DE1548286B2

DE1548286B2 - Verfahren zum messen von physikalischen groessen wie dicke flaechengewicht dichte strahlungsabsorption von platten oder bandfoermigem messgut

Info

Publication number: DE1548286B2
Application number: DE19661548286
Authority: DE
Inventors: Rupert Dr Attwenger Wolf gang Dipl Ing Duftschmid Klaus Erwin Dr Foltyn Erich Steidl Johann Wien Patzelt
Original assignee: Osterreichische Studiengesellschaft für Atomenergie GmbH, Wien
Priority date: 1965-03-19
Filing date: 1966-03-15
Publication date: 1971-09-23
Also published as: NL6603519A; DE1548286A1; CH451530A; BE678046A; US3497693A; GB1145562A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Messen von physikalischen Größen, wie Dicke, Flächengewicht, Dichte, Strahlungsabsorption von platten- oder bandförmigem Meßgut, wobei das Meßgut in den Strahlengang zwischen einer Strahlenquelle und einem Detektor gebracht wird.

Bei einer bekannten Dickenmeßvorrichtung (USA.-Patentschrift 2 829 268) wird das zu messende Material einer radioaktiven Strahlung ausgesetzt und die abgegebene Strahlung in eine Spannung umgewandelt. Die der Dicke entsprechende Spannung wird dann durch eine Gegenspannung- kompensiert. Um Fehler der einzelnen hier verwendeten Einrichtungen zu vermeiden, müssen eigene apparative Anordnungen getroffen werden, wodurch die Dickenmeßvorrichtung kompliziert und aufwendig wird.

Bei einer Vorrichtung gemäß der USA.-Patentschrift 3 001 073 verwendet man zur Dickenmessung die Rückstrahlmethode, wobei eine periodische Korrektur erfolgt und die Elektronik integrierend arbeitet.

Es sind auch bereits Einrichtungen zur Dickenmessung bekannt, bei denen eine radioaktive Strahlenquelle zwischen dem Meßgut und einem Vergleichsnormal liegt (deutsche Auslegeschrift 1 019 015). Es sind hier zwei einander zugeordnete Ionisationskammern vorgesehen, die Teile einer Differenzschaltung sind. 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 Strahlungsintensität, tatsächlich gemessen wird aber der Mittelwert eines Materialstückes, das während der Zeitkonstante der Anlage diese durchläuft.

Es ist auch bereits bekannt, die Dicke von Hohlkörpern mittels einer Strahlungsquelle digital zu messen (britisches Patent 903 180). Hierbei wird ein Gas durch den Hohlkörper geleitet, der von außen bestrahlt wird. Der Ionisationsgrad des Gases kann dann über einen Geigerzähler und einen Impulszähler bestimmt werden, woraus sich die Dicke ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die z. B. die Dicke diskontinuierlicher Meßgüter, wie z. B. Platten, Bleche u. dgl., die mit hoher Geschwindigkeit die Meßstrecke durchlaufen, bestimmt werden kann, wobei eine automatische Meßfehlerkompensation und eine direkte rein digitale Meßwertanzeige erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vom Detektor kommenden Impulse einem Impulszähler zugeführt und während einer vorbestimmten Zeit gezählt werden und daß danach in den Strahlengang an Stelle des Meßgutes ein Vergleichsabsorber eingebracht und die Zeit gemessen wird, bis die gleiche Impulszahl im Impulszähler wieder erreicht ist, sowie aus der zuletzt gemessenen Zeit auf die gesuchte physikalische Größe des Meßgutes rückgeschlossen wird.

Durch die digitale Verarbeitung der Meßdaten im Zusammenhang mit einem besonders schnellen Detektor (Plastszintillator) ergibt sich die höchste erreichbare Genauigkeit bei extrem kurzen Meßzeiten (ζ. B. unter 1 sec). Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Meßergebnis unabhängig von der Aktivitätsabnahme der Strahlenquelle — z. B. auf Grund ihrer Halbwertszeit, falls eine radioaktive Strahlenquelle verwendet wird —, ferner werdei Absorptionsänderungen durch Verschmutzung de Detektors oder der Strahlenquelle sowie auch elek tronische Instabilitäten ausgeschaltet. Kompliziert*. Rechenvorgänge sind durch die erfindungsgemäßei Maßnahmen vermieden.

In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung für da;^ erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise dargestellt.

ίο Fig. 1 zeigt ein schematisches Gesamtschemr. dieser Vorrichtung und

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild; die F i g. 3 und 4 dienen zur Erklärung.

Die Vorrichtung weist eine Strahlenquelle 1, einer beweglichen Vergleichsabsorber 3, z. B. aus Plexiglas, einen Detektor 2, einen Impulszähler 5 und einen Zeitzähler 6 auf. Die Strahlenquelle 1 ist in vorteilhafter Weise eine radioaktive Strahlenquelle. Als besonders geeignet für Meßgüter mit einem Flächengewichtsbereich von 0,5 bis 1,5 g/cm² hat sich Ru 106 herausgestellt. Es ist aber durchaus möglich, an Stelle einer radioaktiven Quelle eine Röntgenröhre, eine Lichtquelle, Ultraschall od. dgl. zu setzen. 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 9 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, in den auch der bewegliche Vergleichsabsorber 3 eingeschoben ist, erfolgt durch die Absorption des Meßgutes eine Zählratenänderung (Impulszahl pro Sekunde). Bei Unterschreiten einer vorgewählten Schwelle, d. h. wenn die Zählrate einen bestimmten Wert erreicht, 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 einstellbaren Verzögerungszeit, welche die ungemessene Randzohe des Meßgutes festlegt, beginnt nun die Istwertmessung des Meßgutes. Diese Verzögerungszeit wird ebenfalls durch die Programmeinheit 4 festgelegt. Die Randzonen sollen nicht mitgemessen werden, da sonst unter Umständen Verfälschungen des Meßergebnisses eintreten könnten. Die vom Detektor 2 kommenden Impulse werden durch ein Impulstor in einen elektronischen Impulszähler 5 hineingeleitet. Gleichzeitig beginnt ein Zeitzähler 6 zu zählen und beendet nach einer einstellbaren Zeit ti durch Sperrung des Impulstores die Istwertmessung. Der Impulszähler 5 hat während dieser Zeit ti eine Impulszahl N gespeichert, die sich als Produkt der durch das Meßgut durchtretenden Zählrate Ni und der Meßzeit ti ergibt (N = Ni · ti). Nach Beendigung der Istwertmessung wird nun über die Programmeinheit 4 der Vergleichsabsorber 3 neuerdings in den Strahlengang 10 eingeschoben. Nach dem Auslaufen des Meßgutes 9 aus der Meßstrecke und einer weiteren vorgewählten Verzögerungszeit beginnt nun die Sollwertmessung an Hand des Vergleichsabsorbers 3.

Bei der Sollwertmessung werden die durch den Vergleichsabsorber 3 durchtretenden Impulse im Impulszähler 5 gezählt, und zwar wird nun mit dem Zeitzähler 6 diejenige Zeit tv gemessen, die die durch

Claims

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den Vergleichsabsorber festgelegte Zählrate zur Er- erreicht wird. Das Überfließen des Zählers beendet reichung der gleichen Impulszahl N im Impulszähler 5 dann die Sollwertmessung. Die Frequenz des Oszilbenötigt, welche bei der vorangegangenen Istwert- lators 36 wird entsprechend einem Programm gemessung im Impulszähler erreicht wurde. Durch den ändert. Will man eine lineare Endanzeige, so kann Vergleichsabsorber ist dabei eine Zählrate Nv fest- 5 man die Frequenz des Oszillators 36 gemäß einem gelegt. Da nun folgende Beziehung gilt ti · Ni = N aus dem funktionellen Zusammenhang zwischen Meß- = tv · Nv, so ergibt sich, daß tv = ti · Ni/Nv ist. wert und Zeit der Vergleichsmessung abgeleiteten Die Zeit iv ist daher proportional der Istwertzählrate Programm ändern. Die Anzeigevorrichtung 37 läuft Ni des Meßgutes bzw. umgekehrt proportional der während der Messung ständig mit der Zählung im gesuchten physikalischen Größe. Alle multiplikativen io Zähler 35 mit. Die angezeigte Zahl durchläuft also Meßfehler sind durch die obige Beziehung eliminiert. von einem Ausgangswert bis zum Endwert, d. h. dem Während der Sollwertmessung wird der Zeitzähler 6 Meßergebnis, alle Zwischenwerte. Die Frequenzvon einem Oszillator 7 gesteuert, so daß das jewei- änderung des Oszillators 36 kann nun mit bestimmlige Produkt aus Oszillatorfrequenz und Zeit der Ver- ten Zahlenwerten in der Anzeigevorrichtung gekopgleichsmessung als Anzeige des Meßwertes in einer 15 pelt sein, d. h. die Frequenzänderung erfolgt nach Anzeigevorrichtung 8 aufscheint. Will man eine einem zeitabhängigen Programm, wodurch durch die lineare Anzeige in der Anzeigevorrichtung 8, so kann Ankoppelung an bestimmte Anzeigewerte eine zwangman durch jeweilige Anzeige die Frequenz des Oszil- läufige fehlerfreie Synchronisation erreicht wird,
lators 7 derart steuern, daß ein beliebiger, nicht Die vorliegende Erfindung betrifft nicht nur eine linearer Zusammenhang zwischen Meßwert und Ver- 20 Dickenmessung, sondern ganz allgemein ein Verfahgleichsmeßzeit zu einer direkten linearen Anzeige des ren zum Beeinflussen, insbesondere zum Linearisie- % Meßwertes umgewandelt werden kann. ren von Meßgrößen. Es wird hierzu die Meßgröße in In der F i g. 2 ist schematisch ein Blockschaltbild eine andere Größe umgewandelt, die als Funktion der dargestellt. Die vom Detektor 2 aufgenommenen Im- Meßgröße bestimmt wird. Aus dieser wird ein Anpulse werden über die Leitung 15 zu einem Schmitt- 25 zeigewert gebildet, der den Antrieb für die Anzeige-Trigger 16 geleitet, der in der Programmeinheit 4 vor- einrichtung steuert, wodurch die Beeinflussung gesehen ist. Der Schmitt-Trigger 16 ist in an sich (Linearisierung) gegeben ist. Beispielsweise kann die bekannter Weise mit einem JK-Flip-Flop 17 verbun- Meßgröße direkt in eine Zeit umgewandelt werden, den. In der Programmeinheit 4 befindet sich auch ein wobei der Zeitzähler durch die Frequenz eines Im-Impulsformer 18. Die Programmeinheit 4 ist über 30 pulsgebers angetrieben wird. Zum Ausgleich der Leitungen 12' und 13 mit dem Impulszähler 5 ver- Nichtlinearität der Meßgröße (wie sie z. B. durch eine bunden. Im Impulszäher 5 befinden sich in an sich Absorptionskurve gegeben ist) kann nun die Momenbekannter Weise Und-Tore 19 und Oder-Tore 20 so- tanfrequenz des Impulsgebers in Abhängigkeit vom wie RS-Flip-Flops 21 und Impulsformer 18. Über die jeweils angezeigten Meßwert gesteuert werden. Es Leitung 14 ist die Programmeinheit mit dem Zeit- 35 ergibt sich hier also die gewünschte Abhängigkeit der zähler 6 verbunden. Die Leitung 12 der Programm- Meßgröße von der Anzeige, z. B. ein linearer Zueinheit 4 führt ebenfalls zum Zeitzähler. Der Zeit- sammenhang.

zähler 6 wird durch einen Oszillator 7 gesteuert. So- Die Meßgröße könnte z. B. auch in eine Spannung

wohl der Zeitzähler 6 als auch der Oszillator 7 sind umgewandelt werden und die Empfindlichkeit des

mit der Anzeigeeinheit 8 verbunden. In der Anzeige- 40 Spannungsanzeigegerätes entsprechend dem jewei-

einrichtung kann eine ziffernmäßige Anzeige bei 22 ügen Spannungswert geändert werden,

erfolgen. - Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann

In den F i g. 3 und 4 ist ein vereinfachtes Block- man nicht nur die Anzeige linearisieren, sondern es

schaltbild dargestellt, aus dem die Wirkungsweise der kann auch eine Beeinflussung nach einer anderen

Erfindung hervorgeht. Fig. 3 zeigt die Istwert- 45 Gesetzmäßigkeit erfolgen (logarithmisch, nach einer

messung und F i g. 4 die Sollwertmessung. e-Potenz, usw). Will man z.B. linearisieren, so muß

Durch die Zählratenänderung auf Grund des Ein- man die Kurve des Zusammenhanges zwischen dem

dringens des Meßgutes in den Strahlengang wird die Anzeigewert und der Meßgröße um eine Gerade spie-

Programmeinheit 30 eingeschaltet, wodurch der Ver- geln, wobei dann die Spiegelachse den linearen Zu-

gleichsabsorber entfernt wird. Die Tore 31 und 32 50 sammenhang zwischen den beiden Größen liefert,

werden nach einer festen Verzögerungszeit, die die In der Zeichnung sind die Einwirkungen der ein-

ungemessene Randzone des Materials festlegt, geöff- zelnen Einheiten durch Pfeile symbolisch dargestellt,

net. Der Binärzähler 33 zählt nun die Impulse vom Die Erfindung eignet sich insbesondere für die

Detektor 34 und ein zweiter Binärzähler 35 die Im- Dicken- oder Flächengewichtsbestimmung diskonti-

pulse eines Oszillators 36. Wenn jene Zahl erreicht 55 nuierlicher Meßgüter, z. B. von Asbest-Zement-

wird im Zähler 35, die der Dicke des Absorbers ent- platten, Kunststoffplatten, Glasplatten od. dgl., wobei

spricht, so schließt die Programmeinheit 30 die Tore, auch eine Regelung des Herstellungsprozesses in Ab-

und die Istwertmessung ist beendet. Der Vergleichs- hängigkeit von der Dicke des Endproduktes möglich

absorber wird wieder in den Strahlengang gebracht. ist. Die Erfindung ist aber darauf nicht beschränkt,

Im Zähler 33 befindet sich nun eine Zahl N in binä- 60 sondern man kann auch bandförmiges Material mes-

rer Form. sen, indem man dieses Material abschnittsweise verWenn das Material aus dem Strahlengang entfernt mißt. Auch ist es möglich, abhängige physikalische ist, beginnt durch die Erhöhung der Zählrate die Soll- Größen wie Temperatur und Druck mittels des vorwertmessung. Die Zahl N im Zähler 33 wird inver- liegenden Verfahrens indirekt zu bestimmen,

tiert, jeder Flip-Flop im Binärzähler wird invertiert. 65

Nach einer Verzögerungszeit werden die Tore 31 und Patentansprüche:

32 wieder geöffnet, und es wird jene Zeit gezählt, die 1. Verfahren zum Messen von physikalischen

man braucht, bis der WertiV wieder im Zähler 33 Größen, wie Dicke, Flächengewicht, Dichte,

Strahlungsabsorption von platten- oder bandförmigem Meßgut, wobei das Meßgut in den Strahlengang zwischen einer Strahlenquelle und einem Detektor gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Detektor (2) kommenden Impulse einem Impulszähler (5) zugeführt und während einer vorbestimmten Zeit gezählt werden und daß danach in den Strahlengang (10) an Stelle des Meßgutes (9) ein Vergleichsabsorber (3) eingebracht und die Zeit ge- ίο messen wird, bis die gleiche Impulszahl im Impulszähler (5) wieder erreicht ist, sowie aus der zuletzt gemessenen Zeit auf die gesuchte physikalische Größe des Meßgutes rückgeschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Meßgut (9) beim Einlauf und/oder Auslauf in die Meßstrecke vorzugsweise durch die Zählratenänderung eine Programmeinheit (4) eingeschaltet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmeinheit (4) die Bewegung des Vergleichsabsorbers (3) steuert.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmeinheit (4) die Meßzeit für das Meßgut (9) durch Schalten eines Zeitzählers (6) gegebenenfalls nach einer Verzögerungszeit bestimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitzähler (6) von einem Oszillator (7) gesteuert wird, wobei das Produkt aus Oszillatorfrequenz und Zeit der Vergleichsmessung die Anzeige des Meßwertes bildet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur linearen Anzeige des Meßwertes die Frequenz des Oszillators (7) so geändert wird, daß ein nicht linearer Zusammenhang zwischen Meßwert und Vergleichsmeßzeit ausgeglichen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulszähler (5) ein invertierbarer Binärzähler verwendet wird, wobei der Zählerinhalt nach der Messung des Meßgutes (9) invertiert wird und bei der Messung des Vergleichsabsorbers (3) bis auf den Wert 0 zurückgezählt wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Strahlenquelle (1), einen beweglichen Vergleichsabsorber (3), einen Detektor (2), einen Impulszähler (5) und einen Zeitzähler (6) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (2) mit dem Impulszähler (5) und einer Programmeinheit (4) verbunden ist, wobei die Messung und die Programmsteuerung (Festlegung des Meßzeitpunktes) durch ein und dieselbe Strahlenquelle (1) und ein und denselben Detektor (2) erfolgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmeinheit (4) mit einer pneumatischen Vorrichtung (11) zur Bewegung des Vergleichsabsorbers (3) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmeinheit (4) durch Steuerleitungen mit dem Impulszähler (5) und/oder Zeitzähler (6) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitzähler (6) mit einem Oszillator (7) und einer Anzeigevorrichtung (8) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (7) direkt mit der Anzeigevorrichtung (8) verbunden ist.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Meßgröße oder aus einer aus ihr gebildeten anderen Größe ein Anzeigewert gebildet wird, der auf die Meßgröße zurückwirkt, so daß die Anzeige die gesuchte, insbesondere lineare Funktion der ursprünglichen Meßgröße darstellt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße in eine Zeit umgewandelt wird, die in einem durch die Frequenz eines Impulsgebers angetriebenen Zeitzähler angezeigt wird und daß der jeweils angezeigte Meßwert die Momentanfrequenz des Impulsgebers steuert.
16. Verfahren nach Anspruch.14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße in eine Spannung umgewandelt wird, die in einem Spannungsanzeigegerät angezeigt wird und daß entsprechend dem jeweiligen Spannungswert die Empfindlichkeit des Spannungsanzeigegerätes geändert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen