DE1107821B - Verfahren zur Messung des Zeitintegrals ?A(t)dt einer elektrischen Groesse A(t) - Google Patents

Verfahren zur Messung des Zeitintegrals ?A(t)dt einer elektrischen Groesse A(t)

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DE1107821B
DE1107821B DED29371A DED0029371A DE1107821B DE 1107821 B DE1107821 B DE 1107821B DE D29371 A DED29371 A DE D29371A DE D0029371 A DED0029371 A DE D0029371A DE 1107821 B DE1107821 B DE 1107821B
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DED29371A
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Gerhard Lemm
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06GANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/18Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals

Description

  • Verfahren zur Messung des Zeitintegrals I't einer elektrischen Größe A (t) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Zeitintegrals einer zeitabhängigen elektrischen Größe A (t) über ein bestimmtes Zeitintervall d t = t2 - t,, wobei die Messung nach einem an sich bekannten Summations- oder Integrationsverfahren durchgeführt wird. Die elektrische Größe A (t) kann beispielsweise ein zeitlich veränderlicher Strom oder eine Spannung sein. Dabei kann es sich auch um elektrische Impulse handeln, deren Strom- oder Spannungszeitintegral gemessen werden soll. Treffen insbesondere in irgendwie gearteter Folge (z. B. statistisch verteilt) Impulse konstanten Energieinhalts ein, wie sie etwa von einem Zählrohr zur Messung radioaktiver Strahlen geliefert werden, so läßt sich über die Messung des Stromzeitintegrals auch die Anzahl der eintreffenden Impulse bestimmen.
  • Zur Summationsmessung läßt sich jede bekannte Integrationseinrichtung verwenden. Beispielsweise kann ein Kondensator verwendet werden, dessen in einem vorgegebenen Zeitintervall 4t = t2 - t, aufgelaufene Ladungsmenge gemessen wird. Ebenso lassen sich alle bekannten Arten von integrierenden Verstärkern zur Messung heranziehen. Im Falle der Messung von Impulsen können z. B. auch elektronische oder elektromagnetische Impulszähler verwendet werden, wobei die eintreffende Impulszahl in dem Zeitintervall d t = t2 - t, ermittelt wird.
  • Bei den bekannten Verfahren zur Messung des Zeitintegrals einer elektrischen Größe A(t) war man bisher stets bestrebt, die Integrationszeit 4 t = t2 - t, möglichst konstant zu halten. Diese Verfahren liefern so lange richtige Ergebnisse, als die Summations- bzw. Integrationsmeßeinrichtung keine Fehler durch irgendwelche störenden Einflüsse, beispielsweise durch Schwankung der Betriebsspannung der Meßeinrichtung, zeigt. Hängt jedoch das Meßergebnis von der Höhe der Betriebsspannung ab, wie beispielsweise bei den üblichen Zählrohren zur Messung radioaktiver Strahlung, so ergeben sich bei konstanter Meß- oder Integrationszeit Meßfehler bei der Bestimmung des Zeitintegrals Zur Vermeidung dieser Fehler wird nach der Erfindung die Betriebsspannungsabhängigkeit der elektrischen Meßanordnung durch eine entgegengesetzte gleiche Betriebsspannungsabhängigkeit der die Integrationszeit bestimmenden Einrichtung kompensiert.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird zur Festlegung der Integrationszeit t2 - t, ein Kondensator verwendet, der von der Betriebsspannung der Meßanordnung über einen Widerstand so weit aufgeladen wird, bis er eine bestimmte Spannung, beispielsweise die Zündspannung einer parallel geschalteten Glimmröhre erreicht hat.
  • Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Integrationszeit durch Abzählen einer vorgegebenen Anzahl von Schwingungsperioden eines Wechselstromgenerators festgelegt, dessen Frequenz in geeigneter Weise von der Betriebsspannung abhängig gemacht wird.
  • Im folgenden wird die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Abb. 1 zeigt in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Meßanordnung, Abb.2 ein vereinfachtes Schaltbild eines Meßgerätes für ionisierende Strahlen, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren benutzt wird, und Abb.3 das vollständige Schaltbild eines Gerätes, das von dem erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch macht.
  • In Abb. 1 sind die Ausgangsklemmen der Stromversorgungseinrichtung für eine Meßanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit l bezeichnet. Von der an den Anschlußklemmen 1 anliegenden Betriebsspannung wird ein Gleichspannungsumformer 2 für die Erzeugung der Betriebsspannung eines Zählrohres 3 gespeist. Die än dem Widerstand 4 auftretenden, im Zählrohr.3 bei einer bestimmten einfallenden Strahlungsintensität ausgelösten Impulse, die als Spannungsstöße am Widerstand 4 abgegriffen werden, werden über einen Zeitschalter 5 dem Zählgerät 6 oder Integriergerät 6 zugeführt. Die Messung erfolgt im einfachsten Falle so, daß durch Einschalten des Zeitschalters 5 die am Widerstand 4 auftretenden Spannungsimpulse dem Zählgerät 6 zugeführt werden. Nach einer bestimmten Zeitdauer 4t = t. - t, wird durch den Zeitschalter 5 die Zuführungsleitung vom Widerstand 4 zum Zählgerät 6 unterbrochen. Die Anzahl der im Zeitintervall At aufgetretenen Spannungsimpulse ist dann am Zählgerät 6 ablesbar. War während der Meßdauer d t die Betriebsspannung höher als ihr Nennwert, so lag auch am Zählrohr 3 eine entsprechend höhere Spannung. Da die Zählrohrcharakteristik der üblichen zur Strahlungsmessung verwendeten Auslösezählrohre auch im Plateau des Auslösebereiches noch eine gewisse, wenn auch geringe Neigung aufweist, muß auch der Meßwert, d. h. die Zahl der in der Zeiteinheit ausgelösten Impulse, größer sein, als dies bei normaler Betriebsspannung der Fall gewesen wäre. Der auf diese Weise durch zu hohe Betriebsspannung entstandene Fehler wird ausgeglichen, indem die wahre Meßdauer 4 t durch den Zeitschalter 5 automatisch um so viel kürzer als die »Nennzeit« gemacht wird, daß die Zunahme der Impulsrate kompensiert wird. Bei zu geringer Betriebsspannung wird die Meßdauer in entsprechender Weise länger als die »Nennzeit«. Selbstverständlich tritt diese Kompensation nur dann vollständig ein, wenn die Spannungsabhängigkeiten des Zählgeräts 6 und Zeitgebereinrichtung 5 entgegengesetzt gleich sind, was nicht ohne weiteres der Fall sein wird.
  • Abb. 2 zeigt, mit welchen Mitteln bei einer Meßanordnung, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren Gebrauch macht, die erstrebte Kompensation beispielsweise eingestellt werden kann. 8 ist eine Gleichspannungsquelle für den Betrieb einer Meßanordnung für ionisierende Strahlungen mittels eines Zählrohres. Mittels einer Kette von Stabilisatoren 9 wird die für den Betrieb des Zählrohres 10 benötigte Betriebsspannung teilweise stabilisiert. Sie wird an den Schleifern der Potentiometer 11 und 12 abgegriffen. Da Schwankungen der Spannung der Gleichspannungsquelle 8 praktisch an der Serienschaltung der Potentiometer 11 und 12 mit dem Widerstand 13 liegen, läßt sich durch Wahl der Stellung der Schleifer der Potentiometer 11 und 12 der Grad der Stabilisierung der Zählrohrspannung einstellen. In entsprechender Weise wird die Betriebsspannung für den Zeitschalter oder die Zeitmeßeinrichtung 15 an den Potentiometern 12a und 14 abgegriffen. Sorgt man dafür, daß der Spannungsabfall an dem Potentiometer 12a bei Nennspannung der Spannungsquelle 8 der Spannung am Stabilisator 9 gleich ist, so können die beiden Schleifer, wie in der Abb. 2 gestrichelt eingezeichnet ist, mechanisch gekoppelt werden. Eine Verstellung der Schleifer ergibt dann bei Vorliegen der Nennspannung an der Gleichspannungsquelle 8 keine Änderung der Betriebsspannung; am Zeitschalter 15 auftretende Spannungsschwankungen machen sich je nach Schleiferstellung mehr oder weniger stark bemerkbar. Verwendet man zur Festlegung der Meßzeit beispielsweise einen Kondensator, der über einen Widerstand aufgeladen wird und bei dem die Zeit, in der der Kondensator eine bestimmte Spannung erreicht, die Meßzeit 4 t bestimmt, so wird man - entsprechend der an sich geringen Neigung des Plateaus des Zählrohres 10 - eine verhältnismäßig schwach mit der Betriebsspannung schwankende Versorgungsspannung an den Potentiometern 12a und 14 abgreifen.
  • Bei Messungen über längere Zeit ist die Benutzung einer Widerstands-Kondensator-Kombination unzweckmäßig. An ihre Stelle tritt dann zweckmäßig ein Wechselstromgenerator, z. B. ein RC-Generator, dessen Frequenz von der Betriebsspannung abhängt. Die Zeitmessung kann dann durch Zählung einer bestimmten Anzahl von Schwingungen erfolgen. Dies ist z. B. der Fall, wenn mit der erzeugten Wechselspannung eine Synchronuhr betrieben wird, die gegebenenfalls auch als Schaltuhr ausgebildet sein kann.
  • Das Schaltbild in Abb.3 zeigt als Anwendungsbeispiel ein tragbares Gerät zur Messung radioaktiver Strahlung, bei dem sich neben der Einsparung einer Stoppuhr bzw. einer Schaltuhr und der Erleichterung der Bedienung im praktischen Betrieb insbesondere für ungeschultes Personal durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Erhöhung der Meßgenauigkeit ergeben hat. Den Ausgangspunkt für das Gerät bildet eine an sich bekannte Schaltung mit einem Glimmrelais, welches über eine Untersetzungseinrichtung mittelbar von den Zählrohrimpulsen zum Ansprechen gebracht wird und dadurch ein Zählwerk jeweils um eine Einheit weiterschaltet. 17 bedeutet einen Gleichspannungsumformer. Er wird von der Spannungsquelle 18, die über den Schalter 19 an den Gleichspannungsumformer 17 gelegt werden kann, versorgt. Er enthält eine Transistor-Schwingschaltung, die nicht selbst anschwingend ist. Damit das Schwingen einsetzt und die Spannungsumformung beginnt, muß die Schwingschaltung gestartet werden. Dies geschieht durch den Startknopf 20. Die Ausgangsspannung gelangt von dem Klemmenpaar 21 an die aus den Stabilisatorröhren 22 und dem Widerstand 23 bestehende Spannungs-Stabilisiereinrichtung.
  • Der mit 24 bezeichnete, gestrichelt umrandete Teil der Schaltungsanordnung stellt die Einrichtung für die Ermittlung der elektrisch gemessenen Größe, im vorliegenden Fall die Zahl der Zählrohrimpulse, dar. Der ebenfalls umrandete Teil 25 enthält im wesentlichen die Zeitgebereinrichtung.
  • Die Arbeitsweise der gesamten Einrichtung ist wie folgt: In der Ausgangsstellung steht der Schalter 19 in der Schaltstellung »Aus«. Von den durch einen Schalter betätigten Kontakten 26', 26" und 26"' sind die Kontakte 26' und 26"' in der Ausgangsstellung offen und der Kontakt 26" geschlossen. Dadurch wird der zeitbestimmende Kondensator 27 über den Widerstand 28 entladen. Gegebenenfalls ist der Zähler 29 vor Beginn der Messung noch auf Null zu stellen. Ist der Schalter 19 eingeschaltet worden, so schwingt der Spannungswandler 17 durch kurzzeitige Betätigung des Startknopfes 20 an. Über den Widerstand 30 wird der Kondensator 31 aufgeladen, der den Zählimpuls des Zählwerkes 29 bis zur Auslösung des Glimmrelais 32 speichert, über die Diode 33 und den Widerstand 34 wird der Kondensator 35 aufgeladen. Die in ihm gespeicherte Energie dient erstens zur Speisung der zeitbestimmenden Widerstands-Kondensator-Kombination 36, 27 und zweitens der Abschaltung über das Glimmrelais 37.
  • Haben die Stabilisatoren 22 durchgezündet und brennen sie ruhig, was durch ein Fenster im Gerätegehäuse beobachtet werden kann, so kann die Messung der das Zählrohr 38 treffenden Strahlung beginnen. Zu diesem Zweck werden die Kontakte 26', 26" und 26"' umgelegt. Der Kontakt 26' wird also geschlossen und schaltet den Zählkreis an. In der Zeitgebereinrichtung 25 wird der Kontakt 26" geöffnet und 26"' geschlossen. Dadurch lädt sich der Kondensator 27 über den Widerstand 36 auf, bis er die Zündspannung des Glimmrelais 37 erreicht hat. Die Spannung des Kondensators 27 wird über den Widerstand 41 zwischen Kathode 39 und Starter 40 des Glimmrelais 37 gelegt.
  • Es ist bereits über die Hilfsanode 42 vorionisiert und zündet mit großer Genauigkeit immer wieder bei derselben Zündspannung. Beim Durchzünden zieht das Relais 43 kurzzeitig an. Während dieser Zeit wird sein Arbeitskontakt 43' geschlossen. Dadurch wird die Kette der Stabilisatorröhren 22 kurzgeschlossen. Die auf diese Weise bewirkte Belastung des Gleichspannungsumformers 17 wird so groß, daß seine Schwingungen abreißen. Damit ist das Gerät ausgeschaltet, und die am Zähler 29 aufgelaufenen Zählschritte sind ein Maß für die Strahlungsintensität am Zählrohr 38.
  • Während des Zählvorganges wird der Kondensator 44 proportional der Strahlungsintensität geladen und löst jeweils bei Erreichen der Zündspannung das Glimmrelais 32 aus. Die Spannung am Kondensator pendelt also laufend zwischen Zünd- und Löschspannung des Glimmrelais. Bei jedem Durchzünden des Glimmrelais wird der Kondensator 31 entladen. Bis zu seiner erneuten Aufladung über den Widerstand 30 erlöschen die oberen zwei Stabilisatorröhren 22, um dann wieder durchzuzünden. Während dieser Zeit steigt die Spannung über die gesamte Stabilisatorstrecke, also die Betriebsspannung für die Zählrohre, um einen bestimmten Betrag an. Entsprechend der Steigung der Zählrohrkennlinien im Plateau des Auslösebereiches werden während dieser Zeit von den Zählrohren mehr Impulse abgegeben. Wie aus der Schaltung ersichtlich, wird an den beiden oberen Stabilisatoren 22 auch die Betriebsspannung für den Zeitkreis abgegriffen. Nach jedem Schalten des Glimmrelais 32 wird also bis zur Aufladung des Kondensators 31 und damit bis zum erneuten Zünden der beiden oberen Stabilisatoren dem Kondensator 35 eine etwas höhere Spannung aufgedrückt. Damit erhöht sich der Ladestrom über den Widerstand 36, und die Ladezeit des Kondensators 27 bis zum Erreichen der Zündspannung des Glimmrelais 37 wird verkürzt. Die Einstellung erfolgt durch richtige Bemessung des Widerstandes 23, der den Grad der Stabilisierung bestimmt. Somit wird das Schnellerwerden der Zählrohre durch eine Verkürzung der Meßzeit kompensiert.
  • . Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht auf Messungen von radioaktiven Strahlungsintensitäten beschränkt. Es kann z. B. vorteilhaft auch bei Lichtsummenmessungen mittels lichtelektrischer Wandler, die von der Betriebsspannung abhängige Ergebnisse liefern, angewendet werden. Auch bei elektrischer Drehzahlmessung ergibt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens große Vorteile.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Messung des Zeitintegrals einer elektrischen Größe A(t), dadurch gekennzeichnet, daß bei einem an sich bekannten Summations- oder Integrationsverfahren die Betriebsspannungsabhängigkeit der elektrischen Meßeinrichtung durch eine entgegengesetzte Betriebsspannungsabhängigkeit der die Integrationszeit t2 - t,. bestimmenden Einrichtung kompensiert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Summationsmessung ein elektronischer oder elektromagnetischer Impulszähler verwendet wird, wenn die elektrische Größe A (t) eine Serie von gleichartigen, aber nicht notwendig periodischen Stromimpulsen darstellt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Integrationseinrichtung ein Kondensator verwendet wird, dessen in einem vorgegebenen Zeitintervall t2 - t, aufgelaufene Ladungsmenge gemessen wird.
  4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der Integrationszeit t2 - t1 ein Kondensator verwendet wird, der von der Betriebsspannung der Meßeinrichtung über einen Widerstand so weit aufgeladen wird, bis er eine bestimmte Spannung, beispielsweise die Zündspannung einer parallel geschalteten Glimmröhre erreicht hat.
  5. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationszeit durch Abzählen einer vorgegebenen Anzahl von Schwingungsperioden eines Wechselstromgenerators festgelegt wird, dessen Frequenz in geeigneter Weise von der Betriebsspannung abhängt.
DED29371A 1958-11-15 1958-11-15 Verfahren zur Messung des Zeitintegrals ?A(t)dt einer elektrischen Groesse A(t) Pending DE1107821B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2949941A1 (de) * 1978-12-18 1980-08-07 Philips Nv Messchaltung zum integrieren elektrischer signale in einer gammakamera

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