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Tragbares Meßgerät zur Bestimmung von Ladungsmengen und kleinen Strömen
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines tragbaren Gerätes zur
Bestimmung von kleinen Ladungsmengen und Strömen. Derartige Geräte finden vielseitige
Verwendung z. B. zur Messung großer Widerstände oder anderer physikalischer Größen,
etwa Luftfeuchtigkeiten oder Lichtmengen, die mittelbar aus Widerständen oder Ladungsmengen
bestimmt werden können. Insbesondere wird die Messung der Intensität radioaktiver
Strahlungen meist auf die Messung kleiner Ströme oder Ladungsmengen zurückgeführt.
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Die bekannten Meßverfahren, z. B. mit Elektrometer oder mittels ballistischer
Methoden, also Verfahren, bei denen die Meßgrößen unmittelbar einem entsprechend
empfindlichen Meßinstrument zugeführt werden, sind für tragbare Meßgeräte nicht
geeignet oder liefern nur ungenaue Ergebnisse. Es sind daher andere Methoden bekanntgeworden,
die durch An-- wendung von Verstärkern die Benutzung robusterer oder genauerer Anzeigeinstrumente
ermöglichen. Derartige Geräte haben den Nachteil, daß die für ihren Betrieb benötigten
Batterien eine große Gewichtsbelastung darstellen.
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Strahlungsmeßgeräte mit Zählrohren lassen sich zwar mit geringerem
Aufwand z. B. in der Weise aufbauen, daß die Zählrohrimpulse eine Zählvorrichtung
über ein Glimmrelais steuern. Bei einer derartigen Meßanordnung können jedoch nur
verhältnismäßig geringe Impulszahlen pro Zeiteinheit gezählt werden.
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Das erfordert entweder lange Meßzeiten oder aber eine Beschränkung
auf geringe Meßgenauigkeit Man ist daher dazu übergegangen, mittels der vom Strablungsindikator,
z. B. einem Zählrohr, gelieferten Ladungsmengen einen Kondensator, der an der Zündelektrode
eines Glimmrelais liegt, allmählich bis auf die Auslösespannung des Glimmrelais
aufzuladen. Er wird sodann durch den Glimmstrom des Glimmrelais bis auf dessen Löschspannung
entladen usw. Die Zahl der Entladungen wird dabei mittels eines z. B. elektromagnetischen
Zählwerkes gezählt, dessen Wicklung vom Glimmrelaisstrom des Glimmrelais durchflossen
wird. Derartige Meßanordnungen können ohne allzu aufwendige Untersetzerschaltungen
verhältnismäßig hohe Impulszahlen pro Zeiteinheit messen und weisen daher schon
bei kurzer Meßzeit mit entsprechend großen Zählrohren hohe Meßgenauigkeiten auf.
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Man kann diese Anordnungen daher auch zur Messung kleiner Strahlungsintensitäten
benutzen. In solchen Fällen muß jedoch von dem Meßergebnis jeweils der Nulleffekt
subtrahiert werden. Diese Notwendigkeit ist oft nicht nur lästig, sondern stellt
eine Fehlerquelle dar, da sie eine Möglichkeit für das Auftreten von Rechenfehlern
bietet.
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Erfindungsgemäß wird dieser Mangel dadurch be seitigt, daß das elektromagnetische
Zählwerk im Anodenkreis eines zweiten Glimmrelais liegt, welches mit einer der Impulsfrequenz
des ersten Glimmrelais proportionalen Gleichspannung gesteuert wird, die ihrerseits
mittels eines Gleichrichters und geeigneter Siebmittel aus den Impulsen des ersten
Glimmrelais gewonnen wird, und daß der Prnportionalitätsfaktor für die der Impulsfrequenz
des ersten Glimmrelais pmportionalen Gleichspannung zur Festlegung des Schwellwertes
und somit bei Messungen radioaktiver Strahlungen zur Kompensation des Nulleffektes
einstellbar ist.
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Besonders geeignet hat sich das erfindungsgemäße Meßgerät für die
Messung radioaktiver Strahlungen mittels Geiger Müller-Zählrohren erwiesen.
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Die dabei am Zählrohr auftretenden Spannung verhältnisse sind in
Abb. 1 dargestellt. Sie zeigt die Charakteristik eines Zählrohres. Beim Einschalten
liegt an ihm die Betriebsspannung Ust und am Zündkondensator praktisch die Spannung
Null. Erfolgen Zählrohrimpulse, so lädt sich der Zündkondensator bis auf die Spannung
Uc ntax auf, und am Zählrohr verbleibt die Spannung UZmin = Ust - Umax. Durch die
Zündung des Glimmrelais fällt die Spannung am Zündkondensator auf den Wert Um min
und am Zählrohr liegt die Spannung Um,,,. Die Spannung am Zählrohr schwankt also
nach erfolgter erster Zündung des Glimmrelais zwischen den beiden Werten UZmin und
Um may Damit ein einwandfreies Arbeiten des Zählrohres gewährleistet ist, muß die
Breite des Plateaus größer sein als die Differenz d Uc = Ucnaax - Umtn, und Um min
muß noch innerhalb des Plateaus liegen.
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Die erste Bedingung wird wegen der bekannten
Eigenschaften
von Glimmrelais an Zählrohren üblicher Plateaulängen immer erfüllt sein, die zweite
ist durch passende Wahl der Betriebsspannung Ust ebenfalls zu erfüllen.
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In Abb. 2 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Meßgerätes dargestellt.
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Die Wirkungsweise des Meßgerätes gemäß Abb. 2 ist folgende: Als einzige
Stromquelle dient die Batterie 1, mit ihr wird ein an anderer Stelle vorgeschlagener
mit zwei im Gegentakt geschalteten Transistoren bestückter Gleichspannungswandler
betrieben. Dieser wird mittels des Schalters 2 und kurzzeitiges Tasten des Startschalters
3, der vorteilhaft mechanisch mit dem Schalter 2 gekuppelt ist, in Betrieb gesetzt.
Dabei wird über den Widerstand 4 der beiden PNP Transistoren 5' (5") über die Trafowicklungen
6' und 7' (6" und 7") zu Schwingungen angestoßen, die durch die vorhandene Rückkopplung
aufrechterhalten werden. Mittels des Regelwiderstandes 9 wird die Schwingleistung
sowie der Wirkungsgrad des Gleichspannungswandlers auf den optimalen Wert eingestellt.
Diese Schwinganordnung läßt sich, wie sich gezeigt hat, bereits bei einer Batteriespannung
von etwa 1 Volt mit einem Wirkungsgrad von etwa 75 ovo betreiben. Die in der Sekundärwicklung
8 auftretende, herauftransformierte Spannung der erzeugten Schwingungen wird mittels
der als Spannungsverdoppler geschalteten Gleichrichter 10', 10" und der Kondensatoren
11' und 11" in eine hohe Gleichspannung verwandelt und mittels des Widerstandes
13 und der Stabilisatorkette 12', 12" bis 12n stabilisiert. Die Gleichrichter 10'
und 10" bestehen zweckmäßig aus Silicium- oder Germaniumdioden.
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Die Betriebsspannung für das Glimmrelais 20 wird an der Stabilisatorkette
abgegriffen und mit ihr der Kondensator 15 über den Widerstand 14 aufgeladen.
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Vom Kondensator 15 aus wird die Betriebsspannung der Hilfselektrode
H des Glimmrelais 20 über den Widerstand 16 und der Anode über die Wicklung des
elektromagnetischen Zählwerkes 17 und einen Schutzwiderstand 19 zugeführt. Soll
beispielsweise der Wert eines hohen Widerstandes 23 bestimmt werden, so wird der
Zündkondensator 22 über den zu messenden Widerstand 23 und einen zweckmäßig vorhandenen
Schutzwiderstand 24 je nach Größe des Widerstandes 23 mehr oder weniger schnell
bis auf die Zündspannung des Glimmrelais 28 aufgeladen. Der Zündkondensator 22,
der über einen Widerstand 29 an der Zündelektrode des Glimmrelais 28 liegt, wird
durch seine Entladung bis auf dessen Löschspannung entladen. Dann erfolgt wieder
die Aufladung über den zu messenden Widerstand 23 usw.
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Gegebenenfalls, z. B. wenn verhältnismäßig niedrige Widerstände gemessen
werden sollen, kann die genannte Bedingung durch Parallelschaltung eines geeigneten
Widerstandes zum Zündkondensator22 erfüllt werden.
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Das Glimmrelais 28 erhält seine Betriebsspannungen über die Widerstände
25 und 27 sowie den Kondensator 26. In seinem Kathodenkreis liegt ein veränderbarer
Widerstand 30. Die an ihm auftretenden Spannungsstöße werden über den veränderbaren
Widerstand 31 und den Gleichrichter 32 dem mit dem veränderbaren Widerstand 33 überbrückten
Kondensator 34 zugeführt und laden diesen nach und nach auf, bis die Zündspannung
des Glimmrelais 20 erreicht ist, worauf dann ein periodisches Laden und Entladen
des Kondensators 34 erfolgt und wobei seine Entladungen mittels des elektromagnetischen
Zähl-
werkes 17 gezählt werden. Hierdurch kann erreicht werden, daß die Spannung
am Kondensator 34 nur von einer bestimmten Zündfolge ab im Glimmrelais 28 den Wert
der Zündspannung des Glimmrelais 20 überhaupt erreicht. Die Zündfolge im Glimmrelais
28, oberhalb derer die Zündspannung des Glimmrelais 20 am Kondensator 34 erreicht
wird, kann mittels der veränderbaren Widerstände30, 31 und 33 in weiten Grenzen
eingestellt werden.
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Auf diese Weise erhält man einen wählbaren Schwellwert. Dieser Eigenschaft
kommt bei Strahlungsmessungen eine besondere Bedeutung zu, denn sie ermöglicht auf
besonders einfache Weise z. B. die Kompensation des Nulleffektes eines Zählrohres
oder anderer Strahlungsindikatoren, indem der Schwellwert auf diesen Wert eingestellt
wird. Auch das Überschreiten einer vorbestimmten Strahlungsintensität läßt sich
in entsprechender Weise auf einfachem Wege messen oder anzeigen. Im zweiten Falle
kann an Stelle des elektromagnetischen Zählers 17 ein Lautsprecher oder ein sonstiges
Anzeige- oder Warngerät treten.
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Um das erfindungsgemäße Meßgerät auf einwandfreie Funktion hin prüfen
zu können, empfiehlt es sich, eine Möglichkeit vorzusehen, dem Zündkondensator 22
größere Kondensatoren parallel zu schalten.
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Auf diese Weise kann an Stelle des zu messenden Widerstandes ein entsprechend
der Vergrößerung des Zündkondensators kleinerer genau bekannter Prüfwiderstand eingeschaltet
und die richtige Anzeige des Gerätes nachgeprüft werden. Diese Maßnahme ist bedeutsam,
weil ein anderenfalls erforderlicher hoher Prüfwiderstand schwer mit der erforderlichen
Konstanz hergestellt werden kann.
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Weiterhin läßt sich der Meßbereich des Gerätes durch die Parallelschaltung
von Kondensatoren zum Zündlondensator erweitern.
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Sieht man ferner von außen zugängliche Anschlüsse für die mittels
der Stabilisatoren 12', 12" usw. konstant gehaltene(n) Spannung(en) vor, so kann
man diese Spannung(en) zusätzlich noch dazu benutzen, Elektrometer od. dgl. aufzuladen.