DE2800925C3

DE2800925C3 - Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke oder der Oberflächendichte von blattförmigen und ähnlichen Werkstoffen

Info

Publication number: DE2800925C3
Application number: DE19782800925
Authority: DE
Inventors: Moris Lvovi&ccaron; Kiev Gomberg; Gennadij Pavlovi&ccaron; Konovalenko
Original assignee: UKRAINSKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT CELLJULOZNO-BUMAZNOJ PROMYSLENNOSTI (UKRNIIB) KIEV SU
Current assignee: UKRAINSKIJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT CELLJULOZNO-BUMAZNOJ PROMYSLENNOSTI (UKRNIIB) KIEV SU
Priority date: 1978-01-10
Filing date: 1978-01-10
Publication date: 1981-09-17
Also published as: DE2800925A1; DE2800925B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur berührungslosen Messung der Dicke oder der Oberflächendichte von blattförmigen und ähnlichen Werkstoffen unter Anwendung von radioaktiven Strahlungsquellen und kann für technologische Kontrollmesssungen bei der Produktion von Papier, Textilien, Folien und ähnlich geformten Stoffen benutzt werden.

Unter blattförmigen Werkstoffen versteht man nicht nur eigentliche Blätter aus verschiedenen Stoffen, sowohl biegsamen als auch steifen, sondern auch Folien, Bänder sowie hohle Erzeugnisse, bei denen der zu prüfende Abschnitt der Wand derartiger Erzeugnisse als Abschnitt eines Flachkörpers, wie beispielsweise ein Blatt betrachtet werden kann.

Es sind verschiedene Einrichtungen zur Messung der Dicke oder der Oberflächendichte der blattförmigen und ihnen ähnlichen Werkstoffen, sogenannte Dicken- und Dichtenmesser bekannt. Die Wirkungsweise dieser Einrichtungen beruht auf der Messung des Grades der Absorption einer ionisierenden Strahlung von dem zu prüfenden Werkstoff. Bei derartigen Einrichtungen werden die Quelle der ionisierenden Strahlung und der Strahlungsdetektor zu beiden Seiten des blattförmigen Werkstoffes angeordnet. Zur Gewährleistung ihrer Synchronbewegung in Quer- Und Längsrichtung bezug* lieh des zu prüfenden Werkstoffes ist ein spezieller Abtaster vorgesehen. Bei Benutzung dieser Einrichtungen werden sehr strenge Anforderungen an die Einhaltung einer konstanten gegenseitigen Anordnung der Strahlungsquelle, des Detektors und des zu prüfenden Werkstoffes gestellt. Dies ist dadurch bedingt, daß bei der Kontrollmessung von Werkstoffen mit geringer Dicke die Masse der Luftschicht in den Meßräumen mit der Blattmasse vergleichbar ist und jede Änderung dieser Meßräume, d. h. eine Verschiebung der Strahlungsquelle bezüglich des Detektors in der Meßebene zu Meßfehlern führt Die Erfüllung dieser Forderung führt zur Komplizierung der konstruktiven Ausführung des Abtasters, was Schwierigkeiten bei dessen Montage und seinem Betrieb hervorruf" und die Kosten des ganzen Gerätes bedeutend steigert.

Bei der Prüfung von blattförmigen Werkstoffen unterschiedlicher Dicke sind Strahlungsquellen von verschiedener Aktivität und Energie erforderlich. Um eine ausreichende Empfindlichkeit bei der Prüfung von Werkstoffblättern mit geringerer Dicke zu gewährleisten, wird eine Strahlungsquelle mit weicher (energiearmer) Strahlung, bei der Prüfung von Werkstoffblättern mit größerer Dicke eine solche mit harter (energiereicher) Strahlung benutzt

Es sind auch Einrichtungen bekannt, deren Wirkungsweise auf der Messung der vom zu prüfenden Werkstoff rückwärtigen ionisierenden Strahlungsstreuung beruht Bei diesen Einrichtungen sind die radioaktive Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor an einer Seite des zu prüfenden Werkstoffes angeordnet, und die Stabilität ihrer geometrischen Anordnung ist durch eine starre konstruktive Ausführung des Gebers gesichert. Obwohl derartige Einrichtungen eine konstruktive Vereinfachung des Mittels der Synchronverschiebung

der Strahlungsquelle und des Strahlungsdetektors ergeben, weisen sie jedoch eine Reihe von Mängeln auf. Wegen geringer Intensität der rückwärtigen Streustahlung ist man gezwungen. Detektoren mit hoher Empfindlichkeit anzuwenden, die durch eine geringe Stabilität und eine engbegrenzte Lebensdauer gekennzeichnet sind.

Weiterhin werden bei diesen Einrichtungen strenge Anforderungen an die Stabilität des Spielraumes zwischen dem Werkstoff und dem Geber gestellt, da

eine Änderung des Spielraumes eine scheinbare Änderung des zu prüfenden Kennwertes infolge der Verschiebung eines Teiles der rückwärtigen Streustrahlung außerhalb der Registrierungszone hervorruft. Die Meßergebnisse sind ebenfalls von der Zusammensetzung des /u prüfenden Werkstoffes abhängig.

Es ist eine Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke oder der Oberflächendichte von blattförmigen Werkstoffen und Folien bekannt (DE-PS 21 39 847). Die angegebene Einrichtung enthält eine an der Seite des zu prüfenden Werkstoffes angeordnete und zur Erzeugung des Flusses der ionisierenden Strahlung bestimmte Strahlungsquelle, eine magnetische Vorrichtung zur Ablenkung der den Werkstoff durchdringenden ionisierenden Strahlung und für ihren wiederholten Durchgang durch diesen Werkstoff, sowie einen Strahlungsdetektor, der an derselben Seite des Werkstoffes wie die Strahlungsquelle angeordnet ist und die den Werkstoff durchdringende Strahlung empfängt. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung beruht auf der Messung des Grades der Doppelabsorption des Strahlungsflusses vom Werkstoff.

Eine kennzeichnende Besonderheit der bekannten Einrichtung besteht darin, daß zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor an derselben Seite des zu prüfenden Werkstoffes ein Magnet angeordnet ist, dessen magnetisches Feld so orientiert ist, daß es bei def Wechselwirkung mit den Teilchen der ionisierenden Strahlung diese in gekrümmten Bahnen in das

empfindliche Volumen des Strahlungsdetektors ablenkt, wobei die Teilchen gemäß ihren Energien dispergiert werden. Diese Einrichtung kennzeichnet sich durch eine höhere Empfindlichkeit zur Oberflächendichte und eine höhere Genauigkeit als bei einmaligem Durchdringen, was durch die Doppelabsorption der Strahlung vom blattförmigen Werkstoff und die geringere Empfindlichkeit gegen Fehler bedingt ist Die Einrichtung zeichnet sich bei Benutzung einer einzigen Strahlungsquelle durch einen weiten Meßbereich aus, da die Änderung der Meßbereiche nicht nur durch das Auswechseln der Strahlungsquelle, sondern durch die Anordnung des Strahlungsdetektors im Bereich eines bestimmten Energieniveaus der Dispergierung von Teilchen in Abhängigkeil von der Werkstoffdicke vorgenommen wird.

Als Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes kann ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet benutzt werden, dessen Abmessungen und Lage bezüglich des Werkstoffes so gewählt sind, daß das Gebiet der optimalen Induktion des magnetischen Feldes an der anderen Seite des zu orüfenden Werkstoffes liegt.

Die durch die bekannte technische Lösung bedingte Anordnung des Magnetsystems zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor gestattet es nicht, die Aktivität der Strahlungsquelle effektiv auszunutzen, da in diesem Fall das magnetische Feld eine Form aufweist, bei der die einen bedeutenden Teil des lonisationsstroms erzeugenden energiearmen Teilchen im Raum zwischen den Magnetpolen nicht zum Detektor gelangen. Die energiereichen Teilchen stehen mit dem magnetischen Feld nur in einem geringen Abschnitt der Flugbahn in Wechselwirkung, und es kommt dazu, daß die magnetische Feldstärke nicht ausreicht, um die den Werkstoff durchdringenden Teilchen ausreichend abzulenken, so daß sie in die Umgebung zerstreut werden. Durch den Strahlungsdetektor werden somit nur die Teilchen mit mittleren Energien aus der Menge der abgelenkten registriert. Daher wird die bekannte Einrichtung zum Schutz des Betriebspersonals mit einem Schutzschirm mit einer Blende versehen, die den Anteil mittlerer Energie »ausschneidet«. Infolge dessen muß man zur Gewährleistung der erforderlichen Meßgenauigkeit hochaktive Strahlungsquellen verwenden, die e^;ne Komplizierung der Abschirmung fordern. Es ist aber unmöglich, das Problem der effektiven Ausnutzung der Aktivität der Strahlungsquelle durch Erhöhung der magnetischen Feldstärke durch Vergrößerung der Abmessungen des zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor angeordneten Magneten zu losen. Dies ist dadurch bedingt, daß die Vergrößerung der Abmessungen des Magneten in diesem Fall zur Entfernung der Strahlungsquelle vom Detektor, d. h., zur Verlängerung der Flugbahn der ausgestrahlten Teilchen in der Luft führt, was eine noch größere Streuung des abgelenkten Strahlungsflusses hervorruft und eine durch die Änderung der Parameter der Umgebungsluft: der Temperatur, der relativen Feuchtigkeit und des Druckes hervorgerufene nachteilige Einwirkung ausübt. Zur Verminderung der Abhängigkeit der Meßergebnisse von den Änderungen der Parameter der Strahlungsquelle und dem umgebenden Medium mit der Zeit, ist in der bekannten Einrichtung die Möglichkeit des An-Schlusses eines zusätzlichen Detektors vorgesehen, der nur in der Zone der unmittelbaren den Werkstoff nicht durchdringenden Strahlung angeordnet ist. Die Ausstattung der Einrichtung mit zusätzlichen Elementen führt jedoch zur Komplizierung ihrer konstruktiven Ausführung, zur Vergrößerung ihrer Masse una Abmessungen und gestatten es nicht, die Aktivität der Strahlungsquelle effektiv auszunutzen.

Zweck der Erfindung ist es, die angegebenen Nachteile zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke oder der Oberflächendichte von blattförmigen und ihnen ähnlichen Werkstoffen zu schaffen, in der durch Verkürzung der Flugbahn der Teilchen der ionisierenden Strahlung von der Strahlungsquelle bis zum Strahlungsdetektor sowie dank einer effektiven Gestaltung des magnetischen Feldes die Meßgenauigkeit und die Effektivität der Ausnutzung der Aktivität der Strahlungsquelle erhöht werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale seines kennzeichnenden Teils gelöst.

Diese konstruktive Ausführung <.<■. κ Einrichtung zur berührurigslosen Messung der Dicke od.r der Oberflachendichte von blattförmigen und ihnen ähnlichen Werkstoffen gestattet es, die Strahlungsquelle und den Detektor einander maximal anzunähern, was zur Verkür;jng der Flugbahn der Strahlungsteilchen bei der Bewegung in der Luft führt, wodurch die Streuung des Stahlungsflusses und die Einwirkung der Schwankungen der Luftparameter vermindert werden, während die Umfassung des gesamten Raumes über der Strahlungsquelle von dem magnetischen Feld den Teil des zum Detektor gewendeten Strahlungsflusses wesentlich vergrößert und die Meßgenauigkeit dadurch erhöht.

Die magnetische Vorrichtung kann aus zwei Sektionen ausgeführt sein, von denen eine die Strahlungsquelle und die andere den Strahlungsdetektor umfaßt. Die die Strahlungsquelle umfassende Sektion kann so ausgeführt sein, daß es möglich ist, den Abstand zwischen seinen ['ölen zu ändern, wodurch die magnetische Feldstärke in diesem Gebiet in Abhängigkeit von der Dicke des zu prüfenden Werkstoffes bzw. der Energie der Strahlungsquelle anpaßbar wird.

Zur Vergrößerung der Zone dei Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Feld und den Strahlungsteilchen in der ganzen Flugbahn ihrer Bewegung und zum Erreichen der effektivsten Ausnutzung der Strahlungsquelle auf dieser Grundlage ist es zweckmäßig, den Strahlungsdetektor in der Richtung der Dispergierung der Strahlung ausgedehnt auszuführen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F:^.! eine Strukturskizze der erfindungsgemäß ausgeführten Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke oder dtr Oberflächendichte von blattförmigen oder ihnen ähnlichen Werkstoffen;

Fig. 2 eine Ansicht jer in Fig. 1 gezeigten Einrichtung von der Seite des zu prüfenden Werkstoffes;

Fig.3 eine Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung in Richtung A;

Fig,4 eine Ansicht der in Fig. I gezeigten Einrichtung in Richtung B;

F i g. 5 eine Ansicht der Einrichtung zur Messung der Dicke oder der Oberflächendichte von blattförmigen oder ihnen ähnlichen Werkstoffen gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung von der

Seite des zu prüfenden Werkstoffes, bei dem die Quelle der ionisierenden Strahlung der Anschaulichkeit halber abgenommen ist;

Fig.6 den senkrechten stufenweisen Schnitt VI-VI durch die in F i g. 5 dargestellte Einrichtung;

Fig. 7 den Schnitt VII-VII durch die in Fig.6 dargestellte Einrichtung.

Wie in den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, enthält die Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke oder der Oberflächendichte von blattförmigen oder ihnen ähnlichen Werkstoffen eine Strahlungsquelle I₁ die in einer Schutzkammer 2 untergebracht ist, welche ein Fenster 3 aufweist und an einer Seite des zu prüfenden Werkstoffes 4 angeordnet ist. Das Fenster 3 dient zur Richtung der Strahlung auf den zu prüfenden Werkstoff 4. Die angegebene Einrichtung enthält weiter eine marrnohc^ito VArrioKliinit ¹Z ^i ta -rnr ΛΙ^ΙαηΙ/ιιππ Λ α ι* riort

Werkstoff durchdringenden Strahlung mit dem Zweck ihres wiederholten Durchgangs durch diesen Werkstoff dient. Die magnetische Vorrichtung 5 besitzt als Polschuhe 6 (Fig.3, 4) ausgebildete Pole. Die magnetische Vorrichtung 5 kann als Permanentmagnet oder als Elektromagnet ausgeführt sein. An der gleichen Seite des Werkstoffes, an der die Strahlungsquelle 1 (Fig. 1) angeordnet ist, befindet sich der Strahlungsdetektor 7, der zum Empfang der Strahlung dient, die den Werkstoff 4 in umgekehrter Richtung ein zweites Mal durchdringt. Der Strahlungsdetektor 7 ist eine Ionisationskammer mit einem Lastwiderstand 8. der mit dem ^o Eingang des Verstärkers 9 verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Registriergerät 10 unmittelbar verbunden ist.

Die Strahlungsquelle 1 und der Strahlungsdetektor 7 sind zwischen den als Polschuhe 6 ausgebildeten Polen der magnetischen Vorrichtung 5 angeordnet.

Gemäß einer in Fig. 5, 6 und 7 dargestellten Ausführungsvariante enthält die magnetische Vorrichtung 5 zwei Polsektionen, von denen eine den Strahlungsdetektor 7 umfaßt und Polschuhe 6 besitzt, während die andere die Strahlunesauelle 1 umfaßt und Polschuhe 11 besitzt, deren Abstand zur Regelung der magnetischen Feldstärke im Anordnungsgebiet der Strahlungsquelle 1 veränderlich ist. Zu diesem Zweck sind die Polschuhe 11 mittels Schrauben 12 an Gleitsteinen 13 angebracht, die in einer Nut 14 gleitbar angeordnet sind. Die Verschiebung der Gleitsteine 13 wird mit Hilfe einer doppelseitigen Spindel 15 durchgeführt, die durch in den Gleitsteinen 13 vorgesehene Gew'ndebohrungen geführt wird, die entsprechend ein Rechts- und ein Linksgewinde haben. Die Spindel 15 ist gegen axiale Verschiebung durch eine Leiste 16 gesichert, wie es in Fig.5 und 7 am anschaulichsten gezeigt ist Die Strahlungsquelle 1 (F i g. 7) ist auf einer Stütze 17 montiert Die Abmessungen und die Stärke der magnetischen Vorrichtung 5, die Abmessungen und die Form der Polschuhe 6 und 11 sowie der Abstand zwischen den Poischuhen 11 werden derart gewählt daß die magnetische Feldstärke sowie die Zone der Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Feld und den den Werkstoff 4 durchdringenden Teilchen zum Durchdringen der Teüchen durch den Werkstoff im Bogen in umgekehrter Richtung in den Strahlungsdetektor 7 ausreichend sind

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung sind der Strahlungsdeektor 7 und die Polsektion der magnetischen Vorrichtung 5. der ihre

³⁵

-to Polschuhe 15 umfaßt, in der Ausbreitungsrichlurtg der Teilchen Hüsgedehnl ausgeführt, wie dies in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist Diese konstruktive Ausführung des Strahlungsdetektors 7 ermöglicht es, die Zone der Wechselwirkung der Strahlungsteilchen tn-rl dem magnetischen Feld zu vergrößern, diese in den Strahlungsdetektor abzulenken und die Aktivitäl: der Strahlungsquelle auf diese Weise mit größerei¹ Effektivität auszunutzen.

Zur Veranschaulichung der Streuung des Strahlungsflusses ist :in den Zeichnungen die mittlere Flugbahn seiner Bewegung gezeigt, da bei der Ablenkung des Strahlungsflusses in gekrümmter Bahn das magnetische Feld die· Dispergierung der Teilchen gemäß ihren Energien bewirkt. In Fig. 1 ist dies in Form von Flugbahnen dieser Teilchen entsprechend den Energien EK E, E² dargestellt. Hierin bedeuten: £' das niedrige. E das mittli're und F* das hnhp Fnergicüiiveau

Die Einrichtung enthält weiterhin Stromversorgungsquellen und andere Hilfsmittel, die in der Zeichnung nicht dargestellt und nicht ausführlich beschrieben werden, da sie bekannt sind.

Die Wirkungsweise der Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke oder der Oberflächendichte von blattförmigen oder ihnen ähnlichen Werkstoffen ist wie folg;.

Die du"i*h das Fenster 3 der Schutzkammer 2 auf den zu prüfenden Werkstoff 4 gerichtete radioaktive Strahlung von der Strahlungsquelle 1 durchdringt den Werkstoff, wird vors diesem teilweise absorbiert und gelangt in das von der magneticchen Vorrichtung 5 erzeugte magnetische Feld. Im magnetischen Feld werden die Teilchen mit niedriger Energie abgelenkt, sie bewegen sich in Flugbahnen mit größerer Krümmung, während die Teilchen mit hoher Energie schwächer abgelenkt werden, so daß ihre Flugbahnen eine geringere Krümmung aufweisen. Auf diese Weise erfolgt die Ausbreitung der Teilchen gemäß ihren Energieniveaus und ihre Ablenkung für den wiederholten Durchgang durch den Werkstoff in den Strahlungsdetektor 7. In Abhängigkeit von der Dicke des zu prüfenden Werkstoffes ändert sich der Grad der Strahlungsabsorption, was entsprechend zur Änderung der Stärke des Ionisationsstroms im Strahlungsdetektor 7 und folglich zur Änderung der Spannung am Lastwiderstiind 8 führt. Die Änderung der Spannung am Lastwiderstiind 8 wird über den Verstärker 9 von der in Einheiten der Dicke oder der Oberflächendichte geeichten Registriervorrichtung 10 registriert.

Dank de- dargestellten Anordnung der Strahh /"gsquelle und des Strahlungsdetektors in der erfindungsgemäßen Einrichtung können sie maximal einander angenähert werden. Daraus resultiert eine Steigerung der Meßgenauigkeit die dadurch bedingt ist daß die Strahlungstrilchen am Weg von der Strahlungsquelle bis zum Strahlungsdetektor eine kürzere Strecke zurücklegen müssen; es vermindern sich die durch Änderung der Parameter der Umgebung, beispielsweise der Temperatur der Luft des Drucks, der relativen Feuchtigkeit usw. verursachten Fehler, und es steigt ebenfalls die Effektivität der Ausnutzung der Aktivität der Strahlungsquelle durch Vergrößerung der Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Feld und den Teilchen in tier ganzen Flugbahn und dadurch auch der Ausnutzung sowohl des energiearmen, als auch des energiereichen Strahlungsteils. In der beschriebenen Einrichtung können eine Strahlungsquelle mit niedriger Aktivität ein Strahlungsdetektor und eine magnetische

Vorrichtung mit kleinen Abmessungen angewendet werden. Dieser Umstand führt seinerseits zur Vereinfachung der Gestaltung des Strahlenschutzes, zur Verminderung der Masse und der Abmessungen des die Strahlungsquelle, den Strahlungsdetektor und die magnetische Vorrichtung enthaltenden Dickengebers.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 28 OO 925

1. Einrichtung zur berührungslosen Messung der Dicke oder der Oberflächendichte von blattförmigen oder ähnlichen Werkstoffen, die eine zur Erzeugung eines Flusses der ionisierenden Strahlung dienende Strahlungsquelle, eine magnetische Vorrichtung zur Ablenkung der den zu prüfenden Werkstoff durchdringenden Strahlung und ihren wiederholten Durchgang durch diesen Werkstoff und einen Strahlungsdetektor, der die zum zweiten Mal den zu prüfenden Werkstoff durchdringenden Strahlung empfängt, enthält, die an einer Seite des zu prüfenden Werkstoffes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (1) und der Strahlungsdetektor (7) zwischen den Polen der magnetischen Vorrichtung (5) angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Vorrichtung (5) zwei Polsektionen enthält, von denen eine die Strahlungsquelle (l)un.d die andere den Strahlungsdetektor (7) umfaßt.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlungsquelle (1) umfassende Polsektion der magnetischen Vorrichtung (5) Polschuhe (6) enthält, die so ausgeführt sind, daß ihr gegenseitiger Abstand geändert werden kann.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strahlungsdetektor (7) umfassende Polsektion der magnetischen Vorrichtung (5) in Richtung der Ausbreitung der Strahlungsteilchen aurgedehr' ausgeführt ist.