dieser Verstärkerschaltung wird durch einen Steuerstrom 9 festgelegt. Dieser Steuerstrom 9 wird durch die Steuerspannungsquelle 12 und den   Steuerwiderstand    10 bestimmt und auf die Basis des Transistors 6 gegeben. Parallel zu dem erwähnten steuerbaren Widerstand 8 ist ein Kondensator 11 vorgesehen. Im wesentlichen bildet der genannte steuerbare Widerstand 8 mit dem Kondensator 11 ein Tiefpassfilter. Die Zeitkonstante dieses Tiefpassfilters wird im   wesentlichen    durch den Kapazitätswert C des Kon densators 11 und dem Wert R des steuerbaren Widerstandes 8 bestimmt.

   Der Längskondensator 14, zu sammen mit dem Widerstand 15, dient dazu, die den Querschnittsschwankungen des Textilgutes entsprechende äquivalente Signalspannung getrennt zu erhal  ten,    indem über ein Hochpassfilter diese Wechselspan nung vom Arbeitspotential des Transistors   6    abgetrennt wird. An den Ausgangsklemmen 17, 18 die ser Anordnung tritt somit wieder eine reine Wechsel spannung 16 auf.



   Die Veränderung der Zeitkonstanten des Tiefpassfilters 8,   II    kommt nun wie folgt zustande: Fliesst über den   Steuerwiderstand    10 nur ein sehr geringer  
Steuerstrom 9, so fliesst auch im Transistor 6 nur ein geringer Strom. Damit ist die Aussteuerung des steuerbaren Widerstandes 8 gering. Wird beispielsweise als steuerbarer Widerstand 8 ein NTC-Widerstand (Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten) verwendet, weist dieser bei kleinem Stromfluss einen hohen Widerstand auf, und die Zeitkon stante des RC-Gliedes ist damit relativ hoch. Im umgekehrten Falle, das heisst bei einem relativ starken Steuerstrom 9, fliesst durch den Transistor 6 ein relativ hoher Arbeitsstrom, wodurch sich der Widerstandswert des wie vorstehend vorausgesetzten NTC Widerstandes erniedrigt.



   Durch geeignete Bemessung der Elemente ist es ohne weiteres möglich, die Einflüsse einer veränderlichen Umgebungstemperatur auf die beschriebene Schaltung sehr gering zu halten, so dass deren Einflüsse nicht mehr störend in Erscheinung treten. An die Stelle des NTC-Widerstandes ist es in bestimmten Fällen vorteilhafter, einen VDR-Widerstand (voltage Dependent Resistor) zu verwenden. Die Wirkungsweise ist bei Verwendung eines solchen Widerstandes dieselbe wie oben beschrieben, nur, dass der Effekt anstatt auf dem Umwege über die Temperatur direkt über den Strom zustande kommt, indem bei höheren Strömen der Widerstand sinkt.

   Bei der Verwendung eines VDR-Widerstandes ist zu beachten, dass ein solcher mit möglichst grosser innerer Zeitkonstante gewählt wird, da sonst unerwünschte Modulationserscheinungen auftreten, indem die Wechselspannungen selbst und nicht nur der mittlere Steuerstrom den Widerstandswert modulieren.



   Die mit einer Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 1 erzielten Eigenschaften lassen sich sehr anschaulich anhand des sogenannten Frequenzganges darstellen   (Fig.2).    Hierbei wird auf der Abszisse die Frequenz der Wechselspannung und auf der Ordinate des Amplitudenverhältnisses zwischen der Ausgangsspannung U2 16 und der Eingangsspannung U1, das heisst der Verstärkungsfaktor aufgetragen.



  Als Parameter sind einige Werte des steuerbaren Widerstandes 8 eingesetzt. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass sich die Verstärkung bei tiefen Frequenzen proportional mit dem Widerstand ändert. Bei höheren Frequenzen bleibt die Verstärkung im wesentlichen konstant. Für bestimmte Anwendungsfälle ist diese Eigenschaft ausserordentlich erwünscht, dass durch die Veränderung der Zeitkonstanten des RC Gliedes 8, 11 in diesem Falle wohl die Verstärkung für die tieferen Frequenzen verändert wird, nicht aber für die hohen Frequenzen. Dabei ist zu beachten, dass tiefen Frequenzen langsam verlaufende, das heisst langgestreckte Querschnittsänderungen im Textilgut, hohen Frequenzen jedoch kurze entsprechen.

   Auf diese Weise können bestimmte Ereignisse im Verlauf der den Querschnittsschwankungen oder Durchmesserschwankungen entsprechenden äquivalenten elektrischen Grössen in besonderem Masse hervorgehoben werden, wobei andere, nicht interessierende Ereignisse mit höheren Frequenzen in ihrer Amplitude gleichbleiben.



   Eine andere Schaltungsanordnung, die ebenfalls den Frequenzgang einer Verstärkerstufe in Funktion eines durch eine elektrische Grösse steuerbaren Widerstandes zu beeinflussen gestattet, zeigt Fig. 3. Die   Üb erwachungs einrichtung    1 mit dem Messorgan 2 und dem Textilgut 3 gibt analog der Anordnung gemäss   Filz.    1 eine Wechselspannung U1 an die Ausgangsklemmen 4, 5 ab. Diese Wechselspannung U1 gelangt an eine Verstärkerstufe 21, welche ihrerseits ein verstärktes Ausgangs signal   U2    liefert. Aus einem allen Überwachungseinrichtungen gemeinsamen Speisegerät 12 wird eine Steuerspannung   Ust    geliefert, die an einem Spannungsteiler mit den Widerständen 22 und 24 sowie einem steuerbaren Widerstand, beispielsweise einer Diode 27, liegt.

   Der Widerstandswert dieser Diode ist nun sehr stark von dem durch die Steuerspannung Ust gegebenen Strom abhängig.



  Gleichzeitig wird ein Teil der Ausgangsspannung   U2    über einen Schutzkondensator 25 und Widerstand 23 an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 22 und 24 gelegt. Ein Teil dieser Ausgangsspannung wird vom Verbindungspunkt zwischen Widerstand 24 und Diode 27 abgegriffen und gelangt über Trennkondensatoren 26 auf den Eingang der Verstärkerstufe 21 zurück.



   Die Steuerspannung   Ust    aus dem Speisegerät 12 ergibt nun einen bestimmten Widerstandswert der Diode 27, so dass auch der Teil der   Ausgangswecllsel    spannung U2, weicher an den Eingang U1 zurückgelangt, von diesem Widerstandswert bestimmt ist. Ist die Steuerspannung Ust relativ klein, so fliesst nur ein geringer Strom durch den Spannungsteiler 22, 24, 27. Die Diode 27 weist unter dieser Betriebsbedingung einen hohen differentiellen Widerstand auf. Ist dagegen die Steuerspannung Ust relativ hoch, so fliesst ein relativ starker Strom durch den Spannungsteiler 22, 24, 27, und der differentielle Widerstand der Diode 27 ist bedeutend geringer. Die an der Diode 27 auftretende Teilspannung U3 wird als Gegenkopplungsspannung an den Eingang der Verstärkerstufe 21 gelegt.

   Der Grad der Gegenkopplung ist somit durch die Steuerspannung Ust einstellbar und weist bei hoher Steuerspannung einen geringeren Wert auf als bei tiefer Steuerspannung. Der Frequenzgang dieser Anordnung als Kriterium für die erzielbare virtuelle Verlängerung der Messfeldlänge ist in Fig. 4 gezeigt.



  Darin bildet die Abszisse wieder den Frequenzmassstab, die Ordinate den Verstärkungsgrad der Verstärkerstufe 21. Als Parameter für die drei gezeigten Frequenzgänge dient die Steuerspannung   Ust,    welche beispielsweise für Frequenzgang 31 1 Volt, für Frequenzgang 32 5 Volt und für Frequenzgang 33 25 Volt betragen kann.



   In Fig. 5 ist   eihe    gegenüber Fig. 3 leicht abgeänderte   Schaltungsänordnung    gezeigt, in welcher der steuerbare Widerstand durch einen Transistor 28 gebildet wird. Dabei legt die Steuerspannung dessen Basisspannung fest und damit seinen Kollektorstrom.  



  Je nach der Grösse dieser Basisspannung wird somit der Grad der Gegenkopplung für die Verstärkerstufe 21 eingestellt. Als Vorteil gegenüber einer Diode ist der grössere Aussteuerungsbereich zu nennen, das heisst der differentielle Widerstand des Transistors 28 umfasst eine grössere Widerstandsspanne als der einer Diode 27.



   Bei diesen Schaltungen entsprechend den Fig. 3 und 5 sind die Verstärkungsfaktoren der Verstärkerstufe im Bereiche tiefer Frequenzen konstant, während lediglich die Grenzfrequenz durch die Grösse der Steuerspannung verschoben wird. Für gewisse Anwendungsfälle bieten diese Lösungen gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Lösung merkliche Vorteile.



  Ein solcher ist der, dass ein temperaturunabhängiger steuerbarer Widerstand verwendet wird.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur elektrischen Ferneinstellung der virtuellen Messfeldausdehnung von Messorganen in elektronischen Überwachungsgeräten, von denen eine Vielzahl von einem zentralen Speisegerät aus gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speisegerät (12) eine Steuerspannung (U,t) erzeugt wird, welche zwischen vorgegebenen Grenzwerten beliebig einstellbar ist, und welche Steuerspannung (Ust) allen am genannten Speisegerät (12) angeschlossenen Überwachungsgeräten (1) zugeführt wird, und dass mit dieser Steuerspannung in jedem dieser Geräte der Frequenzgang einer Verstärkerschaltung beeinflusst wird.

   II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine in einem einer Vielzahl von Überwachungsgeräten (1) gemeinsamen Speisegerät (12) untergebrachte Steuerspannungsquelle, welche eine zwischen vorgegebenen Grenzen beliebig einstellbare Steuerspannung (Ust) abgibt, durch Mittel, die Steuerdrähte (13) umfassen, zur Zuführung dieser Steuerspannung (Ust) an alle zugeordneten Oberwachungsgeräte (1), sowie durch ein jedem Überwachungsgerät zugeordnetes RC-Glied, das unter dem Einfluss der Steuerspannung den Frequenzgang der Messorgane (2) beeinflusst.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannung (Ust) einem Widerstand (8) mit negativem Temperaturkoeffizienten zugeführt wird, dessen Widerstandswert sich als Funktion des ihn durchfliessenden Stromes ändert.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannung (U5t) einem Widerstand (8) mit spannungsabhängiger Widerstandscharakteristik zugeführt wird, dessen Widerstandswert sich in Funktion der an ihm liegenden Spannung ändert.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Widerstand (8) im wesentlichen den Frequenzgang der Verstärkerschaltung im Bereich höherer Frequenzen beeinflusst.

   4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch einen steuerbaren Widerstand (8) mit negativem Temperaturkoeffizienten und einen Kondensator (11), beide zusammen als Tiefpassfilter mit steuerbarer Zeitkonstante wirkend.

   5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch einen Widerstand (8) mit spannungsabhängiger Widerstandscharakteristik und einen Kondensator (11), deren Zeitkonstante durch die Steuerspannung (Ust) einstellbar ist.

   6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine in einem Spannungsteiler mit Widerständen (22, 24) liegende Diode (27), deren differentieller Widerstandswert durch die am Spannungsteiler liegende Spannung einstellbar ist.

   7. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstärkerstufe (21) über den differentiellen Widerstand einer Diode (27 > gegengekoppelt ist.

   8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch einen Transistor (28), der durch die Steuerspannung (übt) derart ausgesteuert wird, dass er eine variable Gegenkopplung für eine Verstärkerstufe (21) darstellt.