PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE2747440C2 26.11.1987
Titel Eichnormal für Kernstrahlungs- Feuchtigkeitsmeßgerät
Anmelder Troxler Electronic Laboratories, Inc., Research Triangle Park, N.C., US
Erfinder Berry, Richard Lovell, Raleigh, N.C., US
Vertreter Wuesthoff, F., Dr.-Ing.; Frhr. von Pechmann, E., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Behrens, D., Dr.-Ing.; Goetz, R., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 21.10.1977
DE-Aktenzeichen 2747440
Offenlegungstag 27.04.1978
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.11.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.11.1987
IPC-Hauptklasse G01N 23/00
IPC-Nebenklasse G01T 3/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Eichnormal für Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmeßgeräte mit Abmessungen, die größer sind als die Strahlungstiefe von schnellen Neutronen.

Ein solches Eichnormal ist aus dem Lehrbuch "Feuchtigkeit" von Winfried Lück, Oldenbourg-Verlag, München, Wien, 1964, S. 229 bis 238, bekannt. Dort ist bereits festgestellt, daß für Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmeßgeräte ein relativ großes Meßvolumen erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Eichnormal für Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmeßgeräte bereitzustellen, bei der eine möglichst homogene Verteilung des Wasserstoffs vorliegt und bei dem es möglich ist, in einfacher Weise die Konzentration des Wasserstoffs im Eichnormal zu variieren.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Schichtenstruktur gewährleistet eine homogene Verteilung des Wasserstoffs über das gesamte Eichnormal. Es ist auch auf einfache Weise möglich, die Konzentration des Wasserstoffs im Eichnormal zu variieren, so daß mit einer Vielzahl von Meßpunkten eine exakte Eichkurve gewonnen werden kann.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht eines Eichnormals, auf das ein zu eichendes Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmeßgerät aufgesetzt ist;

Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Schrägansicht mit einem auf das Eichnormal aufgesetzten zu eichenden Tiefenmeßgerät;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt eines Eichnormals mit einer Anordnung von miteinander abwechselnden dünnen Schichten;

Fig. 4 bis 7 jeweils eine Fig. 3 ähnelnde Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus verschiedener Eichnormale;

Fig. 8 den Schnitt 8-8 in Fig. 1 in Verbindung mit einem zu eichenden Oberflächenmeßgerät;

Fig. 9 den Schnitt 9-9 in Fig. 2 in Verbindung mit einem zu eichenden Tiefenmeßgerät; und

Fig. 10 eine Eichkurve, wie sie mit Hilfe der Eichnormale gewonnen werden kann.

In Fig. 1 ist ein hydrophobes Eichnormal 10 dargestellt. Wie im folgenden erläutert, ist das Eichnormal 10 insbesondere geeignet, in Verbindung mit einem Kernstrahlungs-Oberflächenmeßgerät 11 benutzt zu werden, das es ermöglicht, den Feuchtigkeitsgehalt einer Oberflächenschicht des Erdbodens zu ermitteln. Da der Aufbau und die Wirkungsweise des Meßgeräts 11 bekannt sind, dürfte sich eine nähere Beschreibung erübrigen.

Das Eichnormal 10 ist hydrophob, d. h. es weist nur eine geringe oder überhaupt keine Affinität zu Wasser auf. Daher wird der wirksame Wasserstoffgehalt des Eichnormals nicht durch Schwankungen des Feuchtigkeitsgehalts der Umgebungsatmosphäre beeinflußt, so daß ein zuverlässiges Eichnormal für Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmesser zur Verfügung steht. Die physikalischen Eigenschaften des Eichnormals 10 sind derart, daß es dem zu eichenden Meßgerät 11 eine Masse mit homogenem Wasserstoffgehalt darbietet. Ferner sind die physikalischen Abmessungen des Eichnormals so gewählt, daß es gegenüber dem Meßgerät 11 als unendlich große Masse zur Wirkung kommt. Gemäß Fig. 1 und 8 gehört zu dem Eichnormal 10 ein Materialkörper mit einer ebenen Fläche 12 zum Aufnehmen eines zu eichenden Oberflächenmeßgeräts 11.

Damit das Eichnormal 10 solche physikalischen Eigenschaften aufweist, daß es einem zu eichenden Meßgerät 11 praktisch eine Masse mit einem homogenen Wasserstoffgehalt darbietet, ist der Körper des Eichnormals aus miteinander abwechselnden dünnen Schichten aufgebaut, zu denen Schichten 14 aus einem Moderatormaterial, das in seinen Molekülen Wasserstoff enthält, und dünne Schichten 15 aus einem im wesentlichen keine Moderatorwirkung hervorrufenden Material gehören. Der geschichtete Aufbau des Eichnormalkörpers ist ferner aus Fig. 4 bis 7 ersichtlich, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht. In der weiteren Beschreibung gelten die Ausdrücke "mit Moderatorwirkung" und "ohne Moderatorwirkung" für die Eigenschaften eines Materials, das zu unelastischen Kollisionen mit schnellen Neutronen führt, die zur Entstehung langsamer Neutronen Anlaß geben, deren Energie in solchen Bereichen liegt, daß sie durch das Detektorelement des Feuchtigkeitsmessers nachgewiesen werden. Ein Material mit Moderatorwirkung bremst schnelle Neutronen auf ähnliche Weise ab wie das im Erdreich enthaltene Wasser. Ein Material ohne Moderatorwirkung führt ähnlich wie die im Erdreich normalerweise enthaltenen mineralischen Stoffe nicht zu einer Abbremsung von Neutronen.

Die Verwendung eines Materials mit Moderatorwirkung und eines Materials, das im wesentlichen keine Moderatorwirkung hervorruft, in Form dünner Schichten führt dazu, daß das Moderatormaterial im Körper des Eichnormals 10 annähernd gleichmäßig verteilt ist, so daß das Eichnormal solche Eigenschaften erhält, daß es eine Masse mit homogenem Wasserstoffgehalt darstellt. Hierbei kann man die Höhe des dargestellten Wasserstoffgehalts dadurch bestimmen, daß man die Dicke der Schichten oder die anteiligen Mengen der Materialien mit bzw. ohne Moderatorwirkung entsprechend variiert. Fig. 4 bis 7 zeigen verschiedene Möglichkeiten zur Erzielung einer solchen unterschiedlichen Materialverteilung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 haben die dünnen Schichten 14 aus dem Material mit Moderatorwirkung etwa die gleiche Dicke wie die Schichten 15 aus dem Material ohne Moderatorwirkung. Bei den bevorzugten Ausführungsformen eines Eichnormals 10 bestehen die dünnnen Schichten 14 vorzugsweise aus einem Kohlenwasserstoffpolymer, das in Beziehung zu Neutronen eine Moderatorwirkung hat. Als Polymer wird vorzugsweise Polyäthylen verwendet, das sich leicht in Form von Filmen oder Blättern mit der gewünschten Dicke in der Größenordnung von etwa 0,5 mm beschaffen läßt. Die dünnen Schichten 15 aus dem Material ohne Moderatorwirkung bestehen vorzugsweise aus metallischem Magnesium, das sich in Form von Blechtafeln beschaffen läßt, deren Dicke mindestens etwa der Dicke der Filme oder Blätter aus Polyäthylen entspricht. Es liegt auf der Hand, daß auch andere Materialien mit bzw. ohne Moderatorwirkung verwendet werden können.

Um das Eichnormal 10 herzustellen, werden die dünnen Schichten 14 und 15 aus einem Material mit bzw. ohne Moderatorwirkung aus Flachmaterialien zugeschnitten, die vorzugsweise die gleiche Dicke haben. Die Schichten werden zu einem Stapel vereinigt, miteinander verspannt und dann mit Bohrungen versehen, die dazu dienen, Verbindungseinrichtungen in Form von Spannschrauben 16 aufzunehmen, welche sich gemäß Fig. 1 durch die vier Eckenabschnitte des aus den Schichten aufgebauten Körpers erstrecken. Die Schrauben werden festgezogen, um die dünnen Schichten in fester Anlage aneinander zu halten, woraufhin das Eichnormal in Gebrauch genommen werden kann.

Bei der Wahl der physikalischen Abmessungen der Schichten 14 und 15, die zu dem Körper 10 vereinigt werden sollen, ist es zweckmäßig, die Wirkungsweise der zu eichenden Meßgeräte zu berücksichtigen. In Fig. 8 bezeichnet die gestrichelte Linie 18 das wirksame halbkugelförmige Volumen, innerhalb dessen während der Eichung eines Oberflächenmeßgeräts 11 eine Moderation von Neutronen stattfindet. Es ist bekannt, daß Statistiken über die Moderation von Neutronen voraussagen, daß kein Neutron, das sich über eine bestimmte Strecke hinaus von der Strahlungsquelle entfernt, bevor es auf einen nachweisbaren niedrigeren Energiepegel gebracht worden ist, in Richtung auf den Detektor reflektiert oder gestreut wird. Im Hinblick auf dieses Merkmal des Kernstrahlungsmeßverfahrens ist es nicht erforderlich, dem Eichnormal 10 eine unendliche Größe zu geben. Jedoch ist es sehr zweckmäßig, den das Eichnormal 10 bildenden Materialkörper so zu dimensionieren, daß er einem zu eichenden Kernstrahlungsmeßgerät praktisch eine unendlich große Masse darbietet. Mit anderen Worten, die Abmessungen des Eichnormals 10 müssen so gewählt werden, daß der Körper vollständig das halbkugelförmige Volumen 18 aufnehmen kann, innerhalb dessen eine Moderation von Neutronen erfolgt. Daher richten sich die genauen Abmessungen des Eichnormals 10 in einem gewissen Ausmaß nach dem relativen Wasserstoffgehalt, den das betreffende Eichnormal darbieten soll. Bei Oberflächenmeßgeräten ist es zweckmäßig, Schichten 14 und 15 zu verwenden, die eine Größe von etwa 1 × 1 m haben.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der die Anzahl der Schichten 15 aus einem Material ohne Moderatorwirkung doppelt so groß ist wie die Anzahl der Schichten 14 aus einem Material mit Moderatorwirkung, so daß jede der Schichten 14 zwischen zwei Sätzen von mehreren einander benachbarten Schichten 15 liegt. Natürlich bildet die Anordnung nach Fig. 4 ein Eichnormal, dessen Wasserstoffgehalt niedriger ist als derjenige des Eichnormals nach Fig. 3. Fig. 5 zeigt eine Anordnung, die derjenigen nach Fig. 4 insofern ähnelt, als die Anzahl der Schichten des einen Materials einem Mehrfachen der Anzahl der Schichten des anderen Materials entspricht. Jedoch liegen bei der Anordnung nach Fig. 5 die Schichten 15 aus dem Material ohne Moderatorwirkung jeweils zwischen Sätzen von mehreren einander benachbarten Schichten 14 aus einem Material mit Moderatorwirkung, so daß ein solches Eichnormal einen höheren Wasserstoffgehalt haben würde als die Anordnung nach Fig. 3. Ähnliche Ergebnisse wie bei den Anordnungen nach Fig. 4 und 5 lassen sich mit Anordnungen der in Fig. 6 und 7 dargestellten Art erreichen, bei denen die Schichten 14 aus einem Material mit Moderatorwirkung eine im wesentlichen konstante und im wesentlichen gleichmäßige erste Dicke haben, während die Schichten 15 aus einem Material ohne Moderatorwirkung eine im wesentlichen konstante und im wesentlichen gleichmäßige zweite Dicke haben, die sich von der zuerst genannten Dicke unterscheidet. Gemäß Fig. 6 können die dickeren Schichten 15 aus dem Material ohne Moderatorwirkung bestehen, während gemäß Fig. 7 die dünneren Schichten aus dem Material ohne Moderatorwirkung bestehen.

Gemäß Fig. 10 ist es möglich, eine Eichkurve 19 für ein Kernstrahlungsmeßgerät mit Hilfe erfindungsgemäßer Eichnormale aufzustellen, wenn man mehrere Punkte der Kurve mit Hilfe solcher Eichnormale festlegt. Bei der dargestellten Eichkurve wurden solche Eichnormale verwendet, um Zählergebnisse festzulegen, die Feuchtigkeitsgehalte von 30%, 50% und 70% anzeigen. Die in Fig. 10 dargestellte Eichkurve 19 gilt nicht für ein bestimmtes Meßgerät, sondern sie soll lediglich veranschaulichen, auf welche Weise sich mit Hilfe mehrerer hydrophober Eichnormale eine solche Kurve aufstellen läßt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist insbesondere die Eichung eines Oberflächenmeßgeräts 11 mit Hilfe eines oder mehrerer Eichnormale 10 nach Fig. 1 ermöglicht. Jedoch ist es auch möglich, ein Tiefenmeßgerät 21 mit Hilfe eines oder mehrere Eichnormale 20 zu eichen, wie es in Fig. 2 und 9 dargestellt ist. Wegen der weitgehenden Ähnlichkeit der Eichnormale 10 und 20 und der angewendeten Verfahren dürfte sich eine Wiederholung schon behandelter Einzelheiten erübrigen. In Fig. 2 und 9 entsprechen die Bezugszahlen der zweiten Dekade den Bezugszahlen der ersten Dekade in Fig. 1 und 8. Während das Eichnormal 10 nach Fig. 1 und 8 eine ebene Fläche 12 zum Aufnehmen eines zu eichenden Meßgeräts 11 aufweist, ist das Eichnormal 20 nach Fig. 2 und 9 mit einer Bohrung 30 versehen, die sich in den mittleren Teil des Eichnormalkörpers erstreckt und dazu dient, einen Fühler 31 eines Tiefenmeßgeräts 21 aufzunehmen.


Anspruch[de]
  1. 1. Eichnormal für Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmeßgeräte mit Abmessungen, die größer sind als die Strahlungstiefe von schnellen Neutronen, gekennzeichnet durch planparallel zueinander angeordnete dünne, hydrophobe Schichten (14, 15), abwechselnd aus einem Material mit Moderatorwirkung für die Neutronen, welches in seinen Molekülen Wasserstoff enthält, und Schichten (15) aus einem Material, das sehr geringe Moderatorwirkung hat.
  2. 2. Eichnormal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine ebene Fläche (12) zur Aufnahme eines Oberflächenmeßgeräts (11) aufweist.
  3. 3. Eichnormal nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bohrung (30) zur Aufnahme eines Tiefenmeßgeräts (21) vorgesehen ist.
  4. 4. Eichnormal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (14) aus einem Material mit Moderatorwirkung und die Schichten (15) aus einem Material mit sehr geringer Moderatorwirkung eine konstante und gleichmäßige Dicke haben.
  5. 5. Eichnormal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (14) aus dem Material mit Moderatorwirkung und die Schichten (15) aus dem Material mit sehr geringer Moderatorwirkung so angeordnet sind, daß jeweils eine Schicht des einen Materials zwischen zwei Paaren von Schichten aus dem anderen Material liegt (Fig. 4).
  6. 6. Eichnormal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schichten des einen Materials einem mehrfachen der Anzahl der Schichten des anderen Materials entspricht und daß jeweils eine Schicht des anderen Materials zwischen Sätzen von mehreren einander benachbarten Schichten aus dem einen Material liegt (Fig. 4 und 5).
  7. 7. Eichnormal nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schichten (15) aus dem Material mit sehr geringer Moderatorwirkung einem mehrfachen der Anzahl der Schichten (14) aus dem Material mit Moderatorwirkung entspricht.
  8. 8. Eichnormal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (14) aus dem Material mit Moderatorwirkung eine konstante und gleichmäßige Dicke haben und daß die Schichten (15) aus dem Material mit sehr geringer Moderatorwirkung eine konstante, gleichmäßige Dicke haben, die verschieden ist von der Dicke der Schichten aus dem Material mit Moderatorwirkung (Fig. 6 und 7).
  9. 9. Eichnormal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit Moderatorwirkung aus Polymerschichten besteht und das Material mit sehr geringer Moderatorwirkung ein Metall in Form von Blech ist.
  10. 10. Eichnormal nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit Moderatorwirkung ein Kohlenwasserstoff-Polymer-Schichtmaterial ist.
  11. 11. Eichnormal nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerschichten aus Polyäthylen und die Schichten mit sehr geringer Moderatorwirkung aus Magnesium bestehen.
  12. 12. Eichnormal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere, aus den Schichten mit bzw. sehr geringer Moderatorwirkung bestehenden Körpern, von denen jeder einen verschiedenen Wasserstoffgehalt aufweist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com