Что такое гамма-измеритель уровня?

Гамма-измеритель уровня — это специализированный прибор, использующий характеристики ослабления гамма-лучей для измерения уровня среды в контейнере. Он в основном используется в таких отраслях, как нефтяная, химическая, фармацевтическая, энергетическая и металлургическая. Он рассчитывает уровень жидкости, регистрируя изменение интенсивности гамма-лучей после их проникновения в контейнер. Благодаря бесконтактному методу измерения, он подходит для работы в агрессивных средах, таких как высокие температуры, высокое давление и сильная коррозия.

Данное устройство основано на экспоненциальном законе ослабления гамма-лучей в веществе. Благодаря фиксированной величине поглощения стенкой контейнера, изменение интенсивности излучения зависит только от толщины среды. Для измерения плотности значение плотности рассчитывается при постоянной толщине среды. Система состоит из трех частей: источника излучения, детектора и передатчика. В качестве источника излучения используются изотопы Cs-137 или Co-60; детекторы бывают двух типов: газообразные и твердотельные; некоторые новые устройства включают подъемный механизм для повышения точности обнаружения и радиационной безопасности.

С 1970 года в хлорщелочной промышленности используются уровнемеры на основе радиоактивного изотопа кобальта-60, заменившие традиционные методы измерения давления масла. Последующие разработки включали в себя интеллектуальные системы управления, технологии снижения радиационного воздействия и функциональность Интернета вещей (IoT), и соответствуют национальному стандарту GB/T 25845-2010.

Принцип

Когда гамма-лучи проходят через объект, они ослабляются, строго следуя экспоненциальному распаду, т.е.:

X: Интенсивность излучения, испускаемого источником;

μ: Коэффициент поглощения (постоянная, связанная с нуклидом);

ρ: Плотность среды;

d: Толщина среды;

Y: Интенсивность излучения после прохождения через объект с плотностью ρ и толщиной d.

Исходя из вышеописанного принципа, гамма-измеритель уровня сконструирован таким образом, что поглощение самим контейнером остается постоянным после прохождения через него гамма-лучей, а изменение зависит только от уровня (т.е. толщины) среды в контейнере. Принцип измерения денситометра аналогичен принципу измерения уровня, но разница заключается в том, что точка измерения в основном находится на трубопроводе, а среда в трубопроводе всегда заполнена. В этом случае толщина среды, прошедшей через него излучение, остается постоянной, а величина поглощения зависит только от плотности.

Состав

Измеритель уровня радиации обычно состоит из трех частей: источника излучения, детектора и передатчика. В качестве источника излучения обычно используется один из двух радиоактивных изотопов: Cs-137 или Co-60. Он бывает двух типов: точечный и линейный, и может быть дополнительно разделен на встроенные и внешние источники в зависимости от места установки. Его функция заключается в излучении гамма-лучей.

Функция детектора заключается в обнаружении гамма-лучей. Существует множество типов детекторов, классифицируемых по форме на точечные и линейные/стержневые; а по чувствительному материалу — на газовые и твердотельные детекторы. Газовые детекторы включают две основные категории: счетчики Гейгера-Мюллера (ГМ) и ионизационные камеры. Они обладают низкой эффективностью и сильно зависят от температуры, но недороги. Твердотельные детекторы классифицируются по кристаллическому материалу на йодид натрия, йодид цезия, BGO (германат висмута), пластик, волоконно-оптические пучки или искусственные кристаллы. Поскольку высокоэффективные кристаллы йодида натрия, йодида цезия и BGO трудно изготовить большими или длинными, из них можно создавать только точечные детекторы.

Детекторы стержнеобразной формы делятся на жесткие и гибкие: жесткие искусственные кристаллы имеют диаметр около 50 мм и длину до 2 м, обладают высокой эффективностью обнаружения; гибкие волоконно-оптические пучки имеют диаметр около 25 мм и длину до 6-7 м, но обладают низкой эффективностью обнаружения и сильно зависят от температуры. Детектор является ключевым компонентом измерителя уровня радиации, и его чувствительность и стабильность имеют решающее значение для технологии измерения радиации.

Функция передатчика заключается в преобразовании интенсивности обнаруженного гамма-излучения в стандартный сигнал с помощью электронных схем и передаче его в систему мониторинга. Многие функции прибора для измерения излучения выполняются внутри передатчика, такие как автоматическая компенсация ослабления, автоматическая регулировка высокого напряжения детектора (ВН), адаптивная постоянная времени для внезапных изменений уровня вещества, самоизмерение температуры детектора и сигнализация, самопроверка работоспособности детектора и функции самоидентификации помех. Передатчики обычно делятся на полевые и диспетчерские, а выходные сигналы имеют различные варианты, такие как обычный 0/4-20 мА, FSK, HART, FF, RS232 и RS484. Преимущества

Благодаря уникальному принципу измерения, радиационный уровнемер не требует прямого контакта со средой и не подвержен влиянию температуры, вязкости, кристаллизации, коррозии, токсичности или состояния среды. Он также не ограничен давлением, материалом, толщиной стенок или формой контейнера, что делает его практически универсальным решением для измерения уровня. Поэтому он решил множество проблем измерения в таких отраслях, как нефтехимическая, химическая и производство синтетических волокон.

Установка и обслуживание

Установка и демонтаж радиоактивного источника должны осуществляться профессиональным персоналом, прошедшим специальную подготовку и имеющим лицензию на эксплуатацию радиоактивных источников. Установка радиоактивного источника, как правило, производится до запуска установки. Перед установкой и демонтажем необходимо разработать подробный план работ, а в опасной зоне следует разместить предупреждающие знаки, чтобы предотвратить доступ посторонних лиц. Во время остановки установки для технического обслуживания источник излучения должен находиться в закрытом состоянии или быть демонтирован и безопасно храниться.

После полной установки измерителя уровня излучения производитель должен предоставить калибровочную кривую. Если у производителя недостаточно опыта и уверенности, необходимо выполнить «водяную калибровку» для проверки точности теоретических расчетов производителя с использованием фактических калибровочных данных. Перед подачей материалов, когда рабочая температура и давление достигнут нормальных рабочих условий, следует выполнить регулировку нулевой точки при высокой температуре. Настройка постоянной времени должна быть скорректирована в соответствии со скоростью изменения уровня жидкости; обычно постоянная времени составляет 60 секунд, но ее можно соответствующим образом уменьшить при быстром изменении уровня жидкости.