Het gebruik van radioactieve isotopen in automatische regelapparatuur, radiometrische meetapparatuur

Radioactieve isotopen worden gebruikt in verschillende automatische controleapparaten (radiometrische meetapparaten). In industriële processen wordt sinds de jaren vijftig radiometrische technologie gebruikt voor complexe metingen.

De belangrijkste voordelen van radio-isotoopapparaten:

• contactloze meting (zonder direct contact van de meetelementen met de gecontroleerde omgeving);
• hoge metrologische kwaliteiten door de stabiliteit van de stralingsbronnen;
• gebruiksgemak in typische automatiseringsschema's (elektrische output, uniforme blokken).

De werkingsprincipes van radio-isotoopapparaten zijn gebaseerd op de verschijnselen van interactie van nucleaire straling met een gecontroleerde omgeving. Het schema van het apparaat bevat in de regel een stralingsbron, een stralingsontvanger (detector), een tussenliggende omzetter van het ontvangen signaal en een uitvoerapparaat.

Radiometrische systemen bestaan ​​uit twee delen: een laag-radioactieve isotoop in de bron zendt radioactieve energie uit via technologische apparatuur, bijvoorbeeld een vaartuig, en een aan de andere kant geïnstalleerde detector meet de straling die erop komt. Naarmate de massa tussen de bron en detector verandert (niveauhoogte, slurrydichtheid of gewicht van vaste deeltjes op een transportband), verandert de stralingsveldsterkte van de detector.

Belangrijkste eigenschappen en toepassingsgebieden van sommige soorten straling:

1) alfa straling — een stroom van heliumkernen. Het wordt sterk geabsorbeerd uit de omgeving. Het bereik van alfadeeltjes in lucht is enkele centimeters en in vloeistoffen - enkele tientallen microns. Het wordt gebruikt voor gasdrukmeting en gasanalyse. De meetmethoden zijn gebaseerd op de ionisatie van het gasmedium;

2) beta straling — een stroom elektronen of positronen. Het bereik van bètadeeltjes in lucht reikt tot enkele meters, in vaste stoffen - enkele mm. De absorptie van bètadeeltjes door het medium wordt gebruikt om de dikte, dichtheid en het gewicht van materialen (stof, papier, tabakspulp, folie, enz.) te meten en om de samenstelling van vloeistoffen te regelen. Door de reflectie (terugverstrooiing) van bètastraling uit de omgeving kunt u de dikte van coatings en de concentratie van afzonderlijke componenten in een bepaalde stof meten. Betastraling wordt ook gebruikt bij de analyse van ioniserende gassen en voor ionisatie om ladingen van statische elektriciteit te verwijderen ;

3) gammastraling - een stroom van kwanta van elektromagnetische energie die nucleaire transformaties vergezellen. Werkt in vaste lichamen - tot tientallen cm.Gammastraling wordt gebruikt in gevallen waarin een hoog doordringend vermogen vereist is (defectdetectie, dichtheidscontrole, niveauregeling) of de kenmerken van de interactie van gammastraling met vloeibare en vaste media (samenstellingscontrole) worden gebruikt;

4) n-neutronen straling Dit is de stroom van ongeladen deeltjes. Po - Be-bronnen (waarin Po-alfadeeltjes Be bombarderen, waarbij vaak neutronen worden uitgezonden). Het wordt gebruikt om de vochtigheid en samenstelling van de omgeving te meten.

Radiometrische dichtheidsmeting. Voor detectieprocessen van pijpleidingen en schepen helpt dichtheidskennis operators om weloverwogen beslissingen te nemen.

De meest voorkomende stralingsontvangers in automatische besturingsapparaten zijn ionisatiekamers, gasontladings- en scintillatietellers.

De tussenliggende omzetter van het ontvangen stralingssignaal kan een versterkende (vormende) schakeling en een pulstelsnelheidsmeter (integrator) bevatten. Bovendien worden in sommige gevallen speciale spectrometrische schema's gebruikt. Soms zijn automatische besturingsapparaten rechtstreeks in het besturingssysteem opgenomen.

Een onderscheidend kenmerk van radio-isotoopapparaten is de aanwezigheid, naast de gebruikelijke instrumentele fouten, van extra probabilistische fouten. Ze zijn te wijten aan de statistische aard van radioactief verval en daarom kunnen met een constante gemiddelde waarde van de stralingsflux op elk moment verschillende waarden van deze flux worden geregistreerd.

Een vermindering van meetfouten kan worden bereikt door de intensiteit van de stralingsflux of de meettijd te vergroten.De eerste wordt echter beperkt door veiligheidseisen en de laatste verslechtert de prestaties van het apparaat. Daarom wordt in alle gevallen aanbevolen om stralingsdetectoren te gebruiken met de hoogste detectie-efficiëntie.

Hoewel nauwkeurige meting van de stralingsfluxintensiteit verplicht is voor de meeste apparaten van het beschouwde type, is dit niet het uiteindelijke doel, aangezien het in werkelijkheid belangrijk is om niet de intensiteit, maar de technologische parameter nauwkeurig te regelen.

Dikte- en dichtheidsmeters voor radio-isotopen

De meest gebruikte apparaten voor het meten van dikte of dichtheid door absorptie van straling. Het eenvoudigste schema voor het meten van de dikte of dichtheid van een materiaal door straling te absorberen, bevat een stralingsbron, een testmateriaal, een stralingsontvanger, een tussenliggende transducer en een uitvoerapparaat.

Verschillende industrieën gebruiken radiometrische technologie om dichtheid te meten. Mijnen, papierfabrieken, kolencentrales, fabrikanten van bouwmaterialen en olie- en gasbedrijven gebruiken deze technologie voor het meten van dichtheid allemaal ergens in hun processen.

Met dichtheidsmetingen kunnen operators hun processen beter begrijpen, waardoor ze de prestaties van de mest kunnen optimaliseren, blokkades kunnen identificeren en zelfs de controle in complexe toepassingen kunnen verbeteren.

Radiometrische dichtheidssensoren zijn contactloos, wat betekent dat ze het proces niet verstoren, niet verslijten en geen onderhoud vergen, waardoor ze langer meegaan. Externe montage vereenvoudigt sensorinstallatie.

Radiometrische technologie wordt gebruikt om dichtheid te meten omdat deze sensoren metingen uitvoeren zonder in contact te komen met het materiaal dat wordt verwerkt. Contactloze meting zorgt voor een slijtagevrije en onderhoudsvrije werking. Schurende, bijtende of bijtende producten leiden vaak tot frequent en duur onderhoud of vervanging van andere sensoren, maar detectoren met radiometrische dichtheid kunnen 20 tot 30 jaar meegaan.

De sensor is ongevoelig voor stoffige omstandigheden in een cementfabriek en blijft de dichtheid nauwkeurig meten in een verticale leiding

Radiometrische instrumenten worden buiten een pijp of tank gemonteerd, zodat het systeem immuun is voor opbouw, thermische schokken, drukstoten of andere extreme procesomstandigheden. En dankzij hun robuuste ontwerp zijn deze apparaten bestand tegen trillingen van de leiding of tank waarop ze zijn geïnstalleerd.

Deze radiometrische sensoren zijn veel eenvoudiger te installeren dan andere technologieën. Dergelijke apparaten kunnen worden geïnstalleerd zonder een duur proces te onderbreken, andere technologieën vereisen het verwijderen van delen van leidingen of andere belangrijke wijzigingen in het proces zelf.

De initiële kosten van radioactieve isotopen zijn hoger dan bij andere oplossingen voor dichtheidsmeting. Een radiometrische oplossing kan echter 20 of 30 jaar meegaan met weinig of geen onderhoud.

In tegenstelling tot andere oplossingen zijn radiometrische dichtheidssensoren een langetermijninvestering in het hele proces en zorgen ze voor een veilige en efficiënte werking voor de komende decennia. Een enkele radiometrische dichtheidssensor zorgt voor aanzienlijke besparingen in bedrijfskosten gedurende de levensduur van het instrument.

Radiometrische massflowmeting zorgt voor nauwkeurige belading in kalkplanten. Talrijke transportbanden variërend in lengte van enkele meters tot een kilometer zorgen ervoor dat het gesteente onder de meest uiteenlopende verwerkingsomstandigheden naar de juiste plek wordt getransporteerd voor verdere verwerking.

Naast apparaten waarvan de nauwkeurigheid wordt bepaald door de nauwkeurigheid van het meten van de intensiteit van de stralingsflux, zijn er belangrijke apparaten waarin de taak van het nauwkeurig meten van de intensiteit van de stralingsflux helemaal niet is ingesteld. Dit zijn systemen die werken in relaismodus, waarbij alleen het feit van de aanwezigheid of afwezigheid van stralingsstroom belangrijk is, evenals systemen die werken volgens het fase- of frequentieprincipe.

In deze gevallen wordt noch de aanwezigheid van straling, noch de intensiteit ervan geregistreerd, bijvoorbeeld de frequentie of fase van afwisseling van toestanden, die worden gekenmerkt door een verschillende intensiteit van de stralingsflux of een verschillende mate van interactie van deze flux met een gecontroleerde omgeving. . Een van de meest voorkomende toepassingen van relaissystemen is positieniveauregeling.

Radioactieve manometer

Relaissystemen worden ook gebruikt voor het tellen van producten op een transportband, voor het bewaken van de positie van bewegende objecten, contactloze meting van rotatiesnelheid en in vele andere gevallen.

Ionisatie methoden

Als een bron van alfa- of bètastraling in de ionisatiekamer wordt geplaatst, zal de kamerstroom afhangen van de druk van het gas bij constante samenstelling of van de samenstelling bij constante druk. Dit fenomeen wordt gebruikt bij het ontwerp van radio-isotoopmanometers en gasanalysatoren voor binaire mengsels.

Met behulp van neutronenfluxen

Bij het passeren van een gereguleerde stof, in wisselwerking met zijn kernen, verliezen neutronen een deel van hun energie en vertragen ze. Op grond van de wet van behoud van momentum worden neutronen naar de kern overgedragen naarmate meer energie hoe dichter de massa van de kern bij de massa van het neutron is. Daarom ervaren snelle neutronen de sterkste matiging wanneer ze botsen met waterstofkernen. Dit wordt bijvoorbeeld gebruikt om de vochtigheid van verschillende media of het niveau van waterstofhoudende media te regelen.

Het vochtigheidsmeetsysteem LB 350 maakt gebruik van neutronenmeettechniek. De meting gebeurt van buitenaf, door de wanden van de silo heen, of via een sterke dompelbuis die in de silo wordt geplaatst. Op deze manier is het meetinstrument zelf niet onderhevig aan slijtage.

Het meten van de mate van neutronenabsorptie door verschillende stoffen wordt gebruikt om het gehalte van elementen met een grote neutronenabsorptiedwarsdoorsnede te bepalen. Er wordt ook een methode gebruikt om de samenstelling van stoffen te beheersen door spectraalanalyse van gammastraling als gevolg van het invangen van neutronen door stoffen. Deze techniek wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het ommantelen van oliebronnen.

Sommige industrieën die radiometrische procesmeettechnologie gebruiken, gebruiken ook niet-destructieve röntgeninspectie of radiografische inspectie om de integriteit van lassen en vaten te verifiëren. Deze apparaten stralen ook gamma-energie uit de bron uit op een manier die vergelijkbaar is met radiometrische meters.

Zie ook:

Sensoren en meetapparatuur voor het bepalen van de samenstelling en eigenschappen van stoffen

Hoe automatisch wegen wordt uitgevoerd in industriële installaties