DE2439665A1

DE2439665A1 - Materialmessanordnung

Info

Publication number: DE2439665A1
Application number: DE2439665A
Authority: DE
Inventors: Carvel D Hoffman; Duane T Jones
Original assignee: Bethlehem Steel Corp
Current assignee: Bethlehem Steel Corp
Priority date: 1973-08-20
Filing date: 1974-08-19
Publication date: 1975-03-13
Also published as: FR2241784B1; GB1483251A; US3864573A; CA1024665A; FR2241784A1; JPS5073662A

Description

Patentanwalt·

DT.-Ing. Wilhelm Röichel DlpL-Ing. Wolfgang Reiche!

6 Frankfurt a. M. 1 ParkftraBe 13

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BETPiLEHEM STEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania, VStA

Materialmeßanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Materialmeßanordnung mit einer Einrichtung zum Umformen von Strahlung in das Licht einer variablen Lichtquelle, die sich als Funktion von einer oder mehreren Eigenschaften des Materials ändert.

Die Erfindung befaßt sich somit mit der radiometrischen Messung von Materialeigenschaften und betrifft insbesondere eine Materialmeßanordnung mit einem großen Meßbereich, die zum Bestimmen der Materialeigenschaft einen hinsichtlich seiner Verstärkung gesteuerten Fotodetektor aufweist. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die einen großen Meßbereich überstreichende, genaue Messung der Dicke von Stahlblechen oder Stahlstreifen in Warmwalzwerken', die unter im allgemeinen veränderlichen Betriebs- und Arbeitsbedingungen Stahlprodukte erzeugen. Anstelle von Stahl können auch die Eigenschaften von anderen Materialien gemessen werden, und gleichermaßen kann man anstelle der Dicke auch andere Materialeigenschaften bestimmen, beispielsweise das Gewicht pro Flächeneinheit oder die Dichte.

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In den heutigen Warmwalzwerken verwendet man sowohl manuellals auch rechnergesteuerte Meßanordnungen, um Warmstahlblech oder Warmbandstahl mit einer hohen Fertigungsgeschwindigkeit herzustellen. Die benutzten Meßanordnungen sollen ein schnelles Ansprechverhalten haben, eine hohe Genauigkeit zeigen und zuverlässige elektrische Signale liefern, die über einen großen Bereich von Betriebsbedingungen, zu denen sowohl unterschiedliche Fertigungsgeschwindigkeiten als auch sich ändernde Materialeigenschaften zu zählen sind, eine lineare Anzeige einer Materialeigenschaft liefern, beispielsweise der Stahlblechdicke. Dickenmeßgeräte für Warmstahlwalzwerke sollen beispielsweise eine Genauigkeit von + 1/3% haben und unter Berücksichtigung der in einem Warmwalzwerk herrschenden Bedingungen elektrische Signale liefern, die die Dicke des später auf Raumtemperatur abgekühlten Materials angeben. Dazu ist weiterhin zu bemerken, daß die Messung der Warmstahlbleche unter Berücksichtigung von vielen Umständen ausgeführt werden muß, beispielsweise innerhalb eines Meßbereiches bis zu 7,5 cm (3 inch) oder mehr, innerhalb eines Materialtemperaturbereiches zwischen 593 ⁰C (1100 ⁰F) und 1204 ⁰C (2200 ⁰F), wobei sich die Temperatur während des Walzens ändert, und bei einer Dichte, Zusammensetzung oder Güte des Materials, deren tatsächlicher Wert um ± 10% von einem Eichwert abweichen kann, jedoch für einen vorgegebenen Walzgang konstant ist. Die benutzten Meßanordnungen nutzen im allgemeinen die Massenabsorptionswirkung aus. Das bedeutet, daß beim Einbringen eines Meßmaterials in eine in das Meßmaterial eindringende Strahlung die von dem Meßmäterial pro Flächeneinheit absorbierte Strahlung exponentiell oder nichtlinear von einer linearen Dickenänderung abhängt. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß sich die Strahlungsabsorption und damit die scheinbare Materialdicke auch in Abhängigkeit von anderen Erscheinungen ändert, nämlich (1) willkürlich in Anbetracht der statistischen Gesetzen unterliegenden Ausstrahlung der Strahlungsquelle, (2) als komplizierte Funktion der Strahlungswellenlänge und Strahlungsintensität, (3) als komplizierte Funk-

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tion der Materialzusammensetzung oder Materialgüte und (4) als vorbestimmte Funktion der Materialtemperatur. Die Temperaturfunktion wird bei einer vorgegebenen Zusammensetzung des Materials innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches und in Anbetracht einer konstanten vorbestimmten Temperaturänderung als linear betrachtet. Bei anderen Bedingungen ist die Temperaturfunktion ebenfalls nichtlinear. .

Es wurde bereits versucht bzw. vorgeschlagen, in Warmwalzwerken für Stahlbleche oder Stahlbänder Materialmeßanord-. nungen mit einer stabilen energiereichen Kernstrahlungsquelle für Photonenstrahlung in Verbindung mit einem einen weiten Meßbereich überdeckenden, bezüglich der Verstärkung gesteuerten Fotodetektor zu benutzen, der mit einem Scintillator verbunden ist, um die aus dem gemessenen Stahlblech austretende Strahlung in Licht umzuformen, das sich proportional mit dem nichtlinearen Massenabsorptionsverhalten ändert. Der Fotodetektor enthält eine Fotoelektronenvervielfacherröhre mit einer von der Dynodenspannung exponentiell oder nichtlinear abhängigen Röhrenverstärkung. Es hat sich gezeigt, daß dieser nichtlineare Verstärkungsvorgang eine Kennlinie aufweist, die umgekehrt und nahezu gleich der Kennlinie des nichtlinearen Massenabsorptionsvorganges ist. Diese Erkenntnis wird dadurch vorteilhaft ausgenutzt, daß die auf das Scintillatorlicht ansprechende Fotoelektronenvervielfacherröhre in einer selbstabgleichenden RückfÜhrschleife betrieben wird, in der der Anodenstromfluß für die Entstehung eines Fehlersignals sorgt. Mit dem Fehlersignal wird eine eine hohe Spannung liefernde steuerbare Spannungsquelle angesteuert, die mit den Dynoden der Fotoelektronenvervielfacherröhre verbunden ist. Auf diese Weise wird die Dynodenspannung und damit die Röhrenverstärkung geändert, um den Anodenstrom im wesnetlichen konstantzuhalten. Im Ergebnis ändert sich somit die Dynodenspannung geringfügig nicht linear über einen großen Meßbereich in Abhängigkeit von der Dicke des Stahlbleches. Die Meßanordnung enthält

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ferner Regeleinrichtungen zur automatischen Nullpunktseinstellung eines Bruchteils der Dynodenspannung, wenn sich in der Meßanordnung kein zu messendes Stahlblech "befindet. Ferner ist ein Vielfachdiodenfunktionsgenerator vorgesehen, der zum Linearisieren der nullpunkteingestellten Spannung dient. Darüberhinaus sind Einrichtungen zum maßstäblichen Ändern der linearisierten und nullpunktsmäßig eingestellten Spannung vorhanden. Der Maßstab wird vorzugsweise derart gewählt, daß eine Spannung von einem Volt einer bestimmten Dickeneinheit entspricht. Darüberhinaus sind Signalaufbereitungseinrichtungen mit einer servoangetriebenen Proportioniereinrichtung vorhanden, um das Dickensignal in bezug auf Änderungen zu modifizieren, die durch Veränderungen in der Stahlblechzusammensetzung und der Stahlblechtemperatur in dem Signal hervorgerufen werden. Das auf diese Weise linearisierte, korrigierte und kompensierte Signal wird einem einzigen, einen weiten Meßbereich aufweisenden digitalen Dickenanzeiger zugeführt.

Es hat sich gezeigt, daß der oben angegebene Vorschlag verbesserungsbedürftig ist. So ist es erstens erwünscht, den nachteiligen Einfluß des Strahlungsquellenverfalls und von irgendwelchen anderen Vorgängen, die eine nicht erwünschten Veränderung in der auf den Scintillationsdetektor auftreffenden Strahlungsmenge hervorrufen, automatisch zu kompensieren. Zweitens besteht das Bedürfnis, elektrische Drifterscheinungen in den Meßgerätschaltungen automatisch zu korrigieren. Drittens sollte die Verstärkung in der selbstabgleichenden Rückführschleife herabgesetzt werden, um die Meßgerätestabilität und Ergebnisgenauigkeit zu verbessern. Viertens ist die Kompensations des Materialmeßsignals in Bezug auf in dem Signal auftretende Einflüsse zu verbessern, die durch Veränderungen der Güte und Temperatur des Materials hervorgerufen werden. Fünftens ist es erwünscht, die Wartung und Eichung der Meßanordnung zu erleichtern. Sechstens soll es möglich sein, von der ge-

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messenen Materialeigenschaft eine Profildarstellung automatisch anzugeben.

Der Erfindung liegt grundsätzlich die Aufgabe zugrunde, das Betriebsverhalten der Materialmeßanordnung zu verbessern. Insbesondere sind der Strahlungsquellenverfall und andere Erscheinungen, die eine unerwünschte Änderung im Betrag der auf den Scintillationsdetektor auftreffenden Strahlung hervorrufen, automatisch zu kompensieren. Ferner sollen vorzugsweise elektrische Drifterscheinungen in den Meßschaltungen automatisch korrigiert werden. Darüber hinaus sollen die Stabilität und Genauigkeit der Meßanordnung verbessert werden. Ferner wird eine verbesserte Kompensation des Materialmeßsignals gegenüber Änderungen angestrebt, die in dem Meßsignal durch Veränderungen von anderen Materialeigenschaften hervorgerufen werden, die die zu messende Eigenschaft beeinträchtigen. Darüber hinaus sollen zweckmäßigerweise die Wartung und Eichung vereinfacht werden. Schließlieh soll die zu schaffende Materialmeßanordnung vorzugsweise die zusätzliche Fähigkeit haben, von der gemessenen Materialeigenschaft automatisch eine Profildarstellung zu geben.

Nach der Erfindung ist die eingangs beschriebene Materialmeßanordnung gekennzeichnet durch eine selbstabgleichende Meßschleife mit einem bezüglich seiner Verstärkung gesteuerten Photodetektor, der auf die variable Lichtquelle anspricht und mit Verstärkungsfehlern behaftet ist, mit einem Vergleicher, der die Erzeugung eines Materialmeßsignals bewirkt, das sich als Funktion der variablen Lichtquelle und in Abhängigkeit von den Umformungs- und Verstärkungsfehlern ändert', sowie mit einem Integrator, der derart geschaltet ist, daß er den Vergleicher zur Stabilisierung der selbstabgleichenden Meßschleife gegenüber von den Umformungs- und Verstärkungsfehlern verursachten unerwünschten Einflüssen modifiziert, und durch eine das

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stabilisierte Materialmeßsignal verwertende Einrichtung zum Bestimmen eines Wertes von der oder den Materialeigenschaften.

Insbesondere wird nach der Erfindung die oben beschriebene vorgeschlagene Meßanordnung dadurch abgeändert, daß die Schaltungen zum Messen, zur Nullpunktseinstellung, zur Linearisierung und zur Kompensierung modifiziert und Schaltungen zum Eichen und zur Profildarstellung hinzugefügt werden. Im einzelnen aktiviert.das aus einem zu messenden Warmstahlblech austretende Photonenstrahlungsbündel den Scintillator und veranlaßt, daß der Anodenstrom der Photoelektronenvervielfacherröhre die Entstehung eines Fehlersignals in der selbstabgleichenden Meßschleife verursacht. Der in dem Vorschlag benutzte Vergleicher wird allerdings durch einen Vergleicherintegrator ersetzt, der anstelle eines einfachen Fehlersignals ein integriertes Fehlersignal liefert. Das integrierte Fehlersignal regelt die Dynodenspannungsquelle und damit die Verstärkung der Photoelektronenvervielfacherröhre, und zwar in einer solchen Weise, daß der Anodenstrom konstant bleibt, selbst wenn ein Verfall der Strahlungsquelle oder eine Drift in der Verstärkungscharakteristik der Photoelektronenvervielfacherröhre auftritt. Ein manuell einstellbarer Nullpunkts- und Abschwächungsvergleicher ersetzt die servobetriebene automatische Nullpunktsschaltung und ist der Meßschleife nachgeschaltet, um fortlaufend einen bestimmten Bruchteil der geringfügig nicht linearen Dynodenspannung abzugeben, die ein Maß für die Dicke des Stahlbleches ist. Die Linearisierungseinrichtung ist durch die Verwendung eines logarithmischen Verstärkers modifiziert, der über einen weiten Bereich eine stufenlose Linearisierung des Dynodenspannungsbruchteiles vornimmt. Der Vielfachdiodenfunktionsgenerator, der bei der vorgeschlagenen Meßanordnung eine schrittweise Linearisierung dieser Spannung in einem etwas begrenzten Bereich vornimmt, wird nicht mehr ge-

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braucht. Der Güte- und Temperaturkompensator sind stark modifiziert und machen von vereinfachten Abfühl-, Maßstabsund Multiplizierschaltungen Gebrauch, um das linearisierte Dickensignal zu kompensieren. Die bei dem Vorschlag benutzten Einrichtungen zur getrennten Maßstabseinstellung und zu der komplizierten Steigungseinstellung sowie die servogetriebenen Proportionierschaltungen können entfallen. Die elektronische Ausgangsschaltung enthält einen.Integrator und. einen Materialdetektor, um das linearisierte und kompensierte Dickensignal bei nicht vorhandenem Stahlblech automatisch hinsichtlich des Nullpunktes einzustellen. Dadurch wird eine Systemnullpunktsdrift vermieden, die auch die digitale Anzeigeeinrichtung wiedergeben würde. Weiterhin sind eine digitale Dickenwahleinrichtung und ein Umsetzer vorhanden, die mit der neuartigen elektronischen Ausgangsschaltungseinrichtung sowie dem digitalen Dickenanzeiger zusammenarbeiten, um die Eichung der Meßanordnung und die Darstellung des Meßsignales als Profil zu erleichtern.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer radiometrischen Materialmeßanordnung mit einem großen Meßbereich,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die den Massenabsorptionsvorgang erläutert, und zwar in Einheiten der aus dem zu messenden Material austretenden Strahlung in Abhängigkeit von einer Materialeigenschaft, beispielsweise der Dicke bei bekannter Dichte,

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Verstärkung einer Photoelektronenvervielfacherröhre von der Dynodenspannung zeigt,

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Fig. 4 eine graphische Darstellung mit (A) der bruchteiligen Dynodenspannung der Photoelektronenvervielfacherröhre, (B) der nullpunktkorrigierten Dynodenspannung, (C) der Ausgangsspannung eines logarithmischen Verstärkers in einer Linearisierungseinrichtung, (D) der von der Linearisierungseinrichtung erzeugten Spannung und (E) der linearisierten und maßstäblich geänderten Spannung, und zwar jeweils in Abhängigkeit von einer Materialeigenschaft, beispielsweise der Dicke,

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines Temperatur- und Gütekompensators für das in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel und

Fig. 6 eine graphische Darstellung mit (A) der Abhängigkeit der Stahlblechdichte von der Temperatur, (B) dem nicht linearen Ausgangssignal eines pyometrischen Temperaturfühlers und (C) der prozentualen Korrektur, die der Temperaturkompensator an dem Dickensignal vornimmt.

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An Hand der Fig. 1 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben, das sich mit der Verbesserung des in der Einleitung genannten vorgeschlagenen und einen großen Meßbereich aufweisenden Strahlungsmeßgeräts befaßt und zum genauen Messen der Materialdicke eines warmgewalzten kohlenstoffarmen Stahlbleches mit bekannter Zusammensetzung oder Güte dient, und zwar in einem einzigen Dickenbereich von 0,0 bis 7,500 cm (o.o bis 3.000 inch) mit Schritten von 0,0025 cm (0.001 inch). Die Messungen werden bei einem Warmwalzwerk für Stahlblech vorgenommen. Die ausführliche Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels soll keine Einschränkung darstellen. Es können nämlich auch andere Materialien als Stahl gemessen werden, und bei der Materialeigenschaft kann es sich beispielsweise auch um die Materialdichte oder das Gewicht pro Flächeneinheit handeln.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Fig· 1 enthält ein Dickenmeßgerät als Quelle für eindringende Gammaphotonen eine konstante Kernstrahlungsquelle 10, die vorzugsweise eine monoenergetische Strahlung abgibt. Drei Curie von Caesium 137, das eine Energie von etwa 667 keV ausstrahlt und eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren hat, stellen bei Stahl mit einer Stärke von wenigstens 7,5 cm (3 inch) eine ausreichende Photonendurchdringung sicher.

Die Strahlungsquelle 10 ist mit einer Verschluß- und Eichmaßeinheit 11 verbunden, die in üblicher Weise aufgebaut ist. Die Eichmaße bestehen aus einer Anzahl von einzelnen Scheiben bekannter Zusammensetzung, von denen jede auf eine vorbestimmte Dicke genau geschliffen ist, und zwar in Übereinstimmung mit dem zu erfassenden Dickenmeßbereich. Die Verschluß- und Eichmaßeinheit kann entweder manuell oder automatisch betätigt werden.

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Wenn der Verschluß offen ist, durchstrahlt ein Bündel einer Eintrittsstrahlung 12 von der Strahlungsquelle 10 eine Stahlplatte oder ein Stahlblech P. Die Eintrittsstrahlung wird entsprechend einem nichtlinearen Absorptionsvorgang geschwächt, der in der Fig. 2 grafisch dargestellt ist und dem für Röntgenstrahlung und Kernstrahlung modifizierten Lambert'sehen Gesetz folgt. Auf der der Eintrittsseite gegenüberliegenden Seite des Stahlbleches tritt daher ein geschwächtes Bündel einer Austrittsstrahlung 13 auf.

Ein Teil der Austrittsstrahlung 13 wird von einem Scintillator 14 absorbiert, der die Energie der Fotoionen in Licht umformt, das sich proportional mit der Strahlung ändert und somit nichtlinear mit der Dicke des Bleches P. Natrium- und Caesium j odidkr istalle sind als Scintillatoren annehmbar. Sie sind jedoch teuer und darüberhinaus weisen sie nachleuchtende Eigenschaften auf, die keine schnelle Erholungszeit zulassen. Im Hinblick auf einen niedrigen Rauschpegel und einer hohen Ansprechgeschwindigkeit erzielt man die besten Ergebnisse dadurch, daß die größtmögliche Detektorfläche und ein nicht nachleuchtendes bzw. nicht phosphoreszierendes Material verwendet wird. Weiterhin sind bei der Auswahl eines geeigneten Scintillators die rauhen Betriebsverhältnisse in der Nähe eines Stahlwalzwerks und die Kostenfrage zu berücksichtigen. Unter diesen Umständen wird die Verwendung eines nicht phosphoreszierenden dotierten Kunststoffs des Typs 110 der Firma Nuclear Enterprises, Inc., San Carlos, Californien als Werkstoff für den Scintillator 14 vorgezogen. Darüberhinaus wird anstelle des in der Fig. 1 der Einfachheit halber dargestellten herkömmlichen Scintillatorplatte ein würfelförmiger Scintillator vorgezogen. Der vorzugsweise würfelförmige Scintillator 14 ist derart ausgerichtet, daß die Austrittsstrahlung 13 senkrecht auf eine seiner Außenflächen auftrifft. Die von dem Scintillator gebildete Lichtquelle ist auf optischem Weg mit einer selbstabgleichenden Meßschleife 15 verbunden, die

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einen verstärkungsgesteuerten Fotodetektor 16 aufweist, der an einer Außenfläche des würfelförmigen Scintillators anliegt, die zu der erstgenannten Außenfläche senkrecht verläuft. Die übrige Außenfläche des Scintillators 14 ist gegenüber Licht undurchlässig gemacht. Bei einer solchen Anordnung tritt der nicht absorbierte Teil der energiereichen Strahlung aus derjenigen Außenfläche des würfelförmigen Scintillators aus, die der erstgenannten Außenfläche gegenüberliegt, und tritt dort in ein nicht dargestelltes Absorptionsmaterial ein.

Sowohl der Scintillator 14 als auch der Fotodetektor 16 sind als eine Baugruppe über einem Fenster eines bezüglich der Umgebungsbedingungen gesteuerten oberen Teils eines C-förmigen, nicht dargestellten Gerätegehäuses untergebracht. Die Strahlungsquelle 10 und die Verschluß- und Eichmaßeinheit 11 sind unter einem Fenster im unteren Teil des Gerätegehäuses untergebracht und derart angeordnet, daß die Eintrittsstrahlung 12 auf den Scintillator ausgerichtet ist. Das Meßgerätegehäuse ist derart ausgelegt, daß das Meßgerät zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil das in einer horizontalen Ebene angeordnete Stahlblech P aufnehmen kann. Die Anordnung kann dabei derart getroffen sein, daß bei sich bewegendem Blech das Meßgerät ortsfest ist. Andererseits kann aber auch das Meßgerät das Blech P während des Meßvorganges überqueren.

Der verstärkungsgeregelte Fotodetektor 16 enthält eine Fotovervielfacherröhre 17, die das vom Scintillator entsprechend einer nicht linearen Funktion erzeugte Licht in ein entsprechendes elektrisches Signal umformt. Bei der Fotovervielfacherröhre 17 handelt es sich vorzugsweise um eine EMI-Röhre vom Typ 9656KA oder um ein ähnliches Bauteil mit einer Fotokathode, die die vom Scintillator gebildete nicht lineare Lichtquelle in eine sich mit der Lichtintensität proportional ändernde Elektronenquelle umwandelt, mit einer Reihe von

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etwa 10 Dynoden mit guten Sekundäremissionseigenschaften zum Sammeln der Elektroden und einer Anode. Ferner tritt ein geringer Dunkelstrom auf. Eine noch zu beschreibende Spannungsquelle liefert eine veränderbare Dynodenerregungsspannung, die der Dynodenreihe zugeführt wird und die veranlaßt, daß die Fotovervielfacherröhre 17 eine exponentiel-Ie oder nicht-lineare Stromverstärkung aufweist, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Wenn die Fotoelektronenvervielfacherröhre mit einem konstanten Anodenstrom betrieben wird, wie es hier der Fall ist, dann besteht zwischen der Dicke des Bleches P im Strahl 12 und der Dynodenerregerspannung eine exponentielle oder leicht nichtlineare Beziehung. Der Fotodetektor 16 arbeitet daher wie eine verstärkungsgeregelte Einrichtung mit einer nichtlinearen Verstärkungscharakteristik, die etwa der Umkehrung der nichtlinearen Charakteristik der Lichtquelle entspricht. Dazu sei bemerkt, daß sich diese Lichtquelle in Abhängigkeit von der Strahlungsabsorptionswirkung ändert, und zwar in Abhängigkeit von der Dicke des Bleches P, dem Gewicht pro Flächeneinheit oder der Dichte.

Der Strom von der Anode der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 wird direkt dem Eingang eines hochohmigen Operationsvorverstärkers 18 zugeführt, der im Fotodetektor 16 . enthalten ist. Der Verstärker 18 ist als Strom-Spannungs-Umformer geschaltet. Dabei bildet der Innenwiderstand der Fotoelektronenvervielfacherröhre den Eingangswiderstand dieses Umformers. Der Verstärker 18 enthält einen geeigneten Rückführwiderstand (nicht gezeigt) und einen darüber geschalteten Glättungskondensator (nicht gezeigt), so daß der Fotodetektor 16 an eine Leitung 19 eine von der Materialdicke abhängige Spannung liefert. Diese Schaltungsanordnung stellt für die Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 eine minimale Belastung dar und vermindert die vom Verstärker 18 hervorgerufenen Rauscheffekte in bezug auf Rauschsignale, die von herkömmlichen, als Stromfühler benutzten Potentiometern verursacht werden.

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Es sei bemerkt, daß der verstärkungsregelte Fotodetektor gegenüber Masse Konstantresistanzschaltungen aufweist, die intern durch Anoden- und Dynodenwiderstandsnetzwerke gebildet werden, so daß der Aufbau der Schaltung für die Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 einfach ist und dennoch in einem einzigen weiten Meßbereich konstante Betriebsbedingungen aufrechterhalten werden, beispielsweise eine hohe Betriebsstabilität und eine hohe Genauigkeit.

Um die variable Erregerspannung für die Dynodenreihe der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 bereitzustellen, wird der verstärkungsgeregelte Fotodetektor 16 in der selbstabgleichenden Meßschleife 15 zusammen mit einem Vergleicherintegrator 20 zum automatischen Aufrechterhalten der Meßgeräteichkurvensteigung und -krümmung, Fig. 4 Kurve A, und mit einer elektronisch-servovariablen Hochspannungsquelle betrieben. Der Vergleicherintegrator 20 enthält einen Summierverstärker 21 mit einem Integrationskondensator 22, der eine beträchtliche Herabsetzung der gesamten Meßschleifenverstärkung zuläßt und in einem weiten Meßbereich einen scheinbar konstanten Anodenstrom aufrechterhält. Der Vergleicherintegrator 20 enthält ferner eine von einem Potentiometer 23 einstellbare interne BeZugsspannungsquelle. Die an der Leitung 19 auftretende Spannung wird über einen Summierwiderstand 24 dem einen Eingang des Verstärkers 21 zugeführt. An diesem Eingang wird diese Spannung mit der Summe aus dem Rückführstrom des Integrationskondensators 22 und aus dem Strom der Bezugsspannungsquelle vereint. Der andere Eingang des Verstärkers 21 ist an Masse angeschlossen. Das Potentiometer 23 wird anfangs eingestellt, solange sich noch keine Platte oder kein Blech P in der Strahlung befindet, so daß am Ausgang des Verstärkers 2t bzw. an einer Ausgangsleitung 25 des Vergleicherintegrators 20 eine einer Dicke von Null entsprechende, integrierte Fehlerspannung auftritt. Dadurch wird anfangs auf der in der Fig. 3 dargestellten Kurve der Betriebspunkt 26 festgelegt, wenn der

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Anodenstrom der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 einen konstanten Wert von etwa 60 Nanoampere hat. Der Integrationskondensator. 22 arbeitet mit dem Vergleicher in dem Vergleicherintegrator 20 zusammen, um den Betriebspunkt 26 zu einer automatischen Veränderung zu veranlassen und den Anodenstrom auf seinem konstanten Wert zu halten, und zwar mit dem Ziel, einen Abfall der Strahlungsquelle 10, eine Alterung der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 und andere von der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 abgefühlte Umstände zu kompensieren. Der Integrationskondensator 22 dient zu einer automatischen Stabilisierung der selbstabgleichenden Meßschleife 15 und hält daher über einen weiten Bereich der Dicke des Bleches P die Meßgeräteichkurvensteigung und -krümmung.konstant. Während der Anodenstrom auf seinem konstanten Wert gehalten wird, tritt an der Leitung 25 eine integrierte Fehlerspannung auf, sobald ein Blech P gemessen wird, und diese integrierte Fehlerspannung bildet das Ausgangssignal des Vergleicherintegrators .20.

Die selbstabgleichende Meßschleife 15 enthält einen elektronischen Servo in der Form einer spannungsgesteuerten Hochspannungsquelle 27/ bei der es sich beispielsweise um ein KEPCO-Modell Nr. 0PS1000 mit einer maximalen Nenngleichspannung von 1000 Volt und einer positiven Erdung handeln kann. Die Hochspannungsquelle 27 enthält im wesentlichen einen Hochspannungsoperationsverstärker, der das an der Leitung auftretende integrierte Fehlersignal verstärkt und an eine Ausgangsleitung 28 eine variable negative Hochspannung abgibt, die als Dynodenerregerspannung der Dynodenreihe der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 zugeführt wird. Wenn die bevorzugte Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 benutzt wird und das Bezugsspannungspotentiometer 23 derart eingestellt wird, daß der Betriebspunkt 26 anfangs festgestellt wird, wenn der Anodenstrom etwa 60 Nanoampere beträgt, ist die Meßschleifengesamtverstärkung wesentlich geringer als in dem in der Einleitung genannten vorgeschlagenen Meßgerät,

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und die Dynodenerregerspannung an der Leitung 28 wird veranlaßt, sich zwischen etwa -300 Volt und etwa -900 Volt zu ändern, wenn die von dem Scintillator 14 gebildete Lichtquelle von hell auf dunkel übergeht oder wenn sich die Dicke des Bleches P über einen einzigen weiten Bereich von dem Wert Null auf den Maximalwert ändert. Bei diesem Ausführungsbeispiel reicht dieser Bereich von Null bis zu einer Dicke des Bleches P von 7,5 cm (3 inch).

Die elektronische Servohochspannungsquelle ist intern derart geschaltet und derart in die selbstabgleichende Meßschleife 15 eingeschaltet, daß, wenn die Heßanordnung zunächst eingeschaltet wird und im Strahlengang der Strahlung 12 kein Blech P ist, kein Anodenstrom fließt und daher an der Ausgangsleitung 19 des Fotodetektors 16 keine Ausgangsspannung auftritt. Infolgedessen veranlaßt die Bezugsspannung, daß der Vergleicherintegrator 20 momentan an der Leitung 25 eine maximale integrierte Fehlerspannung erzeugt, die auf der Leitung 28 die dort auftretende negative Ausgangs spannung der Hochspannungsquelle 27 auf ihren maximalen Wert treibt, so daß die Dynodenreihe in der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 mit dieser maximalen Spannung erregt wird. Sobald der Anodenstrom zu fließen beginnt, tritt an der Ausgangsleitung 19 des Fotodetektors 16 eine Spannung auf, die dem einen Eingang des Verstärkers 21 im Vergleicherintegrator 20 zugeführt wird. Da der von der Bezugsspannung im Vergleicherintegrator 20 erzeugte Summenstrom und der von der Ausgangs spannung an der Leitung 19 erzeugte Summenstrom von entgegengesetzter Polarität sind, nimmt die resultierende Spannung ab, bei der es sich um die an der Leitung 25 auftretende integrierte Fehlerspannung handelt, die dem Steuereingang der Hochspannungsquelle 27 zugeführt wird. Gleichzeitig mit der Abnahme der integrierten Fehlerspannung vermindert sich auch die Ausgangsspannung der Hochspannungsquelle an der Leitung 28. Diese Abnahme setzt sich fort, bis die integrierte Fehlerspannung

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an der Leitung 25 einen minimalen Wert erreicht hat, der einer Dicke von Null entspricht. Dieser minimale Wert der integrierten Fehlerspannung reicht aus, daß nach entsprechender Verstärkung in der Hochspannungsquelle 27 diese eine Hochspannung von etwa genau -300 Volt abgibt. Dadurch wird die selbstabgleichende Meßschleife 15 stabilisiert, und die Dynodenerregerspannung bleibt auf einem konstanten Wert, der eine Dicke des Bleches P von Null darstellt.

Wenn eine Platte oder ein Blech P in den Strahlengang der Strahlung 12 gebracht wird, ändert sich die Lichtintensität des Scintillators 14, was zu einer momentanen Änderung des Anodenstroms und einer momentanen ünstabilität der selbstabgleichenden Meßschleife 15 führt, und zwar so lange, bis sich an der Leitung 25 eine neue integrierte Fehlerspannung eingestellt hat. Die neue integrierte Fehlerspannung stabilisiert sich bei einem Wert, der in Anbetracht der Wirkung des elektronischen Servos nur geringfügig höher als der Minimalwert ist. Wenn sich die Dicke des Bleches P über einen Weiten Bereich ändert, beispielsweise von 0,0 auf 7,500 cm (Ö.O bis 3.000 inch), bleibt der Anodenstrom scheinbar konstant, während sich die an die Dynodenreihe gelieferte Ausgangsspannung der Hochspannungsquelle 27 geringfügig nichtlinear mit der Dicke des Bleches P ändert, wie es in der Fig. 4 durch die Kurve A grafisch dargestellt ist.

Ein Bruchteil der Dynodenerregerspannung, die sich geringfügig nichtlinear in Abhängigkeit von der Dicke des Bleches P ändert, wird zur weiteren Verarbeitung abgezweigt, indem die hohe Spannung an der Leitung 28 einem manuellen Null- und Abschwächungsvergleicher 29 zugeführt wird. Der Vergleicher 29 enthält einen Summierverstärker, eine an den Summierverstärkereingang angeschlossene Bezugsspannung, die manuell derart eingestellt ist, daß die einer Dicke von Null entsprechende Dynodenspannung ver-

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schoben und an der Ausgangsleitung 30 eine Spannung von Null auftritt, und ein bezüglich der Verstärkung einstellbares Rückführnetzwerk zum Dämpfen oder Abschwächen der Dynodenspannung um einen Faktor von 40, um die Steigung eines durch den Nullpunkt gehenden und abgeschwächten nichtlinearen Dickensignals zu erstellen, das in der Fig.4 Kurve B dargestellt ist.

Im Idealfall wäre es erwünscht, wenn tatsächlich das Ausmaß der Unterschiede in den exponentiellen oder nichtlinearen Beziehungen der oben beschriebenen umgekehrten Wirkungen zu einer linearen Funktion führen würden, so daß sich die Dynodenerregerspannung in Abhängigkeit von Änderungen in der Dicke des Bleches P linear ändern würde. Dies würde in der Meßgerätsschaltungsanordnung zu einer Vereinfachung führen, die noch größer wäre, als es bereits in der Fig.1 dargestellt ist. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß bei einem einzigen großen Meßbereich bei Vollausschlag eine Nichtlinearität bis zu 10% auftritt. Das bedeutet, daß während der Arbeitsweise des bezüglich der Verstärkung gesteuerten oder geregelten Fotodetektors 16 die Dynodenerregerspannung an der Leitung 28 in Abhängigkeit von einer Änderung der Dicke des Bleches P von Null auf 7,5 cm (3 inch) eine geringfügig nichtlineare Änderung ausführt. Diese leicht nichtlineare Beziehung ist in der Fig. 4 Kurve A dargestellt und tritt auch in dem an der Leitung 30 liegenden Bruchteil der Dynodenerregerspannung auf. Die an der Leitung 30 anliegende Spannung wird mit nichtlinearer Dikkenspannung bezeichnet und ist in der Fig. 4 Kurve B dargestellt.

Damit man die nichtlineare Dickenspannung an der Leitung verwenden kann, um über einen großen Blechdickenbereich eine lineare direkte Anzeige zu erhalten, werden an der nichtlinearen Dickenspannung einige zusätzliche Operationen ausgeführt, die. eine Linearisierung, eine Kompensation

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für Änderungen in der Zusammensetzung und bzw. oder Temperatur des Bleches P, eine automatische Nulleinstellung, eine Summierung und eine Umsetzung der resultierenden Spannung in eine digitale lineare Dickenanzeige für das Blech P umfassen können. Je nach dem Bedarfs- oder Anwendungsfall können einige dieser zusätzlichen Operationen vorgenommen oder weggelassen werden.

Zunächst soll eine Linearisierungseinheit 31 erläutert werden. Die an der Leitung 30 auftretende, manuell auf den Nullpunkt eingestellte, geringfügig nichtlineare Dickenspannung, die in der Fig. 4 Kurve B dargestellt ist, wird einem bezüglich der Verstärkung einstellbaren logarithmischen Verstärker 32 zugeführt, der fortlaufend eine stufenlose Korrektur spannung erzeugt, um die leicht nichtlineare Dickenspannung zu korrigieren. Im Gegensatz dazu wird bei dem eingangs genannten Vorschlag eine stufenweise Korrektur vorgenommen. Die stufenlose Korrekturspannung ermöglicht die überdeckung eines größeren Meßbereiches und gestattet gleichzeitig für einige Dickenwerte eine genauere Korrektur. Der logarithmische Verstärker 32 enthält ein Potentiometer 33, an das die nichtlineare Dickenspannung von der Leitung 30 gelegt wird und das ein logarithmisches Diodenelement 34 ansteuert, das mit einem Potentiometer 35 verbunden ist und bei dem es sich beispielsweise um ein Modell Nr. PPL4-P von Philbrick Researches, Inc., handeln kann. Das Ausgangssignal des logarithmischen Diodenelements 34 wird dem Eingang eines Operationsverstärkers 36 zugeführt, der einen Rückführkondensator mit einem dazu parallelgeschalteten Glättungskondensator aufweist und in dem das Signal verstärkt wird, einschließlich einer von dem Element verursachten, dem Dickensignal innewohnenden Verschiebung· Die Kennlinie der von dem bezüglich der Verstärkung einstellbaren logarithmischen Verstärker 32 bewirkten Dickensignalkorrektur ist in der Fig. 4 Kurve C dargestellt. Das dieser Kurve entsprechende Signal tritt an einer Ausgangsleitung

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des logarithmischen Verstärkers 32 auf. Das Potentiometer 35 nimmt an dem Dickensignal bei einer Dicke von Null eine Korrektureinstellung vor, um den Nullpunkt der Kurve C in der Fig. 4 festzulegen. Das Potentiometer 33 nimmt an dem Dickensignal bei Dickenvollausschlag eine Korrektureinstellung vor, um die Steigung der Kurve C in der Fig. 4 festzulegen.

Weiterhin enthält die Linearisierungseinheit 31 einen Vergleicher 38, der in Anbetracht des Diodenelements 34 für eine Verschiebung in dem Dickensignal sorgt und der das an der Leitung 37 auftretende logarithmisch korrigierte Dickensignal invertiert und in gewünschte Einheiten maßstäblich verkleinert. Der Vergleicher 38 enthält einen Summierwiderstand 39, einen Operationssummiörverstärker 40, eine nicht dargestellte Verschiebungsbezugsspannungsquelle mit einer von einem Potentiometer eingestellten Bezugsspannung, die an einem Verbindungspunkt mit dem über den Widerstand 39 eingespeisten korrigierten Dickensignal entgegenwirkend summiert wird, und einen Rückführwiderstand 42,. dessen Wert ein Viertel des Wertes des Widerstands 39 beträgt, um das dem Vergleicher 38 über die Leitung 37 zugeführte Eingangssignal maßstäblich zu verkleinern. Die durch den Vergleicher 38 bewirkte Kennlinie hinsichtlich der Dickensignalumkehrung, Verschiebung und maßstäblichen Verkleinerung ist in der Fig. 4 Kurve D dargestellt. Das entsprechende Signal tritt an einer Ausgangsleitung 43 auf. Das Potentiometer 41 dient zum Vornehmen einer Verschiebungseinstellung an dem korrigierten Dickensignal bei Nulldicke, damit bei einem Nulldickensignal an der Leitung 43 eine Spannung von 0 Volt anliegt.

Darüberhinaus enthält die Linearisierungseinheit 31 einen Maßstabsverstärker 44, in dem die an der Leitung 30 und in der Fig. 4 Kurve B dargestellte, nullpunktskorrigierte, geringfügig nichtlineare Dickenspannung mit der an der Lei-

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tung 43 auftretenden und in der Fig. 4 Kurve D dargestellten, bezüglich der Nullmarke eingestellten und korrigierten Dikkenspannung summiert wird und die resultierende Summe von einem Operationssummenverstärker 45 umgekehrt wird. Ein die Verstärkung einstellendes Rückführpotentiometer 46 dient zum Festlegen der Anfangssteigung des am Ausgang des Verstärkers 45 auftretenden Signals in dem Ingenieur geläufigen Einheiten. Als Ergebnis tritt am Ausgang der Linearisierungseinheit 31 eine lineare Dickenspannung auf, die maßstäblich derart eingestellt ist, daß eine Spannung von 3,000 Volt einer Dicke des Bleches P von 7,500 cm (3.000 inch) entsprechen. Diese Spannung, die an einer Leitung 47 abgenommen werden kann, ist in der Fig. 4 als geradlinige Kurve E dargestellt.

In der Praxis wird die Linearisierungseinheit 31 dadurch eingestellt, daß anstelle eines zu messenden Bleches P Dickeneichmaße in den Strahlengang der Strahlung 12 gebracht und die Potentiometer 33 und 46 so lange eingestellt werden, bis die an der Leitung 47 auftretende Ausgangsspannung der Linearisierungseinheit 31 innerhalb der Meßgenauigkeitsgrenzen über den gesamten Meßbereich vom Nullausschlag bis zum Vollausschlag linear ist. Andere Systemnichtlinearitäten, beispielsweise solche, die zeitabhängig sind, wie der Verfall der Strahlungsquelle 10 und die Alterung der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17, können durch Einstellen der Linearisierungseinheit 31 berücksichtigt werden, da die Linearisierungsfunktion von der fotometrischen Funktion der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 und der zugehörigen selbstabgleichenden Meßschleife 15 vollkommen getrennt ist.

Es wäre auch möglich, die an der Leitung 30 auftretende geringfügig nichtlineare Dickenspannung dadurch zu linearisieren, daß man auf diese Spannung lediglich mit dem logarithmischen Verstärker 32 und dem Vergleicher 38 einwirkt, anstatt sie mit einer aus der umgekehrten nichtlinearen

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Dickenspannung an der Leitung 30 erzeugten nichtlinearen Korrekturspannung zu addieren. Da jedoch die Abweichung der an der Leitung 30 und in der Fig. 4 Kurve B dargestellten nichtlinearen Dickenspannung bei Vollausschlag bis zu 10% von der in der Fig. 4 Kurve E dargestellten geraden Linie abweichen kann, wird die Stabilität der gesamten Meßanordnung verbessert, wenn man die einstellbaren Elemente des logarithmischen Verstärkers 32 und des Vergleichers in einem Parallelzweig unterbringt und eine Summierstelle am Eingang des Verstärkers 45 vorsieht. In Anbetracht dieser parallelen Signalführung wird sichergestellt, daß sich irgendwelche Änderungen in den Kennlinien des logarithmischen Verstärkers 32 und des Vergleichers 38 auf die Ausgangsdickenspannung nur geringfügig auswirken und nach einer anfänglichen. Eichung nur eine geringe Wirkung auf die Ausgangsgenauigkeit haben.

Weiterhin ist ein Dickensignalkompensator 48 vorgesehen, der· bezüglich der Zusammensetzung und der Temperatur eine Kompensation durchführt, die verhältnismäßig kompliziert ist. Bei üblichen Laborgeräten zur radiometrischen Dickenmessung wird unterstellt, daß die Zusammensetzung oder Dichte des Stahlbleches P als auch die Temperatur des untersuchten Bleches konstant sind. Bei einem Warmwalzwerk für Stahlbleche ist die Blechgüte jedoch lediglich für ein vorgegebenes Blech konstant, da bei der täglichen Fertigung die Schwankungen in der Güte oder Dichte zwischen den einzelnen Stahlblechen gegenüber den Eichmaßen eine Korrektur der linearen Dickenspannung bis zu plus oder minus 1096 erforderlich machen. Ähnliches gilt für die Temperatur der Stahlbleche P, die beim Walzwerkbetrieb beträchtlich über der Temperatur der Meßgeräteichmaße von 21 ⁰C (70 ⁰F) liegt, und zwar insbesondere in einem Bereich von etwa 593 ⁰C (1100 ⁰F) bis. etwa 1093 ⁰C (2000 ⁰F). Darüberhinaus ändert sich die Temperatur des Stahlbleches P während des Walzens und Messens, und zwar in Abhängigkeit von sich än-

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dernden Kühlungseinflüssen. Die Kühlungseinflüsse hängen von der Blechgüte, der Blechtemperatur und der Blechkühlungsgeschwindigkeit sowie von den Umgebungsbedingungen ab. Diese Einflüsse können sich von Stahlblech zu Stahlblech ändern. Es wird noch im einzelnen erläutert, daß Temperaturschwankungen des Stahlbleches P sowohl in den physikalischen als auch den metallurgischen Eigenschaften des Bleches Änderungen hervorrufen und daß diese Änderungen wiederum die Dichte des Stahlbleches P beeinträchtigen, so daß sich auch die von dem Blech P absorbierte Menge der Strahlung 12 ändert. In der Praxis können Temperaturänderungen des Stahlbleches P eine zusätzliche Korrektur der linearen Dickenspannung bis zu 1050 erforderlich machen.

In der US-PS 3 482 098 sind die allgemeinen Gründe für eine komplizierte Kompensation eines Materialdickensignals bezüglich der Materialgüte und Materialtemperatür dargelegt. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, daß die dort gemachten Angaben für ein Dickenabweichungsmeßgerät und.nicht für ein Dickenmeßgerät, für eine Röntgenstrahlungsquelle und nicht für eine energiereiche Kernstrahlungsquelle sowie für die Messung eines heißen Stahlbandes und nicht eines heißen Stahlbleches gedacht sind. Die in dieser Patentschrift enthaltenen Aussagen treffen daher notwendigerweise nicht in allen Punkten auf dieses Ausführungsbeispiel,zu.

Der hier verwendete Dickensignalkompensator 48 ist in der Fig. 5 im einzelnen dargestellt. Wie man sieht, wird die an der Leitung 47 anliegende lineare Dickenspannung in,einem Gütekompensator 49 aufgezweigt, in dem die lineare Dickenspannung im Hinblick auf in der Spannung enthaltene Änderungen modifiziert wird, die durch Änderungen in der Güte des Stahlbleches P hervorgerufen werden. Veränderungen in der Güte des Stahlbleches P verursachen Veränderungen der Stahlblechdichte, die, wie bereits erwähnt, den Massen absorptionskoeffizienten verändern, so daß die vereinigten

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Einflüsse dieser Veränderungen eine komplizierte Korrekturfunktion erforderlich machen. Bei dem eingangs beschriebenen Vorschlag wird es als nötig erachtet, sowohl eine positive als auch eine negative prozentuale Korrektur der linearen Dickenspannung an der Leitung 47 als Funktion der Güte des Bleches P in bezug auf die Zusammensetzung der Eichmaße auszuwählen.

Eine prozentuale Gütekorrektur der linearen Dickenspannung an der Leitung 47 wird dadurch vorgenommen, daß die lineare Dickenspannung einem Operationsverstärker 50 zugeführt wird, der mit Hilfe eines einstellbaren Rückführungsnetzwerkes die lineare Dickenspannung mit einem positiven oder einem negativen prozentualen Korrekturfaktor multipliziert, der entsprechend dem eingangs genannten Vorschlag ausgewählt wird. Das einstellbare Rückführungsnetzwerk 51 enthält ein lineares Potentiometer 52, das an den Ausgang des Verstärkers 50 angeschlossen ist und in der gezeigten Weise mit einem Widerstand 53 und einem linearen Potentiometer 54 verbunden ist. Der Widerstand. 53 und das lineare Potentiometer 54 sind mit dem positiven (+) bzw. dem negativen (-) Pol eines Polaritätswahlschalters 55 verbunden, bei dem es sich um einen einpoligen Umschalter handelt, dessen gemeinsamer Pol an den Eingang des Verstärkers 50 angeschlossen ist. Bei den linearen Potentiometern 52 und 54 kann es sich beispielsweise um analoge Präzisionspotentiometer mit zehn Windungen handeln, deren Schleifer mit einer geeichten Skala versehen sind. Andererseits kann es sich bei den Potentiometern 52 und 54 um digitale Bauelemente mit Daumenrads el ekt or en handeln, die, wie der Schalter 55, unter der Steuerung eines Meßgerätebenutzers betätigt werden. In Abweichung davon kann es sich sowohl bei den beiden digitalen Potentiometern 52 und 54 als auch bei dem Polaritätswahlschalter 55 um relaisgesteuerte Bauelemente handeln, die aufgrund der Einwirkung mittels einer Datenquelle oder eines Rechners betätigt werden.

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Ein Gütekompensationsbereich von plus oder minus 10% wird durch Begrenzung des Widerstandswerts des Potentiometers 52 und durch feste Einstellung des Potentiometers auf 0,1 bzw. 0,9 des Werts des Widerstands 53 sichergestellt. Wenn der Schleifer des Potentiometers 52 auf eine Korrektur von 0% (Widerstand von Null) eingestellt ist und der Polaritätswahlschalter 55 auf die (+)-Stellung gebracht ist, behält der Verstärker 50 eine Verstärkung von 1, und die lineare Dickenspannung wird nicht mit einem prozentualen Faktor multipliziert. Wenn hingegen der Schleifer des Potentiometers 52 auf irgendeinen Wert bis zu 10% (Maximalwiderstand) eingestellt ist und sich der Polaritätswahlschalter 55 in der (+)-Stellung befindet, weist der Verstärker 50 eine Verstärkung bis zu 1,1 auf, so daß die lineare Dickenspannung bis zu 10% erhöht wird. Eine negative prozentuale Gütekompensation wird dadurch erreicht, daß die Eichbeschriftung am Potentiometer 52 umgedreht wird, so daß der Maximalwiderstand 0% und ein Widerstand von Null minus 10% entspricht, und der Polaritätswahlschalter 55 in die (-)-Stellung gebracht wird. Wenn dann der Schleifer des Potentiometers 52 durch einen entsprechenden Bereich bewegt wird, tritt eine Gütekompensation von 0% bis minus 10% auf. Die Verstärkung des Verstärkers 50 überstreicht somit einen Bereich zwischen 1,0 bis 0,9, so daß die lineare Dickenspannung zwischen 0% und 10% herabgesetzt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 50 wird einem invertierenden Operationsverstärker 56 zugeführt, an dessen Ausgang dann ein gütekorrigiertes, lineares Dickensignal auftritt, das gleichzeitig das Ausgangssignal des Gütekompensators 49 ist und an einer Leitung 57 anliegt.

Eine Datenquelle 58 bestimmt die Stellung des Polaritätswahlschalters 55 sowie die prozentuale Einstellung der Schleifer der Potentiometer 52 und 54 und, sofern es erwünscht ist, betätigt auch diese Bauteile oder äquivalente Bauelemente, um die lineare Dickenspannung mit einem Güteprozentsatz zu korrigieren. Vor dem Meßvorgang wird der

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Prozentsatz und die Polarität der vorzunehmenden Gütekorrektur vorausberechnet und für jede verschiedene Güteart der zu messenden Stahlbleche P tabellarisch zusammengestellt. Wenn man im Gütekompensator 49 für das Potentiometer 52 entweder die analoge Bauart oder die digitale Bauart mit dem Daumenrad.verwendet, kann man die Korrekturdaten für den Benutzer des Meßgerätes auf einer Karte zusammenstellen, so daß der Meßgerätebenutzer entsprechend der bekannten Güte des zu messenden Stahlbleches P die Daten ablesen und den Schalter 55 sowie den Schleifer des Potentiometers 52 betätigen kann. Wenn man als Auführungsform für das Potentiometer 52 digitale Relais benutzt, können die Relais von einem in der Datenquelle 58 enthaltenen, aber nicht dargestellten Rechner, mit Hilfe von Datenspeichern angesteuert werden.

Ferner enthält der Dickensignalkompensator 48 einen Tempera turkompensator 59, um das gütekompensierte lineare Dickensignal an der Leitung 57 gegenüber Änderungen zu modifizieren, die in ihm in Anbetracht von Änderungen der Temperatur des Stahlbleches P enthalten sind. Wie bereits erwähnt, ist die Menge der von dem Stahlblech P absorbierten Strahlung eine Funktion der Masse des in den Strahlengang der Strahlung 12 gebrachten Stahlbleches P. Wenn das Blech P eine über der normalen Raumtemperatur liegende Temperatur aufweist, dehnt es sich volumetrisch aus, d.h. in allen drei Dimensionen. Das bedeutet, daß in einer zum Strahlengang der Strahlung 12 senkrechten Ebene ein Teil der ausgedehnten Masse nicht mehr im Strahlengang liegt und daher zur Energieabsorption nicht mehr zur Verfügung steht. Diese Änderung der Masse läßt das Stahlblech P gegenüber der Strahlung 12 dünner als bei Raumtemperatur erscheinen. Es ist daher erforderlich, in der an der Leitung 57 auftretenden gütekompensierten linearen Dickenspannung eine positive Korrektur vorzunehmen. An dieser Stelle sei bemerkt, daß Veränderungen in der Blechmasse, die bei Temperaturänderun-

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gen auftreten, auch Veränderungen in der Blechdichte verursachen und damit den Massenabsorptionskoeffizienten beeinträchtigen. Diese Überlegung erfordert ebenfalls eine komplizierte Korrekturfunktion.

Die Dichte eines Stahlbleches P ändert sich nach einer vorbestimmten Funktion in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Bleches, der Blechtemperatur und der KUhlungsgeschwindigkeit. Es ist bekannt, daß Stahl eine kristalline Struktur hat und daß sich solche Strukturen bei erhöhten Temperaturen ändern. Außerdem ist es bekannt, daß das Ausmaß solcher Änderungen und die Temperatur, bei denen diese Änderungen auftreten, einen weiten Bereich überstreichen, und zwar in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung, der Temperatur und der KUhlungsgeschwindigkeit des Stahls. Zur Beurteilung dieser Einflüsse ist in der Fig. 6 in der Kurve A die Abhängigkeit der Dichte von der Temperatur für ein Stahlblech P mit bekannten Mengen an Eisen, Kohlenstoff und anderen Legierungselementen, mit bekannter erhöhter Temperatur und mit einer gewünschten Kühlungsgeschwindigkeit dargestellt. Andere Stahllegierungen oder andere Materialien haben andere Kurven, die sich von der gezeigten Kurve A bezüglich der Krümmung, der Steigung und des Anfangspunkts unterscheiden.

Bei der Betrachung der Kurve A in der Fig. 6 stellt man fest, daß an der Stelle 60 eine scharfe Umkehr der Krümmung stattfindet. Diese Umkehr tritt bei einer Temperatur auf, die als Umwandlungstemperatur bei Stahlblechen P bekannt ist. Bei dieser Temperatur tritt eine Änderung in der Phase der Stahllegierungsstruktur auf, wenn beispielsweise der während des Erhitzens gebildete Austenit beim Abkühlen in Ferrit übergeht oder in Ferrit und Zementit,

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wenn die Kühlung beendet ist. Es gibt Umwandlungstemperaturbereiche, bei denen sich das Austenitgefüge während des Erhitzens ausbildet und das Austenitgefüge während des Abkühlens in das Ferritgefüge übergeht. Die Erhitzungs- und Abkühlungstemperaturbereiche sind verschieden. Obwohl sie sich manchmal überlappen, stimmen sie niemals überein. Die Abkühlungsbereiche liegen niedriger als die Erhitzungsbereiche. Die Grenztemperatüren jedes Bereiches hängen von der Zusammensetzung der Stahllegierung und insbesondere beim Abkühlen von der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur ab. Wenn man einen großen Bereich von Stahllegierungen erfassen will, ändert sich der Umwandlungstemperaturbereich längs der Temperaturachse der Fig. 6 für die Kurve A sowohl bezüglich seiner Breite als auch seinem Ort. So ändert sich der Ort der Umwandlungstemperatur, also die Stelle 60, längs der Temperaturachse und tritt manchmal bei einer Temperatur auf, die unterhalb von 953 ⁰C (1100 ⁰F) liegt. Ferner ändern sich der Anfangspunkt und die AnfangsSteigung der Kurve A bei 953 ⁰C (1100 ⁰F) ebenso wie der senkrechte Abstand der Stelle 60 sowie die Endsteigung der Kurve A. Alle diese Änderungen hängen von der chemischen Zusammensetzung und der Kühlungsgeschwindigkeit des Stahlbleches P ab.

Die genannten variablen Verhältnisse und Umstände sind alle für die metallurgischen Eigenschaften des Stahlbleches P maßgebend und beeinträchtigen daher die Dichte des Stahlbleches. Änderungen in den metallurgisehen Eigenschaften führen zusammen mit den oben bezeichneten Änderungen in der physikalischen Eigenschaft eines Stahlbleches P infolge volumetrischer Ausdehnung und damit verbundener erneuter Massenverteilung zu den die Dichte beeinflussenden Gesamtänderungen in einem vorgegebenen Temperaturbereich und sind für die Bestimmung eines besonderen Korrekturwerts für ein vorgegebenes Stahlblech P maßgebend. Um verschiedenartige Stahllegierungen und andere Materialien zu erfassen, ist es erforderlich, die von dem Temperaturkompensator 59 an der

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gütekompensierten linearen Dickenspannung an der Leitung 57 vorzunehmende "besondere prozentuale Korrekturmaßnahme mittels einer Datenquelle zu bestimmen, der eine Reihe der physikalischen und chemischen Eigenschaften von den verschiedenartigen zu messenden Materialien zur Verfügung steht. Ferner ist die Temperaturkompensation in einem vorgegebenen Bereich vorzunehmen, beispielsweise zwischen einer unteren Grenze von etwa 593 ⁰C (1100 ⁰F) und einer oberen Grenze von etwa 1093 °C (2000 ⁰F), also innerhalb eines Bereiches, wie er bei einem Warmwalzwerk für Stahlbleche auftritt.

In dem Temperaturkompensator 59 ist ein hohes Maß an Flexibilität vorgesehen, um unabhängig eine Wahl entweder für eine positive oder eine negative prozentuale Temperaturkompensation an der unteren und oberen Temperaturgrenze vorzunehmen und bei diesen Temperaturgrenzen den Anfgangs- und Endprozentsatz für die Korrektur festzulegen. Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb vorbestimmter·prozentualer Korrekturgrenzen irgendeine Geschwindigkeit oder Geschwindigkeitsänderung für die Temperaturkompensation festzulegen. Weiterhin ist Vorsorge dafür getroffen, daß die zwischen Temperaturgrenzen erstellte prozentuale Temperaturkompensation zu jeder beliebigen Zeit während des Messens entsprechend einer tatsächlich gemessenen Temperatur maßstäblich angepaßt werden kann.

Die Korrekturfunktion des Temperaturkompensators 59 steht unter der Steuerung eines in der Fig. 1 gezeigten optischen Pyrometers 61, das in der Nähe der Strahlung 12 die Temperatur des Stahlbleches P abfühlt. Das Pyrometer liefert in einem Bereich von 593 ⁰C (1100 ⁰F) bis 1093 ⁰C (2000 ⁰F) eine nichtlineare Ausgangsspannung, die an einer Leitung auftritt und in der Fig. 6 als Kurve B dargestellt ist. Die nichtlineare Temperaturspannung wird im Temperaturkompensator 59 einem hinsichtlich seiner Verstärkung einstellbaren

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Verstärker 63 zugeführt, der sie normalerweise zur positiven Korrektur um einen vorbestimmten Betrag verstärkt. Dieses verstärkte Signal wird dann einem Temperaturanzeiger 64 mit einer nichtlinearen Skala zugeführt. Ein bezüglich der Verstärkung einstellbarer Operationsverstärker 65 verstärkt eine fest vorgegebene Bezugsspannung um einen vorbestimmten Betrag zur positiven Korrektur, wie es durch die Einstellung eines nicht dargestellten Rückführpotentiometers bestimmt wird, um an eine Ausgangsleitung66 eine Spannung für die untere Grenze der prozentualen Temperaturkorrektur zu legen. Ein bezüglich der Verstärkung einstellbarer Operationsverstärker 67 empfängt über eine Leitung 68 die verstärkte nichtlineare Temperaturspannung über ein die Verstärkung einstellendes Potentiometer (nicht gezeigt), summiert diese Spannung mit der an der Leitung 66 auftretenden Spannung für die untere Temperaturkorrekturgrenze und verstärkt das resultierende Summensignal um einen vorgeschriebenen Betrag, der durch den Wert eines festen Rückführwiderstands (nicht gezeigt) festgelegt ist, um die Steigung für eine positive prozentuale Temperaturkorrektur zu bestimmen bzw. die Größe einer an einer Leitung 69 auftretenden Spannung für die obere Grenze der prozentualen Temperaturkorrektur. Bei den Potentiometern zum Einstellen der Verstärkung an den Verstärkern 65 und 67 für die untere und obere Grenze kann es sich entweder um analoge Präzisionsbauelemente oder digitale Bauelemente handeln, wie es bereits im Zusammenhang mit dem Potentiometer 52 beschrieben wurde. Die Schleifer der Potentiometer für die Verstärker 65 und 67 werden entsprechend den Angaben der Datenquelle 58 eingestellt, wie es noch erläutert wird.

Wenn die Eigenschaften des zu messenden Materials eine potitive maximale Temperaturkorrektur von 10% erforderlich machen, werden die Widerstandswerte der Potentiometer in den Verstärkern 65 und 67 auf den 0,1fachen Wert des gesamten Rückführwiderstands eingestellt. Durch geeignete Einstellung

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der Potentiometer für die untere und obere Grenze, werden die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 65 und 67 auf eine positive Temperaturkorrektur von beispielsweise 2% bzw. 4% bei 593 ⁰C (1100 ⁰F) bzw. bei 1093 °C (2000 ⁰F) eingestellt. Diese Art der Korrektur, die in Wirklichkeit der nichtlinearen Temperaturspannung folgt, ist in der Fig. 6 in der Kurve C grafisch dargestellt. Dabei handelt es sich um die am besten passende nichtlineare Temperaturkorrektur, die zum Modifizieren der gütekompensierten linearen Dickenspannung verwendet wird und die entsprechend der Kurve A in der Fig. 6 für das besondere Stahlblech P entsprechend der Abhängigkeit der Dichte von der Temperatur als erforderlich vorgeschrieben ist. Bei anderen Stahllegierungen und anderen Materialien kann es notwendig sein, die den Verstärkern 65 und 67 zugeordneten Potentiometer anders einzustellen.

Wenn in Anbetracht der Eigenschaften des zu messenden Materials eine negative prozentuale Temperaturkorrektur erforderlich ist, wird die Polarität des an der Leitung 62 liegenden Signals vom Pyrometer 61 am Eingang des Verstärkers 63 umgepolt und auch die Polarität des dem Verstärker 65 zugeführten Bezugssignals umgewechselt. Dies führt auch zu einer Umpolung des an der Leitung 69 auftretenden Ausgangssignals des Verstärkers 67. Diese negative prozentuale Korrektur kann durch die Umkehrung der Kurve C in der Fig. 6 dargestellt werden. Der Polaritätswechsel kann auch mit geeigneten, nicht dargestellten Schaltern vorgenommen werden, falls dasselbe Meßgerät sowohl positive als auch negative prozentuale Temperaturkorrekturen ausführen muß.

Unabhängig davon, welcher besondere Temperaturkorrekturfaktor auch immer bestimmt worden ist, wird angenommen, daß die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 63, 65 und 67 derart richtig eingestellt sind, daß sie an die Leitung 69 die mit den wahren Verhältnissen am besten übereinstimmende

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Spannung (Fig. 6 Kurve C) zur nichtlinearen prozentualen Temperaturkorrektur abgeben, um wirksam den besonderen nichtlinearen Dichteeigenschaften (Fig. 6 Kurve A) des Stahlbleches P zu begegnen,- und zwar derart, daß die Spannung für die prozentuale Temperaturkorrektur innerhalb der Grenzen der Systemgenauigkeit auf die gütekompensierte lineare Dickenspannung eine linearisierende Korrekturwirkung ausübt. Die an der Leitung 69 auftretende Spannung zur prozentualen Temperaturkorrektur und die gütekompensierte lineare Dickenspannung an der Leitung 57 werden zwei getrennten Eingängen eines elektronischen Multiplizierers 70 zugeführt, bei dem es sich beispielsweise um das Modell Nr. ZM 605M20 der Fa. ZeItex, Inc., Concord, Californien handeln kann. Das Produkt von diesen beiden Spannungen, das an einer Ausgangsleitung 71 des Temperaturkompensators 59 auftritt, ist das Dickenkorrektursignal für die Temperaturkompensation und hat eine Einheit von 10 mV pro tausendstel einer Dickenmeßeinheit von 2,5 cm (1 inch) des Stahlbleches P. Diese Spannung wird über einen in einer Stellung a befindlichen Wahlschalter 72 und über einen Summierwiderstand 73 einem Summierpunkt eines in der Stellung a befindlichen Wahlschalters 74 zugeführt, wo es mit der gütekompensierten linearen Dickenspannung algebraisch summiert wird, die über einen Summierwiderstand 75 zugeführt wird, dessen Wert das 0,1fache des Werts des Widerstands 73 beträgt. Mit einer derart ausgelegten Schaltungsanordnung tritt an einer Ausgangsleitung 77 des Kompensators 48 die algebraische Summenspannung als gute- und temperaturkompensierte lineare Dickenspannung auf, die einem Ausgangsverstärker 79 zugeführt wird.

Bei manchen Anwendungen mag es erwünscht sein, die positiven oder negativen Korrektureinwirkungen auf die lineare Dickenspannung durch den Gütekompensator 49 und bzw. oder den Temperaturkompensator 59 wegzulassen. In solchen Fällen ist es möglich, sowohl den Güte- als auch den Temperaturkompensator 49 und 59 kurzzuschließen, indem die an

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der Leitung 47 auftretende lineare Dickenspannung über einen Siimmierwiderstand 76 dem Wahlschalter 74 zugeführt wird, der sich jetzt in der Stellung b befindet. Dadurch ist die Leitung 47 direkt mit der Ausgangsleitung 77 des Kompensators 48 verbunden. Sofern lediglich eine Gütekompensation erwünscht oder erforderlich 1st, wird der Wahlschalter 72 in die Stellung b gebracht, so daß das an der Leitung 71 auftretende Ausgangssignal des Temperaturkompensators 59 keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung an der Leitung 77 des !Compensators 48 nimmt. Bei dieser Art der Kompensation befindet sich der Wahlschalter 74 wieder in der Stellung a. Falls lediglich eine Temperaturkompensation erwünscht oder erforderlich ist, wird die' Verstärkung des Verstärkers 50 in dem Gütekompensator 49 auf einen Wert von 1 eingestellt, indem das Potentiometer 52 und der Wahlschalter 55 in ihre 0%-Korrekturstellungen gebracht werden, wie es bereits beschrieben worden ist. Die an der Leitung 57 auftretende Spannung ist dann mit der Spannung an der Leitung 47 identisch, so daß der Temperaturkompensator 59 normal arbeiten kann.

Die Datenquelle 58 ist derart ausgebildet, daß sie die Position von den prozentualen Einstellungen der Potentiometerschleifer der Verstärker 65 und 67 oder von ähnlichen Bauelementen genau bestimmen und ggf. betätigen kann, um die lineare Dickenspannung oder die gütekompensierte lineare Dickenspannung mit den richtigen, vorbestimmten Temperaturprozentwerten zu kompensieren. Vor der Messung werden die Prozentwerte und ggf. die Polarität der Temperaturkorrekturdaten vorausberechnet und für jede verschiedene Art der Stahlblechzusammensetzung, der Dichte-Temperatur-Abhängigkeit und der während des Messens zu erwartenden Kühlgeschwindigkeit tabellarisch zusammengestellt. Wenn es sich bei den Potentiometern der Verstärker 65 und 67 des Temperaturkompensators 59 um die analoge Bauart oder die digitale Daumenradbauart handelt, kann man die Daten auf ge-

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eigneten Karten zusammenstellen, die der Meßgerätebenutzer ablesen und aufgrund dieser Ablesung die Potentiometerschleifer entsprechend den bekannten Eigenschaften des Stahlbleches P in die richtigen Prozentkorrektursteilungen bringen kann_o Wenn man für die Potentiometer der Verstärker 65 und 67 digitale Relais verwendet, können diese Relais aufgrund von Daten angesteuert werden, die in dem in der Datenquelle 58 enthaltenen, nicht dargestellten Rechner gespeichert sind, und zwar in ähnlicher Weise wie bei der Gütekompensation.

Bei einigen Warmwalzwerken für Stahlbleche können die Veränderungen in der Zusammensetzung und der Abkühlungsgeschwindigkeit des Stahlbleches P so klein sein, daß die dadurch bei der Temperaturkorrektur auf das Dickehsignal ausgeübten Einflüsse innerhalb der vorgegebenen Meßsystemgenauigkeitsgrenzen liegen. In diesem Fall kann man die Potentiometerschleifer der Verstärker 65 und 67 anfangs voreinstellen, und erforderliche Nacheinstellungen lediglich beim Eichen des Meßgerätes vornehmen· In manchen Fällen kann es vorkommen_p daS sich die Abkühlungsgeschwindigkeit des Stahlbleches P nach ausgeführter anfänglicher Einstellung dieser Potentiometerschleifer und bzw· oder während des Messens eines besonderen Stahlbleches P ändert, so daß der eine oder beide Schleifer erneut eingestellt werden müssen, um eine richtig© Temperaturkorrektur an dem Dickensignal aufrechtzuerhalten« Zu diesem Zweck wird das verstärkte Teraperaturslgsial des Pyrometers vom Verstärker 63 über eine Leitung 78 der Datenquelle 58 zugeführt· Die Blechtemperaturänderung und die Temperaturänderungsgeschwindigkeit können dann einem Meßgerätebenutzer angezeigt werden, so daß die Potentiometerschleifer für den Verstärker 65 und bzw» für den Verstärker 67 nachgestellt werden können, um für das Dickensignal eine richtige Temperaturkompensation vorzusehen. Andererseits kann man das lineare Temperatursignal dem in der Datenquelle 58 enthal-

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tenen Rechner zuführen, der dann die Blechtemperatur und die Änderungsgeschwindigkeit der Blechtemperatur bestimmt und die notwendigen Nacheinstellungen vornimmt.

Wie bereits erwähnt, wird die vom Kompensator 48 gelieferte gute- und temperaturkompensierte lineare Dickenspannung über die Leitung 77 dem Eingang des Ausgangsverstärkers zugeführt. Bei dem Ausgangsverstärker 79 handelt es sich um einen herkömmlichen Differentialoperationsverstärker, des-r sen anderer Eingang an eine automatische Nullpunktsteuereinrichtung angeschlossen ist, um fortlaufend der Nullpunktsdrift zu begegnen. An den Ausgang des Verstärkers ist eine Ausgangsleitung 80 angeschlossen.

Während des normalen Walzwerksbetriebs treten an den Fenstern im oberen und unteren Teil des Meßgerätegehäuses Fremdteilchen auf. Darüberhinaus kommt es in den elektrischen Meßschaltungen in bezug auf die geeichten Bedingungen zu einer elektrischen Drift. Dadurch kommt es zu einer Verschiebung des Meßgerätenullpunkts und zu einem Fehler in den Dickenmeßergebnissen, falls keine Korrektur vorgenommen wird. Aus diesem Grund ist das Meßgerät mit einer automatischen Nullpunkteinstelleinrichtung 81 ausgerüstet, die fortlaufend den Meßgerätenullpunkt einstellt, wenn kein Bleck P gemessen wird. Diese Einrichtung arbeitet derart, daß der Anfangspunkt der linearen Dickensignalkurve E In der Fig. 4 stets durch den Nullpunkt geht, was bedeutet, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 79 stets Null ist, wenn sich in dem Meßgerät kein Stahlblech P befindet. Im Hinblick auf den Vergleicherintegrator 20 in der selbstabgleichenden Meßschleife 15» die die Steigung und lineare Charakteristik der in der Fig. 4 dargestellten Kurve E aufrechterhält, die der linearen Dickenspannung entspricht, bleibt die Eichung des linearisierten und kompensierten Dickensignals am Ausgang des Verstärkers 79 konstant, selbst wenn sich infolge eines Verfalls der Strahlungs-

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quelle 10 die von der Fotoelektronenvervielfacherröhre 17 festgestellte Strahlung ändert, eine elektrische Drift in den Meßschaltungen auftritt oder andere der obengenannten Umstände vorkommen.

Die automatische Nullpunkteinstellungseinrichtung 81 enthält einen Materialdetektor 82, der einen Pegelvergleicher 83 aufweist, dem die an der Leitung 30 auftretende geringfügig nichtlineare Dickenspannung zugeführt wird und der ein Relais 84 ansteuert, wenn die Dickenspannung einen voreingestellten Nennwert überschreitet, der einer über dem Wert Null liegenden Dicke entspricht. Auf diese Weise wird angezeigt, ob sich ein Stahlblech P in dem Meßgerät befindet. Bei abgefallenem Relais 84 ist kein Stahlblech P vorhanden. Weiterhin enthält die Einrichtung 81 eine automatische Nulleinstellungsschaltung 85 mit einem Integrator 86, dem über eine Leitung 80 unter der Steuerung des Relaiskontaktes 84a und eines Grenzschalters 99 das Ausgangssignal des Verstärkers 79 zugeführt wird. Der Integrator 86 speist mit seinem Ausgangssignal über eine Leitung 87 den zweiten Eingang des Ausgangsverstärkers 79. Der Grenzschalter 99 ist nur in einer Nichtmeßposition geschlossen, in der kein Stahlblech P gemessen wird. Wenn daher während der Abwesenheit eines Stahlbleches P irgendeine Nullpunktsverschiebung oder ein Fehler auftritt, wirkt der Integrator 86 der Dickenspannung an der Leitung 77 entgegen und zwingt der Verstärker 79, ein Ausgangs signal von Null abzugeben· Wenn der Detektor das Vorhandensein eines Bleches P feststellt, öffnet sich der Relaiskontakt 84a. Wenn das Gerät in seine Meßposition bewegt wird, öffnet sich der Grenzschalter 99. Der Abfall des Relaiskontaktes 84a oder das öffnen des Grenzschalters 99 bewirkt, daß der Integrator 86 seinen momentanen Ausgangswert festhält. Auf diese Weise wird der Nullpunkt des Meßgeräts eingestellt und der Ursprungspunkt der Kurve E in der Fig. 4 beibehalten. Wenn das Stahlblech P das

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Meßgerät verläßt, wird der Relaiskontakt 84a geschlossen. Wenn dann das Meßgerät in die Nichtmeßposition zurückkehrt, wird der Grenzschalter 99 geschlossen, so daß der Integrator 86 wieder in der Lage 1st, zu integrieren und das Ausgangssignal des Verstärkers 79 gegenüber Drift zu korrigieren.

Die vom Ausgang des Verstärkers 79 und an der Leitung 80 auftretende Dickenspannung wird ferner einem Dickenanzeigegerät 88 zugeführt, bei dem es sich um einen Digitalspannungsmesser handeln kann, der über einen einzigen großen Meßbereich in Maßeinheiten der Blechdicke geeicht ist, beispielsweise von 0,0 bis 7,500 cm (0.0 bis 3*000 inch), und zwar mit Schritten von einem tausendstel Zentimeter (einem tausendstel inch). Das Dickenanzeigegerät 88 arbeitet unter der Steuerung einer Auslesesteuereinheit 89, die es dem Anzeigegerät 88 gestattet, momentane Meßwerte anzugeben, bis sie von der Auslesesteuereinrichtung 89 einen Auslesebefehl enthält, der veranlaßt, daß das Anzeigegerät 88 den gerade laufenden Meßwert festhält, bis das Anzeigegerät 88 einen Rücksetzbefehl erhält. Das Dickenanzeigegerät 88 erzeugt auch an einer Leitung 90 ein digitales Dickensignal, das während des Festhaltens des Meßwerts verfügbar ist und einer Dickenabweichungs- oder Dikkenprofileinrichtung zugeführt wird. Anstelle des Digitalspannungsmessers kann man auch als Dickenanzeigegerät 88 einen Schreiber oder ein mit einem Rechner zusammenarbeitendes Gerät verwenden. In allen diesen Fällen ist die ausgegebene Dickenspannung linearisiert, gegenüber Änderungen in der Güte und Temperatur des Stahlbleches P kompensiert und bezüglich elektrischer Drift in dem gesamten Meßgerät

ι mit einer automatischen Nullpunktskorrektur versehen.

Bei manchen Warmwalzvorgängen für Bleche ist es erwünscht, nicht nur die absolute Blechdicke zu kennen, sondern auch die Dickenabweichung bzw. das Dickenprofil längs einer Meß-

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strecke von dem einen zum anderen Ende eines Bleches P. Zu diesem Zweck wird das vom Anzeigegerät 88 gewonnene digitale Ausgangssignal über eine Leitung 90 und über einen Wahlschalter 91, der sich in einer Stellung ä befindet, einem Digital-Analog-Umsetzer 92 zugeführt, der das digitale Dickensignal in eine analoge Dickenspannung umsetzt, die den gleichen Betrag, jedoch die entgegengesetzte Polarität der analogen Dickenspannung an der Leitung 80 hat. Das Ausgangssignal des Umsetzers 92 wird über einen Wahlschalter 93, der sich dabei in einer Stellung b befindet, einem internen Summierpunkt am ersten Eingang des Ausgangsverstärkers 79 zugeführt, wo diese Spannung mit dem an der Leitung 77 auftretenden analogen Dickensignal algebraisch summiert wird. Für die erste Meßstelle auf dem Stahlblech P ist daher das Ausgangssignal des Ausgangsverstärkers 79 Null, was auch für die Spannung an der Leitung 80 zutrifft. Danach ruft eine Dickenabweichung des Stahlbleches P eine andere Dickenspannung an der Leitung 77 hervor. Aufgrunddessen tritt an der Leitung 80 eine kleine Dickenabweichungsspannung auf. Solange sich das Dickenanzeigegerät 88 im Haltezustand befindet, wird der Dauerauslesewert der ersten Messung des Stahlbleches P durch diese kleine Dickenabweichungsspannung nicht beeinträchtigt. Darüberhinaus wird aber die Dickenabweichungsspannung von der Leitung 80 einem Dickenabweichungsanzeigegerät 96 zugeführt. Bei dem Anzeigegerät 96 handelt es sich um einen Milliamperemesser mit zentralem Nullpunkt, dessen Plus- und Minusskala derart geeicht ist, daß der Vollausschlag einer Dickenabweichung von 0,025 cm (0.010 inch) entspricht. Der Milliamperemesser ist während der normalen Dickenmessung Über einen Schalter 97 kurzgeschlossen, um eine Zerstörung des Strommessers zu vermeiden. Während der Dickenabweichungsmessung ist der Schalter 97 geöffnet. Auf diese Weise erhält man beim Eintritt des Stahlbleches in das Meßgerät einen Anfangswert für die Dicke und während des Messens des-übrigen Teils des Stahlbleches P eine Dickenabweichung bzw. ein. Dickenprofil. - ' - - -.-■■.

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Ferner besteht nach der Erfindung die Möglichkeit, die Meßgeräteichung zu überprüfen und bei der Nacheichung der elektrischen Ausgangssignale des Meßgeräts eine Erleichterung vorzusehen. Zu diesem Zweck wird die oben beschriebene Dickenabweichungsmeßanordnung verwendet, mit der Ausnahme, daß das digitale Dickensignal an der Leitung 90 durch das digitale Signal von Dickenwahlschaltern 98 ersetzt wird, indem der Wahlschalter 91 in die Stellung b gebracht wird. Bei den Wahlschaltern 98 handelt es sich um Daumenradwahlschalter, mit denen Kontakte geöffnet oder geschlossen werden, um eine digitale Darstellung einer gewünschten Dicke zu bilden. Zum Überprüfen der Eichung werden von der Einheit 11 aufeinanderfolgend Eichmaße in den Strahlengang der Strahlung 12 gebracht und gleichzeitig die Digitaldickenwahlschalter 98 entsprechend eingestellt. Das Dickenabweichungsanzeigegerät 96 gibt dann für jede in dem einzigen großen Meßbereich des Meßgeräts liegende Dicke einen etwaigen Eichfehler an.

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Claims

Patentansprüche

1. Materialmeßanordnung mit einer Einrichtung zum Umformung von Strahlung in das Licht einer variablen Lichtquelle, die sich als Funktion von einer oder mehreren Eigenschaften des Materials ändert,
gekennzeichnet durch eine selbstabgleichende Meßschleife (15) mit einem bezüglich seiner Verstärkung gesteuerten Fotodetektor (16), der auf die variable Lichtquelle (14) anspricht und mit Verstärkungsfehlem behaftet ist, mit einem Vergleicher (20), der die Erzeugung eines Materialmeßsignals bewirkt, das sich als Funktion der variablen Lichtquelle und in Abhängigkeit von Umformungs- und Verstärkungsfehlern ändert, sowie mit einem Integrator (20), der derart geschaltet ist, daß er den Vergleicher zur Stabilisierung der selbstabgleichenden Meßschleife (15) gegenüber von den Umformungs- und Verstärkungsfehlern verursachten unerwünschten Einflüssen modifiziert, und durch eine das stabilisierte Meßsignal verwertende Einrichtung (88) zum Bestimmen eines Werts von der oder den Materialeigenschaften.

2. Materialmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Meßschleife (15) eine differentiell auf das Materialmeßsignal (an der Leitung 77) und ein Nullpunktverschiebesignal (an der Leitung 87) ansprechende Schaltungseinrichtung (79) vorgesehen ist, die ein Materialmeßausgangssignal (an der Leitung 80) mit einem konstanten Nullpunkt abgibt, und daß eine einen Integrator (86) enthaltende, zwischen den Ausgang und einen Eingang der genannten Schaltungseinrichtung (79) geschaltete sowie auf einen Materialdetektor (82) ansprechende, weitere Schaltungseinrichtung (85) vorgesehen ist, die zur automatischen Nullpunkteinstellung des Materialmeßausgangssignals während der Abwesenheit von Meßmaterial das Nullpunktverschiebesignal (an der

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Leitung 87) erzeugt und, solange Meßmaterial festgestellt wird, den letzten Wert des Nullpunktverschiebesignals festhält, um auf diese Weise bei der Umformung auftretende Nullpunktsverschiebungen und anschließend auftretende elektrische Driftfehler zu kompensieren.

3. Materialmeßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Linearisieren des geringfügig nichtlinearen Materialmeßsignals (an der Leitung 30) eine Linearisierungsschaltungseinrichtung (31) mit einem ein logarithmisches Element (3*0 enthaltenden und bezüglich der Verstärkung einstellbaren, logarithmischen Verstärker (32) vorgesehen ist, der aus dem ihm zugeführten geringfügig nichtlinearen Meßsignal ein über einen großen Meßbereich wirksames, stufenloses Korrektursignal (an der Leitung 39) erzeugt, daß der logarithmische Verstärker (32) aufgrund einer ihm innewohnenden Charakteristik eine Verschiebung des Korrektursignals bewirkt und daß die Linearisierungsschaltungseinrichtung zum Aufheben der in dem Korrektursignal auftretenden Verschiebung einen einstellbaren Vergleicher (38) und zum Summieren des geringfügig nichtlinearen Materialmeßsignals (an der Leitung 30) und des von der Verschiebung befreiten Korrektursignals (an der Leitung 43) einen Maßstabsverstärker (54) mit einer Verstärkungseinstelleinrichtung (46) enthält, die zum Einstellen der Anfangssteigung des Summensignals dient,

4. Materialmeßanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der sich das Meßsignal als Funktion einer Materialeigenschaft und darüberhinaus als Funktion von Veränderungen in einer oder in mehreren zusätzlichen Eigenschaften ändert, die einen vorbestimmten variablen Einfluß auf die Messung der ersten Materialeigenschaft haben, gekennzeichnet durch eine von einem ersten externen Signal (an 52, 54, 55) eingestellte erste Schaltungsanordnung (49) zum maßstäblichen

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Ändern des Meßsignals (Leitung 30, 47) entsprechend einem vorbestimmten Korrekturbedürfnis infolge der Änderung in einer zweiten Materialeigenschaft, beispielsweise der Güte, durch eine zweite Schaltungseinrichtung (59), die zum maß- ' stäblichen Ändern eines von einer dritten Materialeigenschaft abhängigen Signals (Leitung 62) um einen vorbestimmten Betrag dient und derart ausgelegt ist, daß sie zum Festlegen einer unteren und einer oberen Grenze eines infolge von Änderungen der dritten Materialeigenschaft, beispielsweise der Temperatur, korrekturbedürftigen Bereiches durch ein zweites externes Signal (an 65, 67) einstellbar ist, durch eine dritte Schaltungseinrichtung (70), die das Ausgangssignal (Leitung 57) der ersten Schaltungseinrichtung (49) mit dem Ausgangssignal (Leitung 69) der zweiten Schaltungsanordnung (59) zum Erzeugen eines Produktsignals (Leitung 71) multipliziert, und durch eine vierte Schaltungseinrichtung (72 bis 76) zum Auswählen eines einzigen oder vereinigten kompensierten Ausgangssignals (Leitung 77), das aus- dem Materialeigenschaftssignal, dem Ausgangssignal der ersten Schaltungseinrichtung, dem Ausgangssignal der dritten Schaltungseinrichtung und dem Summensignal aus den Ausgangssignalen der ersten und dritten Schaltungseinrichtung ableitbar ist. ■

5. Materialmeßanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine außerhalb der Meßschleife (15) befindliche analoge Schaltungseinrichtung (79)»' die zum Erzeugen eines Materialmeßausgangssignals (Leitung 80) differentiell auf das Materialmeßsignal (Leitung 30, 47, 77) und auf ein anderes Signal (Leitung 94) anspricht, durch eine Schaltungseinrichtung (88, 89) zum Digitalisieren des Materialmeßausgangssignals (Leitung 80) und zum Speichern eines digitalen Anfangswertes des digitalisierten Materialmeßausgangssignals, wenn da's zu messende Material anfangs in die Meßanordnung eintritt, eine Schaltungseinrichtung (91, 92, 93) zum tfcn-

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setzen des gespeicherten digitalisierten Materialmeßausgangssignals in ein entsprechendes stetiges Analogsignal (Leitung 94) und zum Zuführen dieses Analogsignals zu der analogen Schaltungseinrichtung (79) als das andere Signal, wodurch das Ausgangssignal (Leitung 80) der analogen Schaltungsanordnung (79) in ein Materialmeßausgangssignal umgewandelt wird, das von dem in der Digitalisierungsschaltungseinrichtung (88, 89) gespeicherten digitalen Anfangswert abweicht, und durch eine das von der analogen Schaltungseinrichtung (79) abgegebene Abweichungsausgangssignal (Leitung 80) verwertende Einrichtung (96) zum Bestimmen des Profils der Materialeigenschaft im Anschluß an die Anfangsmessung.

6. Materialmeßanordnung nach Anspruch 5, bei der Materialeichmaße wahlweise in ein Meßstrahlungsbündel einbringbar sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die analoge Schaltungseinrichtung (79) zum Erzeugen eines Abweichungsausgangssignals bei wahlweise in das Meßstrahlungsbündel eingebrachte Eichmaße auf das Materialmeßsignal (Leitung 30, 47, 77) und auf ein gewünschtes Materialeigenschaftssignal (Leitung 94, Einrichtung 98) differentiell anspricht, daß die Digital!sierungsschaltungseinrichtung (88, 89) derart ausgelegt ist, daß sie ein gewünschtes digitales Materialeigenschaftssignal, das einem vorgegebenen in das Meßstrahlenbündel eingebrachten Materialeichmaß entspricht, wahlweise erzeugt und speichert, und daß die das von der analogen Schaltungseinrichtung (79) stammende Abweichungsausgangssignal verwertende Einrichtung (96) für diese Materialeigenschaft die Abweichung der Eichung des elektrischen Systems von den Materialeichmaßen angibt.

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7. Materialmeßanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die selbstabgleichende Meßschleife (15). einen bezüglich der Verstärkung gesteuerten Fotodetektor (16) aufweist, der auf die variable Lichtquelle (14) anspricht und durch Fotodetektoralterung hervorgerufene Verstärkungsfehler aufweist, und daß die Meßschleife einen Vergleicherintegrator (20) enthält, der darin wirksam ist, um ein Materialmeßsignal zu erzeugen, das sich als Funktion der Lichtquelle und der genannten Fehler ändert, außer daß die Meßschleife infolge des in den Vergleicher einbezogenen Integrators gegenüber Umsetzungs-, Verfalls-und Verstärkungsfehlern stabilisiert ist,

8. Materialmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen konstante Quelle (10) mit einer langen Verfallszeit für eine in das Material eindringende Strahlung vorgesehen ist, wobei sich die aus dem Material austretende Strahlung entsprechend einer nichtlinearen Absorptionscharakteristik der Materialeigenschaft und in Abhängigkeit von einem Fehler infolge des Verfalls der Quelle ändert, daß ein Scintillator (14) die nichtlineare Strahlung in das Licht einer nichtlinearen Lichtquelle umformt, die sich als Funktion der Materialeigenschaft und.in Abhängigkeit von dem Verfallsfehler ändert, daß der Scintillator Einflüssen ausgesetzt ist, die bei der Umformung einen variablen Nullpunktfehler verursachen, daß die selbstabgleichende Meßschleife (15) einen bezüglich der Verstärkung gesteuerten Fotodetektor (16) enthält, der eine nichtlineare Verstärkungskennlinie aufweist, die der Umkehrung der nichtlinearen Lichtquellenkennlinie entspricht, und der in Abhängigkeit von den Änderungen in der Lichtquelle, von den genannten Fehlern und von einem verstärkungs steuernden Erregersignal ein variables Detektorsignal erzeugt, daß ein Vergleicherintegrator (20) auf die Differenz zwischen dem

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Detektorsignal und einem Vergleicherbezugssignal anspricht, um ein integriertes Fehlersignal zu erzeugen, das sich proportional mit dem Nullpunktfehler und geringfügig nichtlinear in bezug auf die Materialeigenschaft ändert, wobei der Integratorteil des Vergleicherintegrators den Strom einer Anode in dem Fotodetektor auf einem scheinbar konstanten Wert hält und die Meßschleife gegenüber unerwünschten Einflüssen der genannten Verfalls- und Verstärkungsfehler automatisch stabilisiert, und daß eine variable Quelle (27) für das verstärkungssteuernde Erregersignal zum Verändern der Fotodetektorverstärkung auf das integrierte Fehlersignal anspricht, wobei sich das das Materialmeßsignal darstellende Erregersignal geringfügig nichtlinear in bezug auf die Materialeigenschaft und proportional mit dem Nullpunktfehler ändert.

9. Materialmeßanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Linearisierungsschaltungseinrichtung (31) zum Linearisieren einer geringfügigen Nichtlinearität in einem Teil des Materialmeßsignals, durch eine Schaltungseinrichtung (81) zum automatischen Verschieben des modifizierten Materialmeßsignals, um die Einflüsse des Nullpunktfehlers und nachfolgender Fehler zu kompensieren, die durch elektrische Drift in den genannten Schaltungseinrichtungen auftreten, und durch eine das modifizierte, automatisch stabilisierte und nullpunktkorrigierte Meßsignal verwertende Einrichtung (88) zum Bestimmen eines Werts der Materialeigenschaft.

10. Materialmeßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die austretende Strahlung (13) darüberhinaus als Funktion von Veränderungen in einer oder mehreren zusätzlichen Eigenschaften ändert, die einen vorbestimmten variablen Einfluß auf die Messung der ersten Materialeigenschaft haben, daß sich das modifizierte Materialmeßsignal der Li-

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nearisierungsschaltungseinrichtung ebenfalls als Funktion von einer oder mehreren dieser zusätzlichen Eigenschaften ändert und daß eine Korrekturschaltungseinrichtung (48) vorgesehen ist, die das linearisierte Materialmeßsignal in bezug auf vorbestimmte Einflüsse kompensiert, die in ihm durch Veränderungen in einer oder mehreren der zusätzlichen Eigenschaften verursacht werden.

11. Materialmeßanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine auf das linearisierte Signal ansprechende Einrichtung . (79, 88, 89, 92), die anfangs ein Materialmeßsignal erzeugt, wenn das Material anfangs in die Meßanordnung eintritt, und danach ein Abweichungssignal erzeugt, das von dem Ursprunglieh erzeugten Materialmeßsignal abweicht, und durch eine das automatisch stabilisierte und modifizierte Abweichungssignal verwertende Einrichtung (96) zum Bestimmen des Profils der Materialeigenschaft im Anschluß an die Anfangsmessung.

12. Materialmeßanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Materialeichmaße, die anstelle des zu messenden Materials (P) in das Strahlungsmeßbündel bringbar sind, so daß sich das stabilisierte, nullpunktskorrigierte und modifizierte Materialmeßsignal als Funktion dieser Eichmaße ändert, durch eine Einrichtung (92, 98; 79) zum Erzeugen eines vorbestimmten elektrischen Eichsignals, das einem Materiäleichmaß entspricht, und zum Vereinigen des elektrischen Eichsignals mit dem stabilisierten, nullpunktskorrigierten und modifizierten Materialmeßsignal ₉ um ein automatisch stabilisiertes, nullpunktskorrigiertes und modifiziertes Abweichungssignal zu erzeugen, das die Differenz der beiden vorgenannten Signale darstellt, und durch eine das Abweichungssignal verwertende Einrichtung (96) zum Bestimmen der Abweichung der elektrischen Eichung der Meßanordnung gegenüber den Materialeichmaßen für die Materialeigenschaft.

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