DE1964918U - ARRANGEMENT FOR NUCLEAR THICKNESS MEASUREMENT OF TAPES OR PLATES. - Google Patents

Description

ϊΑ.297 674-31.5..67ϊΑ.297 674-31.5..67

Gebrauchsmuster - AnmeldungUtility model registration

Anmelders Laboratorium Prof.Dr.Rudolf Berthold, Wildbad/Schwarzwald, Calmbacher Strasse 22Applicant's laboratory Professor Rudolf Berthold, Wildbad / Black Forest, Calmbacher Strasse 22

Anordnung zur nuklearen Dickenmessung von Bändern oder PlattenArrangement for the nuclear thickness measurement of strips or plates

Nukleare Dickenmessungen werden im allgemeinen nach dem Durchstrah-Nuclear thickness measurements are generally made after the penetration

2 lungsverfahren durchgeführt. Für Flächengewichte bis etwa o,5 g/cm stehen langlebige Betastrahler zur Verfügung, für Flächengewichte2 procedure carried out. For basis weights up to about 0.5 g / cm Long-life beta emitters are available for basis weights

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über 5 g/cm eignen sich die durchdringenden Gammastrahlen von Cs oder ⁰Co. Im Zwischenbereich werden Röntgenstrahlen- oder Bremsstrahlenquellen verwendet. Röntgeneinrichtungen sind jedoch sehr aufwendig, Bremsstrahlenquellen erfordern wegen des ungünstigen Umsetzungsfaktors sehr starke Betastrahler. Neuerdings steht als langlebiger Gammastrahler Americium zur Verfügung mit ausreichender Strahlenabsorption zur Dickenmessung bei Stahl zwischen etwa 1 und 6 mm Dicke oder bei Stoffen kleiner Atomnummer wie Aluminium oder Glas bei Dicken über etwa 5 mm. Wollte man jedoch beispielsweise 2 mm dickes Glas mit einer Genauigkeit von 1 % der Dicke messen, so müßte dazu die Strahlenintensität mit einer Genauigkeit von o,l % gemessen werden.Above 5 g / cm, the penetrating gamma rays from Cs or ^O Co. are suitable. In the intermediate range, X-ray or bremsstrahlung sources are used. X-ray devices are very expensive, however, and brake radiation sources require very powerful beta emitters because of the unfavorable conversion factor. Recently americium has become available as a long-lasting gamma emitter with sufficient radiation absorption for thickness measurement in steel between about 1 and 6 mm thick or in materials with a small atomic number such as aluminum or glass with thicknesses over about 5 mm. However, if you wanted to measure, for example, 2 mm thick glass with an accuracy of 1 % of the thickness, the radiation intensity would have to be measured with an accuracy of 0.1%.

Es ist bekannt, daß auch mit Rückstreuung von Gammastrahlen Dickenmessungen möglich sind. Das Verfahren wird angewandt, wenn nur eine Seite des Meßobjektes der Dickenmessung zugänglich ist, beispielsweise bei Behältern oder Rohrleitungen. Dazu wird ein Gammastrahler auf die Wand berührend aufgesetzt und die rückgestreute Intensität mit einem Szintillometer gemessen. Die direkte Strahlung zwischen Quelle und Szintillometer wird entweder durch Energiediskriminierung oder durch einen Absorber ausgeschaltet. Das Prinzip einer solchen Anordnung nach FrankeIt is known that thickness measurements can also be made with backscattering of gamma rays possible are. The method is used when only one side of the measurement object is accessible for thickness measurement, for example when Containers or pipelines. To do this, a gamma emitter is placed touching the wall and the backscattered intensity with a scintillometer measured. The direct radiation between the source and the scintillometer is either through energy discrimination or through a Absorber switched off. The principle of such an arrangement according to Franke

137 zeigt Figur 1. Als Strahlenquelle (1) wird Cs, als Detektor ein Szintillometerkristall (2) verwendet, die direkte Strahlung zwischen Quelle und Detektor wird durch einen Wolframkonus (3) absorbiert, zur Messung wird die Sonde berührend auf die Wand (4) aufgesetzt, deren Dicke gemessen werden soll.137 shows FIG. 1. Cs is used as the radiation source (1) and a scintillometer crystal is used as the detector (2) used, the direct radiation between the source and detector is absorbed by a tungsten cone (3) for measurement the probe is placed on the wall (4), the thickness of which is to be measured.

+) Kerntechnik 3 (1959) 85-87 -2-+) Kerntechnik 3 (1959) 85-87 -2-

Daß das Rückstreuverfahren eine Dickenmessung von einer Seite her erlaubt, wenn aus geometrischen Gründen nicht in Durchstrahlung gemessen werden kann, ist nicht der Ausgangspunkt für den Anordnungsvorschlag nach Anspruch 1. Ausgangspunkt ist vielmehr die Erkenntnis, daß das Rückstreuverfahren im Hinblick auf die Meßgenauigkeit für viele Meßprobleme Vorteile gegenüber dem Absorptionsverfahren hat.That the backscatter method allows a thickness measurement from one side if, for geometric reasons, it is not measured in radiation is not the starting point for the arrangement proposal according to claim 1.The starting point is rather the knowledge, that the backscatter method has advantages over the absorption method with regard to the measurement accuracy for many measurement problems.

Beim Absorptionsverfahren ist die erreichbare absolute Dickenmeßgenauigkeit begrenzt durch die Größe des Absorptionskoeffizienten der zur Verfugung stehenden Strahlung. Kann beispielsweise die Strahlungsintensität mit einer Genauigkeit von 1 % gemessen werden, soIn the absorption process, the absolute thickness measurement accuracy that can be achieved is limited by the size of the absorption coefficient of the radiation available. For example, if the radiation intensity can be measured with an accuracy of 1%, see below

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ist bei Verwendung von Cs die erreichbare Genauigkeit der Dickenmessung 0,2 mm Stahl oder 0,6 mm Glas, unabhängig von der Materialdicke. Bei einer Rückstreuanordnung dagegen ist bei der Dicke 0 auch die Rückstreuintensität 0, abgesehen von der geringen Rückstreuung in der Luft, und steigt proportional mit der Materialdicke an. Bei einer StraKLenmeßgenauigkeit von 1 % beträgt deshalb die Genauigkeit unabhängig von der Materialdicke 1 % der Dicke (beispielsweise bei 1 mm Stahl oder Glas 0,01 mm). Hohe Absolutmeßgenauigkeiten lassen sich also nicht nur mit weichen Röntgenstrahlen oder Bremsstrahlen, sondern auch mit durchdringenden Gammastrahlen erreichen, für die billige und einfach zu handhabende Quellen zur Verfügung stehen.When using Cs, the achievable accuracy of the thickness measurement is 0.2 mm steel or 0.6 mm glass, regardless of the material thickness. In the case of a backscatter arrangement, on the other hand, the backscatter intensity is also 0 at thickness 0, apart from the low backscatter in the air, and increases proportionally with the material thickness. With a StraKLenmeßgenauigkeit of 1 % , the accuracy is therefore independent of the material thickness 1 % of the thickness (for example, with 1 mm steel or glass 0.01 mm). High absolute measuring accuracies can therefore not only be achieved with soft X-rays or bremsstrahlung, but also with penetrating gamma rays, for which cheap and easy-to-use sources are available.

Eine Rückstreuung nach Pigur 1 eignet sich nur für berührende Messung, dagegen nicht für eine kontinuierliche Messung am laufenden Band, die eine berührungsfreie Messung erfordert. Würde man eine solche Sonde in einigem Abstand vom Meßgut anordnen, so würde die starke Abhängigkeit der Anzeige vom Abstand stören, da bei durchlaufenden Bändern mit Lageänderungen senkrecht zur Bandfläche zu rechnen ist.A backscatter according to Pigur 1 is only suitable for contact measurement, on the other hand not for a continuous measurement on the running belt, which requires a non-contact measurement. One would have such a probe at some distance from the material to be measured, the strong dependency of the display on the distance would interfere, since the belts are running through changes in position perpendicular to the belt surface are to be expected.

Diese Abstandsabhängigkeit läßt sich durch geeignete Anordnung eines Absorbers für die rückgestreuten Strahlen hinreichend vermeiden. Bei einer Anordnung nach Pigur 1 nimmt die Anzeige etwa mit dem Quadrat des Abstandes zwischen Quelle und Meßgut- ab. Wählt man jedoch zur Ruckstrahldickenmessung mit Gammastrahlen eine Anordnung nach Figur 2, bei der nicht nur die direkte Strahlung zwischen Quelle (1) und Detektor (2), sondern bei kleinem Abstand auch ein erheblicher, mit wachsendem Abstand kleiner werdender Anteil der vom Meßgut (4) in RichtungThis distance dependency can be determined by a suitable arrangement of a Avoid sufficiently absorbers for the backscattered rays. With an arrangement according to Pigur 1, the display increases roughly with the square the distance between the source and the material to be measured. If you choose to Back jet thickness measurement with gamma rays an arrangement according to Figure 2, in which not only the direct radiation between the source (1) and the detector (2), but also a considerable one at a small distance, with increasing Distance decreasing proportion of the material to be measured (4) in the direction

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zum Detektor gehenden Streustrahlung vom Absorber (3) absorbiert wird, so durchläuft die Anzeige mit steigendem Abstand zum Meßgut (4) ein Maximum. Arbeitet man in dem entsprechenden Abstandsoptimum, so wird die Anzeige hinreichend abstandsunabhängig. Zur Erläuterung wurden in Figur 2 zwei Positionen 4 und 4' des Meßgutes eingezeichnet. In der Position 4 kann Streustrahlung aus dem großen Feld 5 des Meßgutes den Detektor 2 erreichen, während in der Position 4' beim kleineren Abstand nur das Feld 5' wirksam ist. Im Bereich des Abstand soptimums kompensiert die Zunahme der Streufeldgröße mit wachsendem Abstand zum Detektor die Abnahme der Wirkung pro Flächeneinheit des Streufeldes auf den Detektor.The scattered radiation going to the detector is absorbed by the absorber (3), the display scrolls with increasing distance to the material to be measured (4) a maximum. If you work in the corresponding optimum distance, so the display becomes sufficiently independent of the distance. For explanation, two positions 4 and 4 'of the material to be measured have been drawn in in FIG. In position 4, scattered radiation from the large field 5 of the material to be measured can reach detector 2, while in position 4 'at smaller distance only the field 5 'is effective. In the area of the distance soptimum, the increase in the size of the stray field compensates for with increasing Distance to the detector the decrease in the effect per unit area of the stray field on the detector.

Zur abstandsunabhängigen Messung des Aschegehaltes in Kohle mit Gammarückstreuung wurde eine ähnliche Anordnung schon von Putman und Solomon angegeben, jedoch war nicht nur das Meßproblem verschieden von dem die vorliegende Anmeldung betreffenden, sondern es wurde auch bei praktisch unendlicher Materialdicke gemessen, während im Gegensatz dazu im vorliegenden Fall gerade die Materialdicke gemessen werden soll.For distance-independent measurement of the ash content in coal with gamma backscattering a similar arrangement was already given by Putman and Solomon, but not only was the measurement problem different from that pertaining to the present application, but it was also measured at practically infinite material thickness while in contrast for this purpose, in the present case, the material thickness is to be measured.

Beim Rückstreuverfahren erreicht nur ein Bruchteil der auf das Meßgut fallenden Strahlenquanten nach der Streuung den Detektor. Deshalb ist, wie an sich bekannt, die Verwendung eines Szintillometers vorteilhaft, das sich durch besonders hohe Strahlenempfindlichkeit auszeichnet.With the backscatter method, only a fraction of the reaches the material to be measured falling radiation quanta after the scattering the detector. Therefore, as is known per se, the use of a scintillometer is advantageous, which is characterized by its particularly high radiation sensitivity.

Ist die Dicke viel kleiner als die Halbwertsschicht der Gammastrahlung, so steigt die Rückstreuintensität proportional mit der Dicke an, bei größeren Dicken dagegen wird der Anstieg schwächer. Bei kleinen Dicken, insbesondere bei Material niederer Ordnungszahl, ist die Eindring-If the thickness is much smaller than the half-value layer of the gamma radiation, the backscatter intensity increases proportionally with the thickness, with greater thicknesses, on the other hand, the increase is weaker. With small thicknesses, especially in the case of material with a lower atomic number, the penetration

241 tiefe der leicht abschirmbaren 60 keV-Strahlung von Am für eine Dickenmessung ausreichend und vorteilhaft. Bei größeren Dicken ist241 depth of the easily shieldable 60 keV radiation from Am for one Thickness measurement sufficient and advantageous. For larger thicknesses is

137 die Verwendung der durchdringenden Strahlen von Cs mit einer Energie von 660 keV günstiger. Die Verwendung noch energiereicherer Strahlen, beispielsweise von Co, ist jedoch nicht vorteilhaft, weil einerseits nach den Streugesetzen die Durchdringungsfähigkeit der rückgestreuten Strahlen nicht mehr wesentlich zunimmt, andererseits aber die primäre Strahlung einen erheblich größeren Aufwand für die Abschirmung erfordert. 137 the use of the penetrating rays of Cs with an energy from 660 keV cheaper. However, the use of even more energetic rays, for example of Co, is not advantageous because on the one hand According to the laws of scattering, the penetration ability of the backscattered rays no longer increases significantly, but on the other hand the primary one Radiation requires a considerably greater effort for shielding.

+) Nucleonics 13 (1955), S. 71 -4-+) Nucleonics 13 (1955), pp. 71 -4-

— Δ. — ^;'.-i- Δ. - ^; '.-i

Die Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gammastrahlers im Energiebereich bis 700 KeV, eines Szintillometers und eines Absorbers für die rückgestreute Strahlung in einer geeigneten festen Baueinheit sowie durch einen optimalen Abstand bringt durch die neuartige Kombination an sich bekannter Elemente einen wesentlichen technischen Fortschritt hinsichtlich Meßgenauigkeit und Aufwand bei der Dickenmessung von Bändern oder Platten im kontinuierlichen Durchlauf, wie am Beispiel der Glasdickenmessung erläutert werden soll.The arrangement of claim 1, characterized by the use a gamma emitter in the energy range up to 700 KeV, a scintillometer and an absorber for the backscattered radiation in a suitable fixed structural unit and through an optimal spacing brings through the novel combination of known elements a significant technical advance in terms of measurement accuracy and the effort involved in measuring the thickness of strips or plates in a continuous cycle, as explained using the example of glass thickness measurement shall be.

Bei der Herstellung von Tafelglas läuft das noch warme Glas als breites Band aus der Ziehmaschine. Die Dicke d beträgt einige Millimeter und soll durch ein über die ganze Bandbreite hin- und herlaufendes System auf 1 % genau gemessen werden. Dabei kann das Band um einige Millimeter um seine mittlere Lage "flattern". Figur 3 zeigt Eichkurven für dieIn the production of sheet glass, the still warm glass runs out of the drawing machine as a wide band. The thickness d is a few millimeters and should be measured with an accuracy of 1% using a system that runs back and forth over the entire bandwidth. The tape can "flutter" around its middle position by a few millimeters. Figure 3 shows calibration curves for

241 Rückstreuanzeige AR, die mit einer Anordnung nach Figur 2 mit Am241 backscatter indicator AR, which with an arrangement according to Figure 2 with Am

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(Kurve I) und Cs(Kurve II) aufgenommen wurden, Figur 4 die Abhängigkeit der Rückstreuanzeige AR (in willkürlichen Einheiten) vom Abstand a des Glases von der Vorderkante des Absorbers. Als Absorber genügt bei Am ein Blech von einigen Millimetern Dicke. Das Szintillometer ist wassergekühlt. Eine Abstandsänderung um -2 mm bewirkt eine Änderung der Szintillometeranzeige von nur -0,1 %. Beträgt die Strahlenmeßgenauigkeit -0,5 %, so beträgt die Dickenmeßgenauigkeit bei 2 mm starkem Glas -0,01 ram. Bei mäßiger Genauigkeit der Strahlenmessung, somit unter Verwendung einfacher Geräte, läßt sich also eine hohe Dickengenauigkeit erzielen. Zudem ist der Aufwand für die Querbewegung zur Abtastung über die Breite des Glasbandes bei einer Rückstreuanordnung viel kleiner als bei Durchstrahlung.(Curve I) and Cs (curve II) were recorded, Figure 4 shows the dependence of the backscatter indicator AR (in arbitrary units) on the distance a of the glass from the front edge of the absorber. A sheet metal a few millimeters thick is sufficient as an absorber at Am. The scintillometer is water-cooled. A change in distance of -2 mm causes a change in the scintillometer display of only -0.1 %. If the radiation measurement accuracy is -0.5%, the thickness measurement accuracy for 2 mm thick glass is -0.01 ram. With moderate accuracy of the radiation measurement, thus using simple devices, a high thickness accuracy can be achieved. In addition, the effort for the transverse movement for scanning across the width of the glass ribbon is much smaller with a backscattering arrangement than with irradiation.

Wildbad, den 29. Mai 1967 LABORATORIUM PROF.DR.RUDOLF BERTHOLDWildbad, May 29, 1967 LABORATORY PROFESSIONAL DR RUDOLF BERTHOLD

Claims (1)

Gebrauchsmuster - AnsprücheUtility model claims Anspruch 1Claim 1 Anordnung zur nuklearen Dickenmessung von Bändern oder Platten im kontinuierlichen Durchlauf nach dem Rückstreuverfahren, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Sonde, die in einer festen Baueinheit eine GammastrahLenquelle im Energiebereich bis 700 keV, einen Szintillometer als Detektor und einen Absorber in solcher Position enthält, daß die Rückstreuanzeige für einen bestimmten Abstand Sonde Meßgut einen Maximalwert annimmt und daß der Arbeitsabstand in den Bereich dieses Maximums gelegt wird.Arrangement for the nuclear thickness measurement of strips or plates in a continuous flow according to the backscattering method, characterized by the use of a probe which contains a gamma ray source in the energy range up to 700 keV, a scintillometer as a detector and an absorber in such a position that the backscatter indicator assumes a maximum value for a certain distance between the probe and the measured material and that the working distance is placed in the range of this maximum. Anspruch 2Claim 2 Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung vonDevice according to claim 1, characterized by the use of 241 137241 137 Am oder Cs als Strahlenquellen.Am or Cs as radiation sources. Wildbad, den 29. Mai 1967 LABORATORIUM PROF.DR.RUDOLF BERTHOLDWildbad, May 29, 1967 LABORATORY PROFESSIONAL DR RUDOLF BERTHOLD