DEP0039994DA - Anordnung zum punktweisen Ausmessen von Hochfrequenz-Feldern - Google Patents

Description

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Stärke von Kurzwellen- und Ultrakurzwellenfeldern in der Weite zu ermitteln, daß Testkörper von im Vergleich zur Ausdehnung des Hochfrequenzfeldes kleinen Abmessungen, die aus einem verlustreichen Stoff hergestellt sind, in das Hochfrequenzfeld gebracht und ihr Temperaturgradient gemessen wird. Die vorliegende Erfindung ist eine weiter Ausgestaltung dieses älteren Verfahrens, die eine besondere zweckmässige Ausführung des Testkörpers und der Temperatureinrichtung ergibt.

Es hat isch gezeigt, daß die Messung des Temperaturanstiegs der Testkörper, die möglichst rasch und genau erfolgen muß, mit den üblichen Mitteln nicht ohne weiteres möglich ist. Das Einführen von Temperaturfühlern (Thermoelementen, Widerstandsthermometern, Flüssigkeitsthermometern usw.) in Bohrungen des Testkörpers nach Abschalten des Kurzwellenfeldes ist zeitraubend, so daß die Gefahr besteht, daß bis zur Ablegung der Temperatur diese bereits senkbar abgesunken ist. Andererseits ist es meist nicht möglich, während der Erwärmung des Testkörpers den Temperaturfühler im Testkörper zu belassen, da dadurch zusätzliche Erwärmungen und Messungenauigkeiten entstehen.

Erfindungsgemäss wird ein Temperaturfühler spezieller Form so ausgebildet und derart mit dem Testkörper zu einer Einheit vereinigt, daß die erwähnte Fehlermöglichkeit praktisch ausgeschaltet ist. Fig. 1 gibt ein Ausführungsbeispiel nach diesem Gedanken im Längsschnitt wieder. Als Temperaturfühler wird im Ausführungsbeispiel ein Flüssigkeitsthermometer üblicher Form verwendet, das jedoch für diesen Sonderzweck besonders kleine Abmessungen hat und gegebenenfalls aus besonderen Werkstoffen hergestellt ist. 1 ist der Testkörper, der entsprechend dem älteren Verfahren beispielsweise kugel- oder scheibenförmig ausgeführt ist. Er umschließt fest und unlösbar den kugelförmigen oder länglichen Gefäßteil 2 eines Flüssigkeitsthermometers, an dem sich wie üblich eine Kapillare 2 anschließt. Erfindungsgemäß ist das Gefäß 2 von dem Testkörper fest umschlossen, so daß ein möglichst guter Wärmeübergang zwischen dem Testkörper 1 und dem Gefäßkörper 2 gesichert ist, dessen Wärmeübertragungswiderstand stets konstant ist. Z.B. kann man das Gefäß 2 in den Testkörper 1 um das Gefäß 2 herumpressen oder -gießen, so daß ein inniger, dauernder Kontakt entsteht.

Es ist möglich, als Füllung für das Thermometer Quecksilber zu verwenden. Allerdings erzeugt Quecksilber wie jedes Metall auch bei kleinen Abmessungen eine oft nicht zu vernachlässigende Feldverzerrung, die insbesondere auch dadurch Messfehler verursachen kann, dass während der Messung der Quecksilberfaden steigt und somit die Feldverzerrung nicht konstant ist, sondern sich während der Messung ändert. Man wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig Thermometer mit einer Flüssigkeit kleiner Dielektrizitätskonstante verwenden, wie z.B. Tetrachlorkohlenstoff ((Epsilon) = 2,2), Petroleum ((Epsilon) = 2,1), Terpentinöl ((Epsilon) = 2,3), Toluol ((Epsilon) = 2,4), Xylol ((Epsilon) = 2,4), Benzol ((Epsilon) = 2,28) oder dergl., durch die das Feld erheblich weniger beeinflußt wird als duch eine Quecksilberfüllung.

Die dielektrischen Verluste entstehen in erster Linie in dem Testkörper 1. Aber auch im Thermometer und seiner Flüssigkeit entstehen Verluste, die unter Umständen die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen können. Um den Fehler gering zu halten, verwendet man zweckmäßig Stoffe mit niedrigem Verlustwinkel. Für das Thermometer selbst kommt z.B. Quarzglas in Betracht, das mit einem Verlustwinkel von 0,1 . 10(exp)-3 erheblich günstiger ist als das üblicherweise verwendete Glas mit einem Verlustwinkel von 0,5 . 10(exp)-3 bis 13 . 10(exp)-3. Quarzglas ist auch wegen seiner kleinen Dielektrizitätskonstante von 3,7 günstiger als Glas, dessen Dielektrizitätskonstante zwischen 5 und 16 angegeben wird. Als Füllflüssigkeiten sind am günstigsten solche ohne Dipolelement, wie z.B. Benzol, das sich auch, wie aus den obigen Zahlen hervorgeht, im Bezug auf die Dielektrizitätskonstante sehr günstig verhält.

Die Abmessungen des Testkörpers und des Temperaturfühlers sollen im Vergleich zu den Abmessungen des Feldes möglichst klein sein. Es ist möglich, den Außendurchmesser des Testkörpers beispielsweise 5 mm oder noch kleiner zu bemessen. Die Länge des Thermometers soll man so kurz wie möglich halten. Im allgemeinen ist die zunächst zu bestimmende Anfangstemperatur T(sub)1 des Testkörpers durch die Raumtemperatur gegeben, sie liegt demnach bei 18 - 20°. Die Endtemeperatur T(sub)2, die der Testkörper bei der Messung erreicht, hängt ab von der Frequenz f des auszumessenden Feldes, der Feldstärke t an dem zu messenden Punkt und der Zeit t, während der im Temperaturanstieg beobachtet wird. Soweit man die Wärmeabgabe des Testkörpers an die Umgebung vernachlässigen kann, ist der Temperaturanstieg (T(sub)2 - T(sub)1) proportional den Wert t 2 . f . t. Die Zeit t kann man willkürlich wählen. Man hat es in der Hand den Wert t jeweils so zu wählen, daß der Messbereich des Thermometers von beispielsweise 20 Celsius-Graden eben ausgenutzt wird, d.h. dem Wert (T(sub)2 - T(sub)1) entspricht, so daß man eine bestmögliche Messungsgenauigkeit erhält.

Obwohl man bereits auf Grund einer solchen Beschränkung des Messbereiches auf einen Bereich von beispielsweise 18° bis 38° sehr kurze Thermometer verwenden kann, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung noch eine weitere Verkürzung erreicht auf Grund folgender Überlegung:

Die Anfangstemperatur T(sub)1 bei Beginn der Messung wird immer gleich der Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) sein, denn man wird den Testkörper und damit auch das Thermometer vor Beginn der Messung sich bis zum völligen Temperaturgleichgewicht abkühlen lassen. Es ist daher nicht unbedingt erforderlich, daß man die Anfangstemperatur T(sub)1 mit dem Thermometer des Testkörpers selbst bestimmt, sondern man kann sie mit jeden beliebigen Thermometer messen, das die Temperatur der Umgebung anzeigt. Man kann demnach beim Testthermometer den Anfangsteil der Skala völlig unterdrücken, ähnlich wie es z.B. bei Fieberthermometern üblich ist, und nur eine sehr kurze Skale verwenden, die im Grenzfall auf einen einzigen Messpunkt, beispielsweise bei T(sub)2 = 50° zusammenschrumpfen kann. Wie Fig. 2 zeigt, ragt dann die Kapillare 5 nur um wenige mm um aus dem Testkörper 4 hervor und die gesamte Messanordnung bekommt Abmessungen, die die Abmessung des eigentlichen Testkörpers nur wenig überschreiten. Die Messung geht nun fogendermaßen vor sich:

Man bringt bei ausgeschaltetem HF-Feld eine Vorrichtung nach Fig.2 an den Messpunkt und bestimmt durch ein beliebiges Thermometer die Umgebungstemperatur und damit die Temperatur T(sub)1, z-B- zu 20°C- Dann wird in einem bestimmten Zeitpunkt t(sub)1 das HF-Feld eingeschaltet und im Zeitpunkt t(sub)2, in dem ds Thermometer 5 die Marke 6 für T(sub)2 (z.B: 50°C) eben erreicht hat, wieder abgeschaltet. Man hat damit den Temperaturanstieg T(sub)2 - T(sub)1 in der Zeit t(sub)2 - t(sub)1 bestimmt und kann hieraus die Feldstärle m Messpunkt ermitteln.

In manchen Fällen kann es unbequem und unsicher sein, die Ausgangstemperatur T(sub)1 durch ein anderes Thermometer zu messen. Um dies zu vermeiden und trotzdem kleine Thermometer für den Testkörper zu erhalten, kann man eine Anordnung nach Fig. 3 verwenden. Das hier skizzierte Thermometer hat ebenfalls eine sehr kurze Skala, auf der jedoch 2 Temperaturen markiert sind, nämlich eine untere (Anfangs-) Temperatur T(sub) 2 und eine obere (End-) Temperatur T(sub)2- Für T(sub)1 wählt man zweckmäßig eine Temperatur, die eben noch über der höchst vorkommenden Raumtemperatur liegt, beispielsweise 25°C. Für T(sub)2 wählt man eine Temperatur von beispielsweise 50° wie im obigen Beispiel. Den räumlichen Abstand der beiden Marken macht man zweckmäßig so klein wie möglich, z.B. dadurch, daß man, wie in Fig. 3 angedeutet, die Kapillare zwischen diesen beiden Meßpunkten erweitert. 7 bedeutet den Testkörper, S die Kapillare des Thermometers, 9 und 10 die beiden Marken für die Temperaturen T(sub)1 und T(sub)2 und 11 die Erweiterung der Kapillare zwischen den Marken.

Angenommen sei, die Raumtemperatur bei der Messung betrage etwa 20°C. (Ihre genaue Bestimmung ist nicht erforderlich) Die Messung wird nun folgendermaßen durchgeführt. Das Thermometer wird an dem Meßpunkt gebracht, das Feld wird eingeschaltet und in einiger Zeit, nämlich in dem zu bestimmenden Zeitpunkt t(sub)1, wird die Marke T(sub)1 erreicht. In diesem Zeitpunkt t(sub)1 wird eine Stoppuhr in Tätigkeit gesetzt. Das Thermometer steigt weiter und erreicht in dem Zeitpunkt t(sub)2 die Marke T(sub)2. Im Zeitpunkt t(sub)2 wird die Stoppuhr stillgesetzt. Der Temperaturanstieg in der Zeit t = (t(sub)2 - t(sub)1), die von der Stoppuht angezeigt wird, beträgt demnach T(sub)2 - T(sub)1, woraus wiederum die Feldstärke ermittelt werden kann.

Eine besonders günstige und genau arbeitende Anordnung erhält man, wenn man den Testkörper aus durchsichtigen Material ausführt und das ganze Thermometer im Innern des Testkörpers unterbringt, so daß auch die Kapillare nicht aus dem Testkörper herausragt. Es ist hierbei möglich, nach Fig.4 den Testkörper so auszuführen, daß das Gefäß und die Kapillare des Thermometers in dem Testkörper eingearbeitet sind, so daß Testkörper und Thermometer völlig zu einer Einheit verschmelzen und der Wärmeübergang vom Testkörper auf die Flüssigkeit ein Optimus wird. 12 ist der Testkörper, 13 das im Testkörper ausgesparte Thermometergefäß, 14 die Kapillare und 15 die Marke für T(sub)2 (entsprechend Fig.2,Teil 6).

Die Temperatur T(sub)2 wählt man höher, je stärker das auszumessende Feld ist. Man wird sich demnach verschiedene Testkörper nach vorlie- gender Erfindung bereitlegen, mit verschieden hoher Temperatur T(sub)2 und die jeweils benutzten Körper entsprechend den jeweiligen Bedingungen auswählen. Bei der medizinischen Kurzwellentherapie, bei der mit schwachen Feldern gearbeitet wird, wählt man z.B. Testkörper, deren Thermometer eine Differenz der Temperaturmarken T(sub)2 - T(sub)1) von nur einigen Grad, z.B. ff5 Celsiusgraden, aufweist. Bei indurstrieller Anwendung von Hochfrequenzfeldern, z.B. für Heißverleimungen, Trocknungen usw. wird man dagegen auch Testkörper mit Termperaturdifferenzen (T(sub)2 - T(sub)1) von 50 Celsiusgraden und mehr benützen.

Wenn größere Felder ausgenommen werden müssen, kann man jeweils gleichzeitig in einer größeren Anzahl von Messpunkten je einen Testkörper nach dieser Erfindung anordnen. Man kann nun entweder alle Thermometer gleichzeitig ablesen, nachdem das Feld eine bestimmte Zeit gewirkt hat; hierbei werden Thermometer mit ausgedehnter Skala nach Fig.1 verwendet. Die Thermometer können in diesem Fall ähnlich Fieberthermometern so gebaut werden, daß die Flüssigkeitssäule bei Temperaturrückgang nicht ohne weiteres wieder sinken kann. Bei Einrichtungen nach Fig. 2 - 4 werden die Thermometer nicht gleichzeitig abgelesen, sondern man bestimmt für jedes einzelne Thermometer die Zeitspanne, in denen der Flüssigkeitsfaden die Marke T(sub) 2 erreicht.

Claims (6)

1. Anordnung zur punktweisen Abmessung von Kurzwellen- und Ultrakurzwellenfeldern, gekennzeichnet durch einen Hohlkörper (Testkörper) aus einem Stoff mit dielektrischen Verlusten, der das Gefäß eines Flüssigkeitsthermometers allseitig unter gutem Wärmekontakt umschließt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für das Thermometer und seine Flüssigkeit Stoffe kleiner Dielektrizitätskonstante und kleiner dielektrischer Verluste verwendet sind, beispielsweise Quarzglas und Benzol.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermometer mit einer sehr kurzen Skala ausgeführt ist, die nur wenige Zentimeter über die Oberfläche des Testkörpers herausragt (Fig.1).

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Skala auf einen einzigen Temperaturpunkt von beispielsweise T(sub)2=50° reduziert und demgemäß bezeichnet und/oder geformt ist. (Fig.2)

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Skala nur 2 Bezeichnungen für Grenztemperaturen T(sub)1 und T(sub)2 angibt, wobei die Entfernung dieser beiden Marken durch Erweiterungen der Kapillare zwischen den Marken so klein wie möglich gehalten ist (Fig.3).

6. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Testkörper aus durchsichtigem Material besteht und dass Thermometer in seinem Innern untergebracht bezw. ausgespart ist (Fig.4).