FI68727C - Anordning foer beroeringsloes maetning av tjocklek eller ytdensitet hos ett skivmaterial eller liknande - Google Patents

Description

Ι·>^1 ΓΒ1 m KUULUTUSjULKAISU ,ρποη ™ (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT PC / ^ / C ^45J Patentti myönnetty 10 10 1935 Patent ceddelab (51) Kv.ik.7int.Ci.4 G 01 B 15/02 (21) Patenttihakemus — Patentansökning 780071 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 10.01.78 (Fl) (23) Alkupäivä — Giltighctsdag 10.01.78 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 11.07.79

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksi panon ja ku ui. julkaisu n pvm.— 28.O6.85

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd prioritet (71) Ukrainsky Nauchno-Issledovatelsky Institut Tsel1julozno-Bumazhnoi Promyshlennosti (UKRNIIB), ulitsa Kutuzova 18/7, Kiev, USSR(SU) (72) Vladimir Iosifovich Pankratov, Kiev,

Gennady Pavlovich Konovalenko, Kiev,

Ivan Timofeevich Prilipko, Kiev,

Moris Lvovich Gomberg, Kiev, USSR(SU) (7^) Oy Koister Ab (5*0 Laite levy- yms. materiaalien paksuuden tai pintatiheyden kosketuksetto-maksi mittaamiseksi - Anordning för beröringslös mätning av tjocklek eller ytdensitet hos ett skivmaterial eller liknande

Keksinnön kohteena on laite levy- yms. materiaalien paksuuden tai pintatiheyden kosketuksettomaksi mittaamiseksi, joka käsittää säteilylähteen ionisoivan säteilyn synnyttämiseksi, magneettisen elimen materiaalin läpäisseen säteilyn poikkeuttamiseksi sen saattamiseksi kulkemaan uudestaan tämän materiaalin läpi ja säteilynilmaisi-men, joka vastaanottaa koestettavan materiaalin läpi toisen kerran kulkeneen säteilyn, jotka on sijoitettu koestettavan materiaalin toiselle puolelle. Tällaista laitetta voidaan käyttää paperin, tekstiilien, filmien yms. materiaalien tuotannon valvomiseen.

On ymmärrettävä, että tässä mainittuihin arkki- ja rainamate-riaaleihin eivät kuulu ainoastaan eri materiaaleista muodostuvat taipuisat tai jäykät arkit tai rainat tai levyt, vaan myös kalvot, nauhat sekä ontot esineet tai tuotteet, joiden seinämän mitattavaa osaa voidaan pitää litteän kappaleen osana, kuten arkkina tai levynä.

Ennestään on tekniikassa tunnettu erilaisia laitteita levy-, arkki- yms. materiaalien paksuuden ja pintamassan kosketuksettomaksi 2 68727 mittaamiseksi, joita laitteita kutsutaan myös paksuusmittareiksi tai pintamassamittareiksi. Näiden laitteiden toiminta perustuu sen säteilyasteen mittaamiseen, jonka mitattava materiaali absoboi ionisoivasta säteilystä. Niissä on säteilylähde ja säteilyni Imaisin, voidaan nimittää myös säteilyanturiksi, jotka on sijoitettu mitattavan materiaalin eri puolille, sekä erikoinen tutkain (scanning means), joka on järjestetty synkronisesti liikkumaan säteilylähteen ja ilmaisimen kanssa pituus- tai poikkisuunnassa materiaalin pinnan yli. Näille laitteille asetetaan ankarat vaatimukset siinä, että säteilylähde, ilmaisin ja materiaali on pidettävä muuttumattomassa keskinäisessä etäisyydessä, koska ohuita materiaaleja mitattaessa ilman massa mittausvälissä on verrattavissa materiaalin massaan, ja jokainen mittausvälin muutos, so. jokainen säteilylähteen siirtymä ilmaisimen suhteen mittaustasossa, aiheuttaa väistämättömän mittausvirheen. Tämän vaatimuksen täyttämisestä seuraa monimutkaisempi tutkain, mikä merkitsee vaikeuksia sen valmistuksessa, asennuksessa ja toiminnassa ja siksi koko laitteen hinta kohoaa melkoisesti.

Eri paksuisia arkki-, raina- yms. materiaaleja mitattaessa on käytettävä eri aktiivisuuden ja energian omaavia säteilylähteitä. Laitteen saamiseksi riittävän herkäksi ohuita materiaaleja mitattaessa käytetään heikkoa (pienienergiaista) säteilylähdettä, kun taas paksuja levyjä mitattaessa on käytettävä voimakkaita (suurienergi-aisia) säteilylähteitä.

Aiemmin on myös tunnettu laitteita, joiden toiminta perustuu sen ionisoivan säteilyn mittaamiseen, joka säteilee takaisin (takaisinsironta) mitattavasta materiaalista. Näissä laitteissa on radioaktiivinen säteilylähde ja säteilynilmaisin sijoitettu mitattavan materiaalin samalle puolelle, jolloin niiden avaruusasemastabiilisuus perustuu ilmaisimen rakennejäykkyyteen. Vaikka näissä laitteissa on verraten yksinkertaisia elimiä säteilylähteen ja ilmaisimen synkronista siirtämistä varten, niissä on siitä huolimatta useita epäkohtia.

Takaisinsäteilyn pieni intensiteetti pakottaa käyttämään erittäin herkkiä ilmaisimia, joilla on vähäinen stabiilisuus ja rajoitettu käyttöikä.

Lisäksi nämä laitteet eivät täytä niitä ankaria vaatimuksia, jotka näille laitteille on asetettava, kuten materiaalin ja ilmaisimen vakiovälys, koska tämän muuttuminen johtaa ilmeiseen muutokseen 3 68727 mitattavassa parametrissä sen vuoksi, että osa takaisinsäteilystä siirtyy ilmaisimen mittausalueen ulkopuolelle.

Mittaustulokset riippuvat myös mitattavan materiaalin koostumuksesta .

Lisäksi on brittiläisessä patentissa 1 338 157 paljastettu laite levy-, arkki- yms. materiaalien paksuuden tai pintamassan kosketuksettomaksi mittaamiseksi. Tässä laitteessa on säteilylähde, joka on sovitettu synnyttämään ionisoivaa säteilyä ja sijoitettu materiaalin toiselle puolelle, magneettinen elin materiaalin läpi kulkeneen säteilyn kaarimaiseksi poikkeuttamiseksi sen saattamiseksi kulkemaan vastakkaisessa suunnassa materiaalin läpi ja säteilynil-maisin materiaalin läpi kulkeneen säteilyn ilmaisemiseksi, joka ilmaisin on sijoitettu samalle puolelle materiaalia kuin säteilylähde .

Tämän laitteen toiminta perustuu materiaalin kaksinkertaisen säteilyabsorption mittaamiseen ilmaisimen ja säteilylähteen ollessa sijoitettu mitattavan materiaalin samalle puolelle.

Tämän ennestään tunnetun laitteen erityinen tunnusmerkki on, ettäm säteilylähteen ja ilmaisimen väliin samalle puolelle mitatta-vaaa materiaalia on sijoitettu magneetti. Tämän magneettikenttä on niin suunnattu, että vaikuttaesaan ionisoivan säteilyn hiukkasiin se poikkeuttaa ne kaarimaisesti ilmaisimen ilmaisu- eli mittausalueeseen ja hajauttaa hiukkaset energiatasojensa mukaan. Tämä laite on yksiläpäisylaitteita herkempi pintamassan mittauksessa samoin kuin niitä tarkempi, mikä selittyy säteilyn kaksikertaa tapahtuvasta absorboitumisesta materiaaliin, ja lisäksi se on vähemmän altis virheille. Laitteelle on luonteenomaista laaja mittausalue vain yhtä säteilylähdettä käytettäessä, koska mittausalueen muuttaminen suoritetaan asettamalla ilmaisin vyöhykkeeseen, jossa määräenergiatasoi-set hiukkaset hajautetaan ja joka riippuu materiaalin paksuudesta, mutta ei säteilylähdettä vaihtamalla.

Magneettikentän synnyttävänä elimenä voidaan käyttää niin kesto- kuin sähkömagneettiakin ja magneetin koko ja sijoitus materiaaliin nähden valitaan sellaisiksi, että optimi indusoitu magneettikenttä sijaitsee mitattavan materiaalin toisella puolella.

Ennestään tunnetun tekniikan ehdottama magneettisen systeemin sijoittaminen säteilylähteen ja ilmaisimen väliin tekee kuitenkin 68727 mahdottomaksi säteilylähteen aktiivisuuden tehokkaan hyväksikäytön, koska magneettikenttä on ko. tapauksessa topograafisesti sellainen, että pienienergiaiset hiukkaset, jotka muodostavat oleellisen osuuden ionisoivasta säteilyvuoasta, kulkevat magneettinapojen välissä eivätkä pääse ilmaisimeen. Suurienergiaiset hiukkaset ovat magneettikentän vaikutuspiirissä vain pieneltä kulkuratansa osalta eikä magneettikentän voimakkuus ole tarpeeksi suuri poikkeuttamaan materiaalin läpäiseviä säteilyhiukkasia ilmaisimen herkkään alueeseen, niin että ne hajautuvat avaruuteen. Niinpä ilmaisin rekisteröi vain keskienergiaiset magneetin poikkeuttamista hiukkasista. Sen vuoksi on tavanomainen laite turvallisuussyistä varustettu suojauksella, jossa on kalvo, joka on sovitettu eliminoimaan spektrin kes-kienergiaisen osan. Tämän johdosta on käytettävä suurienergiaisia säteilylähteitä halutun mittaustarkkuuden saamiseksi, mikä tekee monimutkaisen suojauksen välttämättömäksi. Säteilylähteen aktiivisuuden tehokkaamman hyväksikäytön ongelmaa ei voida ratkaista lisäämällä magneettikentän voimakkuutta säteilylähteen ja ilmaisimen väliin sijoitetun magneetin kokoa suurentamalla, koska tämä toimenpide johtaa tässä tapauksessa säteilylähteen ja ilmaisimen välimatkan kasvuun, so. hiukkasten ilmakulkutien suurentuneeseen pituuteen, mikä aiheuttaisi poikkeutetun säteilyvuon yhä suurempaa sirontaa eli hajautumaa ja siten vaikuttaisi haitallisesti mittaustarkkuuteen ympäröivän ilman sellaisten parametrien kuin lämpötilan, kosteuden ja paineen muutosten johdosta. Mittaustulosten riippuvuuden vähentämiseksi säteilylähteen ja ympäristön parametrien vaihteluista ajan mukana on käytetty lisäilmaisinta, joka on sijoitettu suoran mutta ei materiaalin läpi kulkevan säteilyvuon vyöhykkeeseen. Tällaiset lisäelementit kuitenkin monimutkaistavat laitetta, suurentavat sen kokoa ja estävät lähteen aktiivisuuden tehokasta hyväksikäyttöä.

Esillä olevan keksinnön yleisenä tavoitteena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.

Keksinnön erityisenä tavoitteena on saada aikaan laite arkki-, raina- yms. materiaalien paksuuden tai pintamassan kosketuksettomaksi mittaamiseksi, jolla on parannettu mittaustarkkuus ja joka voi tehokkaammin käyttää hyväksi säteilylähteen aktiivisuutta, lyhentämällä säteilylähteestä lähtevän ionisoivan säteilyn hiukkasten kulku-matkaa säteilynilmaisimeen ja tehostamalla magneettikentän topografiaa.

5 68727 Tähän tavoitteeseen päästään saamalla aikaan edellä esite-tynlainen laite, joka käsittää ionisoivaa säteilyä synnyttävän säteilylähteen, magneettisen elimen materiaalin läpäisseen säteilyn poikkeuttamiseksi kaarimaisesti sen saattamiseksi kulkemaan saman materiaalin läpi vastakkaisessa suunnassa, säteilynilmaisimen materiaalin vastakkaisessa suunnassa läpäisseen säteilyn ilmaisemiseksi, jolloin säteilylähde, magneettinen elin ja säteilynilmaisin on sijoitettu mitattavan materiaalin samalle puolelle, joka laite on tunnettu siitä, että säteilylähde ja säteilynilmaisin on asetettu magneettisen elimen napojen väliin.

Laitteen tällainen järjestely tekee mahdolliseksi sen ko. elementtien maksimaalisen yhteenviennin, mistä seuraa säteilyhiuk-kasten lyhyempi kulkumatka ilmassa, säteilyvuon pienempi hajautuma ja siten ilman parametrien vaihtelujen vähäisempi vaikutus, samalla kun magneettikenttä säteilylähteen koko yläpuoliseen tilaan vaikuttaessaan oleellisesti suurentaa säteilyvuon sitä osaa, joka poikkeutetaan ilmaisimeen, mikä parantaa mittaustarkkuutta.

Magneettisessa elimessä voi olla kaksi napavyöhykettä, joista toinen ottaa vastaan säteilylähteen ja toinen säteilynilmaisimen. Säteilylähteen vastaanottava vyöhyke voi olla tehty sellaiseksi, että sen napojen välimatkaa voidaan muuttaa, mikä mahdollistaa magneettikentän voimakkuuden muuttamisen tällä alueella mitattavan materiaalin paksuudesta tai lähteen energiasta riippuen.

Magneettikentän ja säteilyhiukkasten keskinäisen vaikutusalueen voimiseksi ulottaa kattamaan hiukkasten koko kulkuradan ja siten säteilylähteen voimiseksi mitä tehokkaimmin käyttää hyväksi voi säteilynilmaisin olla tehty pitkänomaiseksi säteilyn hajautus-suunnassa.

Keksintöä selitetään lähemmin seuraavassa sen suositettujen konstruktiomuotojen osalta oheisten piirustusten avulla, joissa kuvio 1 kaaviollisesti esittää keksinnön mukaisen laitteen arkki-, levy- yms. materiaalien paksuuden tai pintamassan kosketuk-settomaksi mittaamiseksi, kuvio 2 esittää kuvion 1 laitetta mitattavan materiaalin suunnasta katsottuna, kuvio 3 esittää kuvion 1 laitetta nuolen A suunnasta katsottuna, kuvio 4 esittää kuvion 1 laitetta nuolen B suunnasta katsottuna, 6 68727 kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen mittauslaitteen toisen kontruktiomuodon mitattavan materiaalin suunnasta katsottuna ionisoivan säteilyn lähteen ollessa selvyyden vuoksi poistettu, kuvio 6 esittää pystysuoran pituusleikkauksen kuvion 5 linjalta VI-VI ja kuvio 7 esittää poikkileikkauksen kuvion 5 linjalta VII-VII.

Piirustuksissa ja erityisesti niiden kuvioissa 1 ja 2 esitetty laite raina-, kalvo- yms. materiaalien paksuuden ja pintamas-san (pintapainon) kosketuksettomaksi mittaamiseksi käsittää säteilylähteen 1, joka on suljettu suojakoteloon 2, jossa on aukko 3 ja joka on sijoitettu mitattavan materiaalin toiselle puolelle.

Aukon 3 tehtävänä on suunnata säteily materiaaliin 4. Laite käsittää myös magneettisen elimen 5, joka on sovitettu kaarimaisesti poikkeuttamaan materiaalin 4 läpäisseen säteilyn tämän saamiseksi kulkemaan materiaalin 4 läpi vastakkaisessa suunnassa. Magneettisessa elimessä 5 on navat, kuten napakengät 6. Magneettinen elin 5 voi olla joko kestomagneetti tai sähkömagneetti. Samalle puolelle materiaalia 4 kuin säteilylähde 1 on sijoitettu säteilynilmaisin (säteilyanturi) 7, joka on sovitettu ilmaisemaan eli mittaamaan materiaalin 4 läpi vastakkaisessa suunnassa kulkeneen säteilyn. Säteilynilmaisin 7 on ionisaatiokammio, joka on kuormitusvastuksella 8 liitetty vahvistimen 9 tuloon, jonka lähtö on liitetty suoraan rekisteröivään laitteeseen.

Keksinnön mukaan on säteilylähde 1 ja säteilynilmaisin 7 sijoitettu magneettisen elimen napojen, joita napakengät 6 edustavat, väliin.

Keksinnön kuvioissa 5, 6 ja 7 esitetyn toisen konstruktio-muodon mukaan magneettisessa elimessä 5 on kaksi napalohkoa, joista toinen ottaa vastaan säteilynilmaisimen 7 ja käsittää napakengät 6 ja toinen säteilylähteen 1 ja käsittää napakengät 11, joiden välimatkaa voidaan muuttaa ja siten säätää magneettikentän voimakkuutta säteilylähteen 1 alueella. Tätä varten napakengät 11 on kiinnitetty ruuveilla 12 liukukappaleisiin 13, jotka on sovitettu liukumaan urassa 14. Liukukappaleita 13 liikutetaan kaksikätisen ruuvin 15 avulla, joka on viety liukukappaleiden 13 vasen- ja oikeakätiskier-rereikien läpi. Ruuvi 15 on lukittu aksiaaliselta siirtymiseltä liuskalla 16, joka nähdään kuvioissa 5 ja 7.

7 68727 Säteilylähde 1 (kuvio 7) on asennettu alustalle 17 tavalliseen tapaan eikä siis muodosta keksinnön tunnusmerkkiä. Magneettisen elimen 5 koko ja voimakkuus, napakenkien 6 ja 11 koko ja muoto sekä napakenkien 11 välinen etäisyys valitaan sellaisiksi, että magneettikenttä kykenee kaarimaisesti poikkeuttamaan vaikutuspiirissään olevat materiaalin läpäisseet säteilyhiukkaset näiden saamiseksi vastakkaisessa suunnassa menemään materiaalin 4 läpi sä-teilyilmaisimeen 7.

Keksinnön vaihtoehtoisen konstruktiomuodon mukaan on sätei-lynilmaisin 7 ja tätä välissään pitävä magneettisen elimen 5 napa-lohko ja napakengät 6 tehty pitkulaiseksi hiukkasten hakautussuunnas-sa, kuten piirustuksista ilmenee. Säteilynilmaisin 7 mahdollistaa säteilyhiukkasten ja magneettikentän keskinäisen vaikutusvyöhyk-keen suurentamisen, hiukkasten poikkeuttamisen ilmaisimeen ja siten säteilylähteen aktiivisuuden tehokkaamman hyväksikäytön.

Koska magneettikenttä hajauttaa säteilyhiukkaset niiden energiatasojen mukaan kaarimaisesti poikkeuttaessaan hiukkasvuota, piirustukset selvyyden vuoksi esittävät vain hiukkasvuon keskiosan hajautumaa kuvatessaan, ja kuvioissa 1 tämä esitetään energiatasoja E^, E ja E2 vastaavien hiukkasten ratoina, jolloin E^ on pieni energiataso, E on keskinkertainen energiataso ja E2 on suuri energiataso.

Laitteeseen sisältyy myös teholähteitä ja muita apuyksikköjä, joita ei ole esitetty piirustuksessa eikä yksityiskohtaisesti kuvattu, koska ne oat ammattimiesten hyvin tuntemia.

Keksinnön mukaisen paksuutta ja pintamassaa kosketuksettomas-ti mittaavan laitteen toimintaperiaate on seuraava.

Säteilylähteestä 1 suojakotelon 2 ikkunan 3 läpi tuleva ionisoiva säteily suunnataan materiaaliin 4 ja tämän läpi kulkiessaan osittain absorboituu siihen ja joutuu magneettisen elimen 5 synnyttämään magneettikenttään. Tässä pienienergiaiset hiukkaset poikkeutetaan ja liikkuvat käyrempiä ratoja pitkin, kun taas suuri-energiaiset hiukkaset tulevat vähemmän poikkeutetuiksi ja niiden radat ovat vähemmän kaarevat. Näin ollen hiukkaset hajautetaan niiden energiatasojen mukaisesti ja poikkeutetaan niiden saamiseksi kulkemaan vastakkaisessa suunnassa materiaalin läpi ja törmäämään säteilynilmaisimeen. Säteilyn absorbtioaste muuttuu mitattavan materiaalin paksuudesta riippuen ja täten se aste, jolla materiaali 8 68727 absorboi säteilyhiukkasia, vaihtelee materiaalin paksuuden mukaan ja niin tekee myös ionivirta säteilynilmaisimessa 7 ja siksi myös jännitesignaali kuormitusvastuksessa 8. Kuormitusvastuksen 8 jän-nitesignaalin vaihtelun, kun signaali on ensiksi vahvistettu vahvistimessa 9, rekisteröi rekisteröivä koje 10, joka on asteitettu joko paksuus- tai pintamassayksiköissä.

Keksinnön mukainen laite mahdollistaa säteilylähteen ja sä-teilynilmaisimen yllä kuvatun järjestelyn johdosta niiden sijoittamisen niin lähelle toisiaan kuin käytännössä on mahdollista. Tämä järjestely parantaa mittaustarkkuutta sen ansiosta, että säteily-hiukkaset säteilylähteestä ilmaisimeen mennessään kulkevat lyhyemmän matkan, ja pienentää virheitä, jotka aiheutuvat ympäristöpara-metrien, kuten ilman lämpötilan, paineen, kosteuden jne. vaihteluista, samalla kun säteilylähteen aktiivisuus tulee tehokkaammin hyväksi käytetyksi sen johdosta, että magneettikentän ja hiukkasten keskinäisvaikutusvyöhyke on suurennettu kattamaan hiukkasten koko kulkuradan, mikä mahdollistaa sekä suurienergiaisen että pieniener-giaisen säteilyn käyttämisen. Yllä kuvatussa laitteessa voidaan käyttää pieniaktiivisuuksista säteilylähdettä, pienikokoista ilmaisinta ja magneettista elintä. Tämä taasen yksinkertaistaa säteily-suojausta ja pienentää säteilylähteen, säteilynilmaisimen ja magneettisen elimen sisältävän paksuusmittarin massaa ja kokoa.

Vaikkakin tässä on kuvattu laitetta arkki-, raina- yms. materiaalien paksuuden tai pintamassan kosketuksettomaksi mittaamiseksi suositettujen konstruktiomuotojen osalta, on ammattimiehille selvää, että niitä voidaan monin tavoin muutella poikkeamatta seuraa-vissa patenttivaatimuksissa määritetystä keksinnön ajatuksesta ja suoja-alasta.

Claims (4)

9 . , 68727

1. Laite levy- yms. materiaalien paksuuden tai pintatiheyden kosketuksettomaksi mittaamiseksi, joka käsittää säteilylähteen (1) ionisoivan säteilyn synnyttämiseksi, magneettisen elimen (5) materiaalin läpäisseen säteilyn poikkeuttamiseksi sen saattamiseksi kulkemaan uudestaan tämän materiaalin läpi ja säteilynilmaisimen (7), joka vastaanottaa koestettavan materiaalin läpi toisen kerran kulkeneen säteilyn, jotka on sijoitettu koestettavan materiaalin toiselle puolelle, tunnettu siitä, että säteilylähde (1) ja säteilyn-ilmaisin (7) on sovitettu magneettisen elimen (5) napojen väliin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että magneettinen elin (5) sisältää kaksi napalohkoa, joista toinen käsittää säteilylähteen (1) ja toinen säteilynilmaisimen (7).

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että magneettisen elimen (5) siinä napalohkossa, joka käsittää säteilylähteen (1) on napakengät (6), joiden välinen etäisyys on muutettavissa.

4. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen laite, tunnet- t u siitä, että säteilynilmaisimen (7) käsittävä magneettisen elimen (5) napalohko on tehty pitkänomaiseksi säteilyosien hajautumissuun-nassa.