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Verfahren zur Messung bzw. Uberwachung geringer Leitfähigkeiten
Bei
der Messung geringer Leitfähigkeiten interessiert meist weniger der Widerstand selbst
als der äußere Einfluß, der diesen Widerstand verändert. Der Widerstand ist dann
ein Maß für die Stärke dieses äußeren Einflussles. Dieser Fall liegt z. B. in der
Strahlungsmeßtechnik vor. Hat man einen strahl ungs abhängigen Widerstand (z. B.
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Photozelle, Ionisationskammer, Zählrohr), dann ist die Größe dieses
Widerstandes ein Maß für die Intensität der Strahlung. Durch Messung der Leitfähigkeit
dieses Widerstandes kann die Intensität der Strahlung verfolgt bzw. bei zeitlicher
Integration die Strahlungsdosis bestimmt werden. Da viele Strahlen gesundheitsschädlich
sind und für diese Schädlichkeit in erster Linie die wirksame Dosis maßgebend ist,
beschränkt sich in solchen Fällen die Messung darauf, daß durch die Anordnung das
Erreichen einer bestimmten Dosis angezeigt wird.
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Hierfür sind eine Reihe von Schaltungen bekannt.
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Häufig werden Elektrometer, die mit einer Ionisationskammer (Photozelle
usw.) und einer Spannungsquelle in Reihe oder parallel geschaltet sind, verwendet.
Je nach Schaltung lädt sich das Elektrometer bei Vorhandensein von Strahlung auf
(Auflademethode), oder das aufgeladene Elektrometer entlädt sich (Entlademeffiode).
Beides geht um so schneller, je stärker die Strahlung und je geringer die Kapazität
der Anordnung ist. Bei
Erreichen einer gewissen Ladungsmenge auf
dem Elektrometer kann dieses dann ein Signal auslösen (sogenanntes Hammerdosimeter).
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Bei diesen Anordnungen ist es auch schon bekannt Elektrometer bzw.
Indikatorkondensator in regelmäßigen Zeitabständen in einen bestimmten Ladungszustand
zu versetzen.
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Bekannt sind auch Schaltungen, die sich Elektronenröhren, gasgefüllter
gittergesteuerter Entladungsröhren oder Kaltkathodenröhren, wie z.B.
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Glimmlampen, bedienen. Diese Röhren sind dann parallel zu einem Kondensator
(Indikatorrondensator) geschaltet, der strahlungsabhängig von einer Batterie aufgeladen
wird Diese Anordnung kann so eingestellt werden, daß bei Erreichen einer gewissen
Strahlungsdosis die Spannung am Indikatorkondensator die Zündspannung des Rohres
erreicht.
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Der entstehende Stromstoß kann zur Auslösung eines Signals verwendet
werden.
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Die immer in gewissem Umfang bestehende Dun.kelleitfähigkeit der
Röhren schränkt die Empfindlichkeit derartiger Anordnungen stark ein, auch wenn,
wie ebenfalls bereits bekannt, durch zusätzliche Aufprägung von in gewissen Zeitabständen
erfolgenden Spannungsimpulsen zu der Spannung am Indikatorkondensator diese Nachteile
gemildert werden können. Ein weiterer wesentlicher unid grundsätzlicher Nachteil
aller dieser Anordnungen und Schaltungen ist jedoch der, daß der Inldikatorkondensator
nicht nur über die durch die Meßstrahlung verursachte Leitfähigkeit der Ionisationskammer
aufgeladen bzw. entladen wird, sondern auch durch mangelhafte Isolation oder durch
Ionisation in der Kammer, wie sie sich schon durch Höhenstrahlung oder UV-Strahlung
bildet (Nulleffekt). Es ist bei diesen Geräten also immer eine Frage der Zeit, wann
das Gerät anspricht, auch wenn gar keine Meßstrahlung vorhanden ist, die allein
auslöseberechtigt wäre.
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Ferner sind bei den bekannten Schaltungen keine Maßnahmen vorgesehen,
die nach Ansprechen der Anlage auch wieder abschalten, wenn die Strahlung verschwindet
und die damit wieder eine Empfangsbereitschaft des Gerätes herstellen.
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Schließlich können viele dieser Geräte über die momentane Stärke
der Strahlung (DosisTeistung bzw. Größe der Leitfähigkeit) nichts aussagen, da sie
über große Zeitabstände integrieren.
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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden, d. h. eine
laufende automatische Kontrolle der Leitfähigkeit eines Widerstandes zu gewährleisten,
den erwähnten Null effekt auszuschalten, eine Aussage über die Größe der Leitfähigkeit
(bzw.
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Stärke der Strahlung) zu ermöglichen und die durch vorhandene Dunkel
leitfähigkeit bei Benutzung von Röhren bedingte Beeinträchtigung der Empfindlichket
zu heseitigen.
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Das Verfahren zur Messung bzw. Überwachung von geringen Leitfähigkeiten,
bei dem wie bei einigen der bekannten Verfahren, über die zu messende Leitfähigkeit
ein Kondensator in willlkürlich einstellbaren, regelmäßigen Zeitabständen auf einen
bestimmten Ladungszustand gebracht, d. h. aufgeladen oder entladen wird und seine
Spannung während des anschlieBenxlen, über den zu messenden Widerstand erfolgenden
Entl>de- oder Aufladevorgang geprüft wird, vermeidet diese Nachteile dadurch,
daß erfindungsgemäß die Indikatorkondensatorspannung in regelmäßigen Zeitabständen
gemessen wird, die denjenigen gleich sind, die für die Überführung des Indikatorkondensators
in einen bestimmten Ladungszustand gelten.
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Die mit der zu messenden Leitfähigkeit verbundene Platte des Indikatorkondensstors
kann somit extrem hoch isoliert werden, so daß keine Störung der Aufladung bzw.
Entladung des Kondensators auftreten kann. Es kann also keine Integration des Nulleffektes
erfolgen, die schließlich die Anordnung einmal zum Fehlanzéigen briagen würde. Außerordentliche
Zuverlässigkeit ist die Folge, welche, wenn diese Anordnung z. B. als Warngerät
für radioaktive oder Röntgenstrahlung verwendet werden soll, geradezu von ausschlaggebender
Bedeutung ist. In diesem Fall darf der Nulleffekt eines Intervalls lediglich nicht
größer werden als die geringste eingestellte Ansprechempfindlichkeit der Folgeschaltung.
Man erhält somit eine Schaltung, die - um beim Beispiel eines Strahlenindikators
zu bleiben - zwar eine Dosis messung (Integration über eine gewisse Zeit) zugrunde
legt, bei der die Integrationszeit aber so kurz ist, daß man sie praktisch als Dosisleistungsmessung
ansehen kann. Wird jetzt in der Anordnung der Zeitabstand von einer vollständigen
Entladung bis zur nächsten bzw. von einer Aufladung auf einen festen Wert bis zur
nächsten in an sich bekannter Weise variabel gestaltet, so ergibt sich hierdurch
die Möglichkeit, das den Zeitabstanfd bestimmende Schaltungselement (z. B. Widerstand)
direkt in Leitfähigkeitswerten (Strahlungsstärke) zu eichen bzw. in Zeiteinheiten,
die der noch zulässigen Aufenthaltsdauer eines Menschen in dem Strahlungsfeid entsprechen.
Denn je kürzer die Zeit ist, die dem Indikatorkondensator zur Aufladung (bzw. Entladung)
über den zu messenden Widerstand zur Verfügung steht, desto unempfindlicher ist
des Gerät.
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Anstatt einer nachfolgenden Schaltung, die praktisch ein Relais mit
einer definierten Ansprechempfindlichkeit darstellt, kann auch die Spannung am Indikatorkondensator
im Moment der periodiischen Abtastung gemessen oder auch zu Steuerzwecken verwendet
werden. Dies läßt sich z.B. auch so durchführen, daß man den jeweiligen Entliadungsstrom
des Indikatorkondensators bestimmt.
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Im einzelnen sei die Erfindung an Hand der Abb. I bis 7 näher erläutert.
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Abb. I stellt eine Schaltung nach der Auflademethode dar. Der Indikatorkondensator
2 wird über den zu messenden Widerstand 1 durch die Batterie 3 aufgeladen. Der Schalter
4 (Taktschalter) legt in regelmäßigen Zeitabständen einen Spannung messer 8 mit
parallel geschaltetem Widerstand 9 (Entladungswiderstanzd) an den Indikatorkondensator.
Die Größe des Entladungswiderstandes ist gegebenenfalls durch Hinzufügen von weiteren
zeitabhängigen Gliedern soibemessen, daß die sich er-
gebende Zeitkonstante
für den Meß- bzw. Entladevorgang zuerst eine fehlerfreie Messung der Indikatorkondensatorspannung
und nachfolgend eine vollständige Entladung des Indiekatorkonldens;ators über den
Entladewiderstand während der Dauer der Anschaltung ermöglicht. An Stelle eines
Spannungsmessers mit parallel geschaltetem Widerstand kann auch ein Spannungsmesser
mit einer entsprechend bemessenen Eingangsimpedanz verwandt werden, die die Rolle
des Entladewiderstandes übernimmt.
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Abb. 2 entspricht Abb. I, nur daß als Spannungsmesser eine Glimmlampe
11 mit Hilfseiektrode 12 verwandt ist. Die Glimmlampe liegt an der Batterie 3, deren
Spannung zwischen der Lösch-und Zündspannung der Glimmlampe 11 liegt. Die sich zur
Hilfselektrode erstreckende Zündstrecke liegt parallel zum Entladewiderstand 9.
Je nach dem zeitlichen Abstand, in dem der T-aktschalter 4 die Zündstrecke und den
Entladewiderstand an den Indikatorkondensator legt, zündet die Lampe, und die Indikatorkondensatorspannung
gleicht sich über die Brennstrecke aus, oder die Lampe zündet nicht, und die Indikatorkondensatorspannung
gleicht sich über den Entladewiderstand g aus.
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Um die Lampe nach der Zündung wieder zum Erlöschen zu bringen, whrd,
wie in Abb. 3 gezeigt, bei Zündung der Lampe ein Rela; 14 erregt, das die Batterie
3 durch den Schalter I3 für kurze Zeit von der Anordnung abschaltet. Danach ist
dile Anordnung wieder meßbereit.
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Bei der in Abb. 4 gezeigten Schaltung wird der Indikatorkondensator
2 über den ZU messenden Widerstand I und einen Gleichrichter 19 (in Durchlaßrichtung)
aufgeladen. In diesem Stromkreis liegt außerdem der schon bekannte Schalter 13.
Ferner erhält die als Spannungsmesser geschaltete Glimmlampe In (ohne Hilfselektro;die)
von der schon zur Aufladung des Indikatorkon,densators 2 dienenden Batterie 3 über
denselben Gleichrichten 19 (ebenfalls in Durchlaßrichtung) eine zwischen der Zünd-und
Löschspannung liegende Vorspannung. In dem Glimmlampenstromkreis liegen noch die
schon bekannte Relaisspule 14 und wiederum der Schalter 13. Durch den Taktschalter
4 wird die Spannung des Indikatorkondens ators in regelmäßigen Zeitabständen an
den Sperrwiderstand des Gleichrichters gelegt, so daß auf die Glimmlampe II nun
die Summe von Batteriespannung und Indikatorkondensatorspannung wirkt. Durch die
Vorspannung wird also die Empfindlfchkeit der Anordnung erheblich gesteigert, da
nun schon eine kleine Spannung am Indikatorkondensator eine Zündung der Glimmlampe
bewirkt. Für die Größe des Sperrwiderstandes, der hier die Rolle des Entladewiderstandes
spielt, gelten dieselibenBetrachtungen wie für den Entladewiderstand in den vorhergehenden
Schaltnxngen (z. B. Abb. I).
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Abb. 5 stellt dieselbe Schaltung, jedoch mit nachgeordneter Alarmeinrichtung
dar. Bei Abschaltung der Spannungsquelle3 durch den schon bekannten Schalter 13
legt sich dessen Schalterarm an einen Kontakt c an und schließt dadurch einen Stromkreis,
der eine Batterie 15 und eine Glühlampe I6 enthält. Die Glühlampe leuchtet als Alarmzeichen
kurzzeitig auf.
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Abb. 6 ist eine Wiederholung von Abb. 5, jedoch mit Darstellung der
Taktgeberschaltung. Diese ist eine Kippschwingungsschaltung und besteht aus einem
Kondensator I8, der von der Batterie 3 über einen veränderbaren Widerstand I7 aufgeladen
wird. Bei Erreichen einer bestimmten Spannung entlädt sich der Kondensator 18 über
die Relaisspule 20 und die Glimmlampe 21. Relaisspule 20 betätigt Taktschalter 4.
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Die Schaltung kann so ausgebaut werden, daß man durch den Taktgeber
den Widerstand 17 bei jeder Taktgebung - etwa durch ein Schrittschaltwerk - ein
Stückchen verstellen läßt, so daß die Empfindlichkeit der Anordnung größer wird,
bis die Gk mml. tmpe II anspricht, wodurch man den auf den Widerstand 17 wirkenden
Verstellmechanismus wieder abschalten läßt. Die Stellung des Widerstandes I7 ist
dann ein Maß für die Größe des zu messenden Widerstanldes I bzw. für die Intensität
der ihn beeinflussenden Strahlung. Widerstand I7 kann in Einheiten der Strahlungsintensität
geeicht werden oder in Zeiteinheiten, die der noch zulässigen Aufenthaltsdauer eines
Menschen in dem betreffenden Strahlungsfeld entspricht.
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Bei den bisher gezeigten Schaltungen war der Alarmstromkreis stets
nur ganz kurze Zeit eingeschaltet. Man kann es jedoch auch so einrichten, daß der
Aiarmstromkreis dauernd oder auch nur bis zu einer der nächsten Schaltungen des
Taktgebers geschlossen bleibt. Wenn der Alarinstromkreis geschlossen bleiben soll,
so kann man das den Alarm auslösende Relais 14 (Abb. 6) noch mit einer weiteren
im Alarmstromkreis liegenden Wicklung 22 versehen, so daß sich bei Alarmauslösung
der Relaisanker I3, aus der Batterie 15 gespeist, mit der Wicklung 22 selbst in
der Lage c hält. Das in diesen Stromkreis eingeschaltete Signal (z. B. die Lampe
I6) ist dauernd in Tätigkeit. Soll der Alarmstromkreis z. B. durch die nächste Schaltung
des Taktschalters wieder geöffnet werden, dann kann man, wie in Abb. 7 gezeigt,
noch einen Kondensator 23 großer Kapazität vorsehen, der durch die Batterie 3 aufgeladen
wird und sich bei Abschaltung der Batterie 3 durch den Schalter 13 in den G.limmlampenstromkreis
entlädt. Durch diese Maßnahme wird der Arm des Schalters I3 mindestens so lange
an dem Kontakt c gehalten, bis Taktschalter 4 wieder den Kontakt d, seinen Rubekontakt,
berührt.
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Jetzt hält sich Relaisanker 13 wieder, aus der Batterie 15 gespeist,
mit Wicklung 22 selbst in der Lage c. Der Alarmstromkreis bleibt also so lange geschlossen,
bis er nach Ablauf eines Zeitintervalls durch den Taktschalter 4, durch den der
Alarms stromkreis an einer weiteren Stelhe regelmäßig geschlossen und unterbrochen
wird, wieder unterbrochen wird, wonach die Anordnung erneut meßbereit ist.
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Die Schaltungen gemäß der Erfindung, von denen im vorstehenden einige
Beispiele gegeben wurden, können nicht nur zur Anzeige von Strahlungen dienen, sondern
z. B. auch zur Aussortierung hoch-
obimiger Widerstände, zur Isolationsüberwachung
oder zur Diebstahlsicherung. Sollen sie für den letzteren Zweck verwendet werden,
dann N rd als zu überwachender Widerstand der Widerstand zwischen Tastleitern oder
zwischen Tastleitern und Erde benutzt, so daß sich bei Berührung des Tastleiters
durch einen Menschen der Ind!ikatorkonidensator ü!her den menschlichen Körper auflädt
bzw. entlädt.
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Zur Prüfung und Justierung der Anordnung kann ein bekannter Widerstand
benutzt werden, der an Stelle des zu messenden durch eine Taste eingeschaltet wird.