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Verfahren und Vorrichtung zum Messen von physikalischen Grössen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von physikalischen Grössen mittels einer ein Messgut od. dgl. durchstrahlenden Strahlungsquelle und eines Strahlendetektors und unter Verwendung eines Vergleichsabsorbers, insbesondere zum Messen von Dicke, Flächengewicht, Dichte oder Strahlungsabsorption eines Messgutes.
Es sind bereits Einrichtungen zur Dickenmessung bekannt, bei denen eine radioaktive Strahlenquelle zwischen dem Messgut und einem Vergleichsnormal liegt. Die beiden zugeordneten Ionisationskammern sind Teile einer Differenzschaltung. Diese Einrichtungen weisen verschiedene Nachteile auf ; so braucht man zwei gleiche Detektoren, einen hochempfindlichen Gleichspannungsmesskreis und verhältnismässig starke Strahlenquellen. Überdies ist der Eichfaktor der Einrichtung abhängig vom Absolutwert der Strah- lungsintensität, tatsächlich gemessen wird aber der Mittelwert eines Materialstückes, das während der Zeitkonstante der Anlage diese durchläuft.
Es ist auch bereits bekannt, die Dicke von Hohlkörpem mittels einer Strahlenquelle digital zu messen.
Hiebei wird ein Gas durch den Hohlkörper geleitet, der von aussen bestrahlt wird. Der Jonisationsgrad des Gases kann dann über einen Geigerzähler und einen Impulszähler bestimmt werden, woraus sich die Dicke ergibt.
Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, dass das Messgut od. dgl. in den Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor gebracht wird, von welchen Impulse einem Zähler zugeführt und während einer vorbestimmten Zeit gezählt werden, dass danach in den Strahlengang an Stelle des Messgutes ein Vergleichsabsorber eingebracht und die Zeit gemessen wird, bis die gleiche Impulszahl wieder erreicht ist, und aus der zuletzt gemessenen Zeit auf die zu messende Grösse des Messgutes od. dgl. zurückgeschlossen wird.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Dicken diskontinuierlicher Messgüter, wie z. B. Platten, Bleche u. dgl., die mit hoher Geschwindigkeit die Messstrecke durchlaufen, zu bestimmen. Es erfolgt eine automatische Messfehlerkompensation und eine direkte Messwertanzeige. Die Messung erfolgt rein digital. Durch die digitale Verarbeitung der Messdaten im Zusammenhang mit einem besonders schnellen Detektor (Plastikszintillator) ergibt sich die höchste erreichbare Genauigkeit bei extrem kurzen Messzeiten (z. B. unter 1 sec). Das erfindungsgemässe Verfahren besitzt gegenüber den bisherigen Verfahren zahlreiche Vorteile ; so ist das Messergebnis unabhängig von der Aktivitätsabnahme der Strahlenquelle,-z.
B. auf Grund ihrer Halbwertszeit, falls eine radioaktive Strahlenquelle verwendet wird-, ferner werden Absorptionsänderungen durch Verschmutzung des Detektors oder der Strahlenquelle sowie auch elektronische Instabilitäten ausgeschaltet. Komplizierte Rechenvorgänge sind durch die erfindungsgemässen Massnahmen vermieden.
In der Zeichnung ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Strahlenquelle l, einen beweglichen Vergleichsabsorber 3, z. B. aus Plexiglas, einen Detektor 2, einen Impulszähler 5 und einen Zeitzähler 6 auf. Die Strahlen-
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quelle 1 ist in vorteilhafter Weise eine radioaktive Strahlenquelle. Als besonders geeignet für Messgüter mit einem Flächengewichtsbereich von 0, 5 bis 1, 5 g/cmZ hat sich Ru 106 herausgestellt. Es ist aber durchaus möglich, an Stelle einer radioaktiven Quelle eine andere zu setzen, wie z. B. eine Röntgenröhre.
Der Strahlenquelle gegenüber liegt ein Detektor 2, der der Strahlenquelle angepasst ist. Wie bereits erwähnt, werden mit Vorteil die an sich bekannten Plastikszintillatoren verwendet.
Im Folgenden sei nun das Messprinzip näher erläutert : Das Messgut wird auf irgendeine Weise, z. B. mittels Rollen, zur Messstrecke gebracht. Durch Eindringen des Messgutes 9 in den Strahlengang 10 zwischen der Strahlenquelle 1 und dem Detektor 2 erfolgt durch die Absorption des Messgutes eine Zählratenänderung (Impulszahl pro Sekunde). Bei Unterschreiten einer vorgewählten Schwelle, d. h. wenn die Zählrate einen bestimmten Wert unterschreitet, wird eine elektronische Programmeinheit 4 ausgelöst. Dadurch wird zunächst, z. B. mit Hilfe einer pneumatischen Vorrichtung 11, der Vergleichsabsorber 3 aus dem Strahlengang 10 entfernt.
Nach einer ebenfalls durch die Programmeinheit festgelegten Verzögerungszeit - die Randzonen sollen nicht mitgemessen werden, da sonst unter Umständen Verfälschungen des Messergebnisses eintreten können-öffnet die Programmeinheit je ein Tor in einem Impulszähler 5 und einem Zeitzähler 6.
Die vom Detektor 2 kommenden Impulse können nun in den Impulszähler 5, der ein konvertierbarer Binärzähler sein kann, hineingeleitet werden. Gleichzeitig beginnt der Zeitzähler 6 zu zählen und beendet nach einer einstellbaren Zeit t. durch Sperrung des Impulstores die Istwertmessung.
Der Impulszähler 5 hat während dieser Zeit t. eine Impulszahl N gespeichert, die sich als Produkt der durch das Messgut durchtretenden Zählrate Ni und der Messzeit t. (N = Nit.) ergibt. Nach Beendigung der Istwertmessung wird nun über die Programmeinheit 4 der Vergleichsabsorber 3 neuer- dings in den Strahlengang 10 eingeschoben. Durch das Auslaufen des Messgutes 9 aus der Messstrecke ergibt sich eine Zählratenänderung, die wieder die Programmeinheit 4 auslöst. Nach einer weiteren vorgewählten Verzögerungszeit beginnt nun die Sollwertmessung.
Ist der Impulszähler 5 ein invertierbarer Binärzähler, so kann man den Inhalt des Impulszählers 5 invertieren und bei der Vergleichsmessung bis auf den Wert 0 zurückzählen. Die Programmeinheit 4 gibt sowohl den Impuls zum Invertieren als auch die Impulse zum Öffnen der Tore im Impulszähler 5 und Zeitzähler 6.
Bei der Sollwertmessung werden die durch den Vergleichsabsorber 3 durchtretenden Impulse im Impulszähler 5 gezählt, u. zw. wird nun mit dem Zeitzähler 6 diejenige Zeit tv bestimmt, die die durch den Vergleichsabsorber festgelegte Zählrate zur Erreichung der gleichen Impulszahl N benötigt, welche bei der vorangegangenen Istwertmessung im Impulszähler erreicht wurde. Durch den Vergleichsabsorber ist dabei eine Zählrate Nv festgelegt. Da nun folgende Beziehung gilt tixNi=N=tvx Nv, so ergibt sich, dass tv = ti x Ni/Nv ist. Die Zeit tv ist daher nur proportional der Istwertzählrate bzw. verkehrt proportional der Dicke. Alle multiplikativen Messfehler sind durch die obige Beziehung eliminiert.
Während der Sollwertmessung wird der Zeitzähler 6 von einem Oszillator 7 gesteuert, so dass das jeweilige Produkt aus Oszillatorfrequenz und Zeit der Vergleichsmessung eine für den Messwert charakteristische Anzeige bildet. Will man eine lineare Endanzeige in der Anzeigevorrichtung 8, so kann man die Frequenz des Oszillators 7 gemäss einem aus dem funktionellen Zusammenhang zwischen Messwert und Zeit der Vergleichsmessung abgeleiteten Programm ändern. Die Anzeigevorrichtung 8 läuft während der Messung ständig mit der Zählung im Zeitzähler 6 mit. Die angezeigte Zahl durchläuft also von einem Ausgangswert bis zum Endwert, d. h. dem Messergebnis, alle Zwischenwerte.
Die Frequenzänderung des Oszillators 7 kann nun mit bestimmten Zahlenwerten in der Anzeigevorrichtung gekoppelt sein, d. h. die Frequenzänderung erfolgt nach einem zeitabhängigen Programm, wodurch durch die Ankopplung an bestimmte Anzeigewerte eine zwangsläufige, fehlerfreie Linearisierung erreicht wird.
In der Zeichnung sind die Einwirkungen der einzelnen Einheiten durch Pfeile symbolisch dargestellt.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Dicken- oder Flächengewichtsbestimmung diskontinuierlicher Messgüter, z. B. von Asbest-Zementplatten, Kunststoffplatten, Glasplatten od. dgl., wobei auch eine Regelung des Herstellungsprozesses in Abhängigkeit von der Dicke des Endproduktes möglich ist. Die Erfindung ist aber darauf nicht beschränkt. Man kann auch bandförmiges Material messen, indem man eine vorbestimmte Länge vermisst und dann nach einer kurzen Zwischenzeit eine neue Messung beginnt, d. h. also, man teilt das Band in Abschnitte auf und vermisst es genauso, als ob das Band aus aufeinanderfolgenden Platten bestehen würde. Die Programmsteuerung erfolgt hier entweder durch Zeitimpulse oder aber durch Abtastungen bestimmter Längen des Bandes.
Es ist auch möglich, physikalische Grössen, wie
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Temperatur und Druck, mittels des Verfahrens indirekt zu bestimmen. So bewirkt z. B. ein höherer Druck eine höhere Dichte des Materials und daher auch eine grössere Strahlungsabsorption. Man kann also aus der Änderung der Strahlungsabsorption, d. h. aus dem geänderten Messwert auf die Änderung des Druckes zurückschliessen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Messen von physikalischen Grössen mittels einer ein Messgut od. dgl. durchstrahlenden Strahlungsquelle und eines Strahlendetektors und unter Verwendung eines Vergleichsabsorbers, insbesondere zum Messen von Dicke, Flächengewicht, Dichte oder Strahlungsabsorption eines Messgutes, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgut od.
dgl. in den Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor gebracht wird, von welchem Impulse einem Zähler zugeführt und während einer vorbestimmten Zeit gezählt werden, dass danach in den Strahlengang an Stelle des Messgutes der Vergleichsabsorber eingebracht und die Zeit gemessen wird, bis die gleiche Impulszahl wieder erreicht ist, und aus der zuletzt gemessenen Zeit auf die zu messende Grösse des Messgutes od. dgl. ruckgeschlossen wird.