DE1548286C - Verfahren zum Messen von physikalischen Großen, Wie Dicke, Flachengewicht, Dichte, Strahlungsabsorption von platten oder band förmigem Meßgut - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Strahlenquelle verwendet wird —, ferner werden

Vorrichtung zum Messen von physikalischen Größen, Absorptionsänderungen durch Verschmutzung des

wie Dicke, Flächengewicht, Dichte, Strahlungsabsorp- Detektors oder der Strahlenquelle sowie auch elek-

tion von platten- oder bandförmigem Meßgut, wobei tronische Instabilitäten ausgeschaltet. Komplizierte

das Meßgut in den Strahlengang zwischen einer 5 Rechenvorgänge sind durch die erfindungsgemäßen

Strahlenquelle und einem Detektor gebracht wird. Maßnahmen vermieden.

Bei einer bekannten Dickenmeßvorrichtüng (USA.- In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung für das

Patentschrift 2 829 268) wird das zu messende Mate- erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise dar-

rial einer radioaktiven Strahlung ausgesetzt und die gestellt.

abgegebene Strahlung in eine Spannung umgewan- io F i g. 1 zeigt ein schematisches Gesamtschema

delt. Die der Dicke entsprechende Spannung wird . dieser Vorrichtung und

dann durch eine Gegenspannung kompensiert. Um Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild; die

Fehler der einzelnen hier verwendeten Einrichtungen F i g. 3 und 4 dienen zur Erklärung,

zu vermeiden, müssen eigene apparative Anordnun- Die Vorrichtung weist eine Strahlenquelle 1, einen

gen getroffen werden, wodurch die Dickenmeß- 15 beweglichen Vergleichsabsorber 3, z. B. aus Plexiglas,

Vorrichtung kompliziert und aufwendig wird. einen Detektor 2, einen Impulszähler 5 und einen

Bei einer Vorrichtung gemäß der USA.-Patent- Zeitzähler 6. auf. Die Strahlenquelle 1 ist in vorteil-

schrift 3 001 073 verwendet man zur Dickenmessung hafter Weise eine radioaktive Strahlenquelle. Als be-

die Rückstrahlmethode, wobei eine periodische Kor- sonders geeignet für Meßgüter mit einem Flächen-

rektur erfolgt und die Elektronik integrierend arbeitet. 20 gewichtsbereich von 0,5 bis 1,5 g/cm² hat sich

Es sind auch bereits Einrichtungen zur Dicken- Ru 106 herausgestellt. Es ist aber durchaus möglich, messung bekannt, bei denen eine radioaktive an Stelle einer radioaktiven Quelle eine Röntgen-Strahlenquelle zwischen dem Meßgut und einem röhre, eine Lichtquelle, Ultraschall od. dgl. zu setzen. Vergleichsnormal liegt (deutsche Auslegeschrift Der Strahlenquelle gegenüber liegt ein Detektor 2, 1 019 015). Es sind hier zwei einander zugeordnete 25 der der Strahlenquelle angepaßt ist. Wie bereits erIonisationskammern vorgesehen, die Teile einer wähnt, werden mit Vorteil die an sich bekannten Differenzschaltung sind. Diese Einrichtungen weisen Plastikszintillatoren verwendet,
verschiedene Nachteile auf; so braucht man zwei Im folgenden sei nun das Meßprinzip näher ergleiche Detektoren, einen hochempfindlichen Gleich- läutert: Das Meßgut 9 wird auf irgendeine Weise, spannungsmeßkreis und verhältnismäßig starke Strah- 30 z. B. mittels Rollen, zur Meßstrecke gebracht. Durch lenquellen. Überdies ist der Eichfaktor der Einrich- Eindringen des Meßgutes 9 in den Strahlengang 10 tung abhängig vom Absolutwert der Strahlungsinten- zwischen der Strahlenquelle 1 und dem Detektor 2, in sität, tatsächlich gemessen wird aber der Mittelwert den auch der bewegliche Vergleichsabsorber 3 eineines Materialstückes, das während der Zeitkonstante geschoben ist, erfolgt durch die Absorption des Meßder Anlage diese durchläuft. 35 gutes eine Zählratenänderung (Impulszahl pro Se-

Es ist auch bereits bekannt, die Dicke von Hohl- künde). Bei Unterschreiten einer vorgewählten körpern mittels einer Strahlungsquelle digital zu Schwelle, d. h. wenn die Zählrate einen bestimmten messen (britisches Patent 903 180). Hierbei wird ein Wert erreicht, wird eine elektronische Programm-Gas durch den Hohlkörper geleitet, der von außen einheit 4 ausgelöst. Dadurch wird zunächst, z. B. mit bestrahlt wird. Der Ionisationsgrad des Gases kann 40 Hilfe einer pneumatischen Vorrichtung 11, der Verdann über einen Geigerzähler und einen Impulszähler gleichsabsorber 3 aus dem Strahlengang 10 entfernt, bestimmt werden, woraus sich die Dicke ergibt. Nach einer einstellbaren Verzögerungszeit, welche die

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ungemessene Randzone des Meßgutes festlegt, be-Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs ge- ginnt nun die Istwertmessung des Meßgutes. Diese nannten Art zu schaffen, durch die z. B. die Dicke 45 Verzögerungszeit wird ebenfalls durch die Programmdiskontinuierlicher Meßgüter, . wie z. B. Platten, einheit 4 festgelegt. Die Randzonen sollen nicht mit-Bleche u. dgl., die mit hoher Geschwindigkeit die gemessen werden, da sonst unter Umständen Ver-Meßstrecke durchlaufen, bestimmt werden kann, wo- fälschungen des Meßergebnisses eintreten könnten, bei eine automatische Meßfehlerkompensation und Die vom Detektor .2 kommenden Impulse werden • eine direkte rein digitale Meßwertanzeige erfolgt. 50 durch ein Impulstor in einen elektronischen Impuls-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- zähler 5 hineingeleitet. Gleichzeitig beginnt ein Zeitlöst, daß die vom Detektor kommenden Impulse zähler 6 zu zählen und beendet nach einer einsteileinem Impulszähler zugeführt und während einer baren Zeit ti durch Sperrung des Impulstores die Istvorbestimmten Zeit gezählt werden und daß danach Wertmessung. Der Impulszähler 5 hat während dieser in den Strahlengang an Stelle des Meßgutes ein Ver- 55 Zeit ti eine Impulszahl N gespeichert, die sich als gleichsabsorber eingebracht und die Zeit gemessen Produkt der durch das Meßgut durchtretenden Zählwird, bis die gleiche Impulszahl im Impulszähler rate Ni und der Meßzeit ti ergibt (N = Ni · ti). Nach wieder erreicht ist, sowie aus der zuletzt gemessenen Beendigung der Istwertmessung wird nun über die Zeit auf die gesuchte physikalische Größe des Meß- Programmeinheit 4 der Vergleichsabsorber 3 neuergutes rückgeschlossen wird. 60 dings in den Strahlengang 10 eingeschoben. Nach

Durch die digitale Verarbeitung der Meßdaten im dem Auslaufen des Meßgutes 9 aus der Meßstrecke Zusammenhang mit einem besonders schnellen und einer weiteren vorgewählten Verzögerungszeit Detektor (Plastikszintillator) ergibt sich die höchste beginnt nun die Sollwertmessung an Hand des Vererreichbare Genauigkeit bei extrem kurzen Meß- gleichsabsorbers 3.

zeiten (z. B. unter 1 see). Bei dem erfindungsgemäßen 65 Bei der Sollwertmessung werden die durch den

Verfahren ist das Meßergebnis unabhängig von der Vergleichsabsorber 3 durchtretenden Impulse im Im-

Aktivitätsabnahme der Strahlenquelle — z. B. auf pulszähler 5 gezählt, und zwar wird nun mit dem

Grund ihrer Halbwertszeit, falls eine radioaktive Zeitzähler 6 diejenige Zeit tv gemessen, die die durch

den Vergleichsabsorber festgelegte Zählrate zur Erreichung der gleichen Impulszahl N im Impulszähler 5 benötigt, welche bei der vorangegangenen Istwertmessung im Impulszähler erreicht wurde. Durch den Vergleichsabsorber ist dabei eine Zählrate 2Vv festgelegt. Da nun folgende Beziehung gilt ti · Ni = N — tv ■ Nv, so ergibt sich, daß tv = ti · Ni/Nv ist. Die Zeit tv ist daher proportional der Istwertzählrate Ni des Meßgutes bzw. umgekehrt proportional der gesuchten physikalischen Größe. Alle multiplikativen Meßfehler sind durch die obige Beziehung eliminiert.

Während der Sollwertmessung wird der Zeitzähler 6 von einem Oszillator 7 gesteuert, so daß das jeweilige Produkt aus Oszillatorfrequenz und Zeit der Vergleichsmessung als Anzeige des Meßwertes in einer Anzeigevorrichtung 8 aufscheint. Will man eine lineare Anzeige in der Anzeigevorrichtung 8, so kann man durch jeweilige Anzeige die Frequenz des Oszillators 7 derart steuern, daß ein beliebiger, nicht linearer Zusammenhang zwischen Meßwert und Vergleichsmeßzeit zu einer direkten linearen Anzeige des Meßwertes umgewandelt werden kann.

In der F i g. 2 ist schematisch ein Blockschaltbild dargestellt. Die vom Detektor 2 aufgenommenen Impulse werden über die Leitung 15 zu einem Schmitt-Trigger 16 geleitet, der in der Programmeinheit 4 vorgesehen ist. Der Schmitt-Trigger 16 ist in an sich bekannter Weise mit einem JK-Flip-Flop 17 verbunden. In der Programmeinheit 4 befindet sich auch ein Impulsformer 18. Die Programmeinheit 4 ist über Leitungen 12' und 13 mit dem Impulszähler 5 verbunden. Im Impulszäher 5 befinden sich in an sich bekannter Weise Und-Tore 19 und Oder-Tore 20 sowie RS-Flip-Flops 21 und Impulsformer 18. Über die Leitung 14 ist die Programmeinheit mit dem Zeitzähler 6 verbunden. Die Leitung 12 der Programmeinheit 4 führt ebenfalls zum Zeitzähler. Der Zeitzähler 6 wird durch einen Oszillator 7 gesteuert. Sowohl der Zeitzähler 6 als auch der Oszillator 7 sind mit der Anzeigeeinheit 8 verbunden. In der Anzeigeeinrichtung kann eine ziffernmäßige Anzeige bei 22 erfolgen.

In den F i g. 3 und 4 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild dargestellt, aus dem die Wirkungsweise der Erfindung hervorgeht. Fig. 3 zeigt die Istwertmessung und F i g. 4 die Sollwertmessung.

Durch die Zählratenänderung auf Grund des Eindringens des Meßgutes in den Strahlengang wird die Programmeinheit 30 eingeschaltet, wodurch der Vergleichsabsorber entfernt wird. Die Tore 31 und 32 werden nach einer festen Verzögerungszeit, die die ungemessene Randzone des Materials festlegt, geöffnet. Der Binärzähler 33 zählt nun die Impulse vom Detektor 34 und ein zweiter Binärzähler 35 die Impulse eines Oszillators 36. Wenn jene Zahl erreicht wird im Zähler 35, die der Dicke des Absorbers entspricht, so schließt die Programmeinheit 30 die Tore, und die Istwertmessung ist beendet. Der Vergleichsabsorber wird wieder in den Strahlengang gebracht. Im Zähler 33 befindet sich nun eine Zahl N in binärer Form.

Wenn das Material aus dem Strahlengang entfernt ist, beginnt durch die Erhöhung der Zählrate die Sollwertmessung. Die Zahl N im Zähler 33 wird invertiert, jeder Flip-Flop im Binärzähler wird invertiert. Nach einer Verzögerungszeit werden die Tore 31 und 32 wieder geöffnet, und es wird jene Zeit gezählt, die man braucht, bis der Wert N wieder im Zähler 33 erreicht wird. Das Überfließen des Zählers beendet dann die Sollwertmessung. Die Frequenz des Oszillators 36 wird entsprechend einem Programm geändert. Will man eine lineare Endanzeige, so kann man die Frequenz des Oszillators 36 gemäß einem aus dem funktionellen Zusammenhang zwischen Meßwert und Zeit der Vergleichsmessung abgeleiteten Programm ändern. Die Anzeigevorrichtung 37 läuft während der Messung ständig mit der Zählung im

ίο Zähler 35 mit. Die angezeigte Zahl durchläuft also von einem Ausgangswert bis zum Endwert, d. h. dem Meßergebnis, alle Zwischenwerte. Die Frequenzänderung des Oszillators 36 kann nun mit bestimmten Zahlenwerten in der Anzeigevorrichtung gekoppelt sein, d.h. die Frequenzänderung erfolgt nach einem zeitabhängigen Programm, wodurch durch die Ankoppelung an bestimmte Anzeigewerte eine zwangläufige fehlerfreie Synchronisation erreicht wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft nicht nur eine Dickenmessung, sondern ganz allgemein ein Verfahren zum Beeinflussen, insbesondere zum Linearisieren von Meßgrößen. Es wird hierzu die Meßgröße in eine andere Größe umgewandelt, die als Funktion der Meßgröße bestimmt wird. Aus dieser wird ein Anzeigewert gebildet, der den Antrieb für die Anzeigeeinrichtung steuert, wodurch die Beeinflussung (Linearisierung) gegeben ist. Beispielsweise kann die Meßgröße direkt in eine Zeit umgewandelt werden, wobei der Zeitzähler durch die Frequenz eines Impulsgebers angetrieben wird. Zum Ausgleich der Nichtlinearität der Meßgröße (wie sie z. B. durch eine Absorptionskurve gegeben ist) kann nun die Momentanfrequenz des Impulsgebers in Abhängigkeit vom jeweils angezeigten Meßwert gesteuert werden. Es ergibt sich hier also die gewünschte Abhängigkeit der Meßgröße von der Anzeige, z. B. ein linearer Zusammenhang.

Die Meßgröße könnte z. B. auch in eine Spannung umgewandelt werden und die Empfindlichkeit des Spannungsanzeigegerätes entsprechend dem jeweiligen Spannungswert geändert werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man nicht nur die Anzeige linearisieren, sondern es kann auch eine Beeinflussung nach einer anderen Gesetzmäßigkeit erfolgen (logarithmisch, nach einer e-Potenz, usw). Will man z.B. linearisieren, so muß man die Kurve des Zusammenhanges zwischen dem Anzeigewert und der Meßgröße um eine Gerade spiegeln, wobei dann die Spiegelachse den linearen Zusammenhang zwischen den beiden Größen liefert.

In der Zeichnung sind die Einwirkungen der einzelnen Einheiten durch Pfeile symbolisch dargestellt. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Dicken- oder Flächengewichtsbestimmung diskontinuierlicher Meßgüter, z. B. von Asbest-Zementplatten, Kunststoffplatten, Glasplatten od. dgl., wobei auch eine Regelung des Herstellungsprozesses in Abhängigkeit von der Dicke des Endproduktes möglich ist. Die Erfindung ist aber darauf nicht beschränkt, sondern man kann auch bandförmiges Material messen, indem man dieses Material abschnittsweise vermißt. Auch ist es möglich, abhängige physikalische Größen wie Temperatur und Druck mittels des vorliegenden Verfahrens indirekt zu bestimmen.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Verfahren 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, 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