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Verfahren und Einrichtung zum Messen der auf eine bestimmte Wellenlänge
entfallenden Strahlungsintensität eines Ultraviolett-Strahlers
Zum. Messen der Strahlungsintensität
von Ultraviolett-Strahlern hat man l>ereits Fotozellen verwendet, in erster Linie
unter Vorschaltung von Filtern, durch die die Empfindlichkeit derartiger Strahlungsempfänger
auf einen bestimmten Zellen bereich begrenzt werden soll. In vielen Fällen, z. B.
bei Strahlen der biologisch wichtigen Wellenlänge 253,7 mµ, ist jedoch das Messen
der auf eine bestimmte Wellenlänge entfallenden Strahlungsintensität eines Ultraviolett-Strahlers
l>isher nur mit wesentlich komplizierteren Einrichtungen, wie dem Quarzspektrographen
u. dgl., möglich, da es keine Fotozellen und oder Filtergefäße gilt, die allein
für diese Wellenlänge empfindlich sind bzw. diese allein durchlassen. Andererseits
besteht ein großes Bediirfnis nach einem einfachen Meßverfahren und einem entsprechenden
Gerät, das die tyberwachung der Strahlungsintensität von Ultraviolett-Strahlern
hei bestimmten Wellenlängen, inshesondere auch während des Betriebs derartiger Bestrahlungseinrichtungen,
schnell und sicher gestattet.
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Man hat daher auch schon vorgeschlagen, zwei Niessungen mit jeweils
verschiedenen Filtergläsern durchzuführen, von denen das eine Filter noch die Strahlen
der betreffenden Wellenlänge zu einem hohen Prozentsatz durchläßt, während das andere
bei
einem im übrigen praktisch identischen Spektralbereich diese Strahlung gerade nicht
mehr erfaßt.
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Dabei läßt man die zu messende Strahlung nacheinanker durch jedes
der heiden Filter auf eine Fotozelle, z. B. eine Selenzelle, fallen und mißt deren
Fotoströme mit einem Galvanometer. Die Differenz der beiden Galvanometerausschläge
ist dann ein Maß für die Intensität der durch die Filter eingegrenzten Wellenlänge.
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Diesem sogenannten Differenzverfahren haften jedoch verschiedene
Nachteile an, die vor allem dadurch bedingt sind, daß die spektralen Empfijnd lichkeitskurven
der gebräuchlichen Fotozellen, ins-I>esondere von Selenzellen, einmal ein ausgeprägtes
Maximum aufweisen, das außerdem bei allen bisher bekannten Zellen wesentlich oberhalb
der im vorliegenden Fall z. B. besonders interessierenden Wellenlänge von 253,7
miu liegt. Die Empfindlichkeit der Zellen für diese Wellenlänge ist daher verhältnismäßig
gering, so daß. selbst beim Ausmessen einer Strahlung, in der eine solche Wellenlänge
vorliegt, der gesamte Galvanometerausschlag' viel stärker durch die an sich schwächeren,
längeren Wellen der Strahlung beeinflußt wird. Der oft nur sehr geringe U'nterschied
der beiden bei der Differenzbildung voneinander abzuziehenden, diesem gegenüber
relativ großen Meßwert verringert sich daher noch weiter, worunter die Meßgenauigkeit
erheblich leidet.
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Um diese Fehlerquelle wesentlich zu verkleinern, schlägt nun die
Erfindung vor, daß die durch das Filter gegangene Strahlung nicht unmittelbar auf
eine Fotozelle gerichtet wird, sondern zunächst einer fluoreszierenden Schicht und
erst danach von dieser der Fotozelle zuzuführen ist. Auf diese Weise wird durch
den fluoreszierenden Stoff ein großer Teil der Strahlung auchalerjenige der Wellenlänge
253,7 zum in eine Sekundärstrahlung größerer Wellenlänge umgewandelt, für die die
üblichen Fotozellen erheblich empfindlicher sind als für die kürzerwellige Primärstrahlung.
Der prozentuale Anteil des Galvanometerausschlags, der z. B. auf die Wellenlänge
253,7 met zurückzuführen ist, wird daher gegenüber dem Verfahren mit unmittelbarer
Bestrahlung der Zellen beträchtlich vergrößert und damit die Genauigkeit der Differenzbildung
mindestens im gleichen Maße erhöht. Dabei ist es für den Wirkungsgrad derStrahlungswandlung
im wesentlichen unerheblich, ob die Strahlung an der fluoreszierenden Schicht nur
reflektiert wird oder ob sie diese durchdringt und danach sofort auf die Fotozelle
auftrifft, wenn auch das letzte Verfahren eine gedrängtere Bauweise der entsprechenden
Geräte zuläßt. Insbesondere ist es auf diese Weise ohne weiteres möglich, bei der
Messung der Strahlungsintensität einer bestimmten Wellenlänge diese Strahlung in
eine solche zu verwandeln, für die die betreffende Fotozelle gerade ein Maximum
der Empfindlichkeit besitzt.
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Ein weiterer Nachteil des bekannten Differenzverfahrens besteht nun
darin, daß zwischen diesen beiden Teilmessungen mit jedem einzelnen der beiden Filter
eine gewisse Zeit liegt, die zum Austausch der Filter erforderlich ist. Dies führt
besonders dann zu Unzuträglichkeiten, wenn mit zeitlichen Schwankungen der Strahlungsintensität
gerechnet werden muß, z. B. beim Einbrennen einer Quecksilberdampfhochdrucklamye.
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Es wurde nun gefunden, daß sich diese Übelstände ebenfalls beseitigen
und damit insbesondere die im vorstehenden gekennzeichneten erfindungsgemäßen Verfahren
und Einrichtungen weiterhin verbessern lassen, wenn die beiden Filter mit unterschiedlicher
Durchlässigkeitsgrenze eng nebeneinander vorgesehen werden, jedem von ihnen eine
Fotozelle von möglichst der gleichen Strahlungsempfindlichkeit zugeordnet wird und
beide Fotozellen elektrisch gegeneinandergeschaltet werden.
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Das im Stromkreis der Fotozelle liegende Galvanometer mißt dann unmittelbar
die Differenz der Spannungen beider Fotozellen, so daß der Galvanometerausschlag
ein unmittelbares Maß für die Strahlungsintensität einer bestimmten Wellenlänge,
also z. B. von 253,7 m, te, ist. Dabei empfiehlt es sich, auch in diesem Fall die
Strahlung nicht unmittelbar auf die Fotozelle einwirken zu lassen, sondern sie mit
Hilfe von fluoreszierenden Stoffen erst in eine längerwellige Strahlung umzuwandeln.
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Die Genauigkeit dieses Verfahrens ist dann vollauf gewährleistet,
weile die Charakteristik der beiden Fotozellen genau identisch ist, was jedoch licht
immer zutrifft. So ist es möglich, daß bei gleicher Strahlungsintensität der Fotostrom
der einen Zelle größer ist als der der anderen oder daß sich die Kennlinien beider
Zellen trotz anfänglicher völliger Übereinstimmung im Laufe der Zeit in verschiedener
Weise ändern. In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, einer oder
beiden 1 otozellen in deren Strahlengang eine einstellbare 13lende vorzusetzen.
Auf diese Weise kann dann die durchgelassene Gesamtstrahlung ohne Änderung ihrer
spektralen Verteilung beeinflußt werden.
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Einige Einrichtungen zur Durchführung der vorstehend näher gekennzeichneten
Verfahren seien im folgenden an Hand einer auf das wesentlichste beschränkten Zeichnung
mit weiteren Einzelheiten der Erfindung beispielsweise beschrieben. Es zeigt Fig.
I und 2 je ein Gerät zur selektiven Strahlungsintensitätsbestimmung mittels einer
einzigen Fotozelle, und Fig. 3 eine entsprechende Einrichtung mit zwei Fotozellen.
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Bei der Ausführungr des erfindungsgemäßen Geräts nach Fig. I gelangt
ein bestimmter Meßbetrag I der von einem Strahler ausgehenden Strahlung über ein
auswechselbares Filter 3 zu einer fluoreszierenden Schicht 4, von wo der gefilterte
Strahlungsanteil nach seiner Umwandlung in eine längerwell ige Strahlung zu einer
Fotozelle 5 reflektiert wird.
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Diese Fotozelle kann, wie in der Zeichnung angedeutet, aus einer Sperrschichtzelle
hestehen, deren Fotostrom durch ein Galvanometer 6 gemessen wird.
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Selbstverstndlich lassen sich alter statt dessen auch andere bekannte
Fotozellen, insbesondere Vakuum-oder Edelgaszellen, verwenden, so daß deren Einp
findl ichkeit weitgehend den jeweils in Frage
kommenden Wellenlänge@
anzupassen ist. Für die Primrstrahlung sind fiir jede zu messende Zellen länge zwei
Filter vorgesehen, die so ausgewählt sind. laß die zu untersuchende Strahlung gerade
noch zwischen den möglichst eng benachbarten unteren Du @urchlassungsgrenzen beider
Filter liegt.
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IJer rechnerisch zu ermittelnde Differenzbetrag der beiden mit jedem
dieser Filter nacheinander von Galvanometer 6 gemessenen Ausschläge ist alsdanii
ein Maß für die Intensität des Strahlers bei der betreffeuden durch die Filter eingegrenzten
Wellenlänge, wobei tlurcli die erfindungsgemäße Zwischen schaltung der fluoreszierenden
Schicht 4 eine besonders hohe Genauigkeit erzielt wird.
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Zweckmäßigerweise wird die gesamte aus dcii Filtergläsern 3. der
fluoreszierenden Schicht 4, der Fotozelle 5 und dem Galvanmeter 6 bestehende anordnung
in einem gemeinsamen Gehäuse 7 untergebracht, wodurch ein äußerst handliches leicht
transportables Gerät entsteht.
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Tiillen ähnlichen Aufbau weist die weiterhin in Fig. 2 wiedergegebene
Einrichtung aus. Dieser unterscheidet sich jedoch insofern von dem der Fig. 1 wesentlich,
als die gefilterte Strahlung jetzt an der fluoreszierenden Schicht nicht mehr reflektiert
wird, sondern diese durchdringt und dann wiederum nach entsprecender Umwandlung
der Fotozelle zugeführt wird, Zu diesem Zweck ist lici dem wieder schematisch da
dargestellten Ausführungsbeispiel der fluoreszierende Stoff in dem Strahlengang
zwischen Filter 3 niid Fotozelle 5 als Schicht auf einer im übrigen strahlungsdurchlässigen
Platte 8, z. B. einem dünnen Blatt durchscheinenden Papiers, aufgetragen; doch können
bei iii Glasgefäßen angeordntenh Fotozellen mit besonderem Vorteil auch die Glaswandungen
selbst als Schichtträger dienen. Wie ohne weiteres ersichtlich, werden auf diese
Weise die Gesamtabmessungen des Geräts noch kleiner.
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Während tlie iii <leii ig. 1 untl 2 dargestellten Anordnungen
noch zwei Nl Messungen mit jeweiligem Filteraustausch untl einer auschließenden
Zwischenrechnung erfordern. gestattet die Anordnung nach Fig. 3 die sofortige, unmittelliare
Bestimmung der Strahlungsintensität in einem einzigen Arbeitsgang.
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Dies wird durch die gleichzeitige Verwendung von zwei weitestgehend
gleichartigen Fotozellen 5, 5' ermöglicht, von denen jeder ein Filter 3, 3' mit
einer anderen unteren Durchlässigkeitsgrenze vorgesetzt ist, während die die Strahlung
umwandelte Fluoreszenzschicht 8, 8' aus dem gleichen Stoff bestehen.
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Die beiden Fotozellen sind elektrisch gegeneinandergeschaltet, untl
der so entstehende Differenzbetrag beider Zell wi wird in einem einzigen Galvanometer
6 gemessen und gibt bei einem entsprechend geeichten Meßinstrument dann unmittelbar
die 5 trahlungsintensitat <1er von den Filtern eingegrenzten Wellenlänge an.
Außerdem ist vor der einen Zelle 5 oder aucli vor beiden eine veränderliche Blende
9 vorgesehen. um die spektralen Empfindlichkeitskurven beider Zellen jederzeit einander
anpassen zu können.
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Diese Nacheichung selbst kann iii der Weise geschehen, daß man aii
f die ie Meßeinrichtung eine Strahlung auftreffen läßt, die in der zu untersuchenden
Wellenlänge nicht enthalten ist. z. B. die Strahlung einer Glühlampe. Wenn hierbei
das Galvanometer einen Ausschlag zeigt, so werden die Blenden so lange verstellt,
bis dieser Ausschlag Null wird. rvorauf dann die Meßeinrichtung nur noch auf die
zwischen den unterschiedlichen Durchlässigkeitsgrenzen der beiden Filter liegenden
Strahlungen anspricht.
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Bei der praktischen Ausführung der Meßeinrichtungen nach Fig. 3 sollen
tunlichst die beiden Fotozellensysteme, vor allem aber ihre Filter, räumlich dicht
beieinanderliegen, so daß bei der Messung auf beide Systeme dieselbe Strahlungsintensität
auftrifft.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist kieineswegs auf die im vorstehenden
verschiedentlich beispielsweise geiiaiinte Wellenlänge 253,7 m1i beschränkt, sondern
kann uiiter Auswahl geeigneter Strahlungsfilter sinngemäß auch zum Messen der Strahlungsintensität
anderer Wellenlängen verwendet werden.