Användningen av radioaktiva isotoper i automatiska styranordningar, radiometriska mätanordningar
Radioaktiva isotoper används i olika automatiska styranordningar (radiometriska mätanordningar). I industriella processer har radiometrisk teknik använts för komplexa mätningar sedan 1950-talet.
De viktigaste fördelarna med radioisotopenheter:
- beröringsfri mätning (utan direkt kontakt mellan mätelementen och den kontrollerade miljön);
- höga metrologiska egenskaper som tillhandahålls av strålningskällornas stabilitet;
- användarvänlighet i typiska automatiseringssystem (elektrisk utgång, enhetliga block).
Funktionsprinciperna för radioisotopanordningar är baserade på fenomenet interaktion av kärnstrålning med en kontrollerad miljö. Anordningens schema innehåller som regel en strålningskälla, en strålningsmottagare (detektor), en mellanomvandlare av den mottagna signalen och en utenhet.
Radiometriska system består av två delar: en lågnivåradioaktiv isotop i källan avger radioaktiv energi genom teknisk utrustning, till exempel ett fartyg, och en detektor installerad på andra sidan mäter strålningen som kommer till den. När massan mellan källan och detektorn ändras (nivåhöjd, slurrydensitet eller vikt av fasta partiklar på en transportör), ändras strålningsfältstyrkan hos detektorn.
Huvudegenskaper och användningsområden för vissa typer av strålning:
1) alfastrålning — en ström av heliumkärnor. Det absorberas starkt från miljön. Räckvidden av alfapartiklar i luft är flera centimeter, och i vätskor - flera tiotals mikron. Den används för gastrycksmätning och gasanalys. Mätmetoderna är baserade på jonisering av gasmediet;
2) betastrålning — en ström av elektroner eller positroner. Räckvidden av beta-partiklar i luft når flera meter, i fasta ämnen - flera mm. Absorptionen av beta-partiklar av mediet används för att mäta tjockleken, densiteten och vikten av material (tyg, papper, tobaksmassa, folie, etc.) och för att kontrollera vätskors sammansättning. Reflexionen (backscatter) av betastrålning från omgivningen gör att du kan mäta tjockleken på beläggningar och koncentrationen av enskilda komponenter i ett givet ämne, betastrålning används också vid analys av joniserande gaser och för jonisering för att ta bort laddningar från statisk elektricitet ;
3) gammastrålning — Ett flöde av kvantum av elektromagnetisk energi som åtföljer kärnomvandlingar. Fungerar i fasta kroppar - upp till tiotals cm.Gammastrålning används i de fall där hög penetrerande kraft krävs (defektdetektering, densitetskontroll, nivåkontroll) eller funktionerna i interaktionen av gammastrålning med flytande och fasta medier (sammansättningskontroll) används;
4) n-neutronstrålning Detta är flödet av oladdade partiklar. Po — Be-källor (där Po-alfapartiklar bombarderar Be, emitterande neutroner används ofta). Den används för att mäta luftfuktigheten och miljöns sammansättning.
Radiometrisk densitetsmätning. För pipeline- och fartygsavkänningsprocesser hjälper densitetskunskap operatörer att fatta välgrundade beslut.
De vanligaste strålningsmottagarna i automatiska styranordningar är joniseringskammare, gasurladdnings- och scintillationsräknare.
Den mellanliggande omvandlaren för den mottagna strålningssignalen kan innehålla en förstärkande (formnings-) krets och en pulsräknare (integrator). Dessutom används speciella spektrometriska scheman i vissa fall. Ibland är automatiska styranordningar inbyggda direkt i styrsystemet.
En utmärkande egenskap hos radioisotopanordningar är närvaron, utöver de vanliga instrumentella felen, av ytterligare probabilistiska fel. De beror på den statistiska karaktären av radioaktivt sönderfall, och därför, med ett konstant medelvärde av strålningsflödet vid varje givet ögonblick, kan olika värden på detta flöde registreras.
En minskning av mätfel kan uppnås genom att öka intensiteten av strålningsflödet eller mättiden.Den förra är dock begränsad av säkerhetskrav, och den senare försämrar enhetens prestanda. Därför rekommenderas det i alla fall att använda strålningsdetektorer med högsta detektionseffektivitet.
Även om noggrann mätning av strålningsflödesintensiteten är obligatorisk för de flesta enheter av den övervägda typen, är detta inte det slutliga målet, eftersom det i verkligheten är viktigt att exakt kontrollera inte intensiteten utan den tekniska parametern.
Mätare för radioisotoptjocklek och densitet
De mest använda enheterna för att mäta tjocklek eller densitet genom absorption av strålning. Det enklaste schemat för att mäta tjockleken eller densiteten hos ett material genom att absorbera strålning innehåller en strålningskälla, ett testmaterial, en strålningsmottagare, en mellanliggande givare och en utgångsenhet.
Olika industrier använder radiometrisk teknik för att mäta densitet. Gruvor, pappersbruk, koleldade kraftverk, byggmaterialtillverkare och olje- och gasföretag använder alla denna densitetsmätningsteknik någonstans i sina processer.
Densitetsmätningar gör det möjligt för operatörer att bättre förstå sina processer, vilket hjälper dem att optimera slurryprestanda, identifiera blockeringar och till och med förbättra kontrollen i komplexa applikationer.
Radiometriska densitetssensorer är beröringsfria, vilket innebär att de inte stör processen, inte slits ut och inte kräver underhåll, vilket gör att de håller längre. Extern montering förenklar sensorinstallationen.
Radiometrisk teknik används för att mäta densitet eftersom dessa sensorer utför mätningar utan att komma i kontakt med materialet som bearbetas. Beröringsfri mätning säkerställer slitagefri och underhållsfri drift. Slipande, frätande eller frätande produkter resulterar ofta i frekvent och dyrt underhåll eller byte av andra sensorer, men radiometriska densitetsdetektorer kan hålla i 20 till 30 år.
Sensorn är immun mot dammiga förhållanden i en cementfabrik och fortsätter att noggrant mäta densiteten i ett vertikalt rör
Radiometriska instrument är monterade utanför ett rör eller en tank så att systemet är immunt mot uppbyggnad, termisk chock, tryckstötar eller andra extrema processförhållanden. Och tack vare sin robusta design kan dessa enheter motstå vibrationer från röret eller tanken de är installerade på.
Dessa radiometriska sensorer är mycket enklare att installera än andra tekniker. Apparater av denna typ kan installeras utan att avbryta en dyr process.Andra tekniker kräver borttagning av rörsektioner eller andra betydande förändringar av själva processen.
Den initiala kostnaden för radioaktiva isotoper är högre än andra densitetsmätningslösningar. En radiometrisk lösning kan dock hålla i 20 eller 30 år med lite eller inget underhåll.
Till skillnad från andra lösningar är radiometriska densitetssensorer en långsiktig investering i hela processen, vilket säkerställer säker och effektiv drift under årtionden framöver. En enda radiometrisk densitetssensor ger betydande besparingar i driftskostnader under instrumentets livstid.
Radiometrisk massflödesmätning ger exakt laddning i kalkverk. Flera transportband som varierar i längd från några meter till en kilometer säkerställer att berget under en mängd olika bearbetningsförhållanden transporteras till rätt plats för vidare bearbetning.
Tillsammans med enheter, vars noggrannhet bestäms av noggrannheten för att mäta intensiteten av strålningsflödet, är viktiga enheter där uppgiften att noggrant mäta strålningsflödets intensitet inte är inställd alls. Dessa är system som arbetar i reläläge, där endast själva närvaron eller frånvaron av strålningsflöde är viktigt, såväl som system som arbetar enligt fas- eller frekvensprincipen.
I dessa fall registreras varken närvaron av strålning eller dess intensitet, till exempel frekvensen eller fasen av växling av tillstånd, som kännetecknas av olika intensitet av strålningsflödet eller olika grad av interaktion mellan detta flöde och en kontrollerad miljö. . En av de mest utbredda tillämpningarna av reläsystem är positionsnivåkontroll.
Radioaktiv manometer
Reläsystem används också för att räkna produkter på en transportör, för att övervaka positionen för rörliga föremål, beröringsfri mätning av rotationshastighet och i många andra fall.
Joniseringsmetoder
Om en källa för alfa- eller betastrålning placeras i joniseringskammaren, kommer kammarströmmen att bero på gasens tryck vid konstant sammansättning eller på sammansättningen vid konstant tryck. Detta fenomen används vid design av radioisotopmanometrar och gasanalysatorer för binära blandningar.
Använder neutronflöden
När neutroner passerar genom ett kontrollerat ämne och interagerar med dess kärnor, förlorar de en del av sin energi och saktar ner. I kraft av lagen om bevarande av momentum överför neutroner till kärnan ju mer energi desto närmare massan av kärnan är neutronens massa. Därför upplever snabba neutroner den starkaste måttligheten när de kolliderar med vätekärnor. Detta används till exempel för att kontrollera luftfuktigheten i olika medier eller nivån av vätehaltiga medier.
Luftfuktighetsmätningssystemet LB 350 använder neutronmätningsteknik. Mätningen görs antingen utifrån, genom silons väggar, eller genom ett kraftigt dopprör som monteras inuti silon. På detta sätt utsätts inte själva mätanordningen för slitage.
Att mäta graden av neutronabsorption av olika ämnen används för att bestämma innehållet av grundämnen med stort neutronabsorptionstvärsnitt. En metod används också för att kontrollera ämnens sammansättning genom spektralanalys av gammastrålning som härrör från ämnens infångning av neutroner. Denna teknik används till exempel för att täcka oljekällor.
Vissa industrier som använder radiometrisk processmätningsteknik använder också oförstörande röntgeninspektion eller radiografisk inspektion för att verifiera integriteten hos svetsar och kärl. Dessa enheter utstrålar också gammaenergi från källan på ett sätt som liknar radiometriska mätare.
Se även:
Sensorer och mätanordningar för bestämning av ämnens sammansättning och egenskaper