DE2513267B1 - Vorrichtung zur steuerung der erzeugung unipolarer funkenentladungen von legierungskomponenten von materialproben aus metall und/oder der auswertung der spektrallinien der mittels der funkenentladungen erzeugten beugungsspektren - Google Patents

Description

kehr vom Stande der Technik ist hierdurch ein Quantometer geschaffen, das nicht mehr ortsfest gebunden ist und an den Ort der Materialproben transportiert werden kann. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn anzuliefernde Partien von Stabmaterial daraufhin zu untersuchen sind, ob in den einzelnen Stabbündeln die Stäbe die gleiche Zusammensetzung, d. h. die gleichen Legierungsanteile bezüglich der interessierenden Legierungskomponenten aufweisen.

Jeder Untersuchungszyklus unterteilt sich in drei Abschnitte: Vorfunkzeit, Integrationszeit und Meßzeit. In der Vorfunkzeit werden durch die Einwirkung des Funkens die Oberfläche von Probe und Gegenelektrode gereinigt und vergleichbare Abfunkbedingungen für die Integrationszeit geschaffen, in der das ¹S ausgesandte Licht gemessen und in elektrische Signale umgewandelt wird. Daran schließt sich die Meßzeit an, in der die Auswertung dieser elektrischen Signale vorgenommen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung der Erzeugung unipolarer Funkenentladungen von Legierungskomponenten von Materialproben aus Metall und/oder der Auswertung der Spektrallinien der mittels der Funkenentladungen erzeugten Beugungsspektren zu schaffen, d.h. eine Vorrichtung, die das Spektrometer entsprechend den erforderlichen Zeiten steuert und darüber hinaus bei Vorliegen einer Abweichung der Istwerte vom jeweils vorgegebenen Sollwert den weiteren Ablauf sperrt. Weiterhin sollen für das »Profilieren«, d. h. das Justieren des Primärspaltes zum Profil der Spektrallinien, die erforderlichen Steuerbefehle gegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer ersten monostabilen Kippstufe über ein NOR-Gatter ein Schutzrelais für einen die Vorrichtung zur Erzeugung der unipolaren Funkenentladungen bei nicht auf Bezugspotential liegender Probe verriegelnden Schutzkreis nachgeschaltet ist und daß der ersten monostabilen Kippstufe über einen Inverter eine zweite monostabile Kippstufe nachgeschaltet ist, mit jeweils einem über ein NOR-Gatter nachgeschalteten ersten Steuerrelais und einem zweiten Steuerrelais für die Ladekondensatoren der Einrichtung zum Auswerten der Spektrallinien, wobei der Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe mit einem weiteren Eingang des NOR-Gatters für das Schutzrelais verbunden ist. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen transportablen Quantometer eine Inbetriebnahme erst möglich ist, wenn sich das Bedienungspersonal und die Materialprobe, falls das Quantometer sich nicht in einem umschließenden Gehäuse befindet, auf dem gleichen Potential, d. h. im allgemeinen Erdpotential befinden. Ist dies nicht erfüllt, dann ist die Vorrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen verriegelt und kann nicht gestartet werden. Sind jedoch die Voraussetzungen erfüllt, so wird durch Betätigen der Starttaste die Funkenentladung ausgelöst, wobei gleichzeitig die erste monostabile Kippstufe in ihren metastabilen Zustand übergeht, nach einer vorgegebenen Zeit, die durch die Rückkehrzeit vorgegeben ist, in ihren stabilen Zustand zurückkehrt. Bei der Rückkehr in den stabilen Zustand wird die zweite monostabile Kippstufe angestoßen, der zufolge unter Aufrechterhaltung der Funkenentladung bei erregtem Schutzrelais nunmehr die Einrichtung zum Auswerten der Spektrallinien angesteuert wird und während einer vorgegebenen Zeit, der Integrationszeit, die durch die Rückkehrzeit der zweiten monostabilen Kippstufe in ihren stabilen Zustand gegeben ist, eine der Intensität der Spektrallinien proportionale Ladungsmenge auf den Kondensatoren dieser Auswerteeinrichtung erzeugt. Sobald die zweite monostabile Kippstufe in ihren stabilen Zustand zurückgekehrt ist, wird auch die unipolare Funkenentladung gelöscht. Durch entsprechende Variation der Rückkehrzeiten der beiden monostabilen Kippstufen kann demnach die Vorfunkzeit sowie die Integrationszeit vorgegeben werden. Dabei ist die Vorfunkzeit so zu wählen, daß sie hinreichend lang bemessen ist, so daß von der zuvor untersuchten Materialprobe keine Verunreinigungen mehr vorhanden sind, die die Meßwerte verfälschen könnten.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Verkuppelung von monostabilen Kippstufen, die im /ϊ-Zustand über eine Verknüpfung die erforderlichen Schutzrelais in der Einrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladung und in der Einrichtung zum Auswerten der Spektrallinien des Beugungsspektrums erregen.

Um nun die Auswertezeit möglichst kurz zu halten, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der zweiten monostabilen Kippstufe über ein Umkehrglied eine dritte monostabile Kippstufe nachgeschaltet, mit einem über ein NOR-Gatter nachgeschalteten dritten Steuerrelais für die Kondensatoren der Einrichtung zum Auswerten der Spektrallinien, wobei der Ausgang der dritten monostabilen Kippstufe mit einem weiteren Eingang des NOR-Gatters für das zweite Steuerrelais verbunden ist, das zusammen mit dem dritten Steuerrelais die Kondensatoren zum Auswerten der Ladungsmengen umschaltet. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß in einer vorgegebenen Zeit, die durch die Rückkehrzeit der dritten monostabilen Kippstufe in ihren stabilen Zustand bestimmt ist, die Auswertung der Intensitäten, d. h. der Ladungsmengen auf den Kondensatoren erfolgt. Zu diesem Zwecke werden die Kondensatoren von den Fotodioden völlig getrennt und in einer Auswerte- und Vergleichsschaltung mit dem Referenzsignal in Beziehung gesetzt.

Falls die gemessenen Anteile (Istwerte) mit den vorgegebenen Anteilen (Sollwerten) der Legierungskomponenten übereinstimmen, kehrt nach Beendigung der Auswertezeit die Steuereinrichtung in ihre Ausgangsstellung zurück.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Eingang der ersten monostabilen Kippstufe ein UND-Gatter vorgeschaltet, dessen einer Eingang über einen Inverter mit dem Startkreis der Vorrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen und dessen anderer Eingang über einen weiteren Inverter mit dem Ausgang zur Abgabe von Fehlersignalen der Einrichtung zur Auswertung der Spektrallinien verbunden ist. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß bei einer Sollwert-Istwert-Abweichung, d. h. bei Anstehen eines Fehlersignals von der Auswertevorrichtung trotz Betätigen der Starttaste das Einleiten eines neuen Meßzyklus solange dieses Signal ansteht nicht erfolgen kann, wobei gleichzeitig durch das an den der zweiten und dritten monostabilen Kippstufe nachgeschaltete NOR-Gatter und nachgeschaltete Steuerrelais die Kondensatoren der Auswerteeinrichtung in der Stellung zum Auswerten verbleiben, so daß das von der Auswerteeinrichtung angezeigte Fehlersignal nicht etwa durch eine Rückkehr der beiden Steuerrelais, d. h. Umschalten

der Kondensatoren von selbst gelöscht wird. Die Rückstellung der Einrichtung in die Ausgangsstellung ist vielmehr erst möglich durch Betätigen einer entsprechenden Taste, die durch Beaufschlagen der Steuereingänge der monostabilen Kippstufen mit einem entsprechenden Steuersignal diese in ihre Ausgangsstellung, d. h. jeweils in ihre monostabile Ausgangsstellung zurückführt, wobei auch das Fehlersignal verschwindet.

Damit bei einem anstehenden Fehlersignal die Ladekondensatoren in der Auswertestellung verbleiben, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Eingang des weiteren Inverters mit jeweils einem weiteren Eingang der NOR-Gatter für das zweite und dritte Relais verbunden.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der noch nicht zum Stand der Technik gehörenden Einrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der noch nicht zum Stand der Technik gehörenden Einrichtung zum Auswerten der Spektrallinien eines Beugungsspektrums,

Fig. 3 ein Integrationsglied der Einrichtung in Fig. 2 und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen sind drei Transformatoren 1,2 und 3 mit ihren Primärwicklungen 4,6,7 parallel geschaltet und können mittels des Hauptschalters 8' mit einem der Einfachheit halber einphasig dargestellten Wechselstromnetz verbunden werden. Im Sekundärkreis der Sekundärwicklung 8 des Transformators 1 sind in Reihe ein Kondensator 9, eine Diode 10 sowie zwei Serienwiderstände 11 und 12 mit einem Kontakt 13 in Reihe geschaltet. Parallel zur Diode 10 ist ein Varistor 14 und parallel zum Kondensator 9 eine Reihenschaltung geschaltet, die aus dem Widerstand 15, der Spule 16, der Gegenelektrode 17 und der unter Ausbildung der Funkenstrecke beabstandet zu dieser angeordneten Materialprobe 18 mit der Kontaktelektrode 19, welche ihrerseits mit dem Kabel 20 an den Erdungspunkt gelegt ist, besteht. Zur Verringerung der Abmessungen ist die Spule 16 aus Widerstandsdraht gewickelt, so daßsieden Wertvon Widerstand 15 annimmt, womit hierfür ein gesondertes Bauteil entfällt. Diese Reihenschaltung bildet zusammen mit dem Kondensator den Entladekreis.

Parallel zur Sekundärwicklung 8 des ersten Transformators und über den Kontakt 13, der gleichzeitig der Arbeitskontakt eines Schutzrelais ist, das noch weiter unten beschrieben wird, ist die Primärwicklung 21 eines weiteren Transformators 22 für den Zündkreis geschaltet. Der Sekundärwicklung 23 dieses Transformators ist eine an sich bekannte Schaltungsanordnung zur Spannungsverdopplung nachgeschaltet, die aus der Parallelschaltung aus dem Widerstand 25, der Diode 26 und den in Serie geschalteten Kondensatoren 27 und 28 besteht, wobei der eine Abgriff der Sekundärwicklung über einen weiteren Widerstand 30 mit der Mittelabzapfung zwischen den beiden Kondensatoren 27 und 28 verbunden ist. Der andere Abgriff dieser Sekundärwicklung 23 liegt mit dem einen Abgriff dieser Schaltungsanordnung auf Erdpotential. Der Hochspannungsausgang ist über die Hilfsf unkenstrecke 29 mit der Gegenelektrode 17 verbunden.

Der Niederspannungs-Sekundärwicklung 20 des Transformators 2 ist eine Vollweggleichrichtungsanordnung 31 nachgeschaltet, zu deren Ausgang der Glättungskondensator 32 parallel angeordnet ist. Der eine Ausgang dieser Schaltungsanordnung liegt ebenfalls auf Erdpotential, während der andere Ausgang mit der Wicklung eines ersten Schutzrelais 33 verbunden ist, der die weitere Kontaktelektrode 24 nachgeschaltet ist. Die Kontaktelektrode schließt bei Kontakt mit der Materialprobe 18 über die Zuleitung 20 einen Schutzkreis. In einer weiteren, am gleichen Tag eingereichten Anmeldung ist die Kontaktelektrode 24 so ausgebildet, daß sie die Funktion des Petrey-

*5 Tisches erfüllt.

Das erste Schutzrelais 33, die Kontaktelektroden 19 und 24, die von ihnen berührte Metallprobe 18 und das Kabel 20 bilden mit der auf Bezugspotential liegenden Vollweggleichrichteranordnung 31 den ersten Schutzkreis.

Parallel zum Glättungskondensator 32 liegt einerseits über einem Widerstand 38 eine Quecksilberdampflampe 39 sowie andererseits ein Startkreis. Die Quecksilberdampflampe dient zur Vorionisation der Hilfst unkenstrecke 29. Im Startkreis ist die Wicklung eines Relais 41 mit parallelem Kondensator 42 angeordnet, er kann durch Betätigen der Starttaste 40 bei geschlossenem Ruhekontakt 43' geschlossen werden. An der Versorgungsspannung der Primärwicklungen der Transformatoren 1, 2 und 3 liegt ein zweiter Schutzkreis; in ihm sind die Arbeitswicklung eines Schaltrelais 43 und die Schaltkontakte 44, 45 und 5 in Serie angeordnet. Der Schaltkontakt 44 ist der Arbeitskontakt des Relais 41 und der Kontakt 45 der Arbeitskontakt des Schutzrelais 33.

Parallel zu dem Schaltkontakt 44 ist ein weiter unten noch zu beschreibender Kontakt 46 angeordnet. Das Relais 43 betätigt den Arbeitskontakt 13 und den Ruhekontakt 43'.

Dieser zweite Schutzkreis kann für eine vorgegebene Zeit, die z. B. mittels einer Schaltuhr eingestellt werden kann, geschlossen werden.

Die Schließdauer des Kontakts 5 bestimmt die Dauer der Funkenentladung, die so bemessen wird, daß ein eindeutiges Signal erzeugt wird.

Der Sekundärwicklung 47 des Transformators 3 ist ein Vollweggleichrichter 48 nachgeschaltet und dessen Ausgängen ein Glättungskondensator 49. Den Ausgängen 50', 50" dieses Vollweggleichrichters ist weiterhin ein in Collector-Schaltung betriebener Transistor 50 nachgeschaltet, in dessen Lastkreis die Wicklung eines weiteren Schutzrelais 51 angeordnet ist, dessen Arbeitskontakt der Kontakt 46 ist. Der Steuerkreis des Transistors ist einerseits über einen Kondensator 52 mit dem Ausgang 50' des Vollweggleichrichters und andererseits über die Diode 53 mit einem als Spannungsteiler dienenden Widerstand 54 verbunden, der parallel zum Widerstand 12 im Entladekreis angeordnet ist.

Die Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Sobald die zu untersuchende Materialprobe 18 die Kontaktelektrode 24 berührt und den ersten Schutzkreis schließt, wird bei geschlossenem Schalter 8', der die Primärwicklungen der Transformato-

⁶S ren 1, 2 und 3 ans Netz legt, und bei geschlossenem Kontakt 5 durch Betätigen der Starttaste 40 das Relais 41 erregt. Dieses schließt seinen Kontakt 44. Da der erste Schutzkreis geschlossen ist, d. h., das Relais 33

ebenfalls erregt und der Kontakt 45 geschlossen ist, wird das Schutzrelais 43 erregt. Das hat zur Folge, daß der Kontakt 13 schließt, gleichzeitig die Funkenstrecke 29 zündet und die unipolare Funkenentladung zwischen der Materialprobe 18 und der Elektrode 17 ausgelöst wird. Außerdem öffnet sich der Ruhekontakt 43'.

Infolge des am Widerstand 12 auftretenden Spannungsabfalles und durch entsprechende Einstellung des regelbaren Widerstandes 54 wird die Basis des Transistors 50 angesteuert und das in dessen Lastkreis mit seiner Wicklung angeordnete Schutzrelais erregt, das seinerseits nunmehr seinen Arbeitskontakt 46 in dem zweiten Schutzkreis schließt. In der Zwischenzeit wurde durch das Öffnen des Ruhekontakts 43' der *5 Startkreis zwar unterbrochen, jedoch fiel das Relais 41 infolge des zu seiner Wicklung parallelgeschalteten Kondensators 42 verzögert ab und öffnete seinen Kontakt 44, nachdem der Kontakt 46 geschlossen wurde.

Nach Ablauf der vorgegebenen Zeit öffnet der Kontakt 5, und die Vorrichtung geht in ihre Ausgangsstellung zurück. Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß - solange die Materialprobe sich nicht auf Erdpotential befindet - die Funkenentladung nicht ausgelöst werden kann. Durch den Ruhekontakt 43' ist weiterhin sichergestellt, daß ein mehrfaches Betätigen der Starttaste während einer Funkenentladung, diese in ihrem Ablauf nicht beeinflußt wird und daß nach vorgegebener Zeit die Funkenentladung erlischt.

Diese Maßnahmen ermöglichen es, die Funkenentladungen ohne aufwendige bauliche Maßnahmen, wie z. B. groß dimensionierte Schutzgehäuse, ohne Gefährdung des Bedienungspersonals ablaufen zu lassen. Dadurch, daß der Diode 10 der Varistor 14 parallel geschaltet ist, ist es weiterhin möglich, die Einrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen als transportables Gerät von kleinem Gewicht und kleinen Abmessungen auszubilden.

In Fig. 2 bilden die schematisch dargestellte Materialprobe 18 und die zu ihr beabstandet angeordnete Gegenelektrode 17 eine Funkenstrecke, zwischen denen eine unipolare Funkenentladung mittels einer an sich bekannten elektrischen Schaltungsanordnung +5 ausgelöst wird. Diese Funkenentladung wird mittels einer Linse 56 durch den Primärspalt 57 auf ein Konkavgitter 58 abgebildet, das ein Beugungsspektrum erzeugt. Die Spektrallinien liegen auf dem Rowland-Kreis, der schematisch durch die Kreislinie angedeutet ist, auf der eine zylindrische Blende 59 angeordnet ist. Diese Blende 59 weist an dem Ort der Spektrallinien, von denen der Übersichtlichkeit halber nur vier dargestellt sind, jeweils einen Schlitz 60, 61, 62 bzw. 63 auf, hinter denen auf der vom Gitter abgewandten Seite jeweils eine Fotozelle 64, 65, 66 bzw. 67 angeordnet ist. Die Spektrallinien werden jeweils auf ihrer zugeordneten Fotoröhre abgebildet, die einen der Intensität proportionalen elektrischen Strom am Ausgang abgeben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sei beispielsweise die zu untersuchende Materialprobe eine Stahlprobe mit etwa 80% Eisen, 5% Chrom, 10 % Kupfer und 5 % Molybdän. Der Spektrallinie des Eisens ist die über die Schlitzblende 60 beleuchtete Fotozelle 64 zugeordnet. Jeder der Fotozellen ist jeweils ein Integrationsglied 68,69,70 bzw. 71 nachgeschaltet. Jedes Integrationsglied besteht im wesentlichen aus einem Kondensator, der mittels nicht dargestellter Relais von einer als Schaltuhr dienenden Einrichtung 72 mit der zugeordneten Fotozelle für eine vorgegebene Zeit verbunden wird, während welcher der von der Fotozelle abgegebene Strom diesen Kondensator auflädt. Nach dieser vorgegebenen Zeit wird der Kondensator von seiner zugeordneten Fotozelle getrennt, die Ladungsmenge bestimmt und ein dieser Ladungsmenge proportionales Ausgangssignal von dem Integrationsglied abgegeben. Sämtliche Integrationsglieder werden synchron von der Einrichtung 72 gesteuert. Der Ausgang des Integrationsgliedes 69,70 bzw. 71 ist jeweils dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 73 bzw. 74 bzw. 75 auf geschaltet, während der Ausgang des Integrationsgliedes 68 für das Eisen jeweils über einen Spannungsteiler 76, 77 bzw. 78 mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 73, 74 bzw. 75 verbunden ist.

Dem Ausgang des Differenzverstärkers 73,74 bzw. 75 ist über einen Spannungsteiler 79, 80 bzw. 81 ein Schwellwertglied 82, 83 bzw. 84 nachgeschaltet, dessen Ausgang eine Anzeigelampe 85, 86 bzw. 87 aufgeschaltet ist, während zusätzlich über eine Diode 88, 89 bzw. 90 die Ausgänge gemeinsam zu einem akustischen Signalgeber 91 führen. Zusätzlich ist jeder Ausgang der Differenzverstärker über einen gemeinsamen Wahlschalter 92 mit einem Meßinstrument 93 verbindbar. Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Zur Einstellung der Vorrichtung wird mittels Materialproben an sich bekannter Zusammensetzung ein Beugungsspektrum erzeugt, wobei die Spektrallinien auf die Fotozellen abgebildet werden. Diese können zusätzlich bezüglich ihrer Empfindlichkeit so eingestellt werden, daß die Fotozelle für das Grundmaterial, im Ausführungsbeispiel für das Eisen, ein maximales Ausgangssignal im Vergleich zu den anderen Fotozellen abgibt. Die Ausgangssignale der Integrationsglieder 69,70 und 71 werden dem nicht invertierenden Eingang des zugeordneten Differenzverstärkers zugeführt, während über den Spannungsteiler 76 bzw. 77 bzw. 78 Anteile der Ausgangsspannung des Integrationsgliedes 68 abgegriffen und dem invertierenden Eingang der Verstärker zugeführt werden. Mit dem Wahlschalter 92 kann das Voltmeter 93 an jeden Differenzverstärker angeschlossen werden.

Die Messung der Ausschläge dieses Voltmeters bei konstanten Anteilen der Referenzspannung erlaubt eine quantitative Messung der Legierungsgehalte, wenn zuvor eine Eichung mit bekannten Proben durchgeführt wurde.

Die Anteile der Referenzspannung können mit Hilfe der Spannungsteiler gerade so groß gemacht werden, daß bei einer bestimmten Zusammensetzung das Voltmeter Null anzeigt. Eine weitere Möglichkeit zur quantitativen Eichung beruht auf einer Einstellung der Spannungsteiler 76 bis 78 durch Nullabgleich des Voltmeters 93 mit bekannten Proben. Mittels der Spannungsteilter 79, 80, 81 wird ein Bruchteil der Ausgangsspannung der Differenzverstärker den Schwellwertgliedern zugeführt, die je nach der entsprechenden Einstellung der Potentiometer 79, 80 bzw. 81 erst ab einer vorgegebenen Abweichung der Sollwerte von den Istwerten ein Ausgangssignal an ihre Signallampen und an den Signalgeber (akustischer Wandler) abgegeben.

Die Integrationsglieder 68,69,70 und 71 sind identisch aufgebaut; in Abkehr vom Stande der Technik,

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bei der den Integrationskondensatoren für jedes Element nur ein gemeinsamer Elektrometerverstärker zugeordnet wird, ist hier jedem Integrator ein solcher zugeordnet. Damit ist eine gleichzeitige Auswertung aller Meßwerte möglich. Die dadurch erzielte kurze Analysenzeit ist bei großem Probenanfall von Wichtigkeit.

Fig. 3 zeigt ein derartiges Integrationsglied. Der Eingang 94 stellt die Verbindung zur zugeordneten Fotozelle dar. Im Ruhezustand des Relais 95 legt der Kontakt 96 den Eingang über den Widerstand 97 an Erdpotential. Im erregten Zustand wird die Fotozelle an den Widerstand 98 mit dem parallel liegenden Kondensator 99 angeschaltet, die ihrerseits mit dem Kondensator 100 und dem Schaltkontakt 101 verbunden sind. Der Schaltkontakt 101 wird mit dem Relais 102 betätigt, im Ruhezustand wird parallel zum Kondensator 100 der Entladewiderstand geschaltet, während bei Erregung des Relais 102 der Kondensator 100 direkt an den Eingang des Schaltkontakts gelegt wird. Dieser ist weiter mit dem Arbeitskontakt 104 verbunden, der vom Relais 105 betätigt wird. Im Ruhezustand legt der Arbeitskontakt 108 den Eingang eines FET-Verstärkers 106 über einen Widerstand 107 an Masse, im erregten Zustand an den Eingang des Integrators. Der Verstärker 106 ist in seinem Eingang mit den Dioden 108 und 109 gegen Überspannungen geschützt. An seinem Ausgang 110 erscheint die Spannung des Kondensators 100, wenn die Schaltkontakte 101 und 108 die punktierte Stellung haben. Während der Integration nehmen die Kontakte 96 und 101 die gestrichelt gezeichnete Stellung ein.

Für eine Materialkontrolle in der laufenden Produktion in der Verarbeitungsindustrie ist eine absolute Eichung der Vorrichtung in vielen Fällen nicht erforderlich.

Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn lediglich festzustellen ist, ob im Materialfluß stets Werkstücke der gleichen Zusammensetzung vorhanden sind. Zu diesem Zweck wird ein Werkstück als Bezugsnormal gewählt und ein Funkenspektrum erzeugt und mittels der mit ihm registrierten Werte durch entsprechendes Einstellen der Potentiometer 76, 77 und 78 die Einrichtung auf dieses Werkstück eingestellt. Falls während des Materialtransports ein Werkstück mit anderer Zusammensetzung vorhanden ist, gibt die Vorrichtung ein Ausgangssignal ab, wobei sie auch gleichzeitig ein Steuersignal an die Transportvorrichtung und/oder eine Sortiervorrichtung abgeben kann, so daß der weitere Materialtransport unterbunden bzw. das Werkstück mit abweichender Zusammensetzung aussortiert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist generell für jede beliebige Anzahl zu kontrollierender Legierungskomponenten auslegbar.

In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Erzeugung unipolarer Funkenentladungen und/ oder der Auswertung der Spektrallinien ist einer monostabilen Kippstufe 111 über einen Inverter 112 eine zweite monostabile Kippstufe 113 und dieser über einen Inverter 114 eine dritte monostabile Kippstufe 115 nachgeschaltet.

Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 111 ist zusätzlich dem einen Eingang eines zwei Eingänge aufweisenden NOR-Gatters 116 aufgeschaltet, während dem Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe 113 die NOR-Gatter 116,117 und 118 zugeordnet sind.

Das NOR-Gatter 117 hat zwei und das NOR-Gatter 118 drei Eingänge.

Der dritten monostabilen Kippstufe 115 sind die NOR-Gatter 118 und 119, das ebenfalls drei Eingänge aufweist, nachgeschaltet.

Den NOR-Gattern 116,117, 118 und 119 ist jeweils die Wicklung eines Schutzrelais 120 bzw. des Schaltrelais 95 bzw. des Schaltrelais 105 bzw. des Schaltrelais 102 (Fig. 3) nachgeschaltet.

ίο Der Arbeitskontakt des Schutzrelais 120 dient als Schließkontakt 5 des Schutzkreises der Einrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen, die in Fig. 1 erläutert ist.

Die Arbeitskontakte der Relais 95, 102 und 105 sind in den Integrationseinrichtungen der Einrichtung zur Auswertung der Spektrallinien angeordnet, die des näheren an Hand der Fig. 2 und 3 erläutert ist.

Die Einrichtung zum Auswerten der Spektrallinien

(Fig. 2 und 3) besitzt einen Ausgang 122 zur Abgabe

ao eines Fehlersignals dieser Auswertevorrichtung. Dieser ist über den Eingang über einen Inverter 123 dem einen Eingang eines UND-Gatters 124 aufgeschaltet, dessen Ausgang mit dem Eingang der ersten monostabilen Kippstufe 111 verbunden ist.

Dieses Fehlersignal wird außerdem den NOR-Gattern 118 und 119 zugeführt. Der zweite Eingang dieses UND-Gatters 124 ist mit dem Ausgang eines Inverters 125 verbunden, dessen Eingang durch Betätigen der Starttaste 126, die mit der Taste 40 im Startkreis der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen zusammengefaßt sein kann, auf Erdpotential gelegt werden kann.

Die Rückstelleingänge der monostabilen Kippstufen werden über Dioden 127,128,129 an den Schalter

130 geführt. Diese Leitung ist auch über die Diode

131 in die Rückstelleitung der Einrichtung zur Auswertung der Spektrallinien geführt.

Außer der Diode 121 am Rückstelleingang der zweiten monostabilen Kippstufe 113 ist eine weitere Diode 132 angeordnet, die über einen Kontakt 133 mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers 134 verbunden werden kann. Der invertierende Eingang dieses Differenzverstärkers liegt über einen Widerstand 135 auf Bezugspotential, während der andere nicht invertierende Eingang einerseits über den Widerstand 136 mit dem Abgriff eines Spannungsteilers 137 zwischen 0 und + Versorgungsspannung, andererseits über den Widerstand 138 mit dem Ausgang des Ref erenzsignals vom Grundelement verbunden ist.

Ein Schalter 139,144 legt einerseits den Eingang eines Inverters 141 an Masse und öffnet andererseits das zeitbestimmende RC-Glied der monostabilen Kippstufe 111. Der Ausgang des Inverters 141 ist mit Eingängen der NOR-Gatter 117 und 119 verbunden. Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Durch Drücken der Starttaste 126 wird der Ausgang des Inverters 125 auf H gestellt. Falls kein »Fehler« gemeldet ist, steht der Ausgang des Inverters 123 ebenfalls auf H, so daß jetzt das UND-Gatter 124 das Signal passieren läßt und damit die monostabile Kippstufe 111 in den metastabilen Zustand überführt. Dadurch gibt der Ausgang an das NOR-Gatter 116 ein Signal ab, demzufolge das Schutzrelais 120 erregt wird und dieses den Kontakt im zweiten Sicherheitskreis der Einrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen schließt (Fig. 1) falls die Materialprobe auf Bezugspotential liegt. Dies hat zur Folge,

daß unter diesen Voraussetzungen die unipolare Funkenentladung gezündet wird.

Nach Ablauf der Vorfunkzeit, die durch das Zeitverhalten der ersten monostabilen Kippstufe 111 vorgegeben ist, geht diese in ihren stabilen Zustand zurück und steuert gleichzeitig über den Inverter 112 die zweite monostabile Kippstufe 113 an, die nun ihrerseits in den metastabilen Zustand übergeht und. gleichzeitig über ihren Ausgang ein Signal an das NOR-Gatter 116 für das Schutzrelais 120 abgibt, das *° hierdurch weiterhin erregt bleibt, d. h. seinen Kontakt geschlossen hält, darüber hinaus jeweils ein Signal an die NOR-Gatter 117 und 118 abgibt, demzufolge die Schaltrelais 95 und 96 erregt werden und die Schaltkontakte der Integrationskondensatoren der in Fig. 3 ¹S dargestellten Einrichtung zur Auswertung der Spektrallinien in die strichlierte Stellung bringen. Dies hat zur Folge, daß ab diesem Zeitpunkt bis zur Rückkehr der zweiten monostabilen Kippstufe, die mit der Integrationszeit identisch ist, die Ladekondensatoren der Vorrichtung zur Auswertung der Spektrallinien geladen werden. Durch die Rückkehr der monostabilen Kippstufe 113 in ihre stabile Stellung fällt das Relais 120 ab, während über den Inverter 114 die monostabile Kippstufe 115 ein Eingangssignal erhält und folglieh in ihren metastabilen Zustand übergeht.

Gleichzeitig gibt sie an ihrem Ausgang ein Signal an die NOR-Gitter 118 und 119 ab. Als Folge davon werden die Schaltrelais 96 und 97 erregt, und die Kontakte der Ladekondensatoren nehmen die punktierte Stellung ein (Fig. 3). Mit der Rückkehr der zweiten monostabilen Kippstufe 113 in den stabilen Zustand, wobei auch das Relais 120 abfällt, wird die Funkenentladung gelöscht. Die Ladekondensatoren sind in der punktierten Stellung der Schaltkontakte mit der Auswerteeinrichtung so verbunden, daß ihre Ladungsmengen bestimmt werden. Dies erfolgt so lange, bis die dritte monostabile Kippstufe 115 wieder in ihre stabile Stellung zurückgekehrt ist. Anschließend ist die Steuervorrichtung wieder in ihrer Ausgangsstellung, so daß die nächste Materialprobe untersucht werden kann.

Die Integrationszeit ist, wie bereits betont, durch das Zeitverhalten der zweiten monostabilen Kippstufe 113 bestimmt.

Während dieser Zeit werden die Kondensatoren, demnach auch der Kondensator für die Bezugskomponente, aufgeladen.

In der Praxis kann es durchaus eintreten, daß durch Schwankungen in der Hochspannung dem Ladekondensator für das Bezugselement nicht eine ausreichende Ladungsmenge zugeführt wird, so daß sich hierdurch beträchtliche Fehleranzeigen ergeben können.

Um derartige Fehler unter bestimmten Betriebsbedingungen auszuschalten, wird der Kontakt 133 geschlossen und je nach Einstellung des Potentiometers 137 nach Erreichen einer bestimmten Ladungsmenge auf dem Ladekondensator für das Bezugselement ein Signal vom Differenzverstärker 134 abgegeben, der dann einen Steuerbefehl über den Rückstelleingang der zweiten monostabilen Kippstufe 113 an diese abgibt, so daß sie in ihre stabile Stellung zurückkehrt.

Die Integrationszeit kann durch diese erfindungsgemäße Maßnahme in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Ladungsmenge für das Bezugselement eingestellt werden.

Sobald die vorgegebenen Konzentrationen der Legierungskomponenten von einer Komponente überschritten werden, gibt die Vorrichtung ein Fehler signal ab, das seinerseits über den Eingang 131 sowohl an den zugeordneten Eingängen der NOR-Gatter 118 und 119 ansteht und ein Abfallen der Relais 96 und 97 verhindert, als auch über den dem Inverter 123 nachgeschalteten Eingang des UND-Gatters 124 den Eingang der monostabilen Kippstufe 111 verriegelt, so daß es nicht möglich ist, durch Betätigen der Starttaste 126 die Steuervorrichtung wieder auszulösen. Vielmehr muß zunächst dafür gesorgt werden, daß die an den NOR-Gattern 118 und 119 anstehenden Fehlersignale verschwinden. Zu diesem Zweck wird die Taste 119 betätigt; dadurch steht das Erdpotential über die Diode 131 in der Auswerteschaltung (Fig. 2) an, wo die Schwellwertglieder 82, 83 und 84 wieder auf Null gestellt werden. Dadurch bricht das Fehlersignal zusammen und damit der //-Zustand am Eingang der NOR-Gatter 118 und 119, womit auch die Relais 96 und 97 abfallen und der Ausgangszustand der Integrationsglieder (Fig. 3) wieder hergestellt ist. Mit der Taste 130 kann jederzeit ein Abfunkvorgang unterbrochen werden, da sowohl die monostabilen Kippstufen als auch ein mögliches Fehlersignal zurückgestellt werden.

Zum Profilieren der Auswertevorrichtung wird der Kontakt 139 geschlossen. Der Eingang des Inverters 141 hat hierdurch die zugeordneten Eingänge der NOR-Gatter 117 und 119 auf H gelegt und damit die Relais 95 und 97 erregt. Dadurch wird der Eingang 94 des Integrationsgliedes aus Fig. 3 über die Widerstände 98 und 103 an Masse gelegt, während der Eingang des FET-Verstärkers ebenfalls mit dem Eingang 94 verbunden ist. In dieser Stellung wird der Fotostrom gemessen, wobei Schwankungen durch den Kondensator 99 gedämpft werden.

Durch Betätigen der Starttaste wird anschließend die monostabile Kippstufe 101 angestoßen; da aber mit durch Schließen des Schalters 139 die Zeitkonstante praktisch unendlich groß gemacht worden ist, bleibt das Relais 120 so lange erregt, bis durch Betätigen der Taste 130 eine Rückstellung erfolgt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung der Erzeugung unipolarer Funkenentladungen von Legierungskomponenten von Materialproben aus Metall und/oder der Auswertung der Spektrallinien der mittels der Funkenentladung erzeugten Beugungsspektren,dadurch gekennzeichnet, daß einer ersten monostabilen Kippstufe (111) über ein NOR-Gatter (116) ein Schutzrelais (120) für einen die Einrichtung zur Erzeugung der unipolaren Funkenentladungen bei nicht auf Bezugspotential liegender Materialprobe verriegelnden Schutzkreis nachgeschaltet ist und daß der ersten monostabilen Kippstufe über einen Inverter (112) eine zweite monostabile Kippstufe (113) nachgeschaltet ist mit jeweils einem über ein NOR-Gatter (117 bzw. 118) nachgeschalteten ersten Steuerrelais (95) und einem zweiten Steuerrelais (102) für die Ladekondensatoren der Einrichtung zum Auswerten der Spektrallinien, wobei der Ausgang der zweiten monostabilen Kippstufe mit einem weiteren Eingang des NOR-Gatters für das Schutzrelais verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten monostabilen Kippstufe über einen Inverter (114) eine dritte monostabile Kippstufe (115) nachgeschaltet ist, mit einem über ein NOR-Gatter (119) nachgeschalteten weiteren Steuerrelais (105) für die Kondensatoren der Einrichtung zum Auswerten der Spektrallinien, wobei der Ausgang der dritten monostabilen Kippstufe mit einem weiteren Eingang des NOR-Gatters für das zweite Steuerrelais verbunden ist, das zusammen mit dem dritten Steuerrelais die Kondensatoren zum Auswerten der Ladungsmengen umschaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang der ersten monostabilen Kippstufe ein UND-Gatter (124) vorgeschaltet ist, dessen einer Eingang über einen Inverter (125) mit dem Startkreis der Vorrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen und dessen anderen Eingang über einen weiteren Inverter (123) mit dem Ausgang zur Abgabe von Fehlersignalen der Vorrichtung zum Auswerten der Spektrallinien verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des weiteren Inverters mit jeweils einem weiteren Eingang der NOR-Gatter (117 und 118) für das erste und dritte Steuerrelais verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstelleingang der zweiten monostabilen Kippstufe zusätzlich zur Rückstelleitung mit einer Diode (128) über eine weitere Diode (132) ein Steuersignal zur Vorgabe der Übergangszeit vom metastabilen in den stabilen Zustand aufschaltbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über die weitere Diode der Ausgang eines Summierverstärkers (134) aufgeschaltet ist, an dessen Summiereingang die einstellbare Spannung eines Spannungsteilers (136, 137) und die Spannung, die aus der Ladung des Integrators für die Bezugskomponente entnommen wird, liegen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Erzeugung unipolarer Funkenentladungen von Legierungskomponenten von Materialproben aus Metall und/oder der Auswertung der Spektrallinien der mittels der Funkenentladungen erzeugten Beugungsspektren.

In der metall-, insbesondere eisenerzeugenden und verarbeitenden Industrie ist es erforderlich, Legierungen fortlaufend daraufhin zu überwachen, ob die Legierungskomponenten in den vorgegebenen Anteilen vorhanden sind.

Zu diesem Zweck wird an einer Materialprobe eine unipolare Funkenentladung ausgelöst und mittels eines Beugungsgitters ein Beugungsspektrum erzeugt.

Derartige Geräte zur quantitativen und qualitativen Bestimmung der Legierungskomponenten werden im allgemeinen als Quantometer bezeichnet. Diese bestehen im Prinzip aus mehreren Einrichtungen:
Einer Einrichtung zur Erzeugung der unipolaren Funkenentladungen an den Materialproben, einer Einrichtung mit einem Beugungsgitter zum Erzeugen der durch die Funkenentladungen entstandenen Spektren sowie einer Einrichtung zum Registrieren und Auswerten dieser Spektren.

Wenn ein Teil der Spektrallinien im kurzwelligen ultravioletten Spektralbereich liegt, gehören noch Vakuumeinrichtungen zu einem Quantometer, so daß die gesamte Vorrichtung mit dem evakuierbaren Spektrometer und einem Schutzgehäuse, das das Bedienungspersonal gegen die zur Auslösung der Funkenentladungen benötigten Hochspannungen schützt, sehr umfangreich ist und erheblichen Platz beansprucht. Hinzu kommen noch Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise diejenigen zur Zentrierung des Gitters.

Im allgemeinen wird als Beugungsgitter ein Rowland-Gitter verwendet, da der geometrische Ort der Spektrallinien ein Kreis, der Rowland-Kreis, ist. Dies hat jedoch zur Folge, daß der Primärspalt, der sich ebenfalls auf dem Kreis befindet, sehr genau justiert werden muß, da im gegenteiligen Fall die Spektrallinien nur unscharf an den ihnen zugeordneten Orten auf dem Kreis abgebildet werden. Dies führt dazu, daß im allgemeinen Kreisdurchmesser von mehr als einem Meter verwendet werden, um die Justierung des Primärspaltes einfach zu handhaben.

Eine von der Anmelderin am gleichen Tage eingereichte Patentanmeldung hat eine Einrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen für die Legierungskomponenten von Materialproben, insbesondere Legierungskomponenten, deren Spektrallinien im nahen UV-Spektralbereich liegen, zum Gegenstand. Im letzteren Fall kann dann das vakuumdichte Spektrometer und darüber hinaus das Schutzgehäuse entfallen, wenn durch zusätzliche Maßnahmen dafür gesorgt ist, daß das Bedienungspersonal gegen die Hochspannung geschützt ist. Dies geschieht in der Weise, daß durch Schutzkreise dafür gesorgt ist, daß ein Auslösen von unipolaren Funkenentladungen unterbunden ist, wenn die Materialprobe sich nicht auf dem Bezugspotential, d. h. Erdpotential, auf dem sich auch das Bedienungspersonal befindet, liegt.

In einer weiteren ebenfalls am gleichen Anmeldetage eingereichten Patentanmeldung werden eine neue Justierung für den Primärspalt und eine Montage des Spektrometers auf einen verwindungsfesten Leichtbaurahmen vorgeschlagen, die auch bei kleinem Rowland-Kreis exakt funktionieren. In völliger Ab-