DE2513267C2

DE2513267C2 - 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

Info

Publication number: DE2513267C2
Application number: DE19752513267
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Berstermann; Ulrich Dipl-Chem Dr Grisar
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1975-03-26
Filing date: 1975-03-26
Publication date: 1977-05-18
Also published as: DE2513267B1; FR2305719B1; CH607017A5; FR2305719A1; GB1547378A; US4111556A

Description

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 Spektralbeieich 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 benotigten 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 aut dem Kreis befindet, sehr genau justiert werdea 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 Malinahmen dafür gesorgt ist, daß das Bedienungspersonal gegen die Hochspannung geschützt ist. Dies geschieht in der Weise, daß durch Schutzkreise dafür gesorgt ist, daß ein Auslosen 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 Spektrometer auf einen verwindungsfesten Leichtbaurahmen vorgeschlagen, die auch bei kleinem Rowland-Kreis exak; funktionieren. In völliger Ab-

kehr vom Stande der Technik ist hierdurch ein Quantometer geschaffen, das nicht mehr ortsfest gebunden ist und an den On 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 Legierungsanteüe 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 P^obe und Gegenelektrode gereinigt und vergleichbare Abfunkbedingungen für die Integrationszeit geschaffen, in der das 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 mitteis 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 Aolauf 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-Garters 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 sicn 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 mönostabile Kippstufe in ihren ¹ metastabilen Zustand übergeht, nach einer vorgege-'benen Zeit, die durch die Rückkehrzeit vorgegeben ist, in ihren stabilen Zustand zurückkehrt. Bei der Ruckkehr 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 Soektrallinien 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 iu 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 vorhan-¹S den sind, die die Meßwerte verfälschen könnten.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Verkuppelung von monostabilen Kippstufen, die im Η-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 Umkehr^a5 glied 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 ei-So nem weiteren Eingang des NOR-Gatters fur 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 Ruckkehrzeit der dritten monostabilen Kippstufe in ihren stabilen Zustand bestimmt ist, die Auswertung der Intensitäten, d. li. 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 Kipp-5" stufe ein UND-Gatter vorgeschaltet, dessen einir Eingang über einen Inverter mit dem Startkreis der Vorrichtung zur Erzeugung unipolarer Funkenentladungen und dessen anderer F ingang über einen weiteren Inverter mit dem Ausgang zur Abgabe von Fehlersignalen der Einrichtung zur Auswertung der Spektrallinien verbunden i«-t. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß bei einer Sollwert-lstwert-Abweichung. d. h. bei Anstehen eines Fehlersignals von der Auswertevorrichtung trotz Betätigen der Start-Go taste 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 d:e 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 Ausfuhrungsbeispiel 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 Il 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 beahstandet 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 daß sie den Wert von 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 nachgeschaltei, zu deren Ausgang der GlätiungskondensiUor 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 Vollweggleichrichtcranordnung 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 Hi!fsf unkenstrecke 29. Im Startkreis ist die Wicklung eines Relais 41 mit parallelem Kondensator 42 angeordnet, er kann durch Betätigen der Stairttaste 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 fur eine vorgegebene Zeit, die z. B. mittels einer Schaltuhr eingestellt werden kann, geschlossen werden.

Die :>chließdauer 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. Der Ausgängen 50', 50" dieses Vollweggleichrichters isi

weiterhin ein in Collector-Schaltung betriebene! Transistor 50 nachgeschaltet, in dessen Lastkreis di« Wicklung eines weiteren Schutzrelais 51 angeordne ist, dessen Arbeitskontakt der Kontakt 46 ist. De Steuerkreis des Transistors ist einerseits über einei Kondensator 52 mit dem Ausgang 50' des Vollweg gleichrichters und andererseits über die Diode 53 mi einem als Spannungsteiler dienenden Widerstand 5< verbunden, der parallel zum Widerstand 12 im Entla dekreis angeordnet ist.

Die Schaltungsanordnung arbeitet folgenderma Ben: Sobald die zu untersuchende Materialprobe 1 die Kontaktelektrode 24 berührt und den erste Schutzkreis schließt, wird bei geschlossenem Schal ter 8', der die Primärwicklungen der Transformatc

ren 1, 2 und 3 ans Netz legt, und bei geschlossenei Kontakt 5 durch Betätigen der Starttaste 40 das ReIa 41 erregt. Die^e*: schließt seinen Kontakt 44. Da de erste Schutzkreis geschlossen ist, d. h., das Relais 3

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 ^J5 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 Materiaipiobe sich nicht auf Erdpotentia! befindet - die Funkenentla- ²S dung 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 ausgelöst wird. Diese Funkenentladung wird mittels einer Linse 56 durch den Primärspalt 57 auf ein Konkavgitter 58 abgebildet, aus ein Beugungsspektrum erzeugt. Die Spektrallinien liegen auf dem Rowiand-Kreis, der schematisch durch die Kreislinie angedeutet 5<> 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 aur 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 je- ^δ5 weils ein Integrationsglied 68,69,70 bzw. 71 nachgeschaltet. Jedes Integratior.-,glied besteht im wesentlichen aus einem Kondensator, der mn.eis nicht dargestellter Relais von einer alsSchaltuhr dienenden Einrichtung 72 mit der zugeordnetfeni.Fotozelle für eine vorgegebene Zeit verbunden wird, während welcher der von der,.Fotozelle ,abgegebene iStrom diesen Kondensator auflädt. Nach dieser^vorgegebenen Zeit wird der Kondensator von seiner zugeordneten Fotozelle getrennt, die Ladungsmenge bestimmt und ein dieser Ladungsmenge proportionalesJ^usgangssignal von dem Integrationsglied abgegeben. Sämtliche Integrationsglieder werden synchron von der Einrichtung 72 gesteuert. Der Ausgang des Integiationsgliedes 69,70 bzw. 71 ist jeweils dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 73 bzw. 74 bzw. 75 aufgeschaltet, 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 Differenzverstärker;, 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 aufgeschaltel 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 bezuglich 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 Differenzverstärker 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 Änalysenzeit ist bei großem Probenanfall von Wichtigkeit.

¹' 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 Werkstuck 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 Werkstuck 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 Ein-, gänge aufweist, nachgeschaltet.

Den NOR-Gattern 116,117,118 und 119 ist jeweils die Wicklung eines Schutzrelais 120 bzw. des Schaltrelais 95 bzw. des Schaltrelais! ίθ5."'-bzw, des Sichaltrelais 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

!5 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 eines Fehlersignals dieser Auswertevorrichtung. Diesier ist über den Eingang über einen Inverter 123 dem einen Eingang eines UND-Gatters 124 auf geschaltet, 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 Ruckstelleingänge 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 Refe-

renzsignals 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 117und 119 verbunden. Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Durch Drucken der Starttaste 126 wird der Ausgang des Inverters 125 auf //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,

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daß unter diesen Voraussetzungen die unipolare Fun- dingungen auszuschalten, wird der Kontakt 133 ge« kenentladung gezündet wird. schlossen und je nach Einstellung des Potentiometers

Nach Ablauf der Vorfunkzeit, die durch das Zeit- 137 nach Erreichen einer bestimmten Ladungsmenge verhalten der ersten monostabilen Kippstufe 111 vor- auf dem Ladekondensator für das Bezugselement ein gegeben ist, geht diese in ihren stabilen Zustand zu- 5 Signal vom Differenzverstärker 134 abgegeben, der rück und steuert gleichzeitig über den Inverter 112 dann einen Steuerbefehl über den Rückstelleingang die zweite monostabile Kippstufe 113 an, die nun ih- der zweiten monostabilen Kippstufe 113 an diese abrerseits in den metastabilen Zustand übergeht und gibt, so daß sie in ihre stabile Stellung zurückkehrt, gleichzeitig über ihren Ausgang ein Signal an das Die Integrationszeit kann durch diese erfindungs-

NOR-Gatter 116 für das Schutzrelais 120 abgibt, das ^l0 gemäße Maßnahme in Abhängigkeit von einer vorhierdurch weiterhin erregt bleibt, d. h. seinen Kontakt gebbaren Ladungsmenge fur das Bezugselement eingeschlossen hält, darüber hinaus jeweils ein Signal an gestellt werden.

die NOR-Gatter 117 und 118 abgibt, demzufolge die Sobald die vorgegebenen Konzentrationen der Le

Schaltrelais 95 und 96 erregt werden und die Schalt- gierungskomponenten von einer Komponente überkontakte der Integrationskondensatoren der in Fig. 3 ¹S schritten werden, gibt die Vorrichtung ein Fehlersidargestellten Einrichtung zur Auswertung der Spek- gnal ab, das seinerseits über den Eingang 131 sowohl trallinien in die strichlierte Stellung bringen. Dies hat an den zugeordneten Eingängen der NOR-Gatter 118 zur Folge, daß ab diesem Zeitpunkt bis zur Rückkehr und 119 ansteht und ein Abfallen der Relais 96 und der zweiten monostabilen Kippstufe, die mit der Inte- 97 verhindert, als auch über den dem Inverter 123 grationszeit identisch ist, die Ladekondensatoren der ²⁰ nachgeschalteten Eingang des UND-Gatters 124 den Vorrichtung zur Auswertung der Spektrallinien gela- Eingang der monostabilen Kippstufe 111 verriegelt, den werden. Durch die Rückkehr der monostabilen so daß es nicht möglich ist, durch Betätigen der Start-Kippstufe 113 in ihre stabile Stellung fällt das Relais taste 126 die Steuervorrichtung wieder auszulösen. 120 ab, während über den Inverter 114 die monosta- Vielmehr muß zunächst dafür gesorgt werden, daß die bile Kippstufe 115 ein Eingangssignal erhält und folg- 25 an den NOR-Gattern 118 und 119 anstehenden Fehlich in ihren metastabilen Zustand übergeht. lersignale verschwinden. Zu diesem Zweck wird die

Gleichzeitig gibt sie an ihrem Ausgang ein Signal Taste 119 betätigt, dadurch steht das Erdpotential an die NOR-Gitter 118 und 119 ab. Als Folge davon über die Diode 131 in der Auswerteschaltung (Fig. 2) werden die Schaltrelais 96 und 97 erregt, und die an, wo die Schwellwertglieder 82, 83 und 84 wieder Kontakte der Ladekondensatoren nehmen die punk- 3<> auf Null gestellt werden. Dadurch bricht das Fehlersitierte Stellung ein (Fig. 3). Mit der Rückkehr der gnal zusammen und damit der H-Zustand am Eingang zweiten monostabilen Kippstufe 113 in den stabilen der NOR-Gatter 118 und 119, womit auch die Relais Zustand, wobei auch das Relais 120 abfällt, wird die 96 und 97 abfallen und der Ausgangszustand der Inte-Funkenentladung gelöscht. Die Ladekondensatoren grationsgheder (Fig. 3) wieder hergestellt ist. Mit der sind in der punktierten Stellung der Schaltkontakte 35 Taste 130 kann jederzeit ein Abfunkvorgang untermit der Auswerteeinrichtung so verbunden, daß ihre brochen werden, da sowohl die monostabilen Kipp-Ladungsmengen bestimmt werden. Dies erfolgt so stufen als auch ein mögliches Fehlersignal zurückgelange, bis die dritte monostabile Kippstufe 115 wieder stellt werden.

in ihre stabile Stellung zurückgekehrt ist. Anschlie- Zum Profilieren der Auswertevorrichtung wird der

ßend ist die Steuervorrichtung wieder in ihrer Aus- 40 Kontakt 139 geschlossen Der Eingang des Inverters gangsstellung, so daß die nächste Materialprobe un- 141 hat hierdurch die zugeordneten Eingänge der tersucht werden kann. NOR-Gatter 117 und 119 auf H gelegt und damit

Die Integrationszeit ist, wie bereits betont, durch die Relais 95 und 97 erregt. Dadurch wird der Eingang das Zeitverhalten der zweiten monostabilen Kippstufe 94 des Integrationsgliedes aus F i g. 3 über die Wider-113 bestimmt. 45 stände 98 und 103 an Masse gelegt, während der Ein-

Während dieser Zeit werden die Kondensatoren, gang des FET-Verstärkers ebenfalls mit dem Eingang demnach auch der Kondensator für die Bezugskom- 94 verbunden ist. In dieser Stellung wird der Fotoponente, aufgeladen. strom gemessen, wobei Schwankungen durch den

In der Praxis kann es durchaus eintreten, daß durch Kondensator 99 gedämpft werden.
Schwankungen in der Hochspannung dem Ladekon- 50 Durch Betätigen der Starttaste wird anschließend densator für das Bezugselement nicht eine ausrei- die monostabile Kippstufe 101 angestoßen; da abei chende Ladungsmenge zugeführt wird, so daß sich mit durch Schließen des Schalters 139 die Zeitkonhierdurch beträchtliche Fehleranzeigen ergeben kön- stante praktisch unendlich groß gemacht worden ist nen. bleibt das Relais 120 so lange erregt, bis durch Betäti

Um derartige Fehler unter bestimmten Betriebsbe- 55 gen der Taste 130 eine Rückstellung erfolgt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

^'' 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 ¹S 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-Gatten, für das Schutzrelais verbunden ist.

2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwuten 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 weiteten 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 gekennzpichnet, 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 auf schaltbar 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, ] 37) 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 νοκ Materialproben aus Metall °und oder der Auswertung der Spektrallinien der mittels der Funkenentladungen erzeugten Beugungsspektren.

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