Измерение уровня с помощью радиоактивных изотопов Область применения

Измерение уровня при помощи радиоактивных изотопов целе­сообразно прежде всего там, где вследствие наличия специфиче­ских условий, а именно: высокого давления, разреженности, агрес­сивности среды — нельзя использовать обычные приборы.[2] Этот способ используют для измерения уровня заполнения резервуа­ров, силосных башен и бункеров, где нельзя установить измери­тельные щупы или необходимо применение дорогостоящей системы измерительных щупов, вызванное конструктивными особенно­стями. Но и в тех случаях, когда правила техники безопасности запрещают установку уровнемеров в резервуарах или когда уста­новка обычных приборов потребовала бы больших затрат, для измерений часто выгодно оказывается использовать радиоактивные изотопы. Особенно целесообразно применять радиоактив­ные изотопы для измерений уровня агрессивных материалов, веществ с повышенной адгезионной способностью, в резервуарах с очень высокими температурами, в резервуарах со встроенными мешалками, в бункерах с такими крупнокусковыми материалами, как уголь или руда, в шахтных печах, в литейном производстве и на металлургических заводах.

Физические основы

В основе измерения при помощи искусственных радиоактивных изотопов лежит принцип поглощения радиоактивного излучения соответствующим материалом, содержащимся в резервуаре. Пучок γ-лучей, излучаемый радиоактивным источником, проникает через резервуар по прямой линии (рис. 3). На стенке резервуара, лежащей против излучателя, расположен приемник, преобразую­щий принятые лучи в электрические импульсы. Вследствие по­глощения радиоактивных лучей материалом внутри резервуара интенсивность принятого излучения зависит от высоты уровня.

Рис. 3. Схема радио­активного сигнализатора уровня:

1 - излучатель; 2 - при­емник

Возникающие на выходе приемника им­пульсы, частота которых пропорциональна интенсивности излучения, подводятся к пе­реключающему устройству, реле которого срабатывает, как только число импульсов в единицу времени достигнет минимальной величины. Ввиду того что в большинстве случаев измеряют толстые слои материала, используют преимущественно γ -лучи. Большое влияние на процесс измерения оказывают стенки резервуара, обладающие иногда значительной толщиной.

Ослабление мощности излучения радиоактивного излучателя вследствие поглощения воздухом происходит по квадратичному закону. Степень поглощения радиоактивного излучения твердыми и жидкими материалами зависит в первую очередь от их плот­ности.

Измерение уровня

П ри ступенчатом измерении уровня посредством радиоактивных изотопов можно использовать различные варианты размещения излучателей (рис.4). Существует возможность сигнализации предельного уровня или измерения ступенями с большей или меньшей дискретностью. В показанном на рис. 4, а варианте расположения использован один изотоп, испускающий два пучка лучей. Расположенные на пути прохождения лучей счетчики ра­диоактивного излучения соединены параллельно. Как видно из графика,

Рис.4. Наиболее распространенные варианта расположения излучателей

превышение пределов h_max и h_min вызывает резкое из­менение частоты повторения импульсов, которое можно исполь­зовать для включения реле. Почти непрерывная индикация уровня достигается путем размещения друг над другом нескольких из­лучателей, как показано на рис. 10, г. В этом случае представ­ляется возможным измерять уровень до высоты, равной утроен­ному диаметру резервуара.

На диаграмме показано, что индикация носит приблизительно непрерывный характер. Бесступенчатой графической характе­ристики можно достичь, если применить стержневидный пре­парат проф. Бергольда. Ввиду того что мощность препарата на концах стержня усилена, превышение минимального и максималь­ного уровня заполнения (рис. 10, г) выявляется особенно четко. Целесообразно в этом случае применять реле. При помощи такого метода можно производить измерение высоты до 3 м. Вариант непрерывного измерения показан на рис. 10, б, Здесь счетчики радиоактивных излучений устанавливают верти­кально. Благодаря расположению в ряд параллельно включенных счетчиков диапазон измерения можно увеличить приблизительно до 1,2 м. Другим решением, также пригодным для измерения вы­соких уровней, является метод измерения со следящим управ­лением (рис. 10, д)

Измерение уровня при помощи радиоактивных изотопов обла­дает тем преимуществом, что этот метод является бесконтактным. Посредством этого метода можно измерять уровень заполнения резервуара даже в исключительно сложных условиях. Таким образом, обеспечивается высокая эксплуатационная надежность установки, ее износ и ремонтные работы невелики, что приводит к снижению расходов. Точность измерения около 2 %. При не­прерывных измерениях следует принимать во внимание период полураспада используемого радиоактивного изотопа.

При использовании аппаратуры для контроля уровня металла в квадратных кристаллизаторах источник и приемник излучения размещаются стационарно вне кристаллизатора. На мощных слябовых МНЛЗ источник и приемник размещаются непо­средственно в стенке кристаллизатора в специальных приливах. С помощью термо­стойкого кабеля приемник излучения через соединительную коробку соединен с из­мерительным прибором типа В 3118, который является интегрирующим накопителем импульсов с последующим преобразованием сигнала интегратора в унифицированный сигнал 0-10 В и 0-5 мА. Прибор рассчитан на работу с потоком импульсов 450-9000 имп/с, интегратор позволяет накапливать их с постоянной времени.