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Anordnung zur Messung der Absorption von Röntgenstrahlen unter Verwendung
einer röntgenelektnschen Zelle, welche auf das Gitter der einen Röhre einer Röhren-Meßbrücke
wirkt Für die Messung der Intensität von Röntgenstrahlern pflegt man sich einer
röntgenelektrischen Zelle (Ionisationskammer, Zählrohr o. dgl.) zu bedienen und
es ist bereits blekannnt, die betreffende röntgenelektrische Zelle hierbei auf das
Gitter der einen Röhre einer Röhrenbrücke wirken nu lassen; deren andere Röhre am
Abgriff eines Spanmrngsteilers liegt. Für die absolute Intensitätsmessung muß in
diesem Falle der Spannungsabfall an dem genannten Spannungsteiler sehr sorgfältig
konstant gehalten werden, und man pflegt sich für diesen Zweck beispielsweise eines
Glimmröhrenstabilisators zu bedienen.
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Durch die Anwendung von Röntgenstrablen für die Materialprüfung hat
neben der Messung ihrer absoluten Intensität neuerdings auch die Messung ihrer Absorption
eine erhebliche Bedeutung gewonnen. Für die Messung der Absorption bedarf es jedoch
an sich keiner absoluten Intensitätsbestimmung, sondern nur einer relativen Messung
welche das Verhältnis zwischen der einfallenden und der hindurcllgelassenen Strahlung
erkennen läßt. Legt man der Bestimmung dieses Verhältnisses eine absolute Intensitätsmessung
zugrunde. so muß man eine zeitlich konstante Röntgenstrahlung voraussetzen können,
d. h. man muß vor allem für eine sehr sorgsam konstant gehaltene Spannung an der
Röntgenröhre Sorge tragen.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Absorption
von Röntgenstrahlen, bei der sich die Einhaltung einer besonders konstanten Spannung
an der R öntgenröhre dadurch erübrigt, dalj eine geeignete Riicl;-wirkung von Schwankungen
dieser Spannung auf das Meßergebnis in besonders einfacher und zweckmäßiger Weise
erzielt wird. Die Erfindung macht hierbei ebenfalls von einer Röhrenbrücke der eingangs
beschriebenen Art
Gebrauch und besteht darin, daß der zur Steuerung
der Kompensationsröhre dienende Spannungsteiler an der Anodenspannung der vom gleichen
Netz wie die zugehörige Röntgenanlage gespeisten Röhrenbrücke liegt und auf diese
Spannung sowie auf die Kennlinie der Kompensationsröhre derart abgestimmt ist. daß
die von Schwankungen der Netzspannung hervorgerufenen Änderungen der von der Röntgenanlage
ausgehenden Strahlung in ihrer Wirkung auf das Gleichgewicht der Röhrenbrücke ausgeglichen
werden. Eine solche Anordnung vereinigt die meß- und instrumententechnischen Vorteile
einer Röhrenbrücke mit dem überraschenden und für die vorliegende Aufgabenstellung
entscheidend wichtigen Vorteil, daß die durch einen Zuwachs der Betriebsspannung
selbsttätig erzeugte Empfindlichkeitsänderung in weiten Grenzen etwa umgekehrt proportional
zu den Änderungen der Absorptionskontraste verläuft, welche durch das im gleichen
Verhältnis erfolgende Anwachsen der Röntgenspannung hervorgerufen werden.
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Die Erfindung sei in folgenden an hand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Röhrenbrücke, welche l-on den Verstärkerröhren 1 und 2 sowie den
gleich großen Brückenwiderständen 3 und 4 gebildet wird und in deren Brückenzweig
der Strommesser 5 liegt. Das Gitter der Röhre 1 erhält über den Kathodenwiderstand
6 und den Gitterwiderstand 7 seine erforderliche Vorspannung.
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Es wird von der röntgenelektrischen Zelle 8 gesteuert, die mit dem
Gitterwiderstand 7 ill Reihe an den Polen einer Glättungsanordnung liegt, welche
aus einem gesonderten Gleichrichter 9 gespeist wird und aus den Glimmrühren 10 und
11 besteht. Die Glimmröhre 11 ist dabei durch ein hochohmiges Potentinmeter 12 überbrückt,
so daß die wirksame Spannung an den Klemmen der Zelle 8 sehr genau eingeregelt werden
kann.
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Die röntgenelektrische Zelle S kann aus einer Ionisationskammer,
einem Spitzenzähler o. dgl. bestehen. Vorzugsweise bedient man sich eines sog. Zählrohres
mit sehr kurzer Entionisierungszeit und einer entsprechend hohen Impulsfrequenz,
die an den Klemmen des Glättungskondensators 13 eine der mittleren Impoulszahl entsprechende
Steuerspannung für das Gitter der Röhre 1 entstehen läßt.
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Das Gitter der mit der Röhre 1 in Brückenschaltung liegenden Röhre
2 wird einerseits durch den Spannungsabfall am Kathodenwiderstand I4.- andererseits
durch den Spannungsabfall an dem Spannungsteiler 15 .gesteuert, an den dies Gitter
mittels des zweckmäßig verstellbaren Abgriffes 16 gelegt ist.
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Brückenschaltung und Spannungsteiler werden aus einem Gleichrichter
17 betrieben, der über einen Transformator 18 an das gleiche Netz angeschlossen
ist, welches auch die Röntgenanlage speist, deren Strahlung gemessen wird. Vorzugsu-eise
wird der Primärwicklung dieses Transformators eine Eisendrossel 19 vorgeschaltet,
deren Bedeutung unten näher erläutert ist.
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Die beschriebene Schaltung wirkt folgendermaßen: Steigt die Spannung
des speisenden Netzes so steigt die Ausgangsspannung des Gleichrichters 17 in gleichem
Maße. Da die Röhren 1, 2 in Brückenschaltung liegen. wird das Brückeninstrument
5 hierdurch nicht unmittelbar berührt. Dagegen steigt der Spannungsabfall am Spannungsteiler
15, so daß sich das Gitterpotential der Röhre 2 nach positiven Werten hin verschiebt.
Demzufolge sinkt der innere Widerstand der Röhre 2, so daß es eines höheren Stromdurchganges
iii cler röntgenelektrischen Zelle S bedarf. um die Brücke im Gleichgewicht zu halten.
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Durch passende Einstellung des Abgriffes 16 kann man das Gitterpotential
der Röhre 7 innerhalb ihrer Kennlinie derart legen, daß die durch Erhöhung der Röntgenspannung
auf dem Strahlungswege hervorgerufene Steigerung des von der Zelle S aus auf die
Röhre I übertragenden Steuerpotentials durch die Änderung des Gitterpotentials der
Röhre 2 für das Brückeninstrument 5 voll kompensiert wird. Es tritt dann bei Änderungen
der Röntgenspannung keine Nullpunktsverschiebung des Meßgerätes 5 auf.
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Darüber hinaus wird jedoch bei der erfindungsgemäßen Anordnung auch
die Empfindlichkeit der Anzeige der mit wachsender Röntgenspannung gesteigerten
Durchdringungsfähigkeit der Röntgenstrahlung selbsttätig angeglichen. Die durch
eine bestiinmte prozentuale Verschiebung des Brückengleichgewichtes hervorgerufene
absolute Stromänderung im Brückenzweig einer symmetrisehen Brücke steigt bekanntlich
proportional dem Gesamtstromfluß durch die Brücke. Wird die Rückwirkung einer Härteänderung
der Strahlung auf das Brückengleichgewicht in der oben beschriebenen Weise selbsttätig
durch gleichartige Änderungen des Widerstandes zweier syminettiseher Brückenglieder
ausgeglichen, so wird hierdurch gleichzeitig eine der Härtesteigerung weitgehend
entsprechende Steigerung des einer vorgegebenen prozentualen Absorptionb zugeordneten
Instrumentenausschlages, d.h. eine angepaßte Erhöhung der Kontrastempfindlichkeit,
erzielt.
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Wenn also beispielsweise eine bestimmte Wandstärkendifferenz des untersuchten
Werkstoffes bei normaler Röntgenspannung einen Ausschlag von 1 mA am Brückenstrommeßinstrument
5 hervorruft. so wird diese Wandstärkendifferenz auch bei erhöhter Röntgenspannung,
d.
h. gesteigerter Härte und Durchdringungsfähigkeit, trotz des verringerten Kontrastes
wiederum den gleichen Ausschlag von 1 mA erzeugen. Das gleiche gilt bei absinkender
Röntgenspannung, da hierbei der mittlere Stromdruchgang durch die Brücke entsprechend
sinkt und daher trotz steigender Kontraste im Röntgenbild durch die bletreffende
Wandstärkendifferenz wiederum nur ein Ausschlag von 1 mA erzeugt wird.
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Selbstverständlich gelten diese Überlegungen nur für einen begrenzten
Schwankungsbereich, da man im unteren Knick der Röhrenkennlinien arbeiten muß. um
unter Ausnutzung des Verlaufes dieser Kennlinie die gewünschte funktionelle Abhängigkeit
des inneren Röhrenwiderstandes von den Potentialschwankungen am Abgriff des Spannungsteilees
1 5 zu erzielen. Neben reinen Spannungsschwankungen des speisenden Netzes können
sich bekanntlich auch Schwankungen der Netzfrequenz störend auf die Härte der Röntgenstrahlung
auswirken. Denn mit. steiigender Frequenz wächst der Kopplungsgrad zwischen Primär-und
Sekundärwicklung des Röntgentransformators, so daß sich die Spannung an der Röntgenröhre
erhöht. Die gleiche Wirkung tritt natürlich im Transformator 18 auf, so daß auch
diese Störungsquelle durch die erfindungsgemäße Meßanordnung selbsttätig ausgeglichen
werden kann. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß das Kopplungsverhältnis des Transformators
i 8 demjenigen des Röntgentransformators genau entspricht. Da sich diese Bedingung
in der Praxis schwer erfüllen läßt, legt man die Primärwicklung des Transformators
I8 am besten mit einer Drossel 19 in Reihe und stimmt diese Drossel 19 so ab, daß
die Frequenzabhängigkeit der Sekundärspannung des Transformators I 18 mit derjenigen
der zugehörigen Röntgenanlage in Einklang kommt.
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Ein vereinfachtes Schaltungsschema, bei dem die röntgenelektrische
Zelle nicht eingezeichnet und gleichartige Schaltungselemente mit denselben Bezugsziffern
wie in Abb. 1 bezeichnet sind, gibt Abb. 2 wieder. In dieser Schaltung ist der Gleichrichter
17 fortgelassen, so daß die Röhrenbrücke 1 bis 5 unmittelbar am Wechselstromnetz
liegt. Eine solche Schaltung erfordert lediglich die Einfügung der sorgsam abgestimmten
Neutrodynkondensatoren so und 2 1. Um die gewünschte Frequenzabhängigkeit der der
Brückenschaltung zugeführten Spannung zu erzielen, wird die Brücke entweder über
eine aus Transformator und Drossel bestehende Reihenschaltung 18, 19 gemäß Abb.
1 mit Wechselstrom gespeist oder -gemäß Abb. 2 mit einem induktionsfreien Widerstand
22 in Reihe gelegt, zu dem ein zweckmäßig einstellbarer Kondensator 23 parallel
liegt. In beiden Fällen steigt dann die an der Brückenschaltung 1 bis 5 wirksam
werdende Spannung mit wachsender Netzfrequenz in einem Maße, weiches sich durch
passende Einstellung der vorgeschalteten Wechselstromglieder 19, 23 leicht in Einklang
mit der Frequenzabhängigkeit jeder zugeordneten Röntgenanlage bringen läßt.
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Die Anpassung des Wechselstromgliedes 19 bzw. 23 an die Frequenzabhängigkeit
der Röntgenanlage, die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Gerät gebraucht werden
soll, bedarf nur einer einmaligen Einstellung.
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Dagegen muß die richtige Einstellung des Spannungsabgriffes 16 im
Betriebe von Zeit zu Zeit nachgeprüft werden.
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Für diese Nachprüfttng muß im gemeinsamen Netzkreis auf Wunsch eine
Spannungsänderung herbeigeführt werden können, die den betriebsmäßig maximal auftretenden
Spannungsschwankungen entspricht. Man kann zu diesem Zwecke der Röntgenanlage und
dem hierzu parallel geschalteten Meßgerät gemeinsam einen Ohmschen Widerstand oder
eine Drossel vorschalten, die man vorübergehend vergrößert bzw. ganz oder teilweise
überbrückt. Für diese Schaltbandlungen sieht man zweckmäßig eine Druckknopffernsteuerung
am Meßgerät vor, um die Nachjustierung des Meßgerätes zu erleichtern.
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Das Schema einer solchen Anordnung zeigt Abb. 3. Von der Netzleitung
24 sind die Zuleitungen 25 und 26 abgezweigt, an denen das Röntgengerät 27 und das
erfindungsgemäße Meßgerät 28 hinter der Drossel 29 in Parallelschaltung liegen.
Die Drossel 29 ist mit einem Mittelabgriff ausgerüstet. Die er Mittelabgriff und
die Enden der Drossel 29 sind über die Leitungen 30,31,32 zu einem zweiseitigen
Schaltschütz geführt, dessen Schaltmesser 33 im Ruhezustand in Kontakt mit -der
Mittelabzapfung 3 I steht.
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Am Meßgerät 28 sind zwei Druckknöpfe 34 und 35 und ein Drehknopf
36 angebracht. Der Drehknopf 36 dient zur Einstellung des Ahgiiffes 16 am Spannungsteiler
1 5 (vgl. Abb. 1 und 2). Drückt man den Knopf 34 nieder, so wird über die Steuerleitung
37 die Schützspule 38 unter Strom gesetzt und die Drossel 29 somit voll überbrückt.
Drückt man hingegen den Knopf 35 nieder, so wird über die Steuerleitung 39 die Schützspule
40 erregt und die Drossel 29 somit voll eingeschaltet. Wird keiner der beiden Druckknöpfe
berührt, so liegt die Drossel zur Hälfte im gemeinsamen Stromkreis von Röntgenanlage
27 und Meßgerät 28. Man braucht daher nur während der Nachjustierung des Drehknopfes
36 abwechselnd die beiden Druckknöpfe 34 und 35 zu betätigen und hierbei diejenige
Einstellung des drehknopfes 36 aufzusuchen, bei welcher
durch keine
der beiden Druckknopfbetätigungen eine störende Zeigerschwankung am Strommesser
5 hervorgerufen wird, um die angestrebte Abgleichung vorzunehmen. Die einmalige
Anpassung der Drossel 29 an die jeweils verwendete Röntgenanlage erfolgt am besten
mittels eines verschiebbaren Drosselkernes.