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Meßvorrichtung mit radioaktiven Abtasteinrichtungen zum Messen der
Masse eines sich bewegenden stabförmigen Körpers1 z. B. eines Tabakfüllstranges
Die Erfindung betrifft Meßvorrichtungen, insbesondere raldioaktive Abtastvorrichtungen,
wie sie z. B. zum Messen der Masse eines Füllstranges in Zigarettenmaschinen verwendet
werden.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Masse eines nicht eingeschlagenen
oder losen Tabakfüllstranges dadurch zu messen, daß man ihn zwischen einer Quelle
von duErchldringender Strahlung, z. B. einem Beta-Strahlensender, und einer auf
Strahlen ansprechenden Vorrichtung, z. B. einer Ionisationskammer, hindurchführte,
die zusammen eine Meßvorrichtung bilden, die in Zukunft als Abtastvorrichtung bezeichnet
werden soll.
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Die wirksame Verwendung von radioaktiven Abtastvorrichtungen für
derartige Messungen- hängt sehr viel von der sogenannten »festen Geo,metrie« der
Anordnung ab, qd. h. von der Einhaltung der Entfernungen zwischen einer radioalctiven
Quelle und einer auf Strahlen ansprechenden Vorrichtung und der genauen Lage der
zu messenden Substanz ihnen gegenüber, die bei dem hier vorLiegenden Beispiel ein
loser Füllstrang ist.
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Wenn sich die Lage der Substanz gegenüber der Quelle ändert, dann
ändert sich auch der Anteil der ausgesandten Strahlen, die durch die Substanz hindurchgehen,
da die Strahlen sich nicht in parallelen Linien bewegen, sondern erheblich streuen.
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Ein loser Füllstrang ändert seine Lage gegenüber der Quelle sehr
leicht, da ein Füllstrang von gegebener Masse pro Längeneinheit bei einer entsprechend
geringen Dichte verhältnismäßig hoch oder bei einer entsprechend größeren Dichte
ziemlich flach sein kann.
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Ferner kann der Querschnitt des Füllstranges unregelmäßig, z. B. an
der einen Seite größer als an der anderen sein.
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Ein sich bewegender Füllstrang oder überhaupt ein sich bewegender
stabartiger Körper aus starrem Material, die beide eine gleiche Masse pro Längeneinheit
aufweisten, werden nicht notwendigerweise ein gleiches Ansprechen der auf die Strahlen
ansprechenden Vorrichtung veranlassen.
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Gemäß der Erfindung ist nun eine Meßvorrichtung mit radioaktiven
Abtastvorrichtungen zum Messen der Masse eines sich bewegenden stabartigen Körpers,
z. B. eines losen Tabakfüllstranges, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle
je einer Abtastvorrichtung an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Körpers
liegt und die auf die Strahlen ansprechenden Vorrichtungen so elektrisch miteinander
verbunden sind, daß die in ihnen entstehenden Ströme vereint werden.
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Vorzugsweise liegen bei der einen Abtastvorrichtung die Sbrahlenquelle
und die auf die Strahlen ansprechende Vorrichtung oberhalb bzw. unterhalb des sich
bewegenden Körpers, während die zweite Abtastvorrichtung umgekehrt angeordnet ist.
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Die aluf die Strahlen ansprechende Quelle kann eine Ionisationskammer
sein.
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Der radioaktive Stoff in einer Strahlenquelle kann schräg über dem
sich bewegenden stabförmigen Körper liegen.
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Die Ionisationskammern können parallel geschaltet sein, um einen
gemeinsamen Ausgangsstrom zu ergeben, oder der Ausgangsstrom der einzelnen Kammern
kann addiert und das- Mittel daraus genommen werden. Der Ausgangsstrom einer Kammer
kann so eingestellt werden, d. h. die Kammer selbst kann so geregelt werden, daß
ihr Ausgangsstrom sich bei einer gegebenen vorbeigehenden Masse ändert.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in beliebiger bekannter
Weise verwendet werden, um die Zuführgeschwindigkeit oder -menge des Stoffes in
einem sich bewegenden -stabförmigen Körper entsprechend der Art der Maschine zu
steuern, an der die Vorrichtung angebracht ist Die Zeichnung zeigt als Beispiel
eine Ausführungsform der Erfindung, und zwar veranschaulicht Fig. 1 die Anwendung
der - Erfindung auf die Messung eines sich bewegenden stabförmigen Körpers, der
aus einem in einem -Trog entlang laufenden Tabakstrom besteht;
Fig.
2 zeigt einen Stromkreis zum Koppeln zweier auf Strahlen ansprechender Vorrichtungen,
die als Ionisationskammern dargestellt sind; Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere
Art der Koppelung der zwei Kammern; Fig. 4 ist ein Schnitt diirch eine Ionisationskammer
und ihr Zubehör; Fig. 5 ist ein Querschnitt durch den unteren Teil von Fig. 4; Fig.
6 zeigt das Äußere des oberen Teiles der Kammer von Fig. 4, und Fig. 7 veranschaulicht
schematisch die Anwendung der Erfindung in einem Fall, bei dem der sich bewegende
stabartige Körper aus einem Streifen besteht.
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Gemäß Fig. 1 trägt ein im Schnitt gezeigtes laufendes Band 1 einen
Tabakstrcm, d. h. einen losen Füllstrang 2, zwischen Führungen 3, um ihn nach einer
anderen Vorrichtung zu bringen, in der er z. B. zu einem Zigarettenstrang geformt
und in einen Papierstreifen eingehüllt wird. Die Strahlenquelle 5 einer Abtastvorrichtung
4 liegt oberhalb der Führungen und die Ionisationskammer 6 unterhalb des Bandes.
Das radioaktive Material der Quelle ist schräg quer über den Führungen angeordnet,
wie bei 5 X zu sehen. Die Kammer ist zylindrisch, und die Quelle ist ziemlich kurz.
Etwas weiter entlang den Führungen liegt eine zweite Abtastvorrichtung 7, deren
Ionisationskammer 8 oberhalb der Führungen und deren Strahlenquelle 9 unter dem
Band angeordnet ist.
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Nimmt man an, daß in der Verteilung des Tabaks in dem Trog an den
Stellen 4 und 7 kein Unterschied vorhanden ist und. daß die Abtastvorrichtungen
möglichst gleich sind und gegenüber der Grundplatte des Troges genau die gleiche
Lage haben, dann kann, trotzdem der Querschnitt des Tabakstromes gegeniiber den
Quellen der beiden Abtastvorrichtungen umgekehrt liegt, der gesamte in den beiden
Kammern entstehende elektrische Strom demjenigen gleich sein, der aus den Messungen
durch zwei solcher Vorrichtungen entsteht, wenn der Tahakstrom um genau gleiche
Beträge von der Strahienqnefle der einzelnen Abtastvorrichtungen entfernt ist, d.
h. wenn man eine genau gleiche Aufmachung der beiden umgekehrt liegenden Abtastvorrichtungen
und einen Tabakstrom annimmt, dessen Verteilung unveränderlich ist und gegenüber
den Abtastvorrichtungen gleichmäßig fest liegt, dann müßte das Ergebnis das gleiche
sein wie bei der umgekehrten Abtastanor<hiung mit einer beliebigen, aber unveränderten
Verteilung des Tabakstromes gegenüber den Abtastvorrilchtungen.
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Es kommen jedoch noch andere Faktoren hinzu.
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Wenn sich z. B. der Abstand der oberen Fläche des Tabakstromes von
der oberen Strahlenquelle entsprechend der Dichte der gegebenen Masse ändert, dann
erfolgt auch eine Änderung der Streuung. Man kann feststellen, daß, wenn diese Fläche
tiefer liegt, also von der Quelle weiter entfernt ist, der Ionisationsstrnm stärker
wird, wahrscheinlich infolge einer späteren Streuung der Teilchen, so daß mehr von
ihnen in die Kammer eintreten können. Die Verhältnisse liegen bei der zweiten Abtastvorrichtung
anders, da die untere Fläche des Tabakstromes eine unveränderte Entfernung von der
Strahleuquelle hat, während die abgekehrte Fläche des Stromes bei einer Verringerung
der Stromhöhe sich der Quelle nähert und einen Abfall des Ionisationsstromes ergibt.
Auf diese Weise können die beiden Abtastvorrichtungen einander nicht ausgleichen,
aber das Ergebnis der ganzen Anordnung ist nichtsdestoweniger günstig, da die beiden
Abtastvorrichtungen bestrebt sind, Ver-
schiedenheiten in der Tabaks tromhöhe auszugleichen,
d. h. Verschiedenheiten, die mehr infolge der Anordnung der Tabakfäden als durch
Änderungen der absollten Masse des vorbeigehenden Füllstranges entstehen.
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In Fig. 2 ist ein Stromkreis für die Koppelung der Ionisationsräume
nach Fig. 1 in Parallelschaltung gezeigt.
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Eine als Batterie 10 dargestellte Gleichstromquelle führt zwischen
der Ionisationskammer 6 und einem eine Elektrode bildenden inneren Teil 11 eine
Spannung zu, wobei die Kammer 6 selbst ebenfalls eine Elektrode bildet. Die Beta-Teilchen,
die in die Kammer 6 eintreten, verursachen in Anwesenheit der zugeführten Spannung
eine Ionisation des Gases in der Kammer, und der sich ergebende Strom, der ein Maß
der Energie der durch den Tabak hindurchtretenden Strahlen ist, entwickelt an einem
hochwertigen Widerstand 12 eine Spannung.
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Aus bekannten Gründen ist es wiinschenswert, eine zweite Abtasteinheit
als Ausgleichseinheit zu verwenden, deren Strahlung durch eine Standard-Absorptionsvorrichtung
hindurchgeht, bevor sie die Kammer 13 dieser Einheit erreicht. Die Kammer 13 steht
ebenfalls unter der Spannung der Batterie 10, ihre Spannung ist also die gleiche
wie die der Karnrner 6 zugeführte.
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Die Kammer 8 ist der Kammer 6 parallel geschaltet, so daß die Ströme
in den Kammern 6 und 8 addiert werden und durch den Widerstand 12 hindurchgehen.
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Die Absorptionsvorrichtung der Ausgleichseinheit ergibt einen Ausgleichsstrom,
der gleich dem vereinigten Strom aus den Kammern 6 und 8 ist, wenn der Füllstrang
2 die richtige Masse hat. Die genaue Ausgangsspannung, d. h. die Spannung infolge
der Differenz zwischen den Strömen aus den Kammern 6 und 8 einerseits und der Kammer
13 andererseits wird, wie durch. Pfeile angedeutet, irgendeinem geeigneten Verstärker
zugeführt, so daß eine ausreichende Energie erzielt werden kann, um das Meßergebnis
anzuzeigen oder, wie es noch üblicher ist, die Zuführvorrichtungen des Tabaks zur
Bildung des Füllstranges zu steuern.
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Die Kammern sind in der üblichen Weise mit je einem Schutzring versehen.
Der Schutz ring der Kammer 6 trägt das Bezugs zeichen 14, und die drei Ringe sind
in der dargestellten Weise verbunden.
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Fig. 3 zeigt eine andere Art zur Verbindung der beiden Kammern. Die
Kammern und die Quellen von Fig. 1 sind in die Fig. 3 aufgenommen, aber die vordere
Führung 3 und der Tabakstrang wurden fortgelassen. Die Ausgangsleitungen der Kammern
6 und 8 sind mit je einem Verstärker 20 bzw. 21 verblinden, die eine Vorrichtung
22 speisen, in der der Ausgangsstrom der beiden Verstärker addiert und das Mittel
daraus gebildet wird, und das Ergebnis dieser Vorrichtung geht zu einem Verstärker
23, dessen Au,sgangsstrom in der in Verbindung mit Fig. ig. 2 beschriebenen Weise
verwendet wird. Wenn eine Ausgleichseinheit verwendet wird, wird deren Absorptionseinrichtung
so eingestellt, daß sie den ermittelten Mittehvert der Ausgangsströme der Kammern
6 und 8 ausgleicht, wenn die Tabakmasse die richtige Größe hat.
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Anstatt aus den Ausgangsströmen der beiden Kammern in der beschriebenen
Weise den Mittelwert zu ermitteln, erschei-nt es zweckmäßig, wenn eine Kammer ständig
einen höheren Stromausgang hat als die andere, eine der Kammern so einzustellen,
daß dies verbessert wird. Wenn z. B. ein Füllstrang wie in
Fig.
3 gemessen wi!rd, muß notwendigerweise die Quelle 5 von dem Füllstrang weit genug
entfernt sein, damit sie bestimmt die Bewegung des Füflstranges unter keinen Umständen
behindert, da dadurch der ganze Zweck der Erfindung verlorenginge. Nichtsdestoweniger
ist es wesentlich, die Entfernung zwischen Quelle und Sendet auf einem Geringsttnaß
zu halten, und deswegen liegt die Quelle 9 dem Tabak näher, als es die Quelle 5
sein kann, und obwohl diese Entfernung für beide Einheiten die gleiche ist, können
das Streuen und sonstige Faktoren bei den beiden Einheiten sehr wohl verschieden
sein. Es ist daher Vorsorge getroffen, daß der Ausgangsstrom einer Kammer während
des Einrichtens und Prüfens so einzustellen ist, daß alle solche Differenzen in
dem Ausgangsstrom ausgeglichen werden.
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Die Kammer gemäß Fig. 4 besteht zu diesem Zweck aus einem zylindrischen
Metallgehäuse 30, dessen untere Seite durch eine Scheibe 31 abgeschlossen wird,
die mit der Gehäusewand durch Löten oder Schweißen gasdicht verbunden ist. Die obere
Seite des Gehäuses wird durch einen mit Gewinde versehenen Ring 32 abgeschlossen,
der an seiner Außenseite mit Zähnen 33 versehen ist und oben eine Metallmembran
oder Fenster 34 trägt. Der untere Teil des Ringes 32 und des Gehäuses 30 sind so
miteinander verbunden, daß die Kammer vollständig abgedichtet ist, und der mittlere
Teil der Scheibe 31 enthält bei 35 eine Dichtung für Glas mit Metall. In der Mitte
des Glasteiles 35 befindet sich eine stangenförmige Elektrode36, an die eine Platte
37 angeschlossen ist, die aus einem dünnen Metallblech besteht, das in der Längsrichtung
gewellt ist, um die Steifheit zu vergrößern. An beiden Seiten der Platte 37 sind
weitere Platten 38 vorgesehen, die an einem Flansch 39 im Inneren des Gehäuses 30
befestigt sind und in metallischer Verbindung mit diesem stehen. Die Platten 38
können, wie Fig. 4 zeigt, gegeneinander konvergieren, da sich die Feldstärke an
weiter von der radioaktiven Quelle entfernter Stelle senkt. Unter dem Glas 35 ist
ein die mittlere Elektrode 36 umgebender Metallring 40 angebracht, der den Schutzring
der Kammer bildet und der mit einem gegabelten Federkontakt41 in Berührung ist.
Zwischen den Armen dieses Kontaktes liegt ein unter Federdruck stehender Zapfen
42, der die Verbindung zu der mittleren Elektrode 36 bildet. Die Kammer ruht auf
einer großen Schraubenfeder 43, die mit der Bodenplatte der Kammer in Berührung
ist und die elektrische Verbindung zu ihr bildet. Die Kammer kann mit Hilfe der
Verzahnung 33 um ihre Längsachse in Umdrehung versetzt werden. Die Verzahnung 33
kämmt mit einem Zahnrad44, das durch einen in ein vieleckiges Loch 45 eingefügten
Zapfen gedreht werden kann. Die Kammer ist mit einem geeigneten Gas gefüllt, z.
B. einer Mischung von Argon und Kohlendioxyd, und wenn die Kammer richtig mit dem
Gas gefüllt ist, wird sie verschlossen. Der Druck in der Kammer liegt etwas über
Atmosphärendruck, gerade ausreichend, um eine leichte Ausbeulung des Fensters oder
der Membran 34 zu veranlassen. Es ist aus Fig. 4 zu sehen, daß die ganze Kammer
von einem Gehäuse 46 umschlossen wird, oberhalb dessen ein Zylinder 47 vorgesehen
ist, der durch nicht dargestellte Bolzen an dem Gehäuse befestigt ist und von oben
auf das Gehäuse 30 drückt, um es fest in seiner Lage und in engem elektrischem Kontakt
mit der Feder 43 zu halten.
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Um Ungenauigkeiten infolge der Ansammlung von Staub an der Ionisationskammer
zu vermeiden, liegt der Trog 50, in dem der lose Füllstrang läuft, quer zu
dem Metallfenster
34,und der Papierstreifen P läuft, wie Fig. 6 zeigt, quer zu dem Fenster in Berührung
mit diesem und fegt etwaigen Staub fort. Zu diesem Zweck liegt die Membran der Kammer
ein wenig über der normalen Hohe des Bodens des Troges, ist aber von etwaigen metallischen
Teilen durch Platten 48 isoliert. Der Papierstreifen P liegt auf der Kammer 30,
und der auf dem Papier liegende Tabak T wird seitlich durch die Führungen 50 begrenzt.
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Die Kanten des Papierstreifens P sind aufwärts gebogen, um das Entweichen
von Tabak oder Staub zu verhindern. Die zweite Kammer steht natürlich umgekehrt,
also mit der Oberseite nach unten, so daß hier kein Problem bezüglich des Staubes
auftritt. Es können aber die üblichen Blas- oder Saugvorrichtungen angebracht werden,
um etwaigen sich z. B. an der Quelle der zweiten Einheit ansammelnden Staub zu entfernen.
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Eine Drehung der Kammer ändert ihre Empfindllichkeit, da, wenn die
Platten 37 und SS parallel zu der Bahn des Füllstranges liegen, der wirksame Teil
des Fensters der Kammer seine maximale Größe hat und, wenn sie rechtwinklig dazu
liegen, die Öffnung eine minimale Größe hat. Diese Drehung bildet eine sehr genau
arbeitende Einrichtung zur Einstellung der Empfindlichkeit einer Kammer.
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In Fig. 7 ist die Erfindung in ihrer Anwendung für das Messen eines
sich bewegenden Materialstreifens 51 gezeigt. In diesem Falle können die Quellen
und Kammern sehr nahe an dem Streifen liegen. Wenn der Streifen gegenüber den Meßeinrichtungen
nicht genau in seiner Lage bleiben kann, wenn er z. B. dufchsacken kann oder Schwingungen
und Erschütterungen unterworfen ist, die veranlassen, Lagen einzunehmen, die in
der Zeichnung in strichpunktierten Linien gezeigt sind, dann kann unter günstigen
Bedingungen eine Kammer die andere trotz solcher Bewegungen genau ausgleichen. Wenn
sich der Streifen nach der Quelle der einen Einheit hin bewegt, wird der elektrische
Strom in der Kammer abnehmen und umgekehrt. Wenn die Schwingung des Streifens über
seine mittlere Lage hinaus nach beiden Seiten der Bahn hin gleich ist und die Arbeitsbedingung
der zweiten Einheit die gleichen sind, dann fallen infolge der Bewegung eintretende
Irrtümer durch die miteinander vereinigten Kammern fort.
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Die Energieabgabe kann - in beliebiger bekannter Weise verwendet
werden. Wenn z. B. der Streifen auf eine bestimmte Stärke gewalzt werden soll, kann
die Energieabgabe dazu benutzt werden, den Walzendruck einzustellen. Wenn dagegen
der Streifen gezogen wird, um die gewünschte Stärke zu erlangen, dann kann die Geschwindigkeit
der treibenden Walzen entsprechend der Energieabgabe der Kammer eingestellt werden.
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Wenn es sich um das Messen eines Tabakfüllstranges handelt, ändert
sich dessen Höhe von einer bestimmten Bezugsebene, nämlich dem Papier aus, gemessen,
das den Füllstrang trägt. Eine solche Höhenänderung bedeutet jedoch gewöhnlich,
daß mehr Tabak vorhanden ist, wenn der Füller höher ist, und dann kann die Energieabgabe
aus den Kammern dazu verwendet werden, um die Zuführvorrichtungen für den Tabak
zur Bildung des Füllstranges zu steuern.