Radioaktiivisten isotooppien käyttö automaattisissa ohjauslaitteissa, radiometrisissä mittalaitteissa

Radioaktiivisia isotooppeja käytetään erilaisissa automaattisissa ohjauslaitteissa (radiometrisissa mittauslaitteissa). Teollisissa prosesseissa radiometristä tekniikkaa on käytetty monimutkaisiin mittauksiin 1950-luvulta lähtien.

Radioisotooppilaitteiden tärkeimmät edut:

• kosketukseton mittaus (ilman mittauselementtien suoraa kosketusta valvottuun ympäristöön);
• säteilylähteiden vakauden tarjoamat korkeat metrologiset ominaisuudet;
• helppokäyttöisyys tyypillisissä automaatiojärjestelmissä (sähkölähtö, yhdistetyt lohkot).

Radioisotooppilaitteiden toimintaperiaatteet perustuvat ydinsäteilyn ja valvotun ympäristön vuorovaikutusilmiöön. Laitteen kaavio sisältää pääsääntöisesti säteilylähteen, säteilyn vastaanottimen (ilmaisimen), vastaanotetun signaalin välimuuntimen ja lähtölaitteen.

Radiometriset järjestelmät koostuvat kahdesta osasta: lähteessä oleva matala-aktiivinen isotooppi lähettää radioaktiivista energiaa teknisten laitteiden, esimerkiksi aluksen, kautta ja toiselle puolelle asennettu ilmaisin mittaa siihen tulevaa säteilyä. Kun lähteen ja ilmaisimen välinen massa muuttuu (tason korkeus, lietteen tiheys tai kuljettimella olevien kiinteiden hiukkasten paino), ilmaisimen säteilykentän voimakkuus muuttuu.

Joidenkin säteilytyyppien tärkeimmät ominaisuudet ja käyttöalueet:

1) alfa-säteilyä - heliumytimien virta. Se imeytyy voimakkaasti ympäristöstä. Alfahiukkasten alue ilmassa on useita senttimetrejä ja nesteissä useita kymmeniä mikroneja. Sitä käytetään kaasun paineen mittaukseen ja kaasuanalyysiin. Mittausmenetelmät perustuvat kaasuväliaineen ionisaatioon;

2) beetasäteilyä — elektronien tai positronien virta. Beetahiukkasten valikoima ilmassa on useita metrejä, kiintoaineissa useita mm. Beetahiukkasten absorptiota väliaineessa käytetään materiaalien (kangas, paperi, tupakkamassa, folio jne.) paksuuden, tiheyden ja painon mittaamiseen sekä nesteiden koostumuksen säätelyyn. Beetasäteilyn heijastuksen (takaisinsironta) avulla voit mitata pinnoitteiden paksuutta ja yksittäisten komponenttien pitoisuutta tietyssä aineessa, beetasäteilyä käytetään myös ionisoivien kaasujen analysointiin ja ionisaatioon staattisen sähkön varausten poistamiseen. ;

3) gammasäteilyä — ydinmuunnoksiin liittyvä sähkömagneettisen energian kvanttivirta. Toimii kiinteissä rungoissa - jopa kymmeniin cm:iin asti.Gammasäteilyä käytetään tapauksissa, joissa vaaditaan suurta läpäisytehoa (vian havaitseminen, tiheyden säätö, tasonsäätö) tai käytetään gammasäteilyn vuorovaikutuksen ominaisuuksia nestemäisten ja kiinteiden väliaineiden kanssa (koostumuksen ohjaus);

4) n-neutronisäteilyä Tämä on varautumattomien hiukkasten virtaus. Po — Be-lähteet (joissa Po-alfa-hiukkaset pommittavat Be:tä, käytetään usein säteileviä neutroneja). Sitä käytetään ympäristön kosteuden ja koostumuksen mittaamiseen.

Radiometrinen tiheyden mittaus. Putkilinjojen ja alusten tunnistusprosesseissa tiheystieto auttaa käyttäjiä tekemään tietoisia päätöksiä.

Automaattisten ohjauslaitteiden yleisimmät säteilyvastaanottimet ovat ionisaatiokammiot, kaasupurkaus- ja tuikelaskimet.

Vastaanotetun säteilysignaalin välimuunnin voi sisältää vahvistuspiirin (muokkauspiirin) ja pulssin laskentanopeusmittarin (integraattorin). Lisäksi joissakin tapauksissa käytetään erityisiä spektrometrisiä järjestelmiä. Joskus automaattiset ohjauslaitteet liitetään suoraan ohjausjärjestelmään.

Radioisotooppilaitteiden erottuva piirre on tavallisten instrumenttivirheiden lisäksi muiden todennäköisyysvirheiden esiintyminen. Ne johtuvat radioaktiivisen hajoamisen tilastollisesta luonteesta, ja siksi säteilyvuon vakioarvolla kullakin hetkellä, tämän vuon eri arvot voidaan tallentaa.

Mittausvirheiden vähentäminen voidaan saavuttaa lisäämällä säteilyvuon intensiteettiä tai mittausaikaa.Ensin mainittua rajoittavat kuitenkin turvallisuusvaatimukset, ja jälkimmäinen heikentää laitteen suorituskykyä. Siksi on kaikissa tapauksissa suositeltavaa käyttää säteilyilmaisimia, joilla on korkein tunnistustehokkuus.

Vaikka säteilyvuon intensiteetin tarkka mittaus on pakollinen useimmille tarkasteltavan tyyppisille laitteille, tämä ei ole perimmäinen tavoite, koska todellisuudessa on tärkeää ohjata tarkasti ei intensiteettiä, vaan teknistä parametria.

Radioisotooppien paksuus- ja tiheysmittarit

Yleisimmin käytetyt laitteet paksuuden tai tiheyden mittaamiseen säteilyn absorptiolla. Yksinkertaisin menetelmä materiaalin paksuuden tai tiheyden mittaamiseksi säteilyä absorboimalla sisältää säteilylähteen, testimateriaalin, säteilyvastaanottimen, välianturin ja lähtölaitteen.

Useat teollisuudenalat käyttävät radiometristä tekniikkaa tiheyden mittaamiseen. Kaivokset, paperitehtaat, hiilivoimalaitokset, rakennusmateriaalien valmistajat sekä öljy- ja kaasulaitokset käyttävät tätä tiheyden mittaustekniikkaa jossain prosesseissaan.

Tiheysmittausten avulla käyttäjät voivat ymmärtää paremmin prosessejaan, mikä auttaa heitä optimoimaan lietteen suorituskykyä, tunnistamaan tukoksia ja jopa parantamaan hallintaa monimutkaisissa sovelluksissa.

Radiometriset tiheysanturit ovat kosketuksettomia, mikä tarkoittaa, että ne eivät häiritse prosessia, eivät kulu eivätkä vaadi huoltoa, joten ne kestävät pidempään. Ulkoinen asennus yksinkertaistaa anturin asennusta.

Radiometristä tekniikkaa käytetään tiheyden mittaamiseen, koska nämä anturit suorittavat mittauksia joutumatta kosketuksiin prosessoitavan materiaalin kanssa. Kosketukseton mittaus varmistaa kulumattoman ja huoltovapaan toiminnan. Hankaavat, syövyttävät tai syövyttävät tuotteet johtavat usein toistuvaan ja kalliiseen huoltoon tai muiden antureiden vaihtoon, mutta radiometriset tiheysilmaisimet voivat kestää 20-30 vuotta.

Anturi on immuuni sementtitehtaan pölyisille olosuhteille ja mittaa edelleen tarkasti tiheyden pystysuorassa putkessa

Radiometriset instrumentit asennetaan putken tai säiliön ulkopuolelle, joten järjestelmä on immuuni kerääntymiselle, lämpöiskuille, painepiikeille tai muille äärimmäisille prosessiolosuhteille. Ja vankan rakenteensa ansiosta nämä laitteet kestävät tärinää putkesta tai säiliöstä, johon ne on asennettu.

Nämä radiometriset anturit on paljon helpompi asentaa kuin muut tekniikat. Tämän tyyppiset laitteet voidaan asentaa kallista prosessia keskeyttämättä, muut tekniikat vaativat putkiosien poistamista tai muita merkittäviä muutoksia itse prosessiin.

Radioaktiivisten isotooppien alkukustannukset ovat korkeammat kuin muiden tiheyden mittausratkaisujen. Radiometrinen ratkaisu voi kuitenkin kestää 20 tai 30 vuotta vähällä tai ilman huoltoa.

Toisin kuin muut ratkaisut, radiometriset tiheysanturit ovat pitkän aikavälin investointi koko prosessiin, mikä takaa turvallisen ja tehokkaan toiminnan vuosikymmeniksi. Yksi radiometrinen tiheysanturi säästää merkittävästi käyttökustannuksia laitteen koko käyttöiän ajan.

Radiometrinen massavirran mittaus mahdollistaa tarkan latauksen kalkkitehtaissa. Lukuisat kuljetinhihnat, joiden pituus vaihtelee muutamasta metristä yhteen kilometriin, varmistavat, että kivi kuljetetaan monissa erilaisissa käsittelyolosuhteissa oikeaan paikkaan jatkokäsittelyä varten.

Laitteiden ohella, joiden tarkkuuden määrää säteilyvuon voimakkuuden mittaustarkkuus, ovat tärkeitä laitteita, joissa säteilyvuon intensiteetin tarkkaa mittaamista ei ole asetettu ollenkaan. Nämä ovat reletilassa toimivia järjestelmiä, joissa vain itse säteilyvirran olemassaolo tai puuttuminen on tärkeää, sekä vaihe- tai taajuusperiaatteella toimivia järjestelmiä.

Näissä tapauksissa ei rekisteröidä säteilyn läsnäoloa tai sen intensiteettiä, esimerkiksi tilojen vuorottelun taajuutta tai vaihetta, joille on tunnusomaista erilainen säteilyvirran intensiteetti tai tämän vuon erilainen vuorovaikutusaste valvotun ympäristön kanssa. . Yksi relejärjestelmien yleisimmistä sovelluksista on asennon tason ohjaus.

Radioaktiivinen manometri

Relejärjestelmiä käytetään myös tuotteiden laskemiseen kuljettimella, liikkuvien esineiden asennon seurantaan, kosketuksettomaan pyörimisnopeuden mittaukseen ja moniin muihin tapauksiin.

Ionisointimenetelmät

Jos ionisaatiokammioon sijoitetaan alfa- tai beetasäteilyn lähde, kammion virta riippuu kaasun paineesta vakiokoostumuksessa tai koostumuksesta vakiopaineessa. Tätä ilmiötä käytetään binääriseoksille tarkoitettujen radioisotooppimanometrien ja kaasuanalysaattoreiden suunnittelussa.

Neutronivirtojen käyttö

Kulkiessaan säädellyn aineen läpi vuorovaikutuksessa sen ytimien kanssa neutronit menettävät osan energiastaan ​​ja hidastavat. Liikemäärän säilymislain mukaan neutronit siirtyvät ytimeen mitä enemmän energiaa on, mitä lähempänä ytimen massa on neutronin massaa. Siksi nopeat neutronit kokevat voimakkaimman hidastumisen törmäessään vetyytimiin. Tätä käytetään esimerkiksi säätämään erilaisten väliaineiden kosteutta tai vetyä sisältävien väliaineiden tasoa.

LB 350 -kosteusmittausjärjestelmä käyttää neutronimittaustekniikkaa. Mittaus tehdään joko ulkopuolelta, siilon seinien läpi tai siilon sisään asennetun vahvan upotusputken kautta. Tällä tavalla itse mittauslaite ei kulu.

Eri aineiden aiheuttaman neutroniabsorption laajuuden mittaamista käytetään sellaisten alkuaineiden pitoisuuden määrittämiseen, joilla on suuri neutroniabsorptiopoikkileikkaus. Aineiden koostumuksen säätämiseen käytetään myös menetelmää neutronien sieppaamisesta aineilla syntyvän gammasäteilyn spektrianalyysillä. Tätä tekniikkaa käytetään esimerkiksi öljykaivojen päällystämiseen.

Jotkut teollisuudenalat, jotka käyttävät radiometristä prosessimittaustekniikkaa, käyttävät myös rikkomatonta röntgentarkastusta tai radiografista tarkastusta hitsien ja astioiden eheyden todentamiseksi. Nämä laitteet myös säteilevät gammaenergiaa lähteestä samalla tavalla kuin radiometriset mittarit.

Katso myös:

Anturit ja mittalaitteet aineiden koostumuksen ja ominaisuuksien määrittämiseen

Kuinka automaattinen punnitus suoritetaan teollisuuslaitoksissa