L'ús d'isòtops radioactius en dispositius de control automàtic, dispositius de mesura radiomètrica

Els isòtops radioactius s'utilitzen en diversos dispositius de control automàtic (dispositius de mesura radiomètrica). En els processos industrials, la tecnologia radiomètrica s'ha utilitzat per a mesures complexes des dels anys cinquanta.

Els principals avantatges dels dispositius radioisòtops:

• mesura sense contacte (sense contacte directe dels elements de mesura amb l'entorn controlat);
• altes qualitats metrològiques proporcionades per l'estabilitat de les fonts de radiació;
• facilitat d'ús en esquemes d'automatització típics (sortida elèctrica, blocs unificats).

Els principis de funcionament dels dispositius radioisòtops es basen en els fenòmens d'interacció de la radiació nuclear amb un entorn controlat. L'esquema del dispositiu, per regla general, conté una font de radiació, un receptor de radiació (detector), un convertidor intermedi del senyal rebut i un dispositiu de sortida.

Els sistemes radiomètrics consten de dues parts: un isòtop radioactiu de baix nivell a la font emet energia radioactiva a través d'equips tecnològics, per exemple, un vaixell, i un detector instal·lat a l'altra banda mesura la radiació que hi arriba. A mesura que canvia la massa entre la font i el detector (alçada del nivell, densitat de purins o pes de partícules sòlides en un transportador), la intensitat del camp de radiació del detector canvia.

Principals propietats i àrees d'aplicació d'alguns tipus de radiació:

1) radiació alfa - un corrent de nuclis d'heli. S'absorbeix fortament del medi ambient. El rang de partícules alfa a l'aire és de diversos centímetres, i en líquids - diverses desenes de micres. S'utilitza per mesurar la pressió de gas i anàlisi de gasos. Els mètodes de mesura es basen en la ionització del medi gasós;

2) radiació beta - un corrent d'electrons o positrons. El rang de partícules beta a l'aire arriba a diversos metres, en sòlids, diversos mm. L'absorció de partícules beta pel medi s'utilitza per mesurar el gruix, la densitat i el pes dels materials (tela, paper, polpa de tabac, paper d'alumini, etc.) i per controlar la composició de líquids. La reflexió (retrodispersió) de la radiació beta de l'entorn permet mesurar el gruix dels recobriments i la concentració de components individuals en una substància determinada, la radiació beta també s'utilitza en l'anàlisi de gasos ionitzants i per a la ionització per eliminar les càrregues de l'electricitat estàtica. ;

3) radiació gamma — un flux de quants d'energia electromagnètica que acompanya les transformacions nuclears. Funciona en cossos sòlids - fins a desenes de cm.La radiació gamma s'utilitza en els casos en què es requereix un gran poder de penetració (detecció de defectes, control de densitat, control de nivell) o s'utilitzen les característiques de la interacció de la radiació gamma amb medis líquids i sòlids (control de composició);

4) radiació de n-neutrons Aquest és el flux de partícules sense càrrega. Po — Fonts Be (en les quals les partícules Po alfa bombardegen Be, sovint s'utilitzen neutrons emissors). S'utilitza per mesurar la humitat i la composició de l'ambient.

Mesura de la densitat radiomètrica. Per als processos de detecció de canonades i vaixells, el coneixement de la densitat ajuda els operadors a prendre decisions informades.

Els receptors de radiació més comuns en dispositius de control automàtic són les cambres d'ionització, descàrrega de gas i comptadors de centelleig.

El convertidor intermedi del senyal de radiació rebut pot contenir un circuit d'amplificació (configuració) i un mesurador de velocitat de comptatge de polsos (integrador). A més, en alguns casos s'utilitzen esquemes espectromètrics especials. De vegades, els dispositius de control automàtic s'incorporen directament al sistema de control.

Una característica distintiva dels dispositius radioisòtops és la presència, a més dels errors instrumentals habituals, d'errors probabilístics addicionals. Es deuen a la naturalesa estadística de la desintegració radioactiva i, per tant, amb un valor mitjà constant del flux de radiació en un moment donat, es poden registrar diferents valors d'aquest flux.

Es pot aconseguir una reducció dels errors de mesura augmentant la intensitat del flux de radiació o el temps de mesura.Tanmateix, el primer està limitat pels requisits de seguretat i el segon degrada el rendiment del dispositiu. Per tant, es recomana en tots els casos utilitzar detectors de radiació amb la màxima eficiència de detecció.

Tot i que la mesura precisa de la intensitat del flux de radiació és obligatòria per a la majoria de dispositius del tipus considerat, aquest no és l'objectiu final, ja que en realitat és important controlar amb precisió no la intensitat, sinó el paràmetre tecnològic.

Mesuradors de gruix i densitat radioisòtops

Els aparells més utilitzats per mesurar el gruix o la densitat per absorció de radiació. L'esquema més senzill per mesurar el gruix o la densitat d'un material mitjançant l'absorció de radiació conté una font de radiació, un material de prova, un receptor de radiació, un transductor intermedi i un dispositiu de sortida.

Diverses indústries utilitzen la tecnologia radiomètrica per mesurar la densitat. Les mines, les fàbriques de paper, les centrals elèctriques de carbó, els fabricants de materials de construcció i les empreses de petroli i gas utilitzen aquesta tecnologia de mesura de densitat en algun lloc dels seus processos.

Les mesures de densitat permeten als operadors entendre millor els seus processos, ajudant-los a optimitzar el rendiment dels purins, identificar bloquejos i fins i tot millorar el control en aplicacions complexes.

Els sensors de densitat radiomètrics no són de contacte, és a dir, no interfereixen amb el procés, no es desgasten i no requereixen manteniment, cosa que els permet durar més temps. El muntatge extern simplifica la instal·lació del sensor.

La tecnologia radiomètrica s'utilitza per mesurar la densitat perquè aquests sensors realitzen mesures sense entrar en contacte amb el material que s'està processant. La mesura sense contacte garanteix un funcionament sense desgast i sense manteniment. Els productes abrasius, corrosius o corrosius sovint donen lloc a un manteniment freqüent i costós o la substitució d'altres sensors, però els detectors de densitat radiomètrica poden durar entre 20 i 30 anys.

El sensor és immune a les condicions de pols en una fàbrica de ciment i continua mesurant amb precisió la densitat en una canonada vertical

Els instruments radiomètrics es munten fora d'una canonada o dipòsit, de manera que el sistema és immune a l'acumulació, el xoc tèrmic, les pujades de pressió o altres condicions extremes del procés. I gràcies al seu disseny robust, aquests dispositius són capaços de suportar les vibracions de la canonada o dipòsit on estan instal·lats.

Aquests sensors radiomètrics són molt més fàcils d'instal·lar que altres tecnologies. Els aparells d'aquest tipus es poden instal·lar sense interrompre un procés costós, altres tecnologies requereixen l'eliminació de trams de canonades o altres canvis significatius en el propi procés.

El cost inicial dels isòtops radioactius és superior al d'altres solucions de mesura de densitat. Tanmateix, una solució radiomètrica pot durar 20 o 30 anys amb poc o cap manteniment.

A diferència d'altres solucions, els sensors de densitat radiomètrica són una inversió a llarg termini en tot el procés, garantint un funcionament segur i eficient durant les properes dècades. Un únic sensor de densitat radiomètrica proporciona estalvis significatius en els costos operatius durant la vida útil de l'instrument.

La mesura radiomètrica del cabal massiu proporciona una càrrega precisa a les plantes de calç. Nombroses cintes transportadores de longitud variable des d'uns pocs metres fins a un quilòmetre garanteixen que la roca en una gran varietat de condicions de processament es transporti al lloc adequat per a un posterior processament.

Juntament amb els dispositius, la precisió dels quals està determinada per la precisió de mesurar la intensitat del flux de radiació, són dispositius importants en els quals la tasca de mesurar amb precisió la intensitat del flux de radiació no s'estableix en absolut. Es tracta de sistemes que funcionen en mode relé, en els quals només és important el fet mateix de la presència o absència de flux de radiació, així com sistemes que funcionen segons el principi de fase o freqüència.

En aquests casos, no es registra ni la presència de radiació ni la seva intensitat, per exemple, la freqüència o fase d'alternança d'estats, que es caracteritzen per diferent intensitat del flux de radiació o diferent grau d'interacció d'aquest flux amb un entorn controlat. . Una de les aplicacions més esteses dels sistemes de relés és el control de nivell de posició.

Manòmetre radioactiu

Els sistemes de relés també s'utilitzen per comptar productes en una cinta transportadora, per controlar la posició d'objectes en moviment, mesurar sense contacte la velocitat de rotació i en molts altres casos.

Mètodes d'ionització

Si es col·loca una font de radiació alfa o beta a la cambra d'ionització, el corrent de la cambra dependrà de la pressió del gas a composició constant o de la composició a pressió constant. Aquest fenomen s'utilitza en el disseny de manòmetres de radioisòtops i analitzadors de gasos per a mescles binàries.

Utilitzant fluxos de neutrons

Quan travessen una substància controlada, interactuant amb els seus nuclis, els neutrons perden part de la seva energia i s'alenteixen. En virtut de la llei de conservació de la quantitat de moviment, els neutrons transfereixen al nucli com més energia, més a prop estigui la massa del nucli de la massa del neutró. Per tant, els neutrons ràpids experimenten la moderació més forta quan xoquen amb nuclis d'hidrogen. Això s'utilitza, per exemple, per controlar la humitat de diversos medis o el nivell de medis que contenen hidrogen.

El sistema de mesura de la humitat LB 350 utilitza tecnologia de mesura de neutrons. La mesura es fa des de l'exterior, a través de les parets de la sitja, o bé mitjançant un tub d'immersió resistent que s'instal·la a l'interior de la sitja. D'aquesta manera, el propi dispositiu de mesura no està subjecte a desgast.

La mesura de l'extensió de l'absorció de neutrons per part de diverses substàncies s'utilitza per determinar el contingut d'elements amb una gran secció transversal d'absorció de neutrons. També s'utilitza un mètode per controlar la composició de substàncies mitjançant l'anàlisi espectral de la radiació gamma resultant de la captura de neutrons per substàncies. Aquesta tècnica s'utilitza, per exemple, per revestir pous de petroli.

Algunes indústries que utilitzen tecnologia de mesura de processos radiomètrics també utilitzen la inspecció de raigs X no destructiva o la inspecció radiogràfica per verificar la integritat de les soldadures i els recipients. Aquests dispositius també irradien energia gamma des de la font d'una manera similar als comptadors radiomètrics.

Vegeu també:

Sensors i aparells de mesura per a la determinació de la composició i propietats de les substàncies

Com es realitza el pesatge automàtic a les plantes industrials