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Überwachungseinrichtung mit einer einer radioaktiven Strahlungsquelle
und einem Strabfendetektor z igeordheten Strahlerisch ranke Es sind Uberwachungseinrichtungen
bekånnt, die mit einer irn wesentlichen aus einer radiaoaktiven Strahlungsquelle,
einem Strahlungsdetektor und einem diesem nachgeschalteten AZzéige- - bzw. Meldegerät
bestehendeii - Strählenschranke arbeiten. Die - Erfindung bezieht sich auf eine
derartige Uberwachungseinffchtuffg', btei 'der die Strahlung der Strahlenschlånke
von der überwachten Zustandsgröße derart beeinflußt wird, daß die Strahlung, je
nachdem, ob die Zustandsgröße oberhalb oder unterhalb eines vormgebenen Grenzwertes
liegt, entweder den einen oder den anderen von, zwei verschiedenen Impulsmp'litüdenwe'rten
annimiat. Die auf den Strahlungsdetektor fallende Strahlungsintensität kann dabei
z. B. durch die Füllhöhe eines oder mehrerer die Strahlenschranke nacheinander durchlaufender
Behält er oder auch durch die Dicke eines Objekts beeinflußt werden. Die Überwachungseinrichtung
spricht an und löst ein Signal oder irgendeinen anderen Vorgang aus, sobald die
überwachte Zustandsgroße den vorgegebenen Grenzwert in einer ebenfalls vorgegebenen
Richtung durchschreitet.
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Derartige Überwachungseinrichtungen sprechen also nur dann an, wenn
die überwachte Zustandsgröße einen als fehlerhaft anzusehenden oder gar gefahrbringenden
Grenzwert überschreitet bzw. unterschreitet. Da man naturgemäß alle möglichen Maßnahmen
ergreift, um diesen unerwünschten Zustand von vornherein zu vermeiden, wird die
Überwachungseinrichtung nur verhältnismäßig selten ansprechen Wenn die überwachungseinrichtung
aber längere Zeit nicht angesprochen hat, so ist dies kein eindeutiges Kriterium
dafür, daß die überwachte Zustandsgröße in Ordnung ist; das Nichtansprechen kann
nämlich auch auf einem Defekt der Überwachungseinrichtung beruhen. Um sicher zu
sein, daß die Überwachungseinrichtung richtig arbeitet und im Bedarfsfall auch unbedingt
anspricht, ist eine gelegentliche oder periodische Testung ihrer Funktionsbereitschaft
nötig. Dies kann z. B. in bekannter Weise dadurch erfolgen, daß das Ausgangssignal
der Überwachungseinrichtung absichtlich über den Ansprechwert angehoben wird, z.
B. mittels einer zu--sätzlichen Strahlungsquelle, deren Strahlen periodisch dem
Strahlendetektor zugeleitet werden, oder aber durch zweckmäßigen Einsatz von elektronischen
Mitteln. Eine solche Testung hat jedoch den Nachteil, daß die für die Testung vorgesehene
zusätzliche Einrichtung selber versagen kann, wobei trotz erheblichem Mehraufwand
die erstrebte größere Betriebssicherheit nicht erzielt wird.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die statischen Schwankungen,
denen die von der radioaktiven Strahlungsquelle ausgehende Strahlung unterliegt,
zu einer selbsttätigen Testung der Überwachungseinrichtung auszunutzen, für die
dann keinerlei zusätzliche Einrichtungen mehr erforderlich sind, so daß die oben
geschilderten Nachteile vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung liegt der das Ansprechen der Überwachungseinrichtung
bei Überschreiten bzw.
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Unterschreiten auslösende Grenzwert der Strahlungssignalamplitude
bei einem bestimmten, durch die statistischen Schwankungen der Strahlungsquelle
um ihren statistischen Nullpunkt bedingten Streuwert innerhalb des bei einem festgelegten
Wert der Zustandsgröße normalerweise ein nsprechen der Überwachungseinrichtung ausschließenden
Bereiches.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen erläutert. In der Zeichnurig
ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt,
und zwar im Zusammenhang mit einer Abfüll- und Verpackungsmaschine.' Es zeigt Fig.
1 ein Förderband einer Abfüll- und Verpackungsmaschine mit einer Überwachungseinrichtung,
F i g. 2 ein Impulsdiagramm und F i g. 3 ein Schwellwertdiagramm.
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In der F i g. 1 ist schematisch ein Förderband 1 einer Verpackungsmaschine
dargestellt, auf welchem Pakete 2, 3 liegen, die der Reihe nach in einer den
Füllstand
kontrollierenden Überwachungseinrichtung vorbeigeführt werden. Letztere weist eine
radioaktive Strahlungsquelle 4, einen Strahlungsdetektor 5, z. B. eine Ionisationskammer,
und ein Meßgerät 6 für die Ermittlung der auf den Strahlungsdetektor 5 auftreffenden
Strahlungsintensität auf. Die von der Strahlungsquelle 4 ausgehende Strahlung 7
ist quer zum Förderband 1 gerichtet und ist in bezug auf letzteres in einer bestimmten
Höhe einstellbar, welche durch die zu kontrollierende richtige Füllhöhe des in den
Paketen 2, 3 usw. abgefüllten Gutes bestimmt ist.
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Vor dem Strahlungsdetektor 5 ist eine strahlenundurchlässige Abdeckplatte
8 angeordnet, die beweglich gelagert ist und so mit dem Förderband 1 in Wirkverbindung
steht, daß sie den Strahlungsdektor 5 nur jeweils für die Zeitdauer freilegt, während
welcher ein Paket die Strahlung 7 durchwandert. In der Fig. 1 ist angenommen worden,
daß das Paket 2 richtig gefüllt, das Paket 3 hingegen zu wenig gefüllt worden ist.
Jedesmal, wenn ein Paket 2, 3 usw. an der Überwachungseinrichtung vorbeigeführt
wird, entsteht im Meßgerät 6 ein Ausgangsimpuls, dessen Amplitude davon abhängig
ist, ob die Wirkung der radioaktiven Strahlung 7 auf dem Detektor 5 durch das Füllgut
eines Paketes beeinflußt wird oder nicht.
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F i g. 2 zeigt ein entsprechendes Impulsdiagramm.
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Auf der Abszisse ist die Impulsfolge n aufgetragen, die bei der in
Fig. 1 dargestellten Paketfolge entsteht, wenn sich das Förderband in Pfeilrichtung
bewegt. In Ordinatenrichtung ist die Höhe 1Ä der Amplituden der auf den Detektor
5 treffenden Ausgangsimpulse aufgetragen. Der Impuls 9 möge beim Durchgang eines
richtig gefüllten Paketes, z. B. des Paketes 2, durch die Überwachungszone entstehen,
der höhere Impuls 10 beim Durchgang eines zu wenig gefüllten Paketes, z. B. des
Paketes 3, weil im letzteren Fall die von der Strahlungsquelle 4 ausgehende Strahlung
nicht mehr durch das Füllgut, sondern nur noch durch das Verpackungsmaterial geschwächt
wird.
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Es sei nun zunächst einmal angenommen, daß die Höhe der Impulsamplituden
allein von der Füllhöhe der einzelnen Pakete abhänge. Dann gäbe es eine ganz bestimmte
Impulshöhe, die sich immer einstellt, wenn das gerade abgetastete Paket richtig,
d. h. so weit gefüllt ist, daß der Abtaststrahl das Füllgut durchdringen muß. Ist
das abgetastete Paket jedoch fehlerhaft, d. h. zu wenig gefüllt, so befindet sich
im Strahlenweg kein Füllgut, und die Amplitude des dabei auf den Detektor 5 treffenden
Impulses ist größer als bei richtiger Füllung.
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Nun ist es aber eine bekannte physikalische Tatsache, daß der Zerfallsprozeß
der radioaktiven Atome in einer Strahlenquelle statistischer Natur ist. Damit schwankt
auch bei konstanter Quellenaktivität die von einem Strahlungsdetektor gemessene
Strahlungsintensität nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeit um einen Mittelwert.
Das hat zur Folge, daß auch bei ständig richtiger oder bei ständig zu geringer Füllhöhe
zeitlich nacheinander abgetasteter Pakete die dabei auf den Detektor 5 auftreffenden
Impulse im allgemeinen verschiedene Amplituden haben werden, und zwar streuen diese
um einen statistischen Mittelwert, bei richtiger Füllhöhe z. B. um den Mittelwert
I4me In F i g. 3 ist die Streuung der Amplituden kurvenmäßig dargestellt, und zwar
sind die Amplitudenwerte in Ordinatenrichtung, die Häufigkeit ihres Auftretens in
Abszissenrichtung aufgetragen.
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Am häufigsten tritt diejenige Amplitude auf, die zugleich den statistischen
Mittelwert der Amplitudenverteilung darstellt, im vorliegenden Beispiel bei richtig
gefüllten Paketen also die' Amplitude 1Am Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, nimmt
die Häufigkeit der Impulsamplituden, die größer oder kleiner sind als der zugehörige
Mittelwert, beiderseits dieses Mittelwertes rasch ab. Nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeit
fallen 25a/o der Impulsamplituden in die Häufigkeitszone, 160/c in die Häufigkeitszoneb,
7 0/o in die Häufigkeitszone c und nur noch 2§/o in die Häufigkeitszone d.
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Soll nun die Überwachungseinrichtung nur bei solchen Paketen ansprechen,
die zu wenig gefüllt sind, niemals jedoch bei Paketen, die richtig gefüllt sind,
so darf keine der Impulsamplituden, die beim Durchgang eines richtig gefüllten Paketes
auftreten können, den Ansprechgrenzwert überschreiten. Man muß also den Ansprechgrenzwert
über die obere Streugrenze der um den MittelwertlAm gruppierten Amplituden legen,
d. h. so weit nach oben von IA, entfernt, daß der Ansprechgrenzwert in ein Gebiet
der um 1Am aufgetragenen Häufigkeitskurve fällt, wo die Häufigkeit praktisch gleich
Null ist. Diese Forderung erfüllt beispielsweise die in den Fig.2 und 3 angegebene
Amplitude IBm-In Anwendung der Erfindung wird nun im Gegensatz hierzu derjenige
Grenzwert der Strahlungsamplitude, bei dessen Überschreitung die tXberwachungseinrichtung
ausgelöst und das betreffende Paket als zu wenig gefüllt gemeldet bzw. ausgesondert
wird, auf einen bestimmten, durch die statistischen Schwankungen der Strahlungsquelle
um ihren statistischen Nullpunkt lAm bedingten Streuwert, beispielsweise den Wertlc,
so gelegt, daß er innerhalb des Bereiches liegt, welcher der festgelegten richtigen
Füllhöhe der Pakete entspricht und normalerweise ein Ansprechen der Überwachungseinrichtung
ausschließt.
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Die Überwachungseinrichtung spricht daher nicht nur dann an, wenn
ein nicht genügend gefülltes Paket die Oberwachungsstelle durchwandert, sondern
entsprechend der in der Häufigkeitszone c auftretenden Impulshäufigkeit gelegentlich
auch dann, wenn ein Paket die Überwachungszone durchwandert, dessen Füllhöhe noch
über dem Grenzwert liegt, bei dessen Unterschreitung ein Paket stets ausgesondert
werden muß. Auf diese Weise wird die tÇberwachungseinrichtung in unregelmäßigen
Zeitabständen auf ihre Ansprechbereitschaft getestet, ohne daß es hierzu besonderer
Maßnahmen bedarf. Daß hierbei gelegentlich einmal ein Paket ausgesondert wird, obwohl
seine Füllhöhe nicht unter dem vorgegebenen Grenzwert liegt, kann ohne weiteres
in Kauf genommen werden, weil dafür die unbedingte Gewähr gegeben ist, daß ein Versagen
der Überwachungseinrichtung, d. h. ein Ausfall der Ansprechbereitschaft, nach kurzer
Zeit daran erkennbar wird, daß überhaupt keine Pakete mehr ausgesondert werden.
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Durch zweckmäßige Wahl der Ansprechgrenze Ic hat man es vollkommen
in der Hand, den Vorgang der Aussonderung richtig gefüllter Pakete mehr oder weniger
häufig eintreten zu lassen. Um eine zu häufige Ausscheidung richtig gefüllter Pakete
zu vermeiden, kann man also ohne weiteres den Wert Ic so legen, daß die Überwachungseinrichtung
auf Impulse von richtig gefüllten Paketen nur in verhältnismäßig großen Zeitabschnitten
anspricht.
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In ähnlicher Weise kann die Einrichtung natürlich auch so ausgelegt
werden, daß sie nicht auf eine Unterfüllung der Pakete, sondern eine Überfüllung
derselben anspricht. In diesem Fall ist dann die Ansprechgrenze so zu verlegen,
daß sie in den unteren Streubereich der die Überwachungseinrichtung normalerweise
nicht zum Ansprechen bringenden Impulsamplituden zu liegen kommt.
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Durch die beschriebene Maßnahme wird eine Selbsttestung der Überwachungseinrichtung
erreicht, die den Vorteil hat, daß sie für die Testung keiner besonderen Mittel
bedarf, so daß sie außerordentlich einfach und betriebssicher ist.