Използването на радиоактивни изотопи в устройства за автоматично управление, радиометрични измервателни устройства

Радиоактивните изотопи се използват в различни устройства за автоматично управление (радиометрични измервателни устройства). В индустриалните процеси радиометричната технология се използва за сложни измервания от 50 -те години на миналия век.

Основните предимства на радиоизотопните устройства:

• безконтактно измерване (без директен контакт на измервателните елементи с контролираната среда);
• високи метрологични качества, осигурени от стабилността на източниците на радиация;
• лекота на използване в типични схеми за автоматизация (електрически изход, унифицирани блокове).

Принципите на действие на радиоизотопните устройства се основават на явленията на взаимодействие на ядрената радиация с контролирана среда. Схемата на устройството по правило съдържа източник на радиация, приемник на излъчване (детектор), междинен преобразувател на получения сигнал и изходно устройство. 

Радиометричните системи се състоят от две части: радиоактивен изотоп с ниско ниво в източника излъчва радиоактивна енергия чрез технологично оборудване, например съд, а детектор, инсталиран от другата страна, измерва идващата към него радиация. С промяната на масата между източника и детектора (височина на нивото, плътност на суспензията или тегло на твърди частици на конвейер), силата на радиационното поле на детектора се променя.

Основни свойства и области на приложение на някои видове радиация:

1) алфа радиация — поток от хелиеви ядра. Силно се абсорбира от средата. Обхватът на алфа частиците във въздуха е няколко см, а в течностите — няколко десетки микрона. Използва се за измерване на налягането на газа и анализ на газа. Методите за измерване се основават на йонизацията на газовата среда;

2) бета радиация — поток от електрони или позитрони. Обхватът на бета частици във въздуха достига няколко метра, в твърди вещества — няколко мм. Поглъщането на бета частици от средата се използва за измерване на дебелината, плътността и теглото на материалите (плат, хартия, тютюнева маса, фолио и др.) И за контрол на състава на течностите. Отражението (обратното разсейване) на бета радиация от средата ви позволява да измервате дебелината на покритията и концентрацията на отделни компоненти в дадено вещество, бета радиацията се използва и при анализ на йонизационни газове и за йонизация за отстраняване на заряди от статично електричество;

3) гама радиация — поток от кванти електромагнитна енергия, съпътстващ ядрените преобразувания. Работи в твърди тела — до десетки см. Гама радиация се използва в случаите, когато се изисква висока проникваща мощност (откриване на дефекти, контрол на плътността, контрол на нивото) или особеностите на взаимодействието на гама лъчението с течни и твърди среди (контрол на състава) са използвани;

4) n-неутронно излъчване Това е потокът от незаредени частици. Po — Be източници (в които често се използват алфа частиците на Po бомбардират Be, излъчващи неутрони). Използва се за измерване на влажността и състава на средата.

Радиометрично измерване на плътността. За процесите на познаване на тръбопроводи и плавателни съдове знанията за плътността помагат на операторите да вземат информирани решения.

Най-често срещаните приемници на радиация в устройства за автоматично управление са йонизационни камери, газоразрядни и сцинтилационни броячи.

Междинният преобразувател на приетия радиационен сигнал може да съдържа усилваща (оформяща) верига и измервател на скоростта на броене на импулси (интегратор). Освен това в някои случаи се използват специални спектрометрични схеми. Понякога устройствата за автоматично управление са включени директно в системата за управление.

Отличителна черта на радиоизотопните устройства е наличието, в допълнение към обичайните инструментални грешки, на допълнителни вероятностни грешки. Те се дължат на статистическия характер на радиоактивното разпадане и следователно при постоянна средна стойност на радиационния поток във всеки даден момент от време могат да се записват различни стойности на този поток.

Намаляване на грешките в измерването може да се постигне чрез увеличаване на интензитета на радиационния поток или времето на измерване. Първият обаче е ограничен от изискванията за безопасност, а вторият влошава производителността на устройството. Ето защо във всички случаи е препоръчително да се използват детектори на радиация с най -висока ефективност на откриване.

Въпреки че точното измерване на интензитета на радиационния поток е задължително за повечето устройства от разглеждания тип, това не е крайната цел, тъй като в действителност е важно точно да се контролира не интензивността, а технологичният параметър.

Радиоизотопни измерватели на дебелина и плътност

Най -широко използваните устройства за измерване на дебелина или плътност чрез поглъщане на радиация. Най -простата схема за измерване на дебелината или плътността на материал чрез поглъщане на радиация съдържа източник на радиация, материал за тестване, приемник на радиация, междинен преобразувател и изходно устройство.

Различни индустрии използват радиометрична технология за измерване на плътността. Мините, хартиените фабрики, електроцентралите на въглища, производителите на строителни материали и предприятията за петрол и газ всички използват тази технология за измерване на плътността някъде в своите процеси.

Измерванията на плътността позволяват на операторите да разберат по -добре техните процеси, като им помагат да оптимизират производителността на суспензия, да идентифицират запушвания и дори да подобрят контрола в сложни приложения.

Радиометричните сензори за плътност са безконтактни, което означава, че не пречат на процеса, не се износват и не изискват поддръжка, което им позволява да издържат по-дълго. Външният монтаж опростява монтажа на сензора.

Радиометричната технология се използва за измерване на плътността, тъй като тези сензори извършват измервания, без да влизат в контакт с материала, който се обработва. Безконтактното измерване гарантира работа без износване и без поддръжка. Абразивните, корозивни или корозивни продукти често водят до честа и скъпа поддръжка или подмяна на други сензори, но радиометричните детектори за плътност могат да издържат от 20 до 30 години.

 Сензорът е имунизиран срещу прахови условия в циментова фабрика и продължава точно да измерва плътността във вертикална тръба

Радиометричните инструменти се монтират извън тръба или резервоар, така че системата е имунизирана срещу натрупване, термичен шок, скокове на налягането или други екстремни условия на процеса. И благодарение на здравия си дизайн, тези устройства са в състояние да издържат на вибрации от тръбата или резервоара, на които са инсталирани.

Тези радиометрични сензори са много по -лесни за инсталиране от други технологии. Прибори от този тип могат да бъдат инсталирани, без да се прекъсва скъп процес.Други технологии изискват премахване на участъци от тръби или други значителни промени в самия процес.

Първоначалната цена на радиоактивните изотопи е по -висока от другите решения за измерване на плътността. Радиометричното решение обаче може да издържи 20 или 30 години с малка или никаква поддръжка.

За разлика от други решения, радиометричните сензори за плътност са дългосрочна инвестиция в целия процес, гарантираща безопасна и ефективна работа за десетилетия напред. Един единствен радиометричен сензор за плътност осигурява значителна икономия на експлоатационни разходи през целия живот на инструмента.

Радиометричното измерване на масовия поток осигурява точно зареждане във варови инсталации. Многобройни транспортни ленти с различна дължина от няколко метра до един километър гарантират, че скалата при голямо разнообразие от условия на обработка се транспортира до правилното място за по -нататъшна обработка.

Наред с устройствата, чиято точност се определя от точността на измерване на интензитета на радиационния поток, са важни устройства, в които задачата за точно измерване на интензитета на радиационния поток изобщо не е поставена. Това са системи, работещи в релеен режим, при които е важен само самият факт на наличие или липса на радиационен поток, както и системи, работещи според фазовия или честотния принцип.

В тези случаи не се регистрира наличието на радиация, нито нейната интензивност, например честотата или фазата на редуване на състояния, които се характеризират с различна интензивност на радиационния поток или различна степен на взаимодействие на това поток с контролирана среда. Едно от най -широко разпространените приложения на релейните системи е контрол на позиционното ниво.

Радиоактивен манометър

Релейните системи се използват и за преброяване на продукти на конвейер, за наблюдение на позицията на движещи се обекти, безконтактно измерване на скоростта на въртене и в много други случаи.

Методи за йонизация

Ако източник на алфа или бета радиация е поставен в йонизационната камера, токът на камерата ще зависи от налягането на газа при постоянен състав или от състава при постоянно налягане. Това явление се използва при проектирането на радиоизотопни манометри и газоанализатори за бинарни смеси.

Използване на неутронни потоци

При преминаване през контролирано вещество, взаимодействайки с неговите ядра, неутроните губят част от енергията си и се забавят. По силата на закона за запазване на импулса, неутроните прехвърлят към ядрото колкото повече енергия, толкова по -близо е масата на ядрото до масата на неутрона. Следователно бързите неутрони изпитват най -силна умереност, когато се сблъскат с водородни ядра. Това се използва например за контрол на влажността на различни среди или нивото на водородсъдържащи среди.

Системата за измерване на влажност LB 350 използва неутронна технология за измерване. Измерването се извършва или отвън, през стените на силоза, или чрез здрава потапяща тръба, която е монтирана вътре в силоза. По този начин самото измервателно устройство не подлежи на износване.

Измерването на степента на абсорбция на неутрони от различни вещества се използва за определяне на съдържанието на елементи с голямо напречно сечение на абсорбция на неутрони. Също така се използва метод за контрол на състава на веществата чрез спектрален анализ на гама -лъчение, произтичащо от улавяне на неутрони от вещества. Тази техника се използва например за каросериране на нефтени кладенци.

Някои индустрии, които използват радиометрична технология за измерване на процеси, също използват неразрушителна рентгенова инспекция или рентгенографска проверка, за да проверят целостта на заваръчните шевове и съдовете. Тези устройства също излъчват гама енергия от източника по начин, подобен на радиометричните измервателни уреди.

Вижте също:

Сензори и измервателни устройства за определяне на състава и свойствата на веществата

Как се извършва автоматично претегляне в промишлени предприятия