STRANGFÖRMIGEN PRÜFGUTES FACHGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven Untersuchung eines bewegten strangförmigen, vorzugsweise textilen Prüfgutes gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs. Sie kommt vorzugsweise, aber nicht ausschliesslich, bei der Offline-Messung der Massenungleichmässigkeit von Garn, Vorgarn oder Faserband zum Einsatz, wie sie auf textilen Laborprüfgeräten vorgenommen wird.

STAND DER TECHNIK

Die US-2013/342225 Al und die WO-2016/149847 Al offenbaren je eine Vorrichtung zum kapazitiven Messen von Eigenschaften eines textilen Produktes wie Faserband, Vorgarn oder Garn. Jede dieser Schriften zeigt eine kapazitive Sensorbaugruppe mit fünf Trägerplatten, die vier Durchgangsöffnungen oder Messspalte unterschiedlicher Spaltbreiten bilden. Das Prüfgut wird durch einen der Messspalte geführt. Da die

Trägerplatten im Wesentlichen parallel nebeneinander liegen, kann das Prüfgut nur in genau einen der Messspalte eingeföhrt und durch diesen entlang seiner Längsachse bewegt werden. Die Messspalte weisen jeweils in oder auf den beiden sie begrenzenden Seitenwänden der Trägerplatten, zwischen denen das Produkt führbar ist, je eine Elektrode eines Plattenkondensators auf. Ein zwischen den Kondensatorelektroden befindliches Prüfgut beeinflusst die Gesamtkapazität des Kondensators, so dass ein elektrisches Ausgangssignal des Kondensators ein Mass für die im Kondensator befindliche Prüfgutmasse ist. Die Spaltbreiten der verschiedenen Messspalte in einer Sensorbaugruppe sind unterschiedlich gross, um Prüfgüter unterschiedlicher Dicken optimal prüfen zu können. Jeder Spaltbreite ist ein bestimmter Prüfgutdickenbereich zugeordnet. Bei der Zuordnung werden die beiden folgenden Kriterien berücksichtigt: • Einerseits muss die Dicke des Prüfgutes etwas kleiner sein als die Spaltbreite, sonst reibt das Prüfgut während seiner Bewegung an den Seitenwänden des Messspalts, wodurch das Prüfgut und/oder die Seitenwände beschädigt werden können.

• Andererseits darf die Dicke des Prüfgutes nicht zu klein sein gegenüber der Spaltbreite, sonst resultieren eine kleine Messempfindlichkeit und ein kleines Signal/Rausch- Verhältnis.

Um Störeinflüsse wie Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen möglichst auszuschalten, wird eine Kompensationsmessmethode angewendet. Dazu wird der Messkondensator in eine Brückenschaltung eingebaut, in der sich auch ein Referenzkondensator befindet. Die Brückenschaltung wird so abgeglichen, dass sie ohne Prüfgut den Wert Null liefert und mit Prüfgut ein Ausgangssignal, das zu der im Messkondensator befindlichen Prüfgutmasse proportional ist. Wenn der Referenzkondensator gleich aufgebaut und denselben Störeinflüssen ausgesetzt ist wie der Messkondensator, beeinflussen die Störeinflüsse die Messresultate nicht. Beispiele für geeignete Kompensationsbrückenschaltungen sind in den Schriften US-2011/254567 Al und US-2013/342225 Al angegeben. Die letztere geht davon aus, dass sich der Messkondensator und der Referenzkondensator im selben Messspalt befinden. Im Unterschied dazu bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung mit zwei üblicherweise nebeneinander und parallel zueinander liegenden Durchgangsöffnungen, von denen die eine den Messkondensator und die andere den Referenzkondensator beherbergt.

Die WO-2016/149847 Al befasst sich mit dem Problem der Verfälschung von Messresultaten kapazitiver textiler Prüfgeräte durch Temperaturänderungen. Elektronische Schaltungen moderner kapazitiver Sensorbaugruppen sind mit vielen elektronischen Bauelementen wie Halbleiterverstärkern bestückt, die zusammen eine grosse Verlustwärme erzeugen. Beim Einschalten des Prüfgerätes führt diese Verlustwärme zu einer langsamen Erwärmung der Sensorbaugruppe und damit zu einer thermischen Drift, welche die Messresultate bis zum Erreichen eines thermischen Gleichgewichtszustandes verfälscht. Zur Abhilfe schlägt die WO-2016/149847 Al vor, einen Temperatursensor und einen ansteuerbaren elektro thermischen Wandler in die kapazitive Sensorbaugruppe einzubauen. Damit kann die Sensorbaugruppe aktiv auf einen Temperatursollwert geregelt werden, so dass sie weitgehend stabil und ohne Temperaturdrift misst. Bei Temperaturänderungen dehnen sich sowohl die Trägerplatten der Kondensatorelektroden als auch der Abstandshalter zwischen den Trägerplatten aus. Diese bestehen üblicherweise aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Da eine Wärmeausdehnung der Trägerplatten und eine Wärmeausdehnung des Abstandshalters die Kapazität des Kondensators in entgegengesetzte Richtungen beeinflussen, können sich bei geeigneter Materialwahl die Wärmeausdehnungen der beiden Materialien so kompensieren, dass die Kapazität bei jeder beliebigen Temperaturänderung unverändert bleibt. Diese Idee der passiven Temperaturkompensation macht sich die US-5,099,386 A zunutze.

In einem vereinfachten Modell wird angenommen, dass die Wärmeausdehnung der Kondensatorelektroden durch die Wärmeausdehnung der Trägerplatten dominiert wird.

Die Trägerplatten sollen einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten at und der Abstandshalter einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten CXA haben. Die Kapazität C eines Plattenkondensators ist bekanntlich proportional zum Verhältnis A/d des Flächeninhalts A einer Elektrode zum Elektrodenabstand d:

Unter diesen Annahmen ergibt sich die Empfindlichkeit der Kapazität C gegenüber der Temperatur T wie folgt:

Der Plattenkondensator ist somit unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen (dC/dT = 0) für ctA — 2at , (3) d. h. wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Abstandshalters doppelt so gross ist wie derjenige der Trägerplatten. Dies lässt sich durch geeignete Materialwahl für die Trägerplatten und den Abstandshalter annähern.

Heutige kapazitive Garnprüfgeräte sind hochpräzise Labormessgeräte. Sie erfassen Massenänderungen des laufenden Garns, die relative Kapazitätsänderungen AC/C des Messkondensators in der Grössenordnung von bloss einem Millionstel bewirken, d. h.

— c » 10 ^~6 . (4) ’

Eine solche Messgenauigkeit ist nahe an der Grenze des physikalisch Messbaren. Deshalb besteht Bedarf nach weiteren Verbesserungen, insbesondere nach einer weiter reduzierten Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur kapazitiven Untersuchung eines bewegten strangförmigen Prüfgutes zu schaffen, die eine gegenüber dem Stand der Technik weiter verbesserte Temperaturstabilität aufweist.

Diese und andere Aufgaben werden durch die erfmdungsgemässe Vorrichtung, wie sie im unabhängigen Patentanspruch definiert ist, gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die Erfinder haben erkannt, dass es nicht genügt, die Vorrichtung so zu gestalten, dass sie in einem stationären Gleichgewichtszustand nach einer Temperaturänderung gleich misst wie vor der Temperaturänderung, wie es die US-5,099,386 A vorschlägt (vgl. Gleichung (3) oben). Ein solcher Gleichgewichtszustand stellt sich nämlich erst längere Zeit nach der Temperaturänderung ein. Wenn verschiedene Komponenten der Vorrichtung unterschiedlich schnell auf die Temperaturänderung reagieren, verformen sie sich vorübergehend unterschiedlich. Dies führt zu einer Verfälschung von Messungen, die während der Übergangszeit durchgeführt werden. Die Erfindung beruht somit auf der Idee, auch die dynamischen Veränderungen der Vorrichtung zu berücksichtigen, die durch eine zeitliche Temperaturänderung hervorgerufen werden.

Die Erfindung verwendet eine an sich bekannte Kompensationsmessbrücke mit zwei Kondensatoranordnungen, die je einen Kondensator aufweisen. Einer der Kondensatoren beinhaltet das Prüfgut und wird als Messkondensator verwendet, während der andere Kondensator leer bleibt und als Referenzkondensator dient. Die erfmdungsgemässe Vorrichtung wird so gestaltet, dass ihre Wandler, nämlich die beiden Kondensatoren, gleichzeitig und gleich auf Temperaturänderungen reagieren, so dass ihre Differenz im Wesentlichen immer konstant bleibt. Durch diese passive Massnahme wird sichergestellt, dass auch Messungen, die während eines Übergangs von einem ersten zu einem zweiten Gleichgewichtszustand durchgeführt werden, unverfälscht sind.

In dem vereinfachten Modell, das bereits in der Diskussion des Stands der Technik eingeführt wurde, kann die zeitliche Veränderung dC/dt der Kapazität C eines Plattenkondensators bei einer Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr wie folgt berechnet werden: worin bedeuten:

C die Kapazität t die Zeit at, CXA die linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Trägerplatten bzw. des

Abstandshalters

CT, CA die spezifischen Wärmekapazitäten der Trägerplatten bzw. des

Abstandshalters iht, nciA die Massen der Trägerplatten bzw. des Abstandshalters dQr/dt, dQ _A /dt die Wärmeflüsse in die Trägerplatten bzw. in den Abstandshalter. Erfindungsgemäss sollen die beiden Kondensatoren - der Messkondensator (im Folgenden mit dem Index 1 bezeichnet) und der Referenzkondensator (im Folgenden mit dem Index 2 bezeichnet) -, gleichzeitig und gleich auf Temperaturänderungen reagieren, d. h. die zeitlichen Veränderungen ihrer Kapazitäten sollen gleich sein: dCi/dt = dC2/dt. Dann folgt aus Gleichung (5)

Es gibt viele Sätze von Parameterweilen, welche die Gleichung (6) erfüllen. Nachfolgend werden die folgenden vereinfachenden Annahmen getroffen:

• Im Anfangszustand ist die Vorrichtung abgeglichen, d. h. die beiden Kapazitäten sind gleich: Ci = C2.

• Die Vorrichtung ist symmetrisch bezüglich der Materialien, d. h. ati = at2, CTI = CT2 etc. Die Träger und die Abstandshalter werden separat betrachtet, d. h. die Minuenden bzw. die Subtrahenden auf beiden Seiten von Gleichung (6) werden einander jeweils gleichgesetzt.

Damit folgt

Ferner kann angenommen werden, dass in der Vorrichtung die Wärmeflüsse in die beiden Kondensatoranordnungen einander näherungsweise gleich sind, d. h. dQn/dt ~ dQ _T 2/dt und dQ _Ai /dt ~ dQ _A 2/dt. Dies wird durch einen möglichst schnellen Temperaturausgleich zwischen den Bauteilen der Vorrichtung, d. h. durch ihre thermische Kopplung, begünstigt. Unter diesen Annahmen ergibt sich aus Gleichung (7), dass die erfmdungsgemässe Vorrichtung symmetrisch bezüglich der Massen sein sollte:

IΏTI = iht2 und nui = mA2 (8) Die obige modellhafte Rechnung zeigt, dass zur unveränderlichen Differenz der beiden Kapazitäten bei einer Temperaturänderung die folgenden voneinander weitgehend unabhängigen Massnahmen beitragen:

• Materialsymmetrie und Massensymmetrie und/oder

• thermische Kopplung der beiden Kondensatoranordnungen.

Die Material- und Massensymmetrie sorgen dafür, dass derselbe Wärmefluss in einander entsprechenden Bauteilen der beiden Kondensatoranordnungen dieselbe Kapazitätsänderung der beiden Kondensatoren verursacht. Somit verändern sich die beiden Kapazitäten zeitlich gleich, wenn Wärme mit der Zeit zu- oder abgefühlt wird.

Die thermische Kopplung sorgt für einen möglichst schnellen Temperaturausgleich zwischen den Bauteilen der Vorrichtung und für möglichst gleiche Wärmeflüsse in die beiden Kondensatoranordnungen. Sie ist besonders dann wichtig, wenn ein räumliches Temperaturgefälle besteht. „Thermisch gekoppelt“ heisst in dieser Schrift, dass zwischen den thermisch miteinander gekoppelten Bauteilen eine gute Wärmeleitung möglich sein soll. Zu diesem Zweck stehen die Bauteile entweder in direktem Kontakt miteinander oder sind über ein Medium oder mehrere Medien miteinander verbunden, die einen guten Wärmedurchgang erlauben, d. h. nicht thermisch isolieren. Der Wärmedurchgangskoeffizient zwischen den beiden Bauteilen sollte grösser als ca.

200 W/(m ² K) und vorzugsweise grösser als ca. 1000 W/(m ² -K) sein.

Diese Schrift beschränkt sich auf Temperaturänderungen, die vernünftigerweise in Innenräumen auftreten können. Diese können entweder natürliche Ursachen - z. B. eine meteorologisch bedingte Änderung der Lufttemperatur - oder technische Ursachen - z. B. eine Erwärmung eines elektronischen Bauteils in der Nähe der Vorrichtung - haben. In beiden Fällen werden die Temperaturänderungen ca. +10 °C nicht übersteigen und liegen vorzugsweise unterhalb von +5 °C.

Der in dieser Schrift verwendete Ausdruck «im Wesentlichen konstant» lässt einen gewissen Spielraum offen, denn eine mathematisch strenge Konstanz lässt sich in der Praxis aufgrund verschiedener Unvollkommenheiten des Aufbaus nie erreichen. Der

- Ί - Ausdruck bedeutet, dass die relativen Schwankungen A(Ci - C2)/(Ci + C2) kleiner oder gleich 1CT ⁵ und vorzugsweise kleiner oder gleich 5 · 10 ⁶ sein sollen.

Die erfmdungsgemässe Vorrichtung dient zur kapazitiven Untersuchung eines bewegten strangfbrmigen Prüfgutes. Sie beinhaltet eine erste Kondensatoranordnung mit einer ersten Durchgangsöffnung, durch welche das Prüfgut entlang seiner Längsachse bewegbar ist, und einem ersten Kondensator, der an der ersten Durchgangsöffnung derart angeordnet ist, dass seine Kapazität von einem in der ersten Durchgangsöffnung befindlichen Prüfgut beeinflussbar ist, und der ohne Prüfgut eine erste Kapazität aufweist. Ferner beinhaltet die Vorrichtung eine zweite Kondensatoranordnung mit einer zweiten Durchgangsöffnung und einem zweiten Kondensator, der an der zweiten Durchgangsöffnung angeordnet ist und der eine zweite Kapazität aufweist. Die Vorrichtung beinhaltet ausserdem eine Kompensationsmessbrücke, die den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator beinhaltet. Die erste Kondensatoranordnung und die zweite Kondensatoranordnung sind derart beschaffen und angeordnet, dass bei einer zeitlichen Temperaturänderung eine Differenz der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität im Wesentlichen konstant bleibt.

Die Differenz der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität ist vorzugsweise null.

In einer Ausführungsform weisen die erste Kondensatoranordnung und die zweite Kondensatoranordnung einen zueinander analogen Aufbau auf, und einander entsprechende Bauteile der ersten Kondensatoranordnung und der zweiten Kondensatoranordnung bestehen aus jeweils demselben Material.

In einer Ausführungsform beinhalten die erste Kondensatoranordnung und die zweite Kondensatoranordnung jeweils zwei voneinander beabstandete, zueinander parallele Trägerplatten, zwischen denen sich die Durchgangsöffnung befindet und auf denen der erste Kondensator bzw. der zweite Kondensator angeordnet ist, und die Durchgangsöffnung ist jeweils durch einen zwischen Teilen der beiden Trägerplatten eingeklemmten ersten Abstandshalter bzw. zweiten Abstandshalter definiert. Die Massen des ersten Abstandshalters und des zweiten Abstandshalters sind vorzugsweise gleich. Die Massen der einander entsprechenden Trägerplatten der ersten Kondensatoranordnung und der zweiten Kondensatoranordnung sind vorzugsweise gleich. Der erste Kondensator kann zwei Elektroden aufweisen, die je auf oder in einer der Trägerplatten der ersten Kondensatoranordnung angeordnet sind, der zweite Kondensator kann zwei Elektroden aufweisen, die je auf oder in einer der Trägerplatten der zweiten Kondensatoranordnung angeordnet sind, und die Massen der einander entsprechenden Elektroden der ersten Kondensatoranordnung und der zweiten Kondensatoranordnung sind vorzugsweise gleich.

In einer Ausführungsform sind mindestens ein Bauteil der ersten Kondensatoranordnung und ein Bauteil der zweiten Kondensatoranordnung miteinander thermisch gekoppelt. Der erste Abstandshalter und der zweite Abstandshalter sind vorzugsweise miteinander thermisch gekoppelt. Eine Trägerplatte der ersten Kondensatoranordnung und eine Trägerplatte der zweiten Kondensatoranordnung sind vorzugsweise miteinander thermisch gekoppelt. Mindestens ein Abstandshalter und mindestens eine Trägerplatte sind vorzugsweise miteinander thermisch gekoppelt.

In einer Ausführungsform bestehen die Trägerplatten aus einem Keramikmaterial und/oder die Abstandshalter aus einem Metall.

Eine Trägerplatte der ersten Kondensatoranordnung kann mit einer Trägerplatte der zweiten Kondensatoranordnung zusammenfallen.

In einer Ausführungsform weist der erste Kondensator zwei ebene Elektroden auf, die je auf oder in einer der Trägerplatten der ersten Kondensatoranordnung angeordnet sind, und der zweite Kondensator weist zwei ebene Elektroden auf, die je auf oder in einer der Trägerplatten der zweiten Kondensatoranordnung angeordnet sind. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Abstandshalters der jeweiligen Kondensatoranordnung ist doppelt so gross wie derjenige der Trägerplatten derselben Kondensatoranordnung.

Die erste Durchgangsöffnung und die zweite Durchgangsöffnung sind vorzugsweise derart gegenseitig angeordnet, dass das Prüfgut durch genau die erste Durchgangsöffnung, nicht aber gleichzeitig ohne Richtungsänderung durch die zweite Durchgangsöffnung entlang seiner Längsachse bewegbar ist. In einer Ausführungsform weisen die erste Durchgangsöffnung eine erste Öffnungsweite aufweist und die zweite Durchgangsöffnung eine zweite, von der ersten Öffnungsweite verschiedene Öffnungsweite aufweist. Dank der Erfindung weist die Vorrichtung bzw. ihre Messresultate eine gute

Temperaturstabilität auf. Sie misst genau und zuverlässig nicht nur während eines Gleichgewichtszustands, sondern auch während einer Übergangszeit von einem Gleichgewichtszustand zu einem anderen, während sich die Temperatur ändert. Diese Verbesserung ist in der Praxis durchaus bedeutsam, denn die Erreichung eines neuen Gleichgewichtszustands kann erfahrungsgemäss bis zu ca. 20 Minuten dauern. Bisher wurde während dieser Übergangszeit entweder ungenau oder gar nicht gemessen. Die Erfindung schafft demgegenüber Abhilfe. AUFZAHLUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. Zum Vergleich ist in Figur 3(a) auch Stand der Technik dargestellt.

Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung in einem Querschnitt. Figur 2 zeigt die zwei Abstandshalter der Vorrichtung von Figur 1 in je einer Ansicht senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1.

Figur 3 zeigt jeweils schematische zeitliche Verläufe einer Temperatur sowie zweiter

Kapazitäten und ihrer Differenz (a) für eine Vorrichtung gemäss dem Stand der Technik und (b) für eine erfindungsgemässe Vorrichtung.

AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfmdungsgemässen Vorrichtung 1 zur kapazitiven Untersuchung eines bewegten strangförmigen Prüfgutes 9, z. B. eines Garns, eines Vorgarns oder eines Faserbands. Die beispielhafte Vorrichtung 1 beinhaltet zwei Kondensatoranordnungen 2.1, 2.2. Die Erfindung ist jedoch nicht auf zwei Kondensatoranordnungen beschränkt; die erfindungsgemässe Vorrichtung kann mehr als zwei, z. B. vier, Kondensatoranordnungen beinhalten.

Eine erste Kondensatoranordnung 2.1 beinhaltet zwei voneinander beabstandete, zueinander parallele Trägerplatten 31.1, 32.1, die bspw. aus einem Keramikmaterial bestehen. Zwischen den beiden Trägerplatten 31.1, 32.1 befindet sich eine erste Durchgangsöffnung 21.1 mit einer ersten Öffnungsweite di. Die erste Öffnungsweite di kann z. B. im Bereich zwischen 0.1 mm und 10 mm liegen. Die erste Durchgangsöffnung

21.1 ist durch einen ersten Abstandshalter 4.1 definiert, der zwischen Teilen der beiden Trägerplatten 31.1, 32.1 eingeklemmt ist. Der erste Der Abstandshalter 4.1 kann z. B. aus einem Metall bestehen.

Auf jeder der einander und der ersten Durchgangsöffnung 21.1 zugewandten Plattenflächen befindet sich eine metallische Elektrode 51.1, 52.1. Die Elektroden 51.1,

52.1 können z. B. mittels Beschichtung der Trägerplatten 31.1, 32.1 oder mittels Befestigung je einer Metallplatte auf die Trägerplatten 31.1 , 32.1 aufgebracht werden. Die beiden Elektroden 51.1, 52.1 liegen einander gegenüber und bilden zusammen einen ersten Kondensator 5.1, der als Plattenkondensator ausgebildet ist. Ferner kann jede Trägerplatte

31.1. 32.1 inklusive ihrer Elektrode 51.1, 52.1 von mindestens einer (nicht eingezeichneten) Schutzummantelung, z. B. einer Lackschicht, bedeckt sein.

Das Prüfgut 9 kann von aussen in die erste Durchgangsöffnung 21.1, mithin in den ersten Kondensator 5.1, eingeführt werden und ist durch die erste Durchgangsöffnung 21.1 und den ersten Kondensator 5.1 entlang seiner Längsachse bewegbar. Wenn sich das Prüfgut 9 im ersten Kondensator 5.1 befindet, beeinflusst es eine Kapazität des ersten Kondensators 5.1. Die Kapazität ist von der im ersten Kondensator 5.1 befindlichen Masse des Prüfgutes 9 abhängig, so dass sie z. B. bei bewegtem Prüfgut 9 ein Mass für Massenänderungen des Prüfgutes 9 entlang seiner Längsachse ist.

Eine zweite Kondensatoranordnung 2.2 ist analog zur ersten Kondensatoranordnung 2.1 aufgebaut. Somit beinhaltet eine zweite Kondensatoranordnung 2.2 zwei voneinander beabstandete, zueinander parallele Trägerplatten 31.2, 32.2. Zwischen den beiden Trägerplatten 31.2, 32.2 befindet sich eine zweite Durchgangsöffnung 21.2 mit einer zweiten Öffnungsweite th. Die zweite Öffnungsweite ck kann z. B. ebenfalls im Bereich zwischen 0.1 mm und 10 mm liegen. Sie kann - wie in Figur 1 -von der ersten Öffnungsweite di verschieden oder dieser gleich sein. Die zweite Durchgangsöffnung 21.2 ist durch einen zweiten Abstandshalter 4.2 definiert, der zwischen Teilen der beiden Trägerplatten 31.2, 32.2 eingeklemmt ist. Auf jeder der einander und der zweiten Durchgangsöffnung 21.2 zugewandten Plattenflächen befindet sich eine metallische Elektrode 51.2, 52.2. Die beiden Elektroden 51.2, 52.2 liegen einander gegenüber und bilden zusammen einen zweiten Kondensator 5.2.

In der bevorzugten Ausführungsform gemäss Figur 1 fällt eine Trägerplatte 32.1 der ersten Kondensatoranordnung 2.1 mit einer Trägerplatte 32.2 der zweiten Kondensatoranordnung 2.2 zusammen. Dementsprechend weist diese mittlere Trägeiplatte 32.1, 32.2 auf jeder ihrer beiden Plattenflächen eine Elektrode 52.1, 52.2 auf, von denen die eine zum ersten Kondensator 5.1 und die andere zum zweiten Kondensator 5.2 gehört. Eine solche Doppelfunktion einer Trägerplatte 32.1, 32.2 ist aber nicht zwingend für die Erfindung. In anderen Ausführungsformen können die Kondensatoranordnungen 2.1, 2.2 je zwei eigene, voneinander verschiedene Trägerplatten haben.

Nur die erste Kondensatoranordnung 2.1 nimmt das Prüfgut 9 auf, während die zweite Kondensatoranordnung 2.2 leer bleibt, d. h. es befindet sich nur Luft in der zweiten Durchgangsöffnung 21.2. Somit dient der erste Kondensator 5.1 als Messkondensator, während der zweite Kondensator 5.2 als Referenzkondensator zur Kompensation von Umwelteinflüssen wie Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsänderungen dient. Diese beiden unterschiedlichen Funktionen brauchen aber den beiden Kondensatoren 5.1, 5.2 nicht fest zugeordnet zu sein, sondern können vorzugsweise vertauscht werden. Die erste Kondensatoranordnung 2.1 mit der breiteren ersten Durchgangsöffnung 21.1 eignet sich für dickere Prüfgüter 9, während dünnere Prüfgüter 9 in der zweiten Kondensatoranordnung 2.2 mit der schmaleren zweiten Durchgangsöffnung 21.2 geprüft werden können.

Die beiden Kondensatoranordnungen 2.1, 2.2 können in einem Trägerblock 6 befestigt sein. Die Kapazitäten des ersten Kondensators 5.1 und des zweiten Kondensators 5.2 sind vorzugsweise gleich gross. Zu diesem Zweck haben die Elektroden 51.2, 52.2 des zweiten Kondensators 5.2 einen kleineren Flächeninhalt als die Elektroden 51.1, 52.1 des ersten Kondensators 5.1, um die unterschiedlichen Öffnungsweiten di > d2 auszugleichen. Unterschiedliche Kapazitäten der beiden Kondensatoren 5.1, 5.2 könnten mit zusätzlichen (nicht eingezeichneten) Kondensatoren kompensiert werden.

Der erste Kondensator 5.1 und der zweite Kondensator 5.2 sind in einer Kompensationsmessbrücke eingebaut. Verschiedene geeignete

Kompensationsmessbrücken sind aus dem Stand der Technik bekannt und brauchen hier nicht erläutert zu werden. Im Ausführungsbeispiel von Figur 1 legen zwei Wechselsignalgeneratoren 7.1, 7.2 elektrische Wechselsignale mit gleicher Frequenz, aber einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 180° an je eine äussere Elektrode 51.1, 51.2 des ersten Kondensators 5.1 bzw. des zweiten Kondensators 5.2 an. Die beiden inneren Elektroden 52.1, 52.2 sind elektrisch miteinander verbunden. Ein an ihnen abgegriffenes elektrisches Ausgangssignal wird auf einer Ausgangsleitung 81 einer Auswerteeinheit 8 zur Auswertung zugeführt.

Im Leerzustand ohne Prüfgut 9 sollte die Kompensationsmessbrücke bei gleichen Kapazitäten des ersten Kondensators 5.1 und des zweiten Kondensators 5.2 im Gleichgewicht sein und auf der Ausgangsleitung 81 ein Nullsignal liefern. Abgleichmittel für den Nullabgleich von kapazitiven Messbrücken sind aus dem Stand der Technik bekannt und brauchen hier nicht diskutiert zu werden. Durch Einführung des Prüfgutes 9 in die erste Durchgangsöffnung 21.1 verändert sich die Kapazität des ersten Kondensators 5.1, so dass die Messbrücke aus dem Gleichgewicht gerät. Ihr von null verschiedenes Ausgangssignal ist ein Mass für die im ersten Kondensator 5.1 befindliche Prüfgutmasse.

In einer Ausführungsform weisen die erste Kondensatoranordnung 2.1 und die zweite Kondensatoranordnung 2.2 einen zueinander analogen Aufbau auf, und einander entsprechende Bauteile der ersten Kondensatoranordnung 2.1 und der zweiten Kondensatoranordnung 2.2 bestehen aus jeweils demselben Material. In einer Ausführungsform sind die Massen des ersten Abstandshalters 4.1 und des zweiten Abstandshalters 4.2 gleich (vgl. Gleichung (8) oben). Da die Dicken des ersten Abstandshalters 4.1 und des zweiten Abstandshalters 4.2 voneinander verschieden sind, sollte die Massensymmetrie durch unterschiedliche Flächeninhalte erzielt werden. Ein solches Ausführungsbeispiel wird im folgenden Absatz diskutiert.

Die Figuren 2(a) und (b) zeigen ein Beispiel der beiden Abstandshalter 4.1 bzw. 4.2. Die Abstandshalter 4.1, 4.2 sind hier in einer Ansicht senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1 dargestellt, z. B. als Längsschnitte entlang der Ebenen a-a bzw. b-b in Figur 1 oder als Seitenansichten parallel zu diesen Ebenen. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird angenommen, der erste Abstandshalter 4.1 habe eine grössere Dicke als der zweite Abstandshalter 4.2. Zur Erzielung der Massengleichheit sollte der erste Abstandshalter 4.1 einen entsprechend kleineren Flächeninhalt aufweisen als der zweite Abstandshalter 4.2. Im Beispiel von Figur 2 ist der erste Abstandshalter 4.1 im Wesentlichen als rechteckiger Rahmen ausgeführt, der eine rechteckige Aussparung 41 umrahmt. Selbstverständlich können die Abstandshalter 4.1, 4.2 andere geometrische Formen aufweisen. Es können mehrere Aussparungen vorhanden sein. Die Aussparung kann sich am Rand statt im Inneren des ersten Abstandshalters befinden. Die Aussparung braucht nicht durchgehend zu sein.

In einer Ausführungsform sind die Massen der Trägerplatten 31.1 , 32.1 , 31.2, 32.2 der ersten Kondensatoranordnung 2.1 und der zweiten Kondensatoranordnung 2.2 gleich (vgl. Gleichung (8) oben). Vorzugsweise sind die Trägeiplatten 31.1, 32.1, 31.2, 32.2 identisch. Falls nicht, so kann die Massensymmetrie durch geeignete Wahl ihrer Dicken und Flächeninhalte erzielt werden.

In einer Ausführungsform sind die Massen der einander entsprechenden Elektroden 51.1, 51.2; 52.1, 52.2 der ersten Kondensatoranordnung 2.1 und der zweiten Kondensatoranordnung 2.2 gleich. Falls die Elektroden 51.1, 51.2; 52.1, 52.2 nicht identisch sind, so kann die Massensymmetrie durch geeignete Wahl ihrer Dicken und Flächeninhalte erzielt werden. Dank der oben beschriebenen Material- und Massensymmetrie erfahren einander entsprechende Bauteile bei einer äusseren Temperaturänderung gleichzeitig dieselbe Temperaturänderung. Somit bleibt die Messbrücke selbst während der Temperaturänderung immer im Gleichgewicht.

In einer Ausführungsform sind mindestens ein Bauteil der ersten Kondensatoranordnung 2.1 und ein Bauteil der zweiten Kondensatoranordnung 2.2 miteinander thermisch gekoppelt. Die thermische Kopplung kann zwischen dem ersten Abstandshalter 4.1 und dem zweiten Abstandshalter 4.2, zwischen den Trägerplatten 31.1, 32.1, 32.1, 32.2 untereinander und/oder zwischen einem Abstandshalter 4.1 , 4.2 und einer Trägerplatte 31.1, 32.1, 32.1, 32.2 bestehen. Auch der Trägerblock 6 ist vorzugsweise mit den Abstandshaltem 4.1, 4.2 und/oder den Trägerplatten 31.1, 32.1, 32.1, 32.2 thermisch gekoppelt. Zwischen den thermisch miteinander gekoppelten Bauteilen soll eine gute Wärmeleitung möglich sein. Der Wärmedurchgangskoeffizient zwischen den beiden Bauteilen sollte grösser als ca. 200 W/(m ² -K) und vorzugsweise grösser als ca.

1000 W/(m ² -K) sein.

Dank der thermischen Kopplung findet ein möglichst schneller Temperaturausgleich zwischen den Bauteilen der Vorrichtung 1 statt. Somit wird ein räumliches Temperaturgefälle schnell ausgeglichen und die Messbrücke wieder ins Gleichgewicht gebracht.

Figur 3 illustriert Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik. Sie zeigt jeweils schematische zeitliche Verläufe einer Temperatur T(t) - bspw. einer Lufttemperatur - in einer Umgebung der Vorrichtung- sowie zweier Kapazitäten Ci(t), C2(t) und ihrer Differenz Ci(t) - C2(t) gegenüber einer Zeit t. Zu einer Anfangszeit to soll die Messbrücke in einem ersten Gleichgewichtszustand sein, d. h. die beiden Kapazitäten C i (to) = C2(to) sind gleich gross. Im Beispiel von Figur 3 wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass die Temperatur T(t) im Verlauf der Zeit t > to steige. Da die Trägerplatten grossflächig mit der Umgebungsluft in Kontakt sind, werden sie sich vor den Abstandshaltern erwärmen und dadurch ausdehnen, was zu einer Erhöhung der Kapazitäten Ci(t), C2(t) führt. Erst später erwärmen sich die Abstandshalter und dehnen sich aus, was eine Erniedrigung der Kapazitäten Ci(t), C2(t) zur Folge hat. In Figur 3(a) sind die Verläufe für eine Vorrichtung gemäss dem Stand der Technik dargestellt. Da hier bspw. die Massen der beiden Abstandshalter ungleich sind, verändern sich die beiden Kapazitäten Ci(t), C2(t) zeitlich unterschiedlich, so dass ihre Differenz Ci(t) - C2 ) über längere Zeit ungleich null ist. Während dieser Übergangszeit ist die Messbrücke nicht ab geglichen, was zu verfälschten Messresultaten führt. Dieser Nachteil tritt selbst dann auf, wenn jeder der Kondensatoren für eine passive Temperaturkompensation gemäss der US-5,099,386 A ausgestaltet ist, so dass die beiden Kapazitäten Ci(t), C2(t) nach der Übergangszeit, im zweiten Gleichgewichtszustand, wieder ihren ersten Wert Ci(to) = C2(to) annehmen und gleich gross sind.

Figur 3(b) zeigt die Verläufe für die erfindungsgemässe Vorrichtung 1. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind hier die beiden Kondensatoranordnungen 2.1 , 2.2 derart beschaffen und angeordnet, dass zu jeder Zeit t > to die beiden Kapazitäten Ci(t) = C2(t) gleich gross sind und ihre Differenz Ci(t) - C2(t) somit null ist. Mit anderen Worten: Die Messbrücke ist zu jeder Zeit t > to abgeglichen und misst fehlerfrei. Die passive Temperaturkompensation gemäss der US-5,099,386 A (Gleichung (3) oben) kann angewendet werden, ist aber keine notwendige Bedingung für das Funktionieren der Erfindung. Im Beispiel von Figur 3(b) haben die Kapazitäten Ci(t), C2(t) im zweiten Gleichgewichtszustand einen anderen Wert als im ersten.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben diskutierten Ausführungsformen beschränkt. Bei Kenntnis der Erfindung wird der Fachmann weitere Varianten herleiten können, die auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehören.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Vorrichtung 2.1, 2.2 erste bzw. zweite Kondensatoranordnung

21.1, 21.2 erste bzw. zweite Durchgangsöffnung

3.1 , 3.2 erster bzw. zweiter Kondensator

31.1 , 32.1 , 31.2, 32.2 Trägerplatten

4.1 , 4.2 erster bzw. zweiter Abstandshalter

41 Aussparung

5.1 , 5.2 erster bzw. zweiter Kondensator 51.1, 52.1, 51.2, 52.2 Elektroden

6 Trägerblock

7.1, 7.2 erster bzw. zweiter Wechselsignalgenerator

8 Auswerteeinheit

81 Ausgangsleitung

9 Prüfgut