Η χρήση ραδιενεργών ισοτόπων σε συσκευές αυτόματου ελέγχου, ραδιομετρικές συσκευές μέτρησης

Τα ραδιενεργά ισότοπα χρησιμοποιούνται σε διάφορες συσκευές αυτόματου ελέγχου (ραδιομετρικές συσκευές μέτρησης). Στις βιομηχανικές διαδικασίες, η ραδιομετρική τεχνολογία έχει χρησιμοποιηθεί για πολύπλοκες μετρήσεις από τη δεκαετία του 1950.

Τα κύρια πλεονεκτήματα των συσκευών ραδιοϊσοτόπων:

• μέτρηση χωρίς επαφή (χωρίς άμεση επαφή των στοιχείων μέτρησης με το ελεγχόμενο περιβάλλον).
• υψηλές μετρολογικές ιδιότητες που παρέχονται από τη σταθερότητα των πηγών ακτινοβολίας.
• ευκολία χρήσης σε τυπικά συστήματα αυτοματισμού (ηλεκτρική έξοδος, ενοποιημένα μπλοκ).

Οι αρχές λειτουργίας των συσκευών ραδιοϊσοτόπων βασίζονται στα φαινόμενα αλληλεπίδρασης της πυρηνικής ακτινοβολίας με ένα ελεγχόμενο περιβάλλον. Το σχήμα της συσκευής, κατά κανόνα, περιέχει μια πηγή ακτινοβολίας, έναν δέκτη ακτινοβολίας (ανιχνευτή), έναν ενδιάμεσο μετατροπέα του λαμβανόμενου σήματος και μια συσκευή εξόδου.

Τα ραδιομετρικά συστήματα αποτελούνται από δύο μέρη: ένα ραδιενεργό ισότοπο χαμηλής στάθμης στην πηγή εκπέμπει ραδιενεργή ενέργεια μέσω τεχνολογικού εξοπλισμού, για παράδειγμα, ενός σκάφους, και ένας ανιχνευτής που είναι εγκατεστημένος στην άλλη πλευρά μετρά την ακτινοβολία που έρχεται σε αυτό. Καθώς η μάζα μεταξύ της πηγής και του ανιχνευτή αλλάζει (ύψος επιπέδου, πυκνότητα πολτού ή βάρος στερεών σωματιδίων σε έναν μεταφορέα), αλλάζει η ένταση του πεδίου ακτινοβολίας του ανιχνευτή.

Κύριες ιδιότητες και τομείς εφαρμογής ορισμένων τύπων ακτινοβολίας:

1) ακτινοβολία άλφα — ένα ρεύμα πυρήνων ηλίου. Απορροφάται έντονα από το περιβάλλον. Το εύρος των σωματιδίων άλφα στον αέρα είναι αρκετά εκατοστά, και στα υγρά - αρκετές δεκάδες μικρά. Χρησιμοποιείται για μέτρηση πίεσης αερίου και ανάλυση αερίου. Οι μέθοδοι μέτρησης βασίζονται στον ιονισμό του αερίου μέσου.

2) ακτινοβολία βήτα — ένα ρεύμα ηλεκτρονίων ή ποζιτρονίων. Το εύρος των σωματιδίων βήτα στον αέρα φτάνει αρκετά μέτρα, στα στερεά - αρκετά mm. Η απορρόφηση των σωματιδίων βήτα από το μέσο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του πάχους, της πυκνότητας και του βάρους των υλικών (ύφασμα, χαρτί, πολτός καπνού, φύλλο κ.λπ.) και για τον έλεγχο της σύστασης των υγρών. Η ανάκλαση (οπισθοσκέδαση) της ακτινοβολίας βήτα από το περιβάλλον σας επιτρέπει να μετρήσετε το πάχος των επικαλύψεων και τη συγκέντρωση μεμονωμένων συστατικών σε μια δεδομένη ουσία, η ακτινοβολία βήτα χρησιμοποιείται επίσης στην ανάλυση ιονιζόντων αερίων και για ιονισμό για την αφαίρεση φορτίων από στατικό ηλεκτρισμό ;

3) ακτινοβολία γάμμα — μια ροή κβαντών ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που συνοδεύει τους πυρηνικούς μετασχηματισμούς. Λειτουργεί σε στερεά σώματα - έως και δεκάδες cm.Η ακτινοβολία γάμμα χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου απαιτείται υψηλή διεισδυτική ισχύς (ανίχνευση ελαττώματος, έλεγχος πυκνότητας, έλεγχος στάθμης) ή χρησιμοποιούνται τα χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας γάμμα με υγρά και στερεά μέσα (έλεγχος σύνθεσης).

4) ακτινοβολία ν-νετρονίων Αυτή είναι η ροή των μη φορτισμένων σωματιδίων. Πηγές Po — Be (στις οποίες τα σωματίδια Po άλφα βομβαρδίζουν το Be, χρησιμοποιούνται συχνά νετρόνια που εκπέμπουν). Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της υγρασίας και της σύνθεσης του περιβάλλοντος.

Ραδιομετρική μέτρηση πυκνότητας. Για τις διαδικασίες ανίχνευσης αγωγών και σκαφών, η γνώση της πυκνότητας βοηθά τους χειριστές να λαμβάνουν τεκμηριωμένες αποφάσεις.

Οι πιο συνηθισμένοι δέκτες ακτινοβολίας σε συσκευές αυτόματου ελέγχου είναι οι θάλαμοι ιονισμού, οι μετρητές εκκένωσης αερίων και οι μετρητές σπινθηρισμού.

Ο ενδιάμεσος μετατροπέας του λαμβανόμενου σήματος ακτινοβολίας μπορεί να περιέχει ένα κύκλωμα ενίσχυσης (διαμόρφωσης) και έναν μετρητή ρυθμού μέτρησης παλμών (ολοκληρωτή). Επιπλέον, σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται ειδικά φασματομετρικά σχήματα. Μερικές φορές οι αυτόματες συσκευές ελέγχου ενσωματώνονται απευθείας στο σύστημα ελέγχου.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των συσκευών ραδιοϊσοτόπων είναι η παρουσία, εκτός από τα συνηθισμένα σφάλματα οργάνων, και πρόσθετων πιθανολογικών σφαλμάτων. Οφείλονται στη στατιστική φύση της ραδιενεργής διάσπασης και επομένως, με μια σταθερή μέση τιμή της ροής ακτινοβολίας σε κάθε δεδομένη χρονική στιγμή, μπορούν να καταγραφούν διαφορετικές τιμές αυτής της ροής.

Η μείωση των σφαλμάτων μέτρησης μπορεί να επιτευχθεί αυξάνοντας την ένταση της ροής ακτινοβολίας ή τον χρόνο μέτρησης.Ωστόσο, το πρώτο περιορίζεται από απαιτήσεις ασφαλείας και το δεύτερο υποβαθμίζει την απόδοση της συσκευής. Επομένως, συνιστάται σε όλες τις περιπτώσεις η χρήση ανιχνευτών ακτινοβολίας με την υψηλότερη αποτελεσματικότητα ανίχνευσης.

Αν και η ακριβής μέτρηση της έντασης της ροής ακτινοβολίας είναι υποχρεωτική για τις περισσότερες συσκευές του εξεταζόμενου τύπου, αυτός δεν είναι ο απώτερος στόχος, αφού στην πραγματικότητα είναι σημαντικό να ελέγχεται επακριβώς όχι η ένταση, αλλά η τεχνολογική παράμετρος.

Μετρητές πάχους και πυκνότητας ραδιοϊσοτόπων

Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες συσκευές για τη μέτρηση του πάχους ή της πυκνότητας με απορρόφηση ακτινοβολίας. Το απλούστερο σχήμα για τη μέτρηση του πάχους ή της πυκνότητας ενός υλικού με απορρόφηση ακτινοβολίας περιέχει μια πηγή ακτινοβολίας, ένα δοκιμαστικό υλικό, έναν δέκτη ακτινοβολίας, έναν ενδιάμεσο μορφοτροπέα και μια συσκευή εξόδου.

Διάφορες βιομηχανίες χρησιμοποιούν ραδιομετρική τεχνολογία για τη μέτρηση της πυκνότητας. Ορυχεία, εργοστάσια παραγωγής χαρτιού, εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα, κατασκευαστές δομικών υλικών και επιχειρήσεις κοινής ωφελείας πετρελαίου και φυσικού αερίου χρησιμοποιούν αυτή την τεχνολογία μέτρησης πυκνότητας κάπου στις διαδικασίες τους.

Οι μετρήσεις πυκνότητας επιτρέπουν στους χειριστές να κατανοήσουν καλύτερα τις διαδικασίες τους, βοηθώντας τους να βελτιστοποιήσουν την απόδοση του πολτού, να εντοπίσουν μπλοκαρίσματα και ακόμη και να βελτιώσουν τον έλεγχο σε πολύπλοκες εφαρμογές.

Οι ραδιομετρικοί αισθητήρες πυκνότητας δεν έχουν επαφή, πράγμα που σημαίνει ότι δεν παρεμβαίνουν στη διαδικασία, δεν φθείρονται και δεν χρειάζονται συντήρηση, επιτρέποντάς τους να διαρκέσουν περισσότερο. Η εξωτερική τοποθέτηση απλοποιεί την εγκατάσταση του αισθητήρα.

Η ραδιομετρική τεχνολογία χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της πυκνότητας επειδή αυτοί οι αισθητήρες πραγματοποιούν μετρήσεις χωρίς να έρχονται σε επαφή με το υλικό που υποβάλλεται σε επεξεργασία. Η μέτρηση χωρίς επαφή εξασφαλίζει λειτουργία χωρίς φθορά και συντήρηση. Τα λειαντικά, διαβρωτικά ή διαβρωτικά προϊόντα συχνά οδηγούν σε συχνή και δαπανηρή συντήρηση ή αντικατάσταση άλλων αισθητήρων, αλλά οι ραδιομετρικοί ανιχνευτές πυκνότητας μπορούν να διαρκέσουν 20 έως 30 χρόνια.

Ο αισθητήρας είναι ανθεκτικός στις συνθήκες σκόνης σε ένα εργοστάσιο τσιμέντου και συνεχίζει να μετράει με ακρίβεια την πυκνότητα σε έναν κατακόρυφο σωλήνα

Τα ραδιομετρικά όργανα είναι τοποθετημένα έξω από σωλήνα ή δεξαμενή, ώστε το σύστημα να είναι απρόσβλητο σε συσσώρευση, θερμικό σοκ, υπερτάσεις πίεσης ή άλλες ακραίες συνθήκες διεργασίας. Και χάρη στον στιβαρό σχεδιασμό τους, αυτές οι συσκευές είναι σε θέση να αντέχουν τους κραδασμούς από τον σωλήνα ή τη δεξαμενή στην οποία είναι εγκατεστημένες.

Αυτοί οι ραδιομετρικοί αισθητήρες εγκαθίστανται πολύ πιο εύκολα από άλλες τεχνολογίες. Οι συσκευές αυτού του τύπου μπορούν να εγκατασταθούν χωρίς διακοπή μιας δαπανηρής διαδικασίας.Άλλες τεχνολογίες απαιτούν την αφαίρεση τμημάτων των σωληνώσεων ή άλλες σημαντικές αλλαγές στην ίδια τη διαδικασία.

Το αρχικό κόστος των ραδιενεργών ισοτόπων είναι υψηλότερο από άλλες λύσεις μέτρησης πυκνότητας. Ωστόσο, μια ραδιομετρική λύση μπορεί να διαρκέσει 20 ή 30 χρόνια με ελάχιστη ή καθόλου συντήρηση.

Σε αντίθεση με άλλες λύσεις, οι ραδιομετρικοί αισθητήρες πυκνότητας αποτελούν μια μακροπρόθεσμη επένδυση σε όλη τη διαδικασία, εξασφαλίζοντας ασφαλή και αποτελεσματική λειτουργία για τις επόμενες δεκαετίες. Ένας μόνο ραδιομετρικός αισθητήρας πυκνότητας παρέχει σημαντική εξοικονόμηση στο λειτουργικό κόστος κατά τη διάρκεια ζωής του οργάνου.

Η ραδιομετρική μέτρηση ροής μάζας παρέχει ακριβή φόρτιση σε εγκαταστάσεις ασβέστη. Οι πολυάριθμοι μεταφορικοί ιμάντες που ποικίλλουν σε μήκος από λίγα μέτρα έως ένα χιλιόμετρο διασφαλίζουν ότι ο βράχος υπό μια μεγάλη ποικιλία συνθηκών επεξεργασίας μεταφέρεται στο σωστό μέρος για περαιτέρω επεξεργασία.

Μαζί με συσκευές, η ακρίβεια των οποίων καθορίζεται από την ακρίβεια μέτρησης της έντασης της ροής ακτινοβολίας, υπάρχουν σημαντικές συσκευές στις οποίες δεν τίθεται καθόλου το έργο της ακριβούς μέτρησης της έντασης της ροής ακτινοβολίας. Πρόκειται για συστήματα που λειτουργούν σε λειτουργία ρελέ, στα οποία είναι σημαντικό μόνο το γεγονός της παρουσίας ή απουσίας ροής ακτινοβολίας, καθώς και συστήματα που λειτουργούν σύμφωνα με την αρχή της φάσης ή της συχνότητας.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, δεν καταγράφεται ούτε η παρουσία ακτινοβολίας ούτε η έντασή της, για παράδειγμα, η συχνότητα ή η φάση εναλλαγής καταστάσεων, που χαρακτηρίζονται από διαφορετική ένταση της ροής ακτινοβολίας ή διαφορετικό βαθμό αλληλεπίδρασης αυτής της ροής με ελεγχόμενο περιβάλλον. . Μία από τις πιο διαδεδομένες εφαρμογές των συστημάτων ρελέ είναι ο έλεγχος στάθμης θέσης.

Ραδιενεργό μανόμετρο

Τα συστήματα ρελέ χρησιμοποιούνται επίσης για την καταμέτρηση προϊόντων σε έναν μεταφορέα, για την παρακολούθηση της θέσης των κινούμενων αντικειμένων, τη μέτρηση της ταχύτητας περιστροφής χωρίς επαφή και σε πολλές άλλες περιπτώσεις.

Μέθοδοι ιοντισμού

Εάν μια πηγή ακτινοβολίας άλφα ή βήτα τοποθετηθεί στον θάλαμο ιονισμού, το ρεύμα του θαλάμου θα εξαρτηθεί από την πίεση του αερίου σε σταθερή σύνθεση ή από τη σύνθεση σε σταθερή πίεση. Αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό μανόμετρων ραδιοϊσοτόπων και αναλυτών αερίων για δυαδικά μείγματα.

Χρησιμοποιώντας ροές νετρονίων

Όταν περνούν από μια ελεγχόμενη ουσία, αλληλεπιδρώντας με τους πυρήνες της, τα νετρόνια χάνουν μέρος της ενέργειάς τους και επιβραδύνουν. Δυνάμει του νόμου της διατήρησης της ορμής, τα νετρόνια μεταφέρονται στον πυρήνα όσο περισσότερη ενέργεια τόσο πιο κοντά είναι η μάζα του πυρήνα στη μάζα του νετρονίου. Επομένως, τα γρήγορα νετρόνια βιώνουν την ισχυρότερη μετριοπάθεια όταν συγκρούονται με πυρήνες υδρογόνου. Αυτό χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, για τον έλεγχο της υγρασίας διαφόρων μέσων ή του επιπέδου των μέσων που περιέχουν υδρογόνο.

Το σύστημα μέτρησης υγρασίας LB 350 χρησιμοποιεί τεχνολογία μέτρησης νετρονίων. Η μέτρηση γίνεται είτε από έξω, μέσω των τοιχωμάτων του σιλό, είτε μέσω ενός ισχυρού σωλήνα εμβάπτισης που είναι εγκατεστημένος μέσα στο σιλό. Με αυτόν τον τρόπο, η ίδια η συσκευή μέτρησης δεν υπόκειται σε φθορά.

Η μέτρηση της έκτασης της απορρόφησης νετρονίων από διάφορες ουσίες χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας στοιχείων με μεγάλη διατομή απορρόφησης νετρονίων. Χρησιμοποιείται επίσης μια μέθοδος για τον έλεγχο της σύνθεσης των ουσιών με φασματική ανάλυση της ακτινοβολίας γάμμα που προκύπτει από τη δέσμευση νετρονίων από ουσίες. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, για περίβλημα πετρελαιοπηγών.

Ορισμένες βιομηχανίες που χρησιμοποιούν τεχνολογία μέτρησης ραδιομετρικών διεργασιών χρησιμοποιούν επίσης μη καταστροφική επιθεώρηση ακτίνων Χ ή ραδιογραφική επιθεώρηση για να επαληθεύσουν την ακεραιότητα των συγκολλήσεων και των αγγείων. Αυτές οι συσκευές εκπέμπουν επίσης ενέργεια γάμμα από την πηγή με τρόπο παρόμοιο με τους ραδιομετρικούς μετρητές.

Δείτε επίσης:

Αισθητήρες και συσκευές μέτρησης για τον προσδιορισμό της σύστασης και των ιδιοτήτων των ουσιών

Πώς πραγματοποιείται η αυτόματη ζύγιση σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις