Utilizarea izotopilor radioactivi în dispozitive automate de control, dispozitive de măsurare radiometrică

Izotopii radioactivi sunt utilizați în diferite dispozitive de control automat (aparate de măsurare radiometrică). În procesele industriale, tehnologia radiometrică a fost utilizată pentru măsurători complexe încă din anii 1950.

Principalele avantaje ale dispozitivelor cu radioizotopi:

• măsurare fără contact (fără contact direct al elementelor de măsurare cu mediul controlat);
• calitati metrologice ridicate asigurate de stabilitatea surselor de radiatii;
• ușurință de utilizare în schemele tipice de automatizare (ieșire electrică, blocuri unificate).

Principiile de funcționare a dispozitivelor radioizotopice se bazează pe fenomenele de interacțiune a radiațiilor nucleare cu un mediu controlat. Schema dispozitivului, de regulă, conține o sursă de radiație, un receptor de radiație (detector), un convertor intermediar al semnalului primit și un dispozitiv de ieșire.

Sistemele radiometrice constau din două părți: un izotop radioactiv de nivel scăzut din sursă emite energie radioactivă prin intermediul echipamentelor tehnologice, de exemplu, un vas, iar un detector instalat pe cealaltă parte măsoară radiația care vine la acesta. Pe măsură ce masa dintre sursă și detector se modifică (înălțimea nivelului, densitatea suspensiei sau greutatea particulelor solide pe un transportor), intensitatea câmpului de radiație al detectorului se modifică.

Principalele proprietăți și domenii de aplicare ale unor tipuri de radiații:

1) radiații alfa — un flux de nuclee de heliu. Este puternic absorbit din mediu. Gama de particule alfa în aer este de câțiva centimetri, iar în lichide - câteva zeci de microni. Este utilizat pentru măsurarea presiunii gazului și analiza gazului. Metodele de măsurare se bazează pe ionizarea mediului gazos;

2) radiații beta — un flux de electroni sau pozitroni. Gama de particule beta în aer ajunge la câțiva metri, în solide - câțiva mm. Absorbția particulelor beta de către mediu este utilizată pentru a măsura grosimea, densitatea și greutatea materialelor (țesătură, hârtie, pastă de tutun, folie etc.) și pentru a controla compoziția lichidelor. Reflexia (backscatter) a radiației beta din mediu vă permite să măsurați grosimea acoperirilor și concentrația componentelor individuale într-o anumită substanță, radiația beta este, de asemenea, utilizată în analiza gazelor ionizante și pentru ionizare pentru a îndepărta sarcinile din electricitatea statică. ;

3) radiații gama — un flux de quante de energie electromagnetică care însoțește transformările nucleare. Funcționează în corpuri solide - până la zeci de cm.Radiația gamma este utilizată în cazurile în care este necesară o putere de penetrare mare (detecția defectelor, controlul densității, controlul nivelului) sau sunt utilizate caracteristicile interacțiunii radiațiilor gamma cu mediile lichide și solide (controlul compoziției);

4) radiații n-neutroni Acesta este fluxul de particule neîncărcate. Po — surse Be (în care particulele Po alfa bombardează Be, emițătoare de neutroni sunt adesea folosite). Este folosit pentru a măsura umiditatea și compoziția mediului.

Măsurarea densității radiometrice. Pentru procesele de detectare a conductelor și a navelor, cunoștințele despre densitate ajută operatorii să ia decizii informate.

Cele mai comune receptoare de radiații în dispozitivele de control automat sunt camerele de ionizare, descărcarea de gaze și contoarele de scintilație.

Convertorul intermediar al semnalului de radiație recepționat poate conține un circuit de amplificare (configurare) și un contor de frecvență de numărare a impulsurilor (integrator). În plus, în unele cazuri sunt utilizate scheme spectrometrice speciale. Uneori, dispozitivele de control automat sunt încorporate direct în sistemul de control.

O trăsătură distinctivă a dispozitivelor radioizotopice este prezența, pe lângă erorile instrumentale obișnuite, a unor erori probabilistice suplimentare. Ele se datorează naturii statistice a dezintegrarii radioactive și, prin urmare, cu o valoare medie constantă a fluxului de radiații la un moment dat în timp, pot fi înregistrate diferite valori ale acestui flux.

O reducere a erorilor de măsurare poate fi realizată prin creșterea intensității fluxului de radiație sau a timpului de măsurare.Cu toate acestea, primul este limitat de cerințele de siguranță, iar cel de-al doilea degradează performanța dispozitivului. Prin urmare, se recomandă în toate cazurile utilizarea detectorilor de radiații cu cea mai mare eficiență de detecție.

Deși măsurarea precisă a intensității fluxului de radiație este obligatorie pentru majoritatea dispozitivelor de tipul considerat, acesta nu este scopul final, deoarece în realitate este important să se controleze cu precizie nu intensitatea, ci parametrul tehnologic.

Contoare radioizotopi de grosime și densitate

Cele mai utilizate aparate pentru măsurarea grosimii sau a densității prin absorbția radiațiilor. Cea mai simplă schemă de măsurare a grosimii sau densității unui material prin absorbția radiației conține o sursă de radiație, un material de testat, un receptor de radiație, un traductor intermediar și un dispozitiv de ieșire.

Diverse industrii folosesc tehnologia radiometrică pentru a măsura densitatea. Minele, fabricile de hârtie, centralele electrice pe cărbune, producătorii de materiale de construcții și utilitățile de petrol și gaze folosesc această tehnologie de măsurare a densității undeva în procesele lor.

Măsurătorile de densitate permit operatorilor să-și înțeleagă mai bine procesele, ajutându-i să optimizeze performanța nămolului, să identifice blocajele și chiar să îmbunătățească controlul în aplicații complexe.

Senzorii radiometrici de densitate sunt fără contact, ceea ce înseamnă că nu interferează cu procesul, nu se uzează și nu necesită întreținere, permițându-le să reziste mai mult. Montarea externă simplifică instalarea senzorului.

Tehnologia radiometrică este utilizată pentru măsurarea densității deoarece acești senzori efectuează măsurători fără a intra în contact cu materialul care este prelucrat. Măsurarea fără contact asigură funcționarea fără uzură și fără întreținere. Produsele abrazive, corozive sau corozive duc adesea la întreținerea sau înlocuirea frecventă și costisitoare a altor senzori, dar detectorii de densitate radiometrică pot dura între 20 și 30 de ani.

Senzorul este imun la condițiile de praf dintr-o fabrică de ciment și continuă să măsoare cu precizie densitatea într-o țeavă verticală

Instrumentele radiometrice sunt montate în afara unei țevi sau rezervor, astfel încât sistemul este imun la acumulare, șoc termic, supratensiuni sau alte condiții extreme de proces. Și datorită designului lor robust, aceste dispozitive sunt capabile să reziste la vibrațiile din conducta sau rezervorul pe care sunt instalate.

Acești senzori radiometrici sunt mult mai ușor de instalat decât alte tehnologii. Aparatele de acest tip pot fi instalate fără a întrerupe un proces costisitor.Alte tehnologii necesită îndepărtarea secțiunilor de conducte sau alte modificări semnificative ale procesului în sine.

Costul inițial al izotopilor radioactivi este mai mare decât alte soluții de măsurare a densității. Cu toate acestea, o soluție radiometrică poate dura 20 sau 30 de ani cu întreținere mică sau deloc.

Spre deosebire de alte soluții, senzorii de densitate radiometrică reprezintă o investiție pe termen lung în întregul proces, asigurând o funcționare sigură și eficientă pentru deceniile următoare. Un singur senzor radiometric de densitate oferă economii semnificative la costurile de operare pe durata de viață a instrumentului.

Măsurarea radiometrică a debitului masic asigură încărcare precisă în instalațiile de var. Numeroase benzi transportoare cu lungime variabilă de la câțiva metri până la un kilometru asigură transportarea rocii într-o mare varietate de condiții de prelucrare la locul potrivit pentru prelucrare ulterioară.

Alături de dispozitivele, a căror precizie este determinată de precizia măsurării intensității fluxului de radiații, sunt dispozitive importante în care sarcina de a măsura cu precizie intensitatea fluxului de radiații nu este deloc stabilită. Este vorba despre sisteme care funcționează în modul releu, în care este important doar faptul însuși prezența sau absența fluxului de radiații, precum și sistemele care funcționează după principiul fazei sau frecvenței.

În aceste cazuri, nu se înregistrează nici prezența radiațiilor, nici intensitatea acesteia, de exemplu, frecvența sau faza de alternanță a stărilor, care se caracterizează prin intensitate diferită a fluxului de radiație sau grad diferit de interacțiune a acestui flux cu un mediu controlat. . Una dintre cele mai răspândite aplicații ale sistemelor de relee este controlul nivelului de poziție.

Manometru radioactiv

Sistemele de relee sunt folosite și pentru numărarea produselor pe un transportor, pentru monitorizarea poziției obiectelor în mișcare, măsurarea fără contact a vitezei de rotație și în multe alte cazuri.

Metode de ionizare

Dacă o sursă de radiație alfa sau beta este plasată în camera de ionizare, curentul camerei va depinde de presiunea gazului la compoziție constantă sau de compoziția la presiune constantă. Acest fenomen este utilizat în proiectarea manometrelor radioizotopi și a analizoarelor de gaze pentru amestecuri binare.

Utilizarea fluxurilor de neutroni

Când trec printr-o substanță controlată, interacționând cu nucleele acesteia, neutronii își pierd o parte din energie și încetinesc. În virtutea legii conservării impulsului, neutronii transferă nucleului mai multă energie, cu atât masa nucleului este mai aproape de masa neutronului. Prin urmare, neutronii rapizi experimentează cea mai puternică moderație atunci când se ciocnesc cu nucleele de hidrogen. Acesta este utilizat, de exemplu, pentru a controla umiditatea diferitelor medii sau nivelul mediilor care conțin hidrogen.

Sistemul de măsurare a umidității LB 350 utilizează tehnologia de măsurare a neutronilor. Masurarea se face fie din exterior, prin peretii silozului, fie printr-un tub puternic de imersie care se instaleaza in interiorul silozului. În acest fel, dispozitivul de măsurare în sine nu este supus uzurii.

Măsurarea gradului de absorbție a neutronilor de către diferite substanțe este utilizată pentru a determina conținutul elementelor cu o secțiune transversală mare de absorbție a neutronilor. De asemenea, se utilizează o metodă pentru controlul compoziției substanțelor prin analiza spectrală a radiațiilor gamma rezultate din captarea neutronilor de către substanțe. Această tehnică este utilizată, de exemplu, pentru tubularea puțurilor de petrol.

Unele industrii care folosesc tehnologia de măsurare a proceselor radiometrice utilizează, de asemenea, inspecția nedistructivă cu raze X sau inspecția radiografică pentru a verifica integritatea sudurilor și a vaselor. Aceste dispozitive radiază, de asemenea, energie gamma de la sursă într-un mod similar cu contoarele radiometrice.

Vezi si:

Senzori și dispozitive de măsurare pentru determinarea compoziției și proprietăților substanțelor

Cum se realizează cântărirea automată în instalațiile industriale