DE1260640B

DE1260640B - Circuit for a radiation detector, especially for UV radiation

Info

Publication number: DE1260640B
Application number: DE1963D0042643
Authority: DE
Inventors: Arne Jensen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1963-10-05
Filing date: 1963-10-05
Publication date: 1968-02-08
Also published as: NL6411446A; GB1058736A

Description

Schaltung für einen Strahlungs-Detektor, insbesondere für UV-Strahlung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für einen Strahlungs-Detektor in Form einer insbesondere UV-empfindlichen, nach dem Geiger-Müller-Prinzip arbeitenden Entladungsröhre, die mit einer aus einer Sinusspannung abgeleiteten, im wesentlichen Rechteckwellen aufweisenden Spannung gespeist wird.Circuit for a radiation detector, especially for UV radiation The invention relates to a circuit for a radiation detector in the form one that is particularly UV-sensitive and works according to the Geiger-Müller principle Discharge tube, which is derived from a sinusoidal voltage, essentially Voltage having square waves is fed.

Derartige Entladungsröhren zünden, wenn sie an einer vorgegebenen Mindestspannung (Brennspannung) liegen und Photonen in den Raum zwischen den Elektroden der Röhre einfallen. Im allgemeinen sprechen diese Röhren nur auf einen bestimmten Spektralbereich an und eignen sich daher vorzüglich, um das Vorhandensein einer Strahlung in dem betreffenden Spektralbereich festzustellen. Besondere Vorteile haben UV-empfindliche Entladungsröhren, mit deren Hilfe man eine ganze Zahl von Arten nichtleuchtender Flammen überwachen kann, z. B. eine Kerosenfiamme. Aber auch für die Überwachung anderer Strahlungsquellen sind diese Entladungsröhren brauchbar. Such discharge tubes ignite when they are at a predetermined Minimum voltage (burning voltage) lie and photons in the space between the electrodes the tube. In general, these tubes only speak to a specific one Spectral range and are therefore ideally suited to the presence of a Determine radiation in the relevant spectral range. Special advantages have UV-sensitive discharge tubes, with the help of which you can get a whole number of Monitor types of non-luminous flames, e.g. B. a kerosene fire. But also These discharge tubes can be used for monitoring other radiation sources.

Üblicherweise wird die UV-Röhre mit einer Sinusspannung betrieben. Je schwächer jedoch die Strahlungsquelle ist und je weiter die Entladungsröhre von ihr entfernt ist, um so geringer ist die Wahrscheinlichkeit, daß in der Zeitspanne, in der die an die Röhre angelegte Sinusspannung die Brennspannung übersteigt, ein die Entladung auslösendes Photon in den Gasraum der Röhre einfällt. Ein zweites ProbIem liegt darin, daß derartige Röhren bei Überschreiten einer bestimmetn, über der Brennspannung liegenden Spannung (Selbstzündspannung) auch ohne Photoneneinfall zünden. Es besteht dann die Gefahr, daß ein Steuersignal abgegeben wird, das das Vorhandensein beispielsweise einer Flamme vortäuscht. Um nicht versehentlich ein solches Fehlsignal auszulösen, muß die Amplitude der an die Röhre angelegten Wechselspannung mit einem entsprechenden Sicherheitsabstand unterhalb der Selbstzündspannung liegen. Je kleineer aber die Amplitude der speisenden Sinusspannung ist, um so kürzer wird die Zeitspanne, in der die Röhre entladungsbereit ist, und um so geringer sind die Chancen, daß ein Photon die Entladung auslöst. The UV tube is usually operated with a sinusoidal voltage. However, the weaker the radiation source and the further the discharge tube from is removed from it, the lower the probability that in the period in which the sinusoidal voltage applied to the tube exceeds the burning voltage the photon that triggers the discharge falls into the gas space of the tube. A second The problem lies in the fact that such tubes are over when a certain value is exceeded the voltage lying around the running voltage (self-ignition voltage) even without incidence of photons ignite. There is then the risk that a control signal is emitted that the Pretends the presence of a flame, for example. In order not to accidentally enter To trigger such a false signal, the amplitude of the alternating voltage applied to the tube must be lie below the self-ignition voltage with a corresponding safety margin. However, the smaller the amplitude of the sinusoidal voltage that is fed in, the shorter it becomes the time span in which the tube is ready to discharge, and the shorter the Chances that a photon will trigger the discharge.

Es ist ferner bekannt, Entladungsröhren, auch UV-Röhren, mit einer Rechteckspannung zu betreiben. Hierbei wird die Rechteckspannung dadurch erzeugt, daß eine Sinusspannung mit großer Amplitude, z. B. von 700 V, durch eine Glimmröhre, z. B. bei 200 V, abgeschnitten wird. Wenn die stabilisierende Glimmröhre versagt, spricht die Röhre an, auch wenn keine UV-Strahlung vorhanden ist. Eine solche Röhre kann daher nicht in einem Überwachungskreis mit einer Sicherheitsfunktion eingesetzt werden. It is also known to discharge tubes, including UV tubes, with a Operate square wave voltage. Here the square wave voltage is generated by that a sinusoidal voltage with a large amplitude, e.g. B. from 700 V, through a glow tube, z. B. at 200 V, is cut off. If the stabilizing glow tube fails, the tube responds even if there is no UV radiation. Such tube therefore cannot be used in a monitoring circuit with a safety function will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, mit der sich die zuletzt erwähnten Probleme lösen lassen. The invention is based on the object of specifying a circuit with which the last mentioned problems can be solved.

Erfindungsgemäß ist eine eingangs beschriebene Schaltung dadurch gekennzeichnet, daß in der die Entladungsröhre mit der Spannungsquelle verbindenden Schaltung ein induktives Element mit von seinem Magnetfeld abhängiger Induktivität zum Versteilern der Flanken der Sinuswellen vorgesehen ist. According to the invention, a circuit described at the outset is thereby characterized in that in the connecting the discharge tube to the voltage source Circuit an inductive element with an inductance dependent on its magnetic field is provided for steepening the edges of the sine waves.

Durch das induktive Element wird die der Schaltung zugeführte Sinusspannung in eine rechteckartige Spannung annähernd gleicher Amplitude umgewandelt. Man kann daher die Amplitude der Sinusspannung von vornherein so klein halten, daß die GefahI einer Selbstzündung der Entladungsröhre nicht besteht. Trotzdem ist es möglich, daß sich die Ansprechzeit der Röhre über einen wesentlich größeren Teil der Periode erstreckt als bei Zuführen einer Sinusspannung. The sinusoidal voltage supplied to the circuit is generated by the inductive element converted into a square-wave voltage of approximately the same amplitude. One can therefore keep the amplitude of the sinusoidal voltage so small from the start that the danger there is no self-ignition of the discharge tube. Nevertheless it is possible that the response time of the tube extends over a much larger part of the period extends than when a sinusoidal voltage is supplied.

Mit Hilfe der Schaltung lassen sich rechteckähnliche Wellen erzeugen, die zumindest unmittelbar nach dem Nulldurchgang eine sehr große Steigung besitzen. Diese Steigung kann mindestens doppelt so groß sein wie diejenige einer gleich großen sinusförmigen Wechselspannung. Die Amplitude der erzeugten Rechteckwelle soll nur geringfügig größer als die Brennspannung sein. Empfohlen wird ein die Brennspannung um 20 ovo übersteigender Amplitudenwert, der im allgemeinen ausreicht, um in dem hiel interessierenden Intervall die Rechteckspannung trotz unvermeidlicher Schwankungen an ihrer Oberseite oberhalb der Brennspannung zu halten. With the help of the circuit, rectangular-like waves can be generated, which have a very steep slope, at least immediately after the zero crossing. This slope can be at least twice as great as that of an equally large one sinusoidal alternating voltage. The amplitude of the generated square wave should only be be slightly higher than the operating voltage. The operating voltage is recommended Amplitude value exceeding 20 ovo, which is generally sufficient to in the the interval of interest kept the square-wave voltage despite unavoidable fluctuations to hold on their upper side above the burning voltage.

Als induktives Element kann beispielsweise ein Transformator mit Streupfad verwendet werden Es kommt aber auch eine Eisen aufweisende Drossel oder ein Autotransformator in Frage, sofern die jeweilige Induktivität vom Magnetfeld abhängt. A transformer, for example, can be used as the inductive element Scatter path can be used but there is also an iron-containing throttle or an autotransformer in question, provided the respective inductance from the magnetic field depends.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Transformator zusätzlich durch eine Doppelzenerdiode oder einen spannungsabhängigen Widerstand belastet. In one embodiment, the transformer is additionally through a double zener diode or a voltage-dependent resistor is loaded.

Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Sicherheit, daß auch dann die Selbstzündspannung der Röhre nicht überschritten wird, wenn zufälligerweise die zugeführte Sinusspannung eine zu große Amplitude hat.This results in an additional security that even then the The self-ignition voltage of the tube is not exceeded if the supplied sinusoidal voltage has too large an amplitude.

Ferner kann der Doppelzenerdiode oder dem spannungs abhängigen Widerstand ein Kondensator parallel geschaltet und/oder eine Drossel vorgeschaltet werden. Auf diese Weise wird bei einer sinusförmigen Netzspannung die Flanke der Rechteckspannung noch steiler gemacht und dadurch das Zündbereitschaftsintervall der Entladungsröhre vergrößert. Furthermore, the double zener diode or the voltage-dependent resistor a capacitor connected in parallel and / or a choke connected upstream. In this way, with a sinusoidal mains voltage, the edge of the square-wave voltage becomes Made even steeper and thereby the ready-to-ignite interval of the discharge tube enlarged.

Eine andere Möglichkeit, um auf einfache Weise bei sinusförmiger Netzspannung eine rechteckförmige Spannung für die Entladungsröhre zu erzielen, besteht darin, das induktive Element der Entladungsröhre parallel und der Parallelschaltung einen Kondensator vorzuschalten. Another way to get around in a simple way with sinusoidal Mains voltage to achieve a square-wave voltage for the discharge tube, is to put the inductive element of the discharge tube in parallel and the parallel circuit to connect a capacitor upstream.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 in zwei Schaubildern einen sinusförmigen und den bei erfindungsgemäßer Ausbildung der Schaltung erzielten Verlauf der an die Detektorröhre angelegten Spannung, Fig. 2 die Schaltung für ein erstes Ausführungsbeispiel eines Flammenwächters und F i g. 3 die Schaltung für ein zweites Ausführungsbeispiel eines Flammenwächters. The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiments explained in more detail. It shows F i g. 1 one in two diagrams sinusoidal and the course achieved with the inventive design of the circuit the voltage applied to the detector tube, Fig. 2 shows the circuit for a first Embodiment of a flame monitor and FIG. 3 the circuit for a second Embodiment of a flame monitor.

In Fig. 1 ist über der Zeitachse t die an die Entladungsröhre zu legende Spannung U aufgetragen. In FIG. 1, the axis t is closed to the discharge tube legend voltage U is applied.

Es sei angenommen, daß die Entladungsröhre eine Brennspannung Ug besitzt, oberhalb der beim Einfall von Photonen eine Entladung eingeleitet wird. Der für einen einwandfreien Detektorbetrieb brauchbare Spannungsbereich wird oben durch die Selbstzündspannung Us begrenzt, oberhalb der eine Entladung auch ohne Photoneneinfall stattfindet. Mit A U ist der zu bevorzugende Arbeitsbereich kurz oberhalb der Brennspannung UB gekennzeichnet, der etwa 20°/o der Brennspannung ausmacht. Je höher die Röhrenspannung wird, um so größer ist die Gefahr der Selbstzündung und um so geringer ist die zu erwartende Lebensdauer. Die oberhalb der Abszisse aufgetragenen Daten gelten im übrigen in gleicher Weise auch unterhalb der Abzisse.It is assumed that the discharge tube has an operating voltage Ug, above which a discharge is initiated upon the incidence of photons. The for A proper detector operation usable voltage range is given above the self-ignition voltage Us is limited, above which a discharge can occur even without incidence of photons takes place. With A U, the preferred working range is just above the operating voltage UB, which makes up about 20% of the operating voltage. The higher the tube voltage becomes, the greater the risk of self-ignition and the lower the risk of self-ignition expected life. The data plotted above the abscissa apply in the rest in the same way also below the abscissa.

Die Wechselspannung 1 ist eine Sinusspannung, wie sie üblicherweise zum Betrieb der hier betrachteten Entladungsröhren benutzt wird. Das Zündbereitschaftsintervall tt, innerhalb dessen die Kurve 1 die Brennspannung Uß überschreitet und daher bei Photoneneinfall eine Zündung erfolgen kann, ist sehl kurz. Je mehr die Amplitude unter den Wert der Selbstzündspannung Us und in den bevorzugten Bereich kurz oberhalb der Brennspannung Uß abgesenkt wird, um so kürzer wird das Intervall t. The alternating voltage 1 is a sinusoidal voltage, as is customary is used to operate the discharge tubes considered here. The ignition readiness interval tt, within which the curve 1 exceeds the operating voltage Uß and therefore at Photon incidence an ignition can take place is very short. The more the amplitude below the value of the self-ignition voltage Us and in the preferred range just above it the running voltage Uß is lowered, the shorter the interval t becomes.

Wenn eine Rechteckspannung II benutzt wird, kann man die Amplitude dieser Spannung in dem bevorzugten Bereich kurz oberhalb der Brennspannung Uß halten, trotzdem aber das Zündbereitschaftsinter- vall t, wesentlich verlängern Damit ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Photon während des Bereitschaftsintervalls einfällt, wesentlich größer. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Röhre zu einem früheren Zeitpunkt zündet und daher für einen längeren ;Zeitraum Strom führt, größer. Beides führt zu einem sicheren Ansprechen eines Strahlungsdetektors, der mit einer nach dem Geiger-Müller-Prinzip arbeitenden Entladungsröhre ausgestattet ist. If a square wave voltage II is used, one can determine the amplitude keep this voltage in the preferred range just above the operating voltage Uß, nevertheless the ignition readiness vall t, extend significantly so that is the probability that a photon will strike during the standby interval, much bigger. Also, there is a likelihood that the tube will go to an earlier one Point in time ignites and therefore for a longer period of time; current leads longer. Both leads to a reliable response of a radiation detector, which with a after the Geiger-Müller principle working discharge tube is equipped.

Bei dem Ausführungsbeispiel einer Flammenwächterschaltung nach F i g. 2 wird eine sinusförmige Netzspannung an die Primärwicklung 1 eines Transformators 2 angelegt, die durch einen Streupfad 3 von der Sekundärwicklung 4 getrennt ist. Auf der Sekundärseite ist eine nach dem Geiger-Müller-Prinzip arbeitende Entladungsröhre 5 mit einem Vorwiderstand 6 und einer Gleichrichter-Graetz-Schaltung 7 in Reihe geschaltet. In der Bücke der Graetz-Schaltung 7 liegt eine Relaisspule 8 und parallel dazu ein Kondensator 9. Mit Hilfe des Relais kann bei spielsweise in einer Ölfeuerungsanlage beim Erlöschen der Flamme die Ölförderung unterbrochen werden. Ein Teil der Sekundärwicklung 4 des Transformators 2 ist durch einen spannungs abhängigen Widerstand 10 überbrückt, dem ein Kondensator 11 parallel liegt. In the embodiment of a flame monitor circuit according to F. i g. 2, a sinusoidal line voltage is applied to the primary winding 1 of a transformer 2, which is separated from the secondary winding 4 by a scattering path 3. On the secondary side is a discharge tube that works according to the Geiger-Müller principle 5 with a series resistor 6 and a rectifier Graetz circuit 7 in series switched. In the bridge of the Graetz circuit 7 there is a relay coil 8 and in parallel in addition a capacitor 9. With the help of the relay, for example in an oil firing system when the flame goes out, the oil supply can be interrupted. Part of the secondary winding 4 of the transformer 2 is bridged by a voltage-dependent resistor 10, which a capacitor 11 is parallel.

Der spannungsabhängige Widerstand 10 bewirkt eine Stabilisierung der Amplitude der an die Röhre 5 gelegten Spannung, der Streupfad 3 im Transformator 2 und der Kondensator 11 parallel zum spannungsabhängigen Widerstand 10 bewirken eine Aufrichtung zumindest der Vorderflanke dieser Span nung. Mit dieser Schaltung läßt sich daher tatsäch. lich eine der Kurve II in F i g. 1 nahekommende Spannung erzeugen. The voltage-dependent resistor 10 brings about stabilization the amplitude of the voltage applied to the tube 5, the scatter path 3 in the transformer 2 and the capacitor 11 in parallel with the voltage-dependent resistor 10 an erection of at least the leading edge of this tension. With this circuit can therefore actually. Lich one of the curve II in FIG. 1 approximate voltage produce.

Bei dem Ausführungsbeispiel eines Flammenwächters nach Fig. 3 ist die Entladungsröhre 12 parallel zu einer vom magnetischen Feld abhängigen Induktion in Gestalt eines Spartransformators 13 und diese Parallelschaltung in Reihe mit einem Kondensator 14 geschaltet. Legt man an diese Anordnung eine sinusförmige Netzspannung, so hat wiederum die die Röhre 12 speisende Spannung annähernd Rechteckform. Des weiteren ist der Entladungsröhre 12 ein Gleichrichter 15 parallel und der Parallelschaltung ein Kondensator 16 vorgeschaltet. Diese Anordnung bewirkt, daß die Rechteckspannung aus der zur Zeitachse symmetrischen Lage verschoben wird und eine Spannung mit gleichgerichteten, aber doppelt so großen Impulsen entsteht. Des weiteren ist der Röhre 12 ein Widerstand 17 vorgeschaltet. In the embodiment of a flame monitor according to FIG the discharge tube 12 parallel to an induction dependent on the magnetic field in the form of an autotransformer 13 and this parallel connection in series with a capacitor 14 connected. If a sinusoidal mains voltage is applied to this arrangement, so again the voltage feeding the tube 12 has an approximately rectangular shape. Of Furthermore, the discharge tube 12 is a rectifier 15 in parallel and the parallel circuit a capacitor 16 is connected upstream. This arrangement causes the square wave voltage is shifted from the position symmetrical to the time axis and a voltage with rectified, but twice as large impulses arise. Furthermore, the tube 12 is a resistor 17 upstream.

Der Entladungszustand der Röhre 12 wirkt über einen Kondensator 18 und einen dazu parallelgeschalteten Widerstand 19 auf die Basis eines Transistorverstärkers 20, der über einen mittels Kondenstator 21 überbrückten Zweiwegegleichrichter 22 mit Strom versorgt wird und seinerseits das Relais 23 eines Steuerkontaktes betätigt. The discharge state of the tube 12 acts via a capacitor 18 and a resistor 19 connected in parallel to the base of a transistor amplifier 20, via a two-way rectifier 22 bridged by means of a capacitor 21 is supplied with power and in turn actuates the relay 23 of a control contact.

Claims

Claims: 1. Circuit for a radiation detector in the form one that is particularly UV-sensitive and works according to the Geiger-Müller principle Discharge tube, which is derived from a sinusoidal voltage, essentially Voltage having square waves is fed, characterized in that in which the discharge tube (5, 12) with the voltage source connecting Circuit an inductive element (2, 13) with an inductance dependent on its magnetic field is provided for steepening the edges of the sine waves.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the inductive Element is a transformer (2) with a scattering path (3).

3. A circuit according to claim 2, characterized in that the transformer (2) an additional double zener diode or a voltage-dependent resistor (10) is burdened.

4. A circuit according to claim 3, characterized in that the double zener diode or a capacitor (11) connected in parallel to the voltage-dependent resistor (10) and / or a throttle is connected upstream.

5. A circuit according to claim 1, characterized in that the inductive Element (13} of the discharge tube (12) in parallel and a capacitor in the parallel circuit (14) is connected upstream.

Documents considered: German Patent No. 482; German utility model No. 1 993; Austrian Patent No. 188408; U.S. Patents No. 2506435, 3 047 761, 3 103 589; "Physical Reports", 1956, p.221, no. 967; "Semiconductor" advertising leaflet from Intermetall, Düsseldorf, April 1957.