DE1044999B

DE1044999B - Steuerbare Ionisationskammer

Info

Publication number: DE1044999B
Application number: DEL30383A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Alfred Stebler; Klaus Unser
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1957-06-14
Filing date: 1958-05-10
Publication date: 1958-11-27
Also published as: GB848145A; US3067350A; NL227810A; FR1196552A; CH348473A

Description

Für berührungslose Dicken- und Flächengewichtsmessung von flächenförtnigem Walzgut dient die Absorption der ^-Strahlung radioaktiver Isotope, indem sich auf der einen Seite des Walzgutes eine Strahlungsquelle und auf der anderen Seite ein Strahlungsdetektor, vorzugsweise eine Ionisationskammer befindet und der Ionisationsstrom in Abhängigkeit der Absorption ein Maß für die Dicke bzw. das Flächengewicht des Meßgutes darstellt. Für solche Messungen wird in der Praxis eine Genauigkeit von ± 1% gefordert, welche zeitlich konstant sein soll. Diese Genauigkeit bedingt eine Meßgenauigkeit der Strahlungsintensität in der Größenordnung ± l°/oo. Bei Anlagen für diesen Zweck wird die Meßgenauigkeit durch Apparateeigenschaften, z. B. den Temperaturkoeffizienten des Strahlungsdetektors, und den starken Einfluß der Umgebungsbedingungen, z. B. Raumtemperatur- und Luftdruckschwankungen, stark eingeschränkt. Zudem bedingt die in Frage kommende Strahlungsintensität zufolge der begrenzten Quantenzahl statistische Schwankungen der Anzeige, und der natürliche Präparatzerfall macht eine Nacheichung in periodischen Abständen notwendig.

Eine grundsätzliche Verbesserung brachte die Anwendung eines Vergleichsmeßverfahrens mit zwei Strahlungsquellen und zwei Ionisationskammern, indem die eine Kammer die Absorption des Meßgutes und die zweite Kammer die Absorption eines Sollwertabsorbers feststellt und die Ionisationsströme der beiden Kammern miteinander verglichen werden. Fehlereinflüsse, die in gleicher Weise auf die beiden symmetrischen Meßzweige einwirken, heben sich gegenseitig auf. Der Ionisationsstrom der Kompensationskammer entspricht einem bestimmten Sollwert, z. B. des Flächengewichtes, mit dem das Meßgut verglichen wird. Zur Sollwertverstellung muß die Vergleichsstrecke entsprechend verändert werden. Diese Veränderung kann erfolgen durch Änderung der Präparatstärke, z. B. mit einer Blende, oder durch Änderung der Absorption, beispielsweise durch auswechselbare Nbrmalabsorber oder Verschieben eines Absorberkeiles, oder durch Änderung der Kammerempfindlichkeit, beispielsweise mittels einer Blende oder durch Änderung des Kammervolumens. Alle diese Änderungen können durch mechanische Stellverfahren mittels eines Servosystems bewirkt werden zum Zweck einer Fernbedienung der Sollwerteinstellung, die für viele Anlagen erwünscht ist. Die einfachste und eleganteste Änderung der Sollwerteinstellung besteht in der Änderung des Ionisationsverhaltens der Kammer durch elektrische Steuerung der Feldverhältnisse und demzufolge des Ionisationsstromes.

Es ist eine steuerbare Ionisationskammer bekannt,

Steuerbare Ionisationskammer

Anmelder:
Landis & Gyr A. G., Zug (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schulze, Patentanwalt,
Berlin-Wilmersdorf, Jenaer Str. 14

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 14. Juni 1957

Dipl.-Phys. Dr. Alfred Stebler und Klaus Unser,

Zug (Schweiz),
sind als Erfinder genannt worden

bei welcher zwischen der Gegenelektrode und Sammelelektrode in geringem Abstand vor dieser ein Gitter angeordnet ist, das an einer S teuer spannung liegt. Je nach dem Potential dieses Gitters gelangt ein mehr oder weniger großer Anteil der in der Kammer erzeugten Ionen durch dieses Gitter hindurch zur Sammelelektrode. Nachteilig ist bei dieser steuerbaren Ionisationskammer die ungünstige Feldverteilung in gewissen Abschnitten des Steuerbereiches. Die FeIdstärke im Bereich zwischen Gitter und Sammelelektrode sinkt dabei zwangläufig unter die Sättigungsgrenze, so daß Rekombination einsetzt. Der Effekt kann durch Verringerung des Abstandes zwischen Gitter und Sammelelektrode klein gehalten werden, aber es ergeben sich dann hohe Anforderungen an die konstruktive Ausbildung der Kammer.

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Ionisationskammer, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Sammelelektrode eine Gegenelektrode und eineSteuerelektrode, beide als homogene Flächen, gegenüberstehen. Zweckmäßigerweise haben diese beiden Elektroden gleiche Größe und bezüglich der Sammelelektrode gleiche Lage und gleichen Abstand.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 die Schaltungsweise einer Ionisationskammer mit drei gleichen Elektroden, die paarweise je einen Winkel von 60° einschließen, in

Fig. 2 ein Diagramm des Ionisationsstromes in Abhängigkeit der Steuerspannung, in

Fig. 3 parallel angeordnete Elektroden, in den
Fig. 4 und 5 spezielle Anordnungen der Elektroden um eine zylindrische Sammelelektrode.

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Grundsätzlich stehen in der steuerbaren Ionisationskammer zwei Flächenelektroden einer dritten Elektrode, welche als Sammelelektrode dient, gegenüber. Sie haben zweckmäßigerweise gleiche Größe und bezüglich dieser Sammelelektrode gleiche Lage. In einem praktischen Beispiel hat auch die Sammelelektrode die gleiche Fläche wie die beiden anderen Elektroden und alle drei Elektroden haben etwa quadratische Form, so daß sie die Seiten eines dreiseitigen regulären Prismas bilden, ohne sich jedoch in den Kanten zu berühren. Fig. 1 zeigt eine derartige Anordnung der Elektroden, in der Strahlungsrichtung gesehen. Das die Ionisationskammer bildende Gehäuse ist nicht dargestellt. Der Sammelelektrode 10 mit der Anschlußklemme 20 steht eine Gegenelektrode 1 mit der Anschlußklemme 21 und eine Steuerelektrode 2 mit der Anschlußklemme 22 gegenüber. Alle drei Elektroden schließen paarweise einen Winkel von 60° ein. Die Gegenelektrode 1 liegt an einem Potential + U_k einer nicht dargestellten Spannungsquelle. Zwischen den Potentialen + U₁₁ und —U_b liegt ein Potentiometer 23 mit einer festen Mittelanzapfung 24 mit dem Potential Null. Die Steuerelektrode 2 ist mit dem Abgriff 25 des Potentiometers verbunden, so daß das Potential U_s der Steuerelektrode 2 von + U_k bis — U_k geändert werden kann. Bei Bestrahlung der Kammer fließt ein einstellbarer Ionisationsstrom /,· von der Sammelelektrode 10 über einen Arbeitswiderstand 26 zum Nullpotential.

Die Charakteristik des Ionisationsstromes I₁ in Abhängigkeit von der Steuerspannung U₈ ist in Fig. 2 dargestellt. Haben Gegenelektrode 1 und Steuerelektrode 2 gleiches Potential + U_k und ist dieses Potential hinreichend hoch, so tritt Sättigung des Stromes /,- ein (Punkt A). Wird nun die Steuerspannung Ug vermindert, so nimmt der Ionisationsstrom I₁ ab, und beim Potential — U_k wird der Ionisationsstrom /,- — 0. Würde die Steuerspannung noch negativer, so würde auch der Ionisationsstrom I₁ negativ.

Der Effekt wird dadurch erreicht, daß in Punkt A des Diagramms die Sammelelektrode 10 alle positiven Ladungsträger sammelt. Bei negativer Steuerspannung U_s sammelt die Sammelelektrode 10 im einen Kammerteil positive und im anderen Kammerteil negative Ladungsträger. Ein Teil der erzeugten Ionenpaare teilt sich außerdem direkt zwischen Steuer- und Gegenelektrode auf. Treffen infolge des symmetrischen Aufbaues genau gleichviel positive und negative Ladungsträger auf die Sammelelektrode, so wird der Ionisationsstrom I₁ = 0. Der eingestellte Wert des Ionisationsstromes hängt nur von dem Potentialverhältnis der drei Kammerelektroden ab. Dazu ist allerdings Voraussetzung, daß im ganzen Kammervolumen die Feldstärke über der Sättigungsgrenze bleibt, was durch eine genügend hohe Spannung + U_k garantiert wird. Werden Kammerspannung U_k und Steuerspannung U_s derselben Quelle entnommen, wie gezeigt, so ist eine Änderung der Quellenspannung innerhalb bestimmter Toleranzen ohne Einfluß auf den eingestellten Ionisationsstrom.

Es ist für die Steuerbarkeit der Kammer nicht erforderlich, daß die drei Elektroden die in Fig. 1 gezeigte Lage einnehmen müssen, sondern es können beispielsweise zwei gleich große Elektroden 1 und 2 auch nebeneinander in einer Ebene parallel zur Sammelelektrode 10 liegen, wie in Fig. 3 gezeigt, nur ist dabei die Feldverteilung ungünstig. Sie kann dadurch verbessert werden, daß jede der Elektroden 1 und 2 in eine gleiche Anzahl, z. B. drei, gleich große Teilelektroden aufgeteilt wird und diese Teilelektroden abwechselnd nebeneinander angeordnet werden.

Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, daß diese Teilelektroden Segmente eines Kreiszylinders bilden, der eine ebenfalls kreiszylindrische Sammelelektrode koaxial umgibt. Eine solche Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Um die zylindrische Sammelelektrode 10 sind koaxial sechs gleich große Zylindersegmente 1 bis 6 angeordnet. Die Segmente 1, 3, 5 sind elektrisch zusammengeschaltet und mit der Klemme 21 verbunden und bilden die Gegenelektrode, während die ebenfalls zusammengeschalteten Segmente 2, 4, 6, mit der Klemme 22 verbunden, die Steuerelektrode darstellen. Eine rein bauliche Vereinfachung gegenüber dieser Anordnung kann, wie in Fig. 5 dargestellt, dadurch erreicht werden, daß um eine zylindrische Sammelelektrode 10 ebene Platten 1 bis 6 angeordnet sind, die Flächen eines regulären und zur Sammelelektrode koaxialen Prismas bilden. Die zusammengeschalteten Platten I₁ 3,5 bilden wieder die Gegenelektrode und die zusammengeschalteten Platten 2, 4, 6 die Steuerelektrode.

Steuerbare Ionisationskammern mit gleichartigen Steuer- und Gegenelektroden, wie gezeigt, haben den Vorteil, daß nur die Sammelelektrode hochwertig isoliert sein muß und daß sie eine massive, mechanische Konstruktion gestatten, Sie haben ferner den Vorteil, daß mittels einer Steuerspannung der Ionisationsstrom praktisch leistungslos gesteuert werden kann. In Meßanlagen mit einer Meß- und einer Kompensationskammer ist damit die Voraussetzung für eine Kompensation der Störeinflüsse, insbesondere der Luftabsorption, der Temperaturabhängigkeit und des Präparatzerfalls in einfacher Weise gegeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbare Ionisationskammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelelektrode eine Gegenelektrode und eine Steuerelektrode, beide als homogene Flächen, gegenüberstehen,

2. Steuerbare Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Elektroden gleiche Fläche aufweisen und je zwei Elektroden einen Winkel von 60° einschließen.

3. Steuerbare Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gegenelektrode und Steuerelektrode gleiche Größe und über ihre ganze Fläche konstanten Abstand von der Sammelelektrode aufweisen.

4. Steuerbare Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gegenelektrode und Steuerelektrode in eine gleiche Anzahl gleich große Teilelektroden aufgeteilt und abwechselnd nebeneinander angeordnet sind.

5. Steuerbare Ionisationskammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektrode ein Kreiszylinder ist und die Teilelektroden Segmente eines die Sammelelektrode koaxial umgebenden Kreiszylinders sind.

6. Steuerbare Ionisationskammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelelektrode ein Kreiszylinder ist und die Teilelektroden ebene Flächen eines die Sammelelektrode koaxial umgebenden regulären Prismas sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

®m 680/447 11. SS