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Verfahren und Meßgerät zum kontinuierlichen Messen des Umfangs oder
Volumens von festen Körpern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein
Meßgerät zum kontinuierlichen Messen des Umfangs oder Volumens von festen länglichen
Körpern mit in Längsrichtung veränderlichem und gegebenenfalls unrundem Umfang.
Die Erfindung ist vor allem vorteilhaft auf im Innern unzugängliche längliche Körper,
wie Vollloörper, insbesondere solche mit veränderlichem Profil nach Art von Baumstämmen.
anwendbar. In solchen Fällen besteht z. B. in der Zellstoff- und Papierindustrie
ein Übelstand darin, daß die vom Lagerplatz in den Zellstoffkocher oder Schleifer
gelangende Holzmenge nicht geniigend genau feststellbar ist. Eine Wägung der einzelnen
Baumstämme würde zuviel Zeit erfordern. Es ist daher die Aufgabe gegeben eine bestimmte
Holzmenge fortlaufend im Zuge der kontinuierlichen Förderung eines Baumstammes aus
dem Volumen zu bestimmen und zu diesem Zwecls fortlaufend den Umfang des Stammes
zu messen.
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Ferner kann in Sägewerken, in der Niöbelindustrie oder in ähnlichen
Fällen ein Interesse bestehen, den mittleren oder den kleinsten Umfang eines Baumstammes
durch fortlaufende Messung festzustellen, um die erzielbare Breite daraus zu schneidender
Bretter oder Balken vorab zu ermitteln. ähnliche Umfangs- oder Volumenmessungen
können in der Kunststoffindustrie oder in der Metallindustrie, z. B. an Rohstahlblöcken,
von Interesse sein. Die nachstehende Erfindung ist indessen nicht auf diese genannten
Anwendungsgebiete beschränkt. Sie ist vielmehr überall da anwendbar, wo es auf eine
fortlaufende Messung des Umfanges länglicher Körper ankommt. ohne daß diese bei
der Messung berührt werden können oder zerstört werden dürfen.
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Diese Aufgaben löst die Erfindung dadurch, daß der Körper in Längsrichtung
ohne Berührung an einem auf radioaktive Strahlung ansprechenden Meßgerät vorbeigeführt
wird, dessen die Strahlung aufnehmende Teile ringförmig über den zu messenden Umfangsbereich
in Abstand von diesem verteilt sind; dabei ist eine radioaktive Strahlungsquelle
gleichfalls in entsprechender ringförmiger Verteilung in der Nähe des Meßgerätes
oder am Körper selbst vorgesehen. Beim Vorbeiführen des Körpers an dem Meßgerät
wird die Stärke der Strahlung gemessen, die durch Reflexion bzw. direkt in das Meßgerät
gelangt und die von der jeweiligen örtlichen Dicke des Zwischenraumes zwischen Meßgerät
und Körper abhängig ist. Das Meßgerät spricht dabei in an sich bekannter Weise durch
Ionisation oder Szintillation auf die einfallende Strahlung an, so daß deren Stärke
elektrisch als Stromstärke bzw. an einem Widerstand als Spannung meßbar ist. Die
Stärke der Strahlung wird nun in an sich bekannter Weise, jedoch jeweils integriert
über den gewählten Umfangsbereich in der Längsrichtung fortschreitend elektrisch
gemessen und kann gewünschtenfalls fortlaufend registriert werden.
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Die von Punkt zu Punkt gemessene Spannung ist dann ein Maß für den
örtlichen Umfang des Meßobjektes, so daß durch die Integrierung über die Länge des
Meßobjektes auch dessen Volumen ermittelt werden kann.
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Zweckmäßig wird der Meßkörper am Meßgerät vorbei mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit vorgeschoben, so daß eine Integrierung über die Zeit das Volumen
ergibt.
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Es sind nur punktweise, ohne Integration, messende Dickenmeßgeräte
bekannt, bei denen der von einer Werkstoffplatte oder Wandung reflektierte Anteil
einer auf ihn aufgestrahlten elektrischen, akustischen, radioaktiven oder Lichtenergie
bestimmt wird. Eine Umfangs- und Volumenmessung ist nach dem Meßprinzip dieser Geräte
nicht vorgesehen, und sie sind dafür auch nicht geeignet.
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Eine von Punkt zu Punkt fortschreitende Wandstärkenmessung erfolgt
an aufgeblasenen Schläuchen während ihrer Herstellung durch Strangpressen mittels
eines anderen bekannten Gerätes, bei dem ein radioaktiver Strahler im Innern des
Schlauches angebracht und die nach außen dringende Strahlung gemessen wird. Dabei
erhält man eine Vielzahl von Einzelmeßwerten für die Wandstärke, die aber nicht
integriert, sondern nur einzeln für sich für die Regelung der Herstellung ausgewertet
werden. Für die Erfindung ist aber die Integration von über den gewählten Umfangsbereich
verteilten Meßwerten entscheidend für die Bestimmung des jeweiligen Um-
fangs
an verschiedenen Ouerschnitten durch einen länglichen Körper, bei dem erfindungsgemäß
eine Wandstärkenmessung gar nicht stattfindet und im Falle eines im Innern unzugänglichen
Körpers das vorgenannte Meßverfahren gar nicht anwendbar wäre.
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Zu bevorzugen sind für die Zwecke der Erfindung Mefigeräte, die vor
allem auf die jB-Strahlung der gesamten radioaktiven Strahlung ansprechen.
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Bei nicht symmetrischer oder nicht radial symmetrischer Gestaltung
des Umfangs des A-Teßobjelstes und in der Regel soll die Strahlungsmessung iiber
den ganzen Umfang des Meßkörpers erfolgen. Wählt man den Abstand des Meßkörpers
von dem ringförmigen Meßgerät innerhalb geeigneter Grenzen, so läßt sich erreichen,
daß die auf das Meßgerät treffende Strahlung der örtlichen Dicke des Zxvischenraums
zwischen Meßgerät und Meßkörper proportional ist. In diesem Fall braucht der Meßkörper
nicht zentrisch zu dem vorzugsweise kreisförmigen Meßgerät geführt zu werden.
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Handelt es sich um einen Aleßkörper. bei dem ein Teil, z. B. die
Hälfte oder jedes Viertel des Umfanges. stets praktisch symmetrisch bzw. radial
symmetrisch zu den anderen Teilen gestaltet ist so kann die Strahlungsmessuiig auf
einen entsprechenden Umfangsbereich. z. B. auf den halben Umfang oder ein Viertel
des Umfanges, beschränkt werden und braucht das Meßgerät sich nur über einen entsprechenden
Sektor zu erstrecken. In diesem Falle muß aber dafür Sorge getragen werden, daß
der Meßkörper praktisch konzentrisch zu dem Kreisbogen vorgeschoben wird, den das
N,Ießgenit einnimmt.
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Wird nicht eine besondere Strahluiigsquelle in der Nähe des Meßgerätes
verwendet. wie es der Einfachheit halber zu bevorzugen ist. so kann die zu messende
Oberfläche. z. B. von Holz, durch Anlagerung eines radioaktiven Stoffes, z.B. von
Jod 131, vorübergehend radioaktiv, d. h. selbst zur Strahlungsquelle gemacht werden.
Diese Radioaktivität versdwindet liel geeigneter Wahl des Anlagerungsstoffes in
kurzer Zeit nach der Messung. so daß sie bei der Weiterl>ehandlung des A1 eßkörpers
nicht mehr störend in Erscheinung tritt.
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Die über den Umfang oder einen bestimmten Umfangsbereich möglichst
gleichmäßig notwendige Strahlungsmessung könnte durch über diesen Ringbereich verteilte
Einzdmeßzellen, z. B. Geigerzähler, bewirkt ,werden, die zusammengeschaltet sind
und zusammen las vorgenannte Meßgerät bilden.
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Indessen ist zur Ausführung der Erfindung ein Meßgerät zu bevorzugen,
das als Ionisations- oder Szintillationskammer ringförmig. vorzugsweise als in ich
geschlossenes Ringrohr ausgebildet ist, die bzw. das an der dem Gießkörper zugekehrten
Seite mit einem für radioaktive Strahlung, vor allem /i-Strahung, durchlässigen
umlaufenden Fenster oder mehreren über den Ringbereich verteilten solchen Fenstern
versehen ist.
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Die eine Elektrode des Ringrohres ist durch seine zweckmäßig aus
NIetall, z. B. Kupfer. bestehende Gußenwandullg und die andere vorzugsweise durch
inden im Rohrinneren konzentrisch zur Wandung geführten Draht gebildet. Die Halterung
des Elektroden-Irahtes kann durch mit Öffnungen versehene, isoierende, scheibeuförmige
und z. B. aus Kunststoff bestehende Querstege gebildet sein.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfinlung sind vorzugsweise
zwei solche ringförmigen \leßkammern in Läiigsrichtung des AIeßkörpers aufinanderfolgend
vorgesehen und parallel geschaltet,
wobei die Drahtelektroden auf gleichem Potential
liegen. Die Meßrohre können dann durch einen als Träger für ein radioaktives Präparat
ausgebildeten ringförmigen Steg miteinander verbunden sein und einen fiir die Aufnahme
der vom Meßobjekt nach verschiedenen Seiten hin reflektierten Strahlung geeigneten
Abstand voneinander haben.
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Im Gegensatz zu z. B. in der Papierindustrie bekannen Dickenmessungen,
bei denen das Meßgerät zusammen mit dem radioaktiven Präparat in gleichbleibendem
Abstand von einem die Strahlung reflektierenden Metallträger und dem darauf befindlichen
Meßobjekt angeordnet ist und die Dicke des Aleßobjektes aus dem Verlust an Strahlung
bestimmt wird, der sich durch Strahlungsabsorption im hießobjekt ergibt, handelt
es sich bei allen Ausführungsformen der Erfindung um die örtliche Messung des unterschiedlichen
Abstandes bzw. Luftzwiscllenraumes zwischen Meßgerät und Meßobjekt und der dadurch
unterschiedlich in das Meßgerät gelangenden Strahlang; im Falle der Messung einer
reflektierten Strahlung hängt die Stärke der in das Meßgerät gelangenden Strahlung
stark vom Reflexionswinkel an der Oberfläche des WIeßobjektes und somit von deren
Abstand von der Strahlungsquelle einerseits und dem Fenster des Meßgerätes andererseits
ab. Um den Einfluß der Oberflächenbeschaffenheit des Meßliörpears, der Strahlungsabsorption
im Meßkörper auszuschalten und auch die Absorption im Luftzwischenraum zu berücksichtigen,
ist eine auf die Materialbescllaffenheit des N1leßkörpers und seine ungefähre Dicke
abgestellte Eichung des Meßgerätes erforderlich; wie gesagt, ergibt sich jedoch
bei geeigneter Wahl des Abstandes zwischen Meßgerät bzw. Strahlungsquelle einerseits
und Aleßkörper andererseits Proportionalität dieses Abstandes mit der gemessenen
Stromstärke oder Spannung.
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Die Zu- und Abführung des Meßkörpers zum bzw. aus dem Innenraum des
Mefigerätes kann mittels Förderbändern erfolgen, von denen eines kurz vor dem Meßgerät
endet und das folgende kurz hinter dem Meßgerät beginnt. Statt dessen kann ein strömendes
Medium innerhalb eines Transportkanals oder Transportrohres, der bzw. das das Meßgerät
enthält. zur Förderung eines von ihm mitgeführten Meßkörpers dienen.
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In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens
und eines Meßgerätes gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt
für den Fall der Volumenmessung von Baumstämmen Fig. 1 im Schnitt durch einen zu
messenden Baumstamm eine Stirnansicht des SsIeßgerätes und eines Teils der zugehörigen
Fördereinrichtungen, Fig. 2 schematisch eine Seitenansicht der Fördereinrichtung
und des Meßgerätes und Fig. 3 in größerem Maßstab einen Schnitt durch das Meßgerät
in der Förderrichtung des Meßkörpers und das Schema des Strahlungsverlaufes beim
Dessen einer reflektierten radioaktiven Strahlung, wobei der Ständer des Meßgerätes,
die Fördereinrichtungen und sonstige Einzelheiten weggelassen sind.
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In einem Fundament oder einer Grundplatte 1 sind Ständerpaare 2 und
3 verankert. Die Ständer 2 tragen in geeigneter Höhe über dem Fundament 1 zwischen
sich drehbar gelagerte Walzen 4, über die Förderbänder 5 und 6 laufen. Zwei der
das Förderband 5 bzw. 6 umlenkenden Walzen 4 befinden sich in unmittelbarer Nähe
des als Ganzes mit 7 bezeichneten bIeßgerätes. das bei dieser Ausführungsform zugleich
den
Träger der Strahlungsquelle bildet. Es ist mittels Lagern 8 an den Ständern 3 schwenkbar
gelagert, so daß durch geringe Winkelverstellung die mittlere Größenordnung des
Abstandes a zwischen dem ringförmigen Meßgerät und der Oberfläche 9 des Meßkörpers
10, im vorliegenden Falle eines Baumstammes, veränderlich entsprechend der Eichung
des Meßgerätes eingestellt und festgestellt werden kann (s. Fig. 1).
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Das eigentliche Meßgerät besteht aus zwei in sich geschlossenen Ringrohren
11 und 12 gleichen Durchmessers, die in der Förderrichtung der Förderbänder 5 und
6 aufeinanderfolgend in ihrer Ebene im allgemeinen senkrecht zur Längsachse des
Meßkörpers 10 stehend in gleicher Höhe angeordnet sind, und zwar gemäß Fig. 1 und
2 so, daß der Meßkörper von den Förderbändern durch den Innenraum des Meßgerätes
mehr oder weniger konzentrisch zu diesem hindurchgefördert wird. Zu diesem Zweck
können die Ständer 2 der Förderbänder (in nicht gezeigter üblicher Weise) in ihrer
Länge verstellbar oder die Ständer 3 höhenverstellbar sein, um die Höhenlage des
Meßkörpers zum Innenraum des Meßgerätes einstellen zu können. Jedoch ist es nicht
erforderlich, daß der Meßkörper den Innenraum des Meßgerätes mittig bzw. zentrisch
durchläuft, und die Abstände a können über den Umfang des Meßkörpers weitgehend
unterschiedliche Größe haben, wenn nur eine Berührung zwischen dem Meßkörper und
der inneren Oberfläche des Meßgerätes vermieden wird und gemäß der in dieser Hinsicht
noch näher zu beschreibenden Fig. 3 die z. B. bis zur Größe al variablen Abstände
a eine genügende Reflexion der Strahlung gestatten.
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Demgemäß besitzt jedes der Ringrohre 11 und 12 einen Ringdurchmesser
solcher Größe, daß die größten vorkommenden Meßkörper einen gewissen mittleren Abstand
n von der inneren Oberfläche des Ringrohres einhalten. Der größte Teil der Außenwandung
jedes der Ringrohre 11 und 12 besteht aus Metall, z. B.
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Kupfer. An der dem Stamm 10 zugekehrten Seite besitzt jedes der Ringrohre
ein vor allem für p-Strahlung durchlässiges Fenster 13 bzw. 14, z. B. aus Glimmer
oder Aluminiumfolie. Diese Fenster sind nach Maßgabe ihres Abstandes von der bei
15 angeordneten Strahlungsquelle gemäß Fig. 3 gegenüber der Längsachse des Meßkörpers
etwas nach oben geneigt, derart, daß bei der Messung durchschnittlich ein Größtmaß
an reflektierter Strahlung in jedes der Ringrohre 11 und 12 einfällt. Jedes der
Fenster 13 und 14 bildet zweckmäßig eine in sich geschlossene ununterbrochene Ringfläche.
Sind statt dessen voneinander gesonderte Fenster 13 bzw. 14 vorgesehen, so sollen
diese in möglichst großer Zahl und mit möglichst geringen Abständen möglichst gleichmäßig
über den inneren Umfang jedes der Ringrohre 11 und 12 verteilt angeordnet sein.
Das gleiche gilt, wenn abweichend von der gezeichneten Ausführungsform das Meßgerät
bzw. jedes der Ringrohre in einzelne über den Ringumfang verteilte und zusammengeschaltete
Meßzellen aufgeteilt wird, es sei denn, daß ausnahmsweise bei symmetrischen Meßkörpern
eine solche Verteilung des Meßgerätes bzw. von Einzelmeßzellen nur über einen entsprechenden
Sektor des Meßkörpers erforderlich ist, der dann aber möglichst gleichachsig zur
Achse dieser ringförmigen Verteilung geführt werden muß.
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Die beiden Ringrohre 11 und 12 sind gemäß Fig. 3 durch einen umlaufenden,
ihrer Kreisform angepaßten Steg 16 fest miteinander verbunden, der z. B. aus Metall
oder Kunststoff bestehen kann und in be-
liebiger Weise mit der Oberfläche der Ringrohre
11 und 12 verbunden ist. An der Ringinnenseite ist der ringförmige Steg 16 bei 15
mit einer treppenförmigen umlaufenden Ausnehmung zur Aufnahme des als Strahlungsquelle
dienenden radioaktiven Präparates versehen. Dieses Präparat kann z. B. Thallium
204 oder Kohlenstoff C 14 sein. Es erhält an seiner Oberfläche eine (nicht gezeichnete)
netzförmige Metallabdeckung sowie einen Berührungsschutz durch eine netzförmige
Aluminiumfolie oder eine Kunststofffolie od. dgl.
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Fig. 3 zeigt schematisch für das eine Ringrohr 11 den Verlauf der
radioaktiven Strahlung bei Reflexion an der durch die strichpunktierte Linie 9 bzw.
9' angedeuteten, aber nicht geradlinig verlaufend zu denkenden Oberfläche des Meßkörpers,
die sich in unterschiedlichen Abständen a von der inneren Oberfläche des Meßgerätes
befindet. Die Größe a variiert dabei gemäß Fig. 1 sowohl über den Umfang des Meßkörpers
als auch in dessen Längsrichtung bei seiner Verschiebung durch das Meßgerät hindurch.
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Es sei angenommen, daß diese Variation der Dicke des Luftzwischenraumes
a, sei es längs des Umfanges, sei es in Längsrichtung ein und desselben Meßkörpers,
sei es für mehrere aufeinanderfolgende Meßkörper gleicher Art, innerhalb des zwischen
den Strecken a und al, d. h. zwischen den strichpunktierten Linien 9 und 9' liegenden
Bereiches bleibt und die eingangs erwähnte Eichung des Meßgerätes auf diesen Variationsbereich
abgestellt ist. Aus Fig. 3 ist nun ersichtlich, daß die unter verschiedenen Reflexionswinkeln
zwischen einem voll eingezeichneten Strahl b, einem als gestrichelte Linie gezeichneten
Strahl c, einem punktierten Strahl d und einem strichpunktierten Strahl e liegende
und im Abstand a an der Oberfläche 9 reflektierte Strahlung vollständig in das Fenster
13 des Ringrohres 11 gelangt. Bei Reflexion im Abstand aL an der Oberfläche 9' gelangt
von der gleichen Strahlung aber nur noch der Strahl c in das Fenster 13, während
die Strahlen b, e und d außerhalb des Ringrohres 11 vorbeigehen. Im zweiten Fall
wird am Ringrohr 11 also eine sehr viel geringere Strahlung als im ersten Fall gemessen.
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Beim Ringrohr 11 sind die zur Halterung der Drahtelektrode 17 dienenden
Querstege nicht gezeichnet, die beim Ringrohr 12 als Stege 19 für die Drahtelektrode
18 dargestellt sind. Da die Ringrohre gewöhnlich mit einem Edelgas unter geeignetem
Druck gefüllt sind, besitzen die z. B. aus Kunststoff, wie Polystyrol, bestehenden
Stege Durchtrittsöffnungen 20, 21 und 22 für den Durchtritt des Gases und des in
der Kammer durch die radioaktive Strahlung erzeugten Ionenstromes.
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Das ganze Meßgerät wird durch Strahlungsschutzwände gegen die Bedienungsperson,
z. B. durch einen (nicht gezeichneten) Blechkasten, abgedeckt, wobei lediglich für
den Durchgang der Förderbänder und des Meßobjektes Öffnungen in den Schutzwänden
vorgesehen sind. Bei Verwendung von Thallium 204 als Strahlungsquelle ist die Strahlung
im übrigen bereits im Abstand von 2 m vom Präparat praktisch Null und unschädlich.