DE9321526U1 - Radiometrische Meßvorrichtung für Dickenmessungen - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine radiometrische Meßeinrichtung für das berühungslose Messen der Oberflächendichte oder der Dicke eines ebenen Produkts.

Unter einem ebenen Produkt wird jedes Produkt, jedes Material oder jedes Object verstanden, das fest, pastös oder viskos ist und das eine Dimension aufweist, die als Dicke bezeichnet wird, die wesentlich kleiner ist als die beiden anderen Dimensionen des Produkts, nämlich die Länge bzw. Breite. Vorzugsweise aber nicht ausschließlich werden unter flachen Produkten im Sinne der vorstehenden Erfindung Bänder oder Beschichtungen verstanden, deren Länge die Breite übersteigt, seien sie kontinuierlich oder diskontinuierlich, beweglich oder fest, bei-

2Q spielsweise wie sie bei verschiedenen industriellen Prozessen erhalten werden und bei denen die Oberflächendichte oder das Gewicht kontaktlos gemessen werden soll oder auch die Dicke bei gegebener Volumendichte.

Beispielsweise und nicht beschränkend kann ein ebenes Produkt im Sinne der vorstehenden Erfindung sein:

- eine Platte, ein Band oder ein Metallblech, wie diese Produkte in der Metallurgie oder beim Bearbeiten von

gQ Metallen erhalten werden,

ein Kunststoffilm mit mehr oder weniger bedeutender Dikke, vorzugsweise aber mit geringer Dicke, beispielsweise in der Größenordnung von einigen 10 Mikron,

- ein dünner Überzug, beispielsweise die Grundlage für Spannteppiche oder Bodenbeläge,

ein Kautschukblatt,

- ein Papierblatt,

- ein Gewebe,

- eine Glasplatte,

- eine Platte oder eine Beschichtung aus agglomerierten Holzteilchen.

Im Sinne der vorstehenden Erfindung kann ein flaches Produkt auch eine Schicht aus einem gegebenen Material sein, das auf einem flachen Träger abgeschieden ist und von dem man wie vorstehend erläutert die Oberflächendichte oder die Dicke messen will.

Allgemein gesagt weisen berührungslose radiometrische Meßvorrichtungen die folgenden Merkmale auf:

·,,- - Einen Sender für eine elektromagnetische Strahlung oder für einen Teilchenstrom, dessen Quelle sich an der einen Seite des zu messenden flachen Produkts befindet, wobei die Strahlung oder der Strahlenstrom auf das Produkt gerichtet wird,

- einen Empfänger für die Strahlung oder für den Strahlenstrom, dessen Detektor sich in Bezug auf das flache, zu messende Produkte bezogen auf die Strahlenquelle auf der Seite befindet, daß das Produkt durchstrahlt wird, oder der Empfänger nimmt die vom Produkt gestreuten Strahlen auf, und zwar in beiden Fällen in geschwächter Form, wobei der Detektor ein Meßsignal abgibt,

eventuell einen mechanischen Träger, der den Empfänger oder auch den Empfänger und den Sender relativ zu dem zu messenden flachen Produkt bewegen kann und der diese

QQ Teile trägt,

- eine Verarbeitungseinheit auf Analogbasis oder Digitalbasis für das Meßsignal, um eine Information zu erhalten, die die Oberflächendichte oder die Dicke des flachen Produkts wiedergibt.

Die Änderungen des Meßsignals hängen von der Menge der Teilchen oder Photonen ab, die pro Zeiteinheit nachgewiesen wer-

; den, und von der Energie, die die Teilchen oder Photonen verlieren. Die Schwankungen in der Schwächung des einfallenden Flusses entsprechen dem durchgelassenen oder reflektierten Fluß. Diese werden mit den Schwankungen in der Dicke oder mit dem Gewicht des flachen Produkts korreliert und folglich ermöglicht das Meßsignal, die Dicke oder das Gewicht (spezifische Gewicht) des flachen Produkts zu messen.

Es sind zwei Typen derartiger Meßvorrichtungen bekannt, die jQ der vorstehenden Definition entsprechen:

- Der erste Typ arbeitet im Durchstrahlungsverfahren. Er weist einen Empfänger auf, dessen Detektor sich an der anderen Seite des flachen, zu messenden Produkts befindet, und zwar bezogen auf die Strahlenquelle, um die vom

₁g Produkt abgeschwächte Strahlung zu empfangen,

- der zweite Typ arbeitet mit Rückstreuung und weist einen Empfänger auf, dessen Detektor sich an derselben Seite wie die Strahlenquelle befindet, bezogen auf das flache zu messende Produkt, um die Strahlung aufzunehmen, die in

2Q abgschwächter Form vom flachen Produkt reflektiert wird.

Die Meßvorrichtungen mit Rückstreuung werden vor allem eingesetzt, um die Dicke einer Beschichtung zu messen, die sich auf einem Träger befindet, oder auch die Dicke eines flachen Produkts, das nur von einer Seite her zugänglich ist, beispielsweise aus Fabrikationsgründen.

Für radiometrische Messungen gibt es zwei Typen von Sendern, nämlich

OQ - Sender für Photonenstrahlen (Röntgenstrahlen X oder Gammastrahlen &ggr;), d. h. also mit einer Wellenlänge, die im wesentlichen zwischen 5 &khgr; 10"⁴ und 5 ran liegt.
Sender für ,Teilchenstrahlen (/3-Strahlen; positive oder negative Elektronen), oder auch für &agr;-Strahlen (Heliumkerne).

^ ; Eine der wesentlichen Beschränkungen der bekannten Meßvorrichtungen, die auf Strahlenbasis arbeiten, ist die Meßgenauigkeit.

Verschiedene Faktoren beeinflussen die Meßgenauigkeit. Bei den heute gebräuchlichen Geräten ist der Hauptgrund für die Ungenauigkeiten in den statistischen Schwankungen der ausgesendeten Strahlungen begründet. Die Teilchen oder Photonen werden zufällig ausgesendet und die Menge der pro Zeiteinheit ausge-2Q sendeten Strahlung kann also schwanken.

Die auf den statistischen Schwankungen beruhenden Ungenauigkeiten hängen von der Dicke des flachen Produkts ab, von der Art und den jeweiligen Anteilen der Atome, die das flache ,p- Produkt ausbilden, und auch von der Art der verwendeten Strahlung, schließlich auch vom Emissionsgrad der Strahlenquelle und von der Meßzeit:

Die Meßzeit und der Emissionsgrad der Quelle sind zwei miteinander verbundene Größen. Wenn N die mittlere Anzahl 2Q der pro Zeiteinheit ausgesendeten Partikel ist und T die Meßzeit, so beträgt die Gesamtmenge der pro Zeiteinheit ausgesendeten Teilchen NT. Die Aussendung eines Teilchens ist vom Charakter "alles oder nichts". Der Spannentyp bei diesem Mittel gehorcht also einem binominalen Gesetz und ist also gleich VNT. Die Meßgenauigkeit ist also eine Funktion dieses Parameters VNT.

- Die anderen Parameter - Dicke des flachen Produkts, Art des flachen Produkts, Art des Senders - tragen ebenfalls zur Genauigkeit der Messung bei, und zwar mit der Fähig-₃q keit, die das flache Produkt hat, die einfallende Strahlung zu absorbieren.

Bezüglich der Dicke kann gesagt werden, daß, wenn es sich um geringe Dicken handelt, daß dann die das flache Produkt durchgg querende Strahlung das Produkt praktisch nicht "sieht". Die durchgelassene Strahlung ist daher sehr nahe gleich der einfallenden Strahlung. Daraus ergibt sich ein Meßsignal, das

wenig repräsentativ ist für die Dicke des flachen Produkts. Ganz entgegengesetzt wird bei dicken Gegenständen die Strahlung praktisch angehalten und im flachen Produkt absorbiert. Jetzt ist also die gestreute oder durchgelassene Strahlung zu schwach, um ein Meßsignal zu ergeben, das für die Dicke des flachen Produkts signifikant ist. In beiden Fällen ist die Meßgenauigkeit also sehr schlecht.

Bezüglich der Art des Senders kann folgendes ausgeführt werden. Wenn die Teilchen oder Photonen zu durchdringend sind, so ist die Wahrscheinlichkeit, daß sie mit dem flachen Produkt reagieren, vernachlässigbar. In diesem Fall können daher die einfallende Strahlung und die durchgelassene Strahlung beide sehr nahe benachbart sein. Umgekehrt, wenn die Teilchen oder Photonen sehr wenig durchdringend sind, dann ist die durch-

gelassene Strahlung ein vernachlassigkbarer Bruchteil der einfällenden Strahlung.

In Bezug auf die Art des flachen Produkts kann folgendes ausgeführt werden. Die Wahrscheinlichkeit der Reaktion hängt von der Art der Bestandteile des flachen Produkts ab. Beispielsweise Röntgenstrahlen reagieren sehr empfindlich auf diese Zusammensetzung. Bei konstanter Dicke und für dieselben Röntgenstrahlen kann man eine praktisch vernachlässigbare Reaktionswahrscheinlichkeit haben oder auch umgekehrt kann man

auch praktisch sicher sein, je nach der Natur und Art des flachen Produkts. Auch hier ist in beiden Fällen die Genauigkeit sehr schlecht.

Folglich, wenn die Art und die mittlere Dicke eines flachen Produkts bekannt sind, kann eine gute Genauigkeit erhalten werden, wenn der Typ des Senders und dessen Energie geeignet ausgewählt werden, wobei der beste Kompromiß getroffen werden muß einerseits zwischen der Strahlungsintensität der höchsten Strahlung und den Kosten für die Strahlung und andererseits zwischen der längstmöglichen Meßzeit und den Anforderungen an die Meßgeschwindigkeit und an eine gute Regelung beispiels-

• ·

weise,

Die folgende Tabelle erläutert die Meßgenauigkeit bei einigen typischen Fällen, wobei statistische Schwankungen berücksichtigt wurden. (Die einfallende Strahlung ist gleich 10⁷ Photonen X pro Sekunde und die Meßzeit beträgt 10 ms.)

Werkstoff	X-Strahlen-	10	10	Dicke (jum)	Meßgenauig
	energie (keV)				keit (%)
Polypropylen	4			5	9
			100	1.1
			500	0.53
	4	5	(vernachläs
			sigbare Ab
			sorption)
		100	8.1
		500	1.75
Aluminium		5	0.83
		100	(Strahlung
		vollständig
		absorbiert)
	500	(Strahlung
		vollständig
		absorbiert)
	5	9.4
	10	0.65
	500	0.511

Die Meßvorrichtungen für eine Strahlung (Röntgenstrahlung X) benutzen als Strahlenquellen Radioisotope. Unter Berücksichtigung der zahlreichen zur Verfügung stehenden Strahlenquellen erscheint es möglich, das Radioisotop in Abhängigkeit von der

. I Art und/oder von der Dicke des zu messenden flachen Produkts auszuwählen, um nach den obigen Prinzipien ein Meßsignal zu erhalten, das tatsächlich repräsentativ für die Oberflächendichte oder für die Dicke ist. Jedoch ist man sehr häufig sehr c weit vom Optimum der Meßgenauigkeit entfernt, das man theoretisch erreichen könnte. Die Gleichung flaches zu messendes Produkt/radioisotopische Strahlenquelle ist selten optimal. Das beruht darauf, daß relativ wenige Isotope verwendet werden können. Wenn auch theoretisch mehrere Hundert Radioisotope in -₀ Frage kommen und wenn auch der Bereich der zur Verfügung stehenden Energien sehr breit ist, so schränken doch mehrere Bedingungen drastisch die Anzahl der praktisch zur Verfügung stehenden Radioisotope ein:

- Die Lebensdauer, die von der radioaktiven Periode wiedergegeben wird; man benötigt eine relativ lange Periode für industrielle Anwendungen (wenigstens ein Jahr); sehr zahlreiche Radioisotope haben Perioden, die von einigen Millisekunden zu einigen Minuten reichen, auch zu einigen Stunden oder Tagen,

_on - man muß eingegossene (ungefährliche) Radioisotope finden; es ist notwendig, daß die Aktivität der Quelle ausreicht; Quellen mit Aktivitäten von einigen Mbq können beispielsweise nicht benutzt werden.

Die Gesamtheit dieser Bedingungen verringert die Anzahl der zur Verfügung stehenden Radioisotope auf etwa ein Dutzend im Fall von auf Radioisotopen beruhenden Meßvorrichtungen. Heute kennt man die folgenden Radioisotope:

Radioisotopen	Strahlung	Flaches Produkt
quelle	Typ Energie*	(beispielsweise)
Promethium 147	&bgr; 0,23 MeV	Dünne Kunststoffe
		typisch von 5 bis
		13 0 &mgr;&eegr;
Krypton 85	&bgr; 0,67 MeV	dickere Kunst
		stoffe
		0 - 1200 g/m2
Eisen 55	&khgr; 5,9 keV	Magnetoxide
		auf Polyester
		(0-50 &mgr;&idiagr;&eegr;)
		Aluminiumblatt
		(O-lOO/Mi)
Strontium 90	&bgr; 2,2 MeV	dicke Kunststoffe
		200-7000 g/m2
Curium 144	x 15/19/22 keV	dünne Metallblätt-
		chen, beispiels
		weise Aluminium
		(0-5 mm)
Americium 241	&khgr; 60 keV	Stahlblätter
		(0,5 mm)
		Kautschuk
Caesium 137	&ggr; 661 keV	dicke Metallblät
		ter
Kobalt 60	&ggr; 1,17/1,33	sehr dicke Metall
	MeV	blätter

(*) für /3-Strahlen wird die maximale Energie des Emissionspektrums angegeben.

Wenn es sich um ein flaches Produkt mit verhältnismäßig geringer Dicke handelt, beispielsweise um ein Kunststoffblatt mit einer Dicke von etwa 10 Mikrometer, so können lediglich ßp· Strahlenquellen als Radioisotopen-Strahlenquellen verwendet werden. Eine annehmbare Genauigkeit kann nur bei Verwendung von Promethium 147 erreicht werden. ß-Strahlen von Krypton 85 beispielsweise sind schon zu durchdringend für diesen Einsatzzweck. Ganz dasselbe trifft zu auf Strahlen (Röntgenstrahlen) von Eisen 55, deren Energie bei 5,9 keV liegt und dies sind viel zu stark durchdringende Strahlungen für die Messung dünner Kunststoffe. Die einzige Rontgenstrahlenquelle, die eine genaue Messung ermöglicht, ist Calcium 4 0 (in der Größenordnung von 4 keV) , aber hier wiederum ist die Intensität viel zu

schwach.
15

Aber die Verwendung von Promethium 147 hat auch Nachteile, die im folgenden erläutert werden.

Zunächst muß darauf hingewiesen werden, daß /3-Teilchen mit verhältnismäßig geringer Energie empfindlich auf die Luftsäule reagieren, die zwischen der Strahlenquelle und dem Kunststoffblatt besteht und auf die Luftsäule, die zwischen dem Kunststoffblatt und dem Detektor vorliegt, weil die gleichen Teilchen einen Teil ihrer Energie in Luft verlieren. Das Emissionsspektrum der /3-Strahlen ist kontinuierlich - es geht von der Energie Null bis zu einer maximalen Energie - und das Maximum der Energieverteilung liegt etwa auf einem Drittel der Maximalenergie; eine Luftsäule hält alle /3-Strahlen geringer Energie im unteren Teil des Spektrums an. Folglich reagiert

das empfangene Meßsignal empfindlich auf Schwankungen in der

Luftdichte und also auch auf Temperaturschv/ankungen. Eine derartige Abhängigkeit kann nicht vernachlässigt werden, insbesondere wenn sie im Umfeld der Produktion auftritt, wo Wär-„ mequellen oder Kältesysteme in der Nähe der Meßvorrichtung vorhanden sein können, mit der die Dicke gemessen werden soll.

j ' Der Meßbereich ist auch relativ begrenzt; er liegt zwischen etwa 5 und 13 0 &mgr;&igr;&agr;, wodurch jedwede Standardisierung der Meßvorrichtungen für einen fühlbaren Meßbereich unmöglich wird.

Darüber hinaus diffundieren die ß-Teilchen mit geringer Energie und gehen zu fühlbaren Anteilen in der Luft verloren. Auch wenn daher der Abstand zwischen der Strahlenquelle und dem Detektor verhältnismäßig gering ist, beispielsweise in der Größenordnung von 2 bis 3 cm Durchmesser, und auch bei einer ^q gut fokussierten Strahlenquelle (0,5 cm Durchmesser beispielsweise) , so empfängt der Detektor eine geschwächte Strahlung mit einem Querschnitt oder Spot in der Größenordnung von 4 5 cm Durchmesser. Das macht eine räumliche Auflösung, die besser als die letztgenannten Werte ist, unmöglich. Weiterhin,

bei zahlreichen industriellen Prozessen, die kontinuierlich Ib

ablaufen, und bei denen die Dickemessung zu Regelzwecken eingesetzt wird, müssen die Messungen in kurzen Intervallen erfolgen, beispielsweise in der Größenordnung von 2,5 cm. Auch hier handelt es sich also um eine bedeutende Einschränkung _n beim Einsatz von /3-Strahlenquellen.

Es muß auch darauf hingewiesen werden, daß die Streuung und die Dispersion der ß-Strahlen bei deren Weg in der Luft und in der Materie ebenfalls die Meßgenauigkeit verringern. Desgleichen sind auch die statistischen Schwankungen bei der Aussendung der ß-Strahlen, wie vorstehend erläutert, eine Quelle für Ungenauigkeiten. Insoweit besteht auch ein statistischer Fehler, der auf dem zufälligen Charakter der Interaktion der ß-Strahlen beruht:

- Der Energieverlust eines jß-Strahls bei einem bestimmten Weg verteilt sich um einen mittleren Wert,
es besteht eine sehr große Dispersion beim Weg der ß-Strahlen, ausgehend von der Quelle, was sich sehr stark auf den Energieverlust auswirkt,

gg - die Winkeldispersion der ß-Strahlung spielt hier ebenfalls eine Rolle wie auch die Anzahl der ß-Strahlen, die in den Detektor eindringen zufällig ist, mit einer Dis-

persion um den Mittelwert, die absolut nicht mehr vernachlässigt werden kann.

Man muß auch darauf hinweisen, daß, wenn man Promethium-Quellen mit konsequenter Aktivität (bis 0,5 Ci) erhalten kann, dies schlußendlich immer noch zu geringe Aktivitäten oder Strahlungsintensitäten sind, beruhend auf den vorstehend diskutierten statistischen Effekten, insbesondere für flache Produkte relativ geringer Dicke, wie Kunststoffolien mit einer Dicke von etwa 10 &mgr;&pgr;&igr;.

Wie vorstehend erläutert gilt folgendes, und zwar sowohl für eine Photonenquelle X wie auch für eine Teilchenquelle &bgr; &igr; Je kleiner die Ansprechzeit ist, um so größer muß die Aktivität oder Strahlungsintensität der Quelle sein, wenn man eine riehtige Genauigkeit erzielen will, beispielweise eine Genauigkeit kleiner als einige Prozent, und dies unabhängig von der Dicke des flachen und zu messenden Produkts.

Auch sind typische Transportgeschwindigkeiten für Kunststoffbänder oder Kunststoffilme sehr hoch und können beispielsweise Lineargeschwindigkeiten in der Größenordnung von 10 m pro Sekunde erreichen.

_?F- Berücksichtigt man eine derartige Geschwindigkeit, so ist die Meßzeit oder die Antwortzeit der Meßvorrichtung im allgemeinen kürzer oder gleich 2 0 ms, um ein gutes Abtasten des sich bewegenden Bandes zu erreichen und/oder um eine ausreichende Anzahl von Messungen zwischen zwei Steuerungsorganen für die Dicke durchzuführen.

Als Beispiel sei erläutert, daß eine Promethium-Strahlungsquelle eine maximale Aktivität von 0,5 Ci hat, was einem abgegebenen Strahlenfluß von 1,85 &khgr; 10¹⁰ Teilchen pro Sekunde entspricht. Berücksichtigt man den festen Winkel für die Streuung der Teilchen und die Absorption dieser Teilchen in der Luftsäule zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor, so kön-

nen nur noch &Igr;&Ogr;⁸ Teilchen den Detektor erreichen. Unter Berücksichtigung bekannter mathematischer Beziehungen, die die Meßgenauigkeit in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit des Eindringens der betrachteten Teilchen wiedergeben, und zwar bei einem bekannten Material, ferner unter Berücksichtigung der Dicke des durchstrahlten Materials, der Meßzeit und der Anzahl der pro Sekunde nachgewiesenen Teilchen, wenn das Material sich nicht zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor befindet, und unter Berücksichtigung des zufälligen Effekts, der aus der Interaktion der Strahlung mit der Materie beruht, kann man berechnen, daß es unter diesen Bedingungen unmöglich erscheint, ausreichend genau zu messen und eine Meßgenauigkeit kleiner oder gleich einige Prozent und eine Meßzeit kleiner oder gleich 20 ms zu erhalten. Dies wird auch durch die Spezifikationen bestätigt, die die Konstrukteure bekannter Meßvorrichtungen angeben. Typischerweise gibt es hier eine Meßgenauigkeit von 6 % bei einer Anspruchzeit von 100 ms, wobei Promethium 147 verwendet wird, und zwar für einen Kunststoffilm mit einer Dicke vom 5 Mikron. Bei 2 0 ms fällt die Meßgenauigkeit auf 13,5 % ab und bei 10 ms · beträgt sie 19 %, immer bezogen auf den gleichen Kunststoffilm.

Weiterhin hat die Verwendung einer radioaktiven Strahlenquelle zahlreiche Nachteile bei ihrem Einsatz und dieser Gesichtspunkt geht noch über das vorstehend gesagte hinaus.

Man benötigt eine offizielle Genehmigung für den Betrieb radioaktiver Strahlenquellen oder künstlicher Radioelemente.

- Die Stahlenquellen müssen homolog sein,

- ihre Verwendung ist nur unter Beachtung strenger Sicherheitsvorrichtung möglich, usf.

Immer noch bezogen auf radiometrische Meßvorrichtungen zum berührungslosen Messen können zwei Typen von Empfängern aufgeführt werden, die bis heute vorgeschlagen oder beschrieben wordne sind, nämlich:

- Meßvorrichtungen mit einem Detektor, der aus einer Ionisationskammer besteht,

- Meßvorrichtungen mit einem Photomultiplikator.

Eine Ionisationskammer ist ein Detektor ohne innere Verstärkung. Jede Interaktion im Gas der Ionisationskammer konkretisiert sich durch das Erscheinen einer gewissen Anzahl von Elektronen/Ionen-Paaren. Wenn die Anzahl der Interaktionen ausreicht, wird eine ausreichende Anzahl von Paaren erzeugt, jQ um einen meßbaren Elektronenstrom abzugeben.

Der Hauptvorteil der Ionisationskammer ist ihre große Stabilität wie auch ihre Robustheit.

, p- Im Gegensatz dazu hat die Ionisationskammer zwei Nachteile:

- Ionisationskammern müssen minutiös hergestellt werden. Insbesondere muß man sorgfältig darauf achten, daß die metallischen Wände vor dem Einfüllen des Gases geeignet desorbiert werden. Dies ist sehr zeit- und kostenaufwen^dig/

- der zweite Nachteil beruht darauf, daß die Wanderung der

Ionen im Gas relativ langsam vonstatten geht. Dies hat zur Folge, daß die Ansprechzeit bei diesem Detektorentyp begrenzt ist. Andererseits bei sehr hohen Strömen sammeln 2g sich die Ionen und die sich daraus ergebenden Aufladungen im Raum können die Zuverlässigkeit der Messung stark beeinträchtigen.

Ein Photomultiplikator ist ein Detektor mit interner VerstäroQ kung, weil ein auswertbares Meßsignal ausgehend von der Interaktion eines einzigen Teilchens erhalten werden kann. Der sich daraus ergebende Strom ist aber wenig stabil, weil der innere Verstärkungsvorgang statistischen Schwankungen unterworfen ist.

Dieses Problem der Stabilität kann man beseitigen, indem die Ereignisse individuell gezählt werden. Jedoch in sehr vielen

; 14

■ Fällen, insbesondere wenn das flache Produkt sehr dünn ist, ergibt es sich, daß eine Zählung überhaupt unmöglich ist, und zwar weil aus Gründen der Meßgenauigkeit höhere Strahlungsintensitäten notwendig sind, nämlich höher 10⁶ Teilchen pro

g Sekunde. Jenseits dieses Werts ist es sehr schwierig, ein System zu realisieren, das eine zuverlässige Zählung ermöglicht.

Zusammengefaßt kann also als Ergebnis der erschöpfenden techjQ. nischen Untersuchung radiometrischer berührungsloser Meßvorrichtungen für die Oberflächendichte oder für die Dicke eines ebenen Produkts festgestellt werden, daß heute keine zufriedenstellende technische Lösung erhältlich ist, um die Dicke eines relativ dünnen Kunststoffblatts oder -films zu messen, . c beispielsweise in der Größenordnung von etwa 10 &mgr;&idiagr;&eegr;, wobei das Material kontinuierlich transportiert wird, welcher Sachverhalt bei industriellen Produktionsverfahren sehr häufig anzutreffen ist, so daß heute käufliche derartige Meßvorrichtungen nicht für alle Einsatzgebiete zufriedenstellend arbeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit deren Hilfe es möglich ist, die Grenzen herkömmlicher Meßvorrichtungen zu überschreiten, und zwar in Bezug auf einen „[- dünnen, kontinuierlich transportierten Kunststoffilm, wobei die Erfindung auf dieses Einsatzgebiet aber nicht beschränkt sein soll.

Erfindungsgemäß hat man zunächst entdeckt, daß im vorstehend erläuterten schwierigsten Fall eine Strahlung X (Röntgenstrahlung) verwendet werden kann, wobei die Eigenschaften aber fühlbar abgeändert werden bezogen auf diejenigen, die bisher für das kontaktlose Messen eingesetzt wurden.

g₅ Man kann tatsächlich von einer Entdeckung sprechen, weil man sehr gut weiß, daß die Schwächung einer Strahlung X in einem Material mit der Ordnungszahl Z des Materials abnimmt. Bei

j ! herkömmlichen Kunststoffen mit verhältnismäßig niedriger Ordnungszahl und insbesondere bei gewissen dieser Kunststoffe (beispielsweise bei Polypropylen) liegt Wasserstoff in einem hohen Anteil vor und man kann daher erwarten, daß ein Kunst-

[- toffmaterial praktisch transparent für eine Strahlung X ist und daher sich jedwede Dickemessung verbietet.

Es ist aber ein Teil der vorliegenden Erfindung, erkannt zu haben, daß durch Anpassung der Merkmale der Strahlung X diese ,Q eingesetzt werden kann, und zwar auch für den vorstehend erläuterten schwierigsten Fall, aber auch für die anderen üblichen Meßanwendungen.

Erfindungsgemäß besteht diese Anpassung in folgendem:

Für einen Sender der Strahlen X, der aus einer Röntgenstrahlenröhre besteht, wird eine besondere Antikathode ausgewählt derart, daß das Material, aus dem diese besteht, eine Ordnungszahl Z gleich oder größer als 50 hat,

vorzugsweise größer als 70, daß das Material weiterhin &Dgr; U

eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt und einen erhöhten Schmelzpunkt; diese Bedingungen, zusammen mit der Notwendigkeit, ein marktübliches Material einzusetzen, begrenzt in der Praxis die Möglichkeiten auf Wolfram (Z = 74, thermische Leitfähigkeit &rgr; = 1,77 WcItT¹K"¹, Schmelzpunkt p.f. = 3410° C) und eventuell auch auf Tantal (Z = 73, &rgr; = 0,574 WCm^-1K"¹, p.f. = 2996°C) , auf Rhenium (Z = 75, &rgr; = 0,486 Wcm-'K"¹, p.f. = 3180⁰C), auf Iridium (Z = 77, &rgr; = 1,48 WCm-¹K"¹, p.f. = 2410⁰C), auf Platin (Z

3Q = 78, &rgr; = 0,717 WCm-¹K"¹, p.f. = 1772 ⁰C) und auf Gold (Z = 79, &rgr; = 3,19 Wcm-'K"¹, p.f. = 1064⁰C),

Ein Organ für die Einstellung oder Regelung der Spannung zwischen der Kathode und der Antikathode der Röntgenstrahlenröhre vorzusehen derart, daß diese in einem vorbestimmten und relativ niedrigen Spannungsbereich arbeitet (beispielsweise zwischen 3,7 und 5 kV, wenn es sich um die Messung dünner plastischer Filme handelt in der

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&igr; Größenordnung von 10 &mgr;&igr;&agr; Dicke) ,

■ - Es muß auch ein Emissionspektrum für die X Strahlen (Röntgenstrahlen) erhalten werden, das im wesentliche aus einer Bremsstrahlung besteht. Das Spektrum der erhaltenen

p. Röntgenstrahlen ist also kontinuierlich. Es ist zu den hohen Energien durch eine maximal« kinetische Energie der Elektronen begrenzt, die auf das Ziel auftreffen, d.h. durch die Beschleunigungsspannungen zwischen der Kathode und der Antikathode. Wenn im Prinzip auch Röntgenstrahlen

_n sehr niedriger Energie ebenfalls ausgesendet werden, so ist das Spektrum nur oberhalb von etwa 2,5 keV bemerkbar. Die Röntgenstrahlen niedriger Energie werden entweder von der Antikathode selbst oder von dem Ausgangsfenster der Röhre angehalten. Das Spektrum hat keine charakteristischen Strahlen Ka oder KjS, welche Strahlen nur bei sehr

viel höheren Hochspannungen erzeugt werden in der Größenordnung von 7 0 kV und mehr im Fall einer Auftreffplatte aus Wolfram.

Weiter unten wird gezeigt, daß ein solches Spektrum es ermöglicht, einerseits über ein ausreichend intensives Bremsspektrum zu verfügen, dessen Intensität für eine gute Präzision ausreicht, bezogen auf die ins Auge gefaßten Messungen. Des weiteren kann die obere Grenze des Spektrums in Abhängigkeit von dem zu messenden flachen Produkt angepaßt werden und insbesondere in Abhängigkeit von der gewünschten Schwächung, um der gewünschten optimalen Präzision zu entsprechen, und dies ist möglich lediglich durch Abänderung der Spannung Kathode/-Antikathode.

Beispielsweise für sehr dünne Kunststoffilme, beispielsweise aus Polypropylen mit einer Dicke typischerweise kleiner als 300 /xm, beschränkt man sich auf eine Hochspannung zwischen etwa 3,7 und 5 kV. Eine höhere Hochspannung bringt den Nachteil mit sich, Röntgenstrahlen mit Energien größer als 5 keV zu erzeugen, für die der Kunststoff praktisch transparent ist. Eine Hochspannung kleiner als etwa 3,7 keV kann nicht verwen-

det werden, weil, wie vorstehend schon erläutert, die Strah- : lung im Ziel, im Ausgangsfenster der Röhre und im Eintrittsfenster des Detektors geschwächt wird. Weiterhin, weil der Wirkungsgrad der Erzeugung der Bremsstrahlung mit dem Quadrat der Hochspannung schwankt (bei konstantem Anodenstrom) ist die

abgegebene Strahlungsmenge mit Sicherheit nicht ausreichend, wenn die Hochspannung zu klein ist (kleiner als etwa 3,7 keV) .

Die Materialwahl der Ordnungszahl, die für die Antikathode so groß wie möglich sein soll, beruht darauf, daß der Wirkungsgrad der Strahlungserzeugung für die Bremsstrahlung proportional zur Ordnungszahl ist. Ein Ziel aus Wolfram erzeugt etwa 2,5 mal mehr Strahlung als ein Ziel aus Kupfer und vier mal mehr als ein Ziel aus Calcium

beispielsweise.
15

Die Beschränkung auf eine gute thermische Leitfähigkeit und auf einen hohen Schmelzpunkt beruht darauf, daß, abhängig vom jeweiligen Fall, 99 bis 99,99 % der Energie der beschleunigten Elektronen in der Antikathode in Wärme

umgewandelt werden, wodurch diese stets stark erhitzt 20

wird.

Bei einem anderen wichtigen Aspekt der Erfindung, der wirksam mit den vorstehend erläuterten Merkmalen in Bezug auf die Strahlung zusammenarbeitet, ist der Detektor eine Vakuum-Photodiode. Dieses Merkmal umfaßt in an sich bekannter Weise:

einen Szintillationskristall, beispielsweise aus Natriumjodid, der die auf treffende Energie nach der Abschwächung im flachen Produkt in Licht umwandelt,

- eine Photokathode, die das Licht in Elektronen umwandelt, 30

und eine Vakuumröhre mit einer Anode unter geringer Spannung (beispielsweise 20 Volt) , um die Elektronen zu sammeln, wobei man mit Hilfe dieser Mittel ein elektrisches Meßsignal vom Stromtyp erhält.

In Bezug auf die anderen Detektoren, die in der Beschreibungseinleitung diskutiert worden sind, wirkt die Vakuum-Photodiode

i ¹⁸

wie ein Photomultiplikator, aber ohne innere Verstärkung, d.h. also sie arbeitet viel stabiler. Ein derartiger Detektor erscheint voll und ganz für eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung geeignet, weil er genau ist, wenig Platz einnimmt und relativ - schnell auf eine Strahlungsschwankung der empfangenen X-Strahlen reagiert.

Im folgenden wird das Verhalten des Elementenpaars Sender der X-Strahlen/Vakuum-Photodiode untersucht, wobei die charakteristische Emission einer Antikathode mit kleinem Atomgewicht verwendet wird und wobei die Bremsstrahlung eines Ziels mit hoher Ordnungszahl Z vorliegt.

Die Verwendung der charakteristischen Strahlung ist nicht sehr geeignet, wenn das zu messende Material ein dünnes Kunststoff-5

teil ist. Eine charakteristische Strahlung mit sehr niedriger Energie kann ins Auge gefaßt werden, wenn Antikathoden mit einer Ordnungszahl Z nahe 2 0 eingesetzt werden. Die von Materialien mit Ordnungszahlen kleiner als 20 ausgesendeten X-Strahlen sind viel zu stark von den Fenstern der Röntgenstrahlenröhre und des Detektors geschwächt. Daraus folgt, daß die Materialien, die die Aussendung der weichsten X-Strahlen ermöglichen, die mit einer industriellen Anwendung vereinbar sind, das Calcium ist (Z = 20, Ka = 3,7 keV) und Titan (Z = 22, Ka = 4,5 keV). In Bezug auf sehr dünne Plastikteile

(< &Igr;&Ogr;&mgr;&tgr;&eegr;) , so ist die beste Wahl natürlich eine Antikathode aus Calcium. Diese Möglichkeit wurde getestet und die Versuche zeigen, daß das Meßsignal (Meßstrom) auszureichen scheint,

(Fig. 1 zeigt den Strom des Detektors in pA gemessen in Abhängigkeit vom Abstand zwischen dem Sender für die X-Strahlen 30

und dem Detektor gemessen in cm.) mit einer Hochspannung von 9 kV und für einen maximalen Anodenstrom (hier 0,2 mA), wobei das Emissionsspektrum unglücklicherweise von einem großen Anteil der Bremsstrahlung verschmutzt ist. (Fig. 2 zeigt das Energiespektrum in keV der abgegebenen Strahlung.) Die Bremsstrahlung ist zu durchdringend, um an der Messung des dünnen Kunststoffs teilzunehmen, beaufschlagt aber die Fotodiode mit

&bull;ix

&idigr; ~ '" : 19

einer unbrauchbaren Information. Bei der kleinsten Spannung, 5 kV beispielsweise, ist die Abschwächung im Kunststoff viel besser, aber der Strom in der Photodiode ist jetzt schwach (ungefähr 2 5 pA bei einer Entfernung von 4 cm zwischen Röhre

_ und Detektor).

Eine stärkere Rontgenstrahlenrohrung als diejenige, die für die Untersuchungen verwendet wurde, könnte auch benutzt werden. Zur Erleichterung der elektronischen Behandlung muß man Ströme in der Größenordnung von Nano-Ampere anstreben. Man benötigt also eine Röntgenstrahlenröhre, die Anodenströme in der Größenordnung von 5 mA abgibt. Nach Kenntnis der Anmelderin gibt es im Handel keine derartige Röntgenstrahlenröhre, die die Leistung und das Ziel aus Calcium miteinander kombiniert. Es ist aber nicht gesagt, daß eine solche Röhre reali-15

siert werden kann, weil die Schmelztemperatur von Calcium lediglich 839°C beträgt. Jedenfalls ist eine Wasserkühlung notwendig, auch wenn die abgegebene Leistung etwa 20 Watt nicht überschreitet.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung der Bremsstrahlung war auch Gegenstand von Berechnungen und von Tests. In Fig. 3 (Anzahl der Photonen X in Abhängigkeit von der Energie in keV) ist die Form des berechneten Spektrums aufgezeichnet, während die Antikathode aus Wolfram besteht mit einer· Hochspannung von 1,4 kV und mit einem Strom der Wendel von 5 mA. Das Fenster des Detektors entspricht 2 00 ßm Beryllium und das Fenster der Röhre besteht aus 300 &mgr;&idiagr;&eegr; Beryllium. Der Abstand zwischen der Röntgenstrahlenröhre und dem Detektor liegt hier bei 4 cm.

Unter Benutzung derselben Parameter zeigt Fig. 4 den erhaltenen Strom in Ampere in Abhängigkeit von der in &mgr;&tgr;&agr; aufgetragenen Dicke des Kunststoffmaterials (aus Polypropylen), das zwischen Sender und Detektor angeordnet ist. Der Strom liegt

auch hier über 1 nA. Dadurch ist also eine leichtere elektro-35

nische Behandlung der Signale möglich. In Abhängigkeit von der Dicke des Kunststoffilms in /im zeigt Fig. 5 die statistische

j : 20;

Genauigkeit in Prozent. Die Fig. 6 und 7 zeigen die Wirkung einer Schwankung der Hochspannung der X-Röhre von 1/10000 und anschließend des Anodenstroms (1/10000 ist ein sehr realistisches Regelungsniveau). Es ist klar, daß bei allen kumulierten Schwankungen die globale Genauigkeit des Systems größer als einige Prozent ist (ungefähr 2 %) . Fig. 8 schließlich zeigt die Schwankungen des erhaltenen Meßsignals (in &mgr;&ngr;") bei einer Schwankung der Dicke von 1.%, ebenfalls in Abhängigkeit von der Dicke in &mgr;&idiagr;&eegr;. Die kleisten Schwankungen (für die dünnsten Materialien) sind fühlbar größer (um eine Größenordnung) als die kleinste tragbare Schwankung für einen Analog/Digitalwandler von 14 bit und stärker als einer von 16 bit.

Alle Tests und Berechnungen zeigen darüber hinaus, daß die Ergebnisse umso besser sind als die X-Strahlen im Teil des

Bremsspektrums mit niedriger Energie an der Messung teilnehmen. Zu diesem Zweck muß unbedingt die Abschwächung in den Fenstern der Rontgenstrahlenrohre und des Detektors verringert werden. Dies erfolgt dadurch, daß ein Austrittsfenster aus Beryllium verwendet wird, das eine Dicke von 440 &mgr;&pgr;\ bei der Röhre nicht überschreitet und beim Detektor ein zusammengesetztes Eintrittsfenster, das absolut dicht ist, insbesondere wasserdicht, um den Schutz des sehr hygroskopischen NaI sicherzustellen. Das Eintrittsfenster hat für weiche X-Strahlen (> 2,5 keV und < 5 keV) keine Abschwächung, die größer ist als 400 /xm Beryllium und es ist bespielsweise äquivalent 200 &mgr;&idiagr;&eegr; Beryllium.

Die Gesamtheit dieser Ergebnisse zeigt, daß die Verwendung der Bremsstrahlung, die von einer Antikathode mit hohem Atomgewicht (beispielsweise Wolfram) ausgesendet wird, sehr gut an die Messung der Dicke sehr dünnen Materials angepaßt ist, beispielsweise von Kunststoffmaterial mit einer Dicke von etwa 10 &mgr;&igr;&eegr;, unter der Bedingung, daß eine Hochspannung unter einem

geeigneten Wert gehalten wird. Dies trifft natürlich auch auf ob

dickere Materialien zu.

Insgesamt vermeidet die erfindungsgemäße Meßvorrichtung die hauptsächlichen Nachteile der Meßvorrichtungen nach dem ß- ! Strahlprinzip:

Wenn die Meßvorrichtung nicht mehr gebraucht wird, gibt es keine Teilchenstrahlen, wodurch Sicherheitsprobleme fühlbar erleichtert werden. Das gilt auch für Probleme mit dem Schutz und mit behördlichen Vorschriften.

- Die Meßvorrichtung ist wenig temperaturempfindlich, weil praktisch keine X-Strahlen mit Energien kleiner als 2 keV die Röhre verlassen, während ganz im Gegenteil beispielsweise bei einer Strahlenquelle aus Promethium 147 am Ausgang /3-Strahlen mit einer Energie praktisch gleich Null vorliegen.

Die räumliche Auflösung liegt in der Größenordnung von

cm, d.h. sie ist um eine Größenordnung besser als bei 15

herkömmlichen Systemen, die eine Ionisationskammer benutzen.

Der Meßbereich ist sehr groß, weil es genügt, die Hochspannung etwas zu erhöhen, um dickere Materialien messen zu können. Das System ermöglicht typischerweise präzise Messungen in der Größenordnung von Prozenten bei Dicken von 5 &mgr;&idiagr;&eegr; bis zu mehreren Millimetern, abhängig von der Art des Materials.

- Die Meßgenauigkeit hängt viel weniger von der Ansprechzeit ab, wie dies bei herkömmlichen Sytemen der Fall ist,

weil statistische Schwankungen stark verringert sind. Sie hängt aber im Gegensatz dazu vom Niveau der Stabilisierung der Stromversorgung der Rontgenstrahlenrohre ab, welches Niveau sehr fein eingestellt werden kann; bei

sehr dünnen Kunststoffen ermöglicht das System die Ver-30

besserung der Genauigkeit, verglichen mit herkömmlichen Meßsystemen unter Verwendung von Promethium 147 (vgl. Fig. 9) um eine Größenordnung.

Die innere Ansprechzeit der Vakuum-Photodiode ist praktisch gleich Null, verglichen mit derjenigen einer Ioni-35

sationskammer (etwa gleich 0,1 &mgr;&egr;, verglichen mit mehreren Millisekunden).

; " ~" 22 i

, Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung hat eine Meßgenauigkeit, die linear abzuhängen scheint, und zwar sowohl von Spannungsschwankungen der Regelung zwischen Kathode und Antikathode wie auch von Stromschwankungen der Kathode. Diese Linearität ermöglicht es, ggf. Ungenauigkeiten zu korrigieren, die von Versorgungsschwankungen der Rontgenstrahlenrohre hervorgerufen sind.

Erfindungsgemäße Meßvorrichtungen können eingesetzt werden, um _n die Qualität eines flachen Produkts zu kontrollieren, und auch um einen Prozeß oder eine Produktionslinie zu steuern, in welchem Fall sie in ein Steuerungs- oder Regelungssystem des Verfahrens eingebunden sind.

Die erfindungsgemäßen Meßvorrichtungen können auch raumfest arbeiten. In diesem Fall wird die Oberflächendichte oder die Dicke des flachen Produkts in einem einzigen Gebiet gemessen, beispielsweise entsprechend einem Band bei einem flachen Produkt, das kontinuierlich in Längsrichtung transportiert wird.

_n Die Meßvorrichtungen können beweglich eingesetzt werden, beispielsweise alternatierend in einer hin und hergehenden Translationsbewegung oder auch im Durchlauf. Hierbei werden der Sender und der Empfänger der Meßvorrichtung zusammen verschoben, wobei sie einander immer gegenüberliegen, und zwar beidseits des flachen, zu messenden Produkts. In diesem Fall und bei einem Produkt, das in Längsrichtung kontinuierlich zirkuliert, wird die Dicke längs einer Zickzacklinie gemessen.

Fig. 10 zeigt als Beispiel eine praktische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, deren Bauelemente beidseits eines flachen Materials 1 angeordnet sind, das zu kontrollieren ist und das sich in Richtung des Pfeiles F bewegt. Die Rontgenstrahlenrohre ist bei Pos. 2 angedeutet mit ihrer Antikathode 3, ihrer Wendel 4, die die Kathode ausbil_g5 det, und mit ihrem Austrittsfenster 5, das zum flachen Material 1 weist. Die Röhre 2 befindet sich in einem thermostatisierten Gehäuse 6, das an einer Seite des flachen Materials 1

j angeordnet ist. Das Gehäuse 6 schließt die folgenden weiteren Bauteile ein: Eine Baueinheit 7, die eine stabilisierte Hochspannung V abgibt, an die die Antikathode 3 angeschlossen ist, eine Versorgungseinheit 8 für die Wendel 4 und eine Einheit 9 für die Konstanthaltung der Temperatur. Die Einheit 7 regelt die Spannung V, die praktisch an die Spannung zwischen der Kathode 4 und der Antikathode 3 angepaßt werden kann. (Die Spannung der Kathode ist niedrig.)

Auf der anderen Seite des flachen Materials 1 gegenüber dem Austrittsfenster 5 der Röhre 2 ist der Empfänger 10 angeordnet, der einen Detektor 11 für die Röntgenstrahlen aufweist, der in Form einer Vakuum-Photodiode 11 realisiert ist. In an sich bekannter Weise weist die Vakuum-Photodiode 11 ein Eintrittsfenster 12 auf, einen Szintillationskristall 13, der die empfangene Energie in Licht umwandelt, weiter eine Photokathode 14, die das Licht in Elektronen umwandelt und eine Anode 15, die die Elektronen sammelt und die es ermöglicht, ein elektrisches Meßsignal zu erhalten. Der gesamte Empfänger 10 hat auch eine Versorgungseinheit 16 für die Vakuum-Photodiode 11, die der Photodiode eine Spannung +v zuführt, und ein Meßelement 17 für den elektrischen Strom, der am Ausgang der Photodiode 11 anliegt. Die Strahlung der Photonen X (Röntgenphotonen) die von der Antikathode 3 ausgesendet wird, wird zum flachen Material 1 geleitet, das die Strahlung teilweise umwandelt. Der Photonenstrom ist bei Pos. 18 angedeutet. Das Meßelement 17 kann direkt den numerischen Wert für die Dicke des flachen Materials 1 anzeigen.

Claims (6)

24 - Schutzansprüche

1. Radiometrische Meßvorrichtung für das berührungslose Messen der Oberflächendichte oder der Dicke eines ebenen Produkts (l) mit

einer Strahlungsquelle (6) für Röntgenstrahlen, deren Quelle aus einer Rontgenstrahlenrohre (2) besteht, die an einer Seite des flachen Produkts (1) angeordnet ist, und die zu diesem Produkt gerichtet ^ist<

einem Empfänger (10) für die Röntgenstrahlen, dessen

Detektor (11) in Bezug auf die Rontgenstrahlenrohre (2) und in Bezug auf das flache Produkt (1) ausgerichtet ist, um Röntgenstrahlen (18) zu empfangen, die in vom flachen Produkt (1) abgeschwächter Form gestreut oder durchgelassen worden sind, wobei der Empfänger (10) ein Meßsignal abgibt,
ferner ggf. mit einer mechanischen Stütze, die es ermöglicht, die Gesamtheit Sender/Empfänger relativ zu dem zu messenden flachen Produkt zu bewegen, und

mit

- einem Organ für die Behandlung des Meßsignals, um eine Information zu erhalten, die die Oberflächendichte oder die Dicke des flachen Produkts (1) wiedergibt,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Antikathode (3) der Rontgenstrahlenrohre (2) aus einem Material mit einer Ordnungszahl (Z) besteht, die gleich oder größer als 50 ist, vorzugsweise größer als 70, und das eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt und das einen hohen Schmelzpunkt hat, wobei ein Steueroder Regelungsorgan (7) für die Spannung (V) zwischen der

; 25

j Kathode (4) und der Antikathode (3) der Röntgenstrahlen- ! röhre (2) vorgesehen ist, wobei das Organ so ausgelegt : ist, daß es in einem vorbestimmten Bereich relativ niedriger Spannungen arbeitet, um in Übereinstimmung mit der Antikathode (3) ein Rontgenstrahlenspektrum zu erhalten, das im wesentlichen auf eine Bremstrahlung begrenzt ist, deren maximale Energie vom Wert der Spannung (V) zwischen der Kathode (4) und der Antikathode (3) bestimmt ist.

_1Q

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Regel- oder Steuerspannung (V) zwischen der Kathode (4) und der Antikathode (3) zwischen 3,7 und 5 kV beträgt, insbesondere wenn es sich um die Messung von Kunststoffschichten, beispielsweise aus Polypropylen, mit geringer Dicke handelt, typischerweise kleiner als 300 .&mgr;&igr;&agr;.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

&ldquor;_n dadurch gekennzeichnet,

daß das die Antikathode (3) ausbildende Material zwischen folgenden Elementen ausgewählt ist: Tantal (Z = 73), Wolfram (Z = 74), Rhenium (Z = 75), Iridium (Z = 77), Platin (Z = 78) oder Gold (Z = 79).

4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Detektor eine Vakuum-Photodiode (11) ist, die in an sich bekannter Weise einen Szintillationskristall (13) OQ aufweist, der die empfangene Energie in Licht umwandelt, wobei eine Photokathode (14) das Licht in Elektronen umwandelt, sowie eine Vakuumröhre mit einer Anode (15), um die Elektronen zu sammeln und um ein elektrisches Meßsignal zu erzeugen.

!

j

5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, j dadurch gekennze ic h &eegr; e t, ; daß das Austrittsfenster (5) der Röhre (2), die die Röntgenstrahlenquelle darstellt, aus Beryllium besteht, wobei die Dicke des Fensters 400 &mgr;&idiagr;&eegr; nicht überschreitet.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsfenster (12) des Detektors (11) für weiche Röntgenstrahlen (> 2,5 und < 5 keV) keine Abschwächung hat, die größer als ist als diejenige von 400 &mgr;&idiagr;&eegr; Beryllium.