Измерение уровня с помощью радиоактивных изотопов

Замечание

Примечание

Ультразвуковые волны похожи на звуковые, они создают в воздухе движущиеся волны давления и отличаются от звука частотой (частота ультразвука выше 20 кГц). Ультразвуковые преобразователи излучают и принимают ультразвуковые волны целого ряда частот. Как правило, ультразвуковые преобразователи представляют собой пьезоэлектрические конструкции, имеющие резонансную частоту в диапазоне ультразвука. Подача на излучающий преобразователь колебаний от генератора на некоторой частоте вызывает излучение ультразвуковых волн (излучатель и детектор подбираются для работы на одной и той же резонансной частоте).

Применение ультразвуковых уровнемеров: для измерения уровня только однородных жидкостей, находящихся под высоким избыточным давлением.

Преимущество измерения уровня с использованием ультразвука заключается в том, что этот метод удобен для измерения уровня заполнения даже в труднодоступных резервуарах, где часто по конструктивным причинам бывает невозможно воспользоваться другим способом измерения. Разумеется, метод требует больших затрат, так как, кроме пьезоэлектрических вибраторов, необходимы частотные генераторы.

Разработан новый датчик-сигнализатор уровня в металлических резервуарах, работа которого основана на ультразвуковой технологии. Он позволяет сигнализировать о значениях уровня в металлическом резервуаре не нарушая его целостности, что особенно важно, когда в резервуаре содержится агрессивная или летучая среда (щелочь, легкие углеводороды и т. д.) при высоком давлении или температуре.

Измерение уровня при помощи радиоактивных изотопов целесообразно прежде всего при наличии специфических условий, а именно: высокого давления или разреженности, агрессивности среды, когда нельзя использовать обычные средства измерения. 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 средств измерения потребует 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 (реакторах) со встроенными мешалками, в бункерах с такими крупнокусковыми материалами, как уголь или руда, в шахтных печах.

Рис. 105. Схема радиоактивного сигнализатора уровня: / — излучатель; 2 — приемник

В основе измерения при помощи искусственных радиоактивных изотопов лежит принцип поглощения радиоактивного излучения соответствующим материалом, содержащимся в резервуаре. Пучок-лучей, излучаемый радиоактивным источником, проникает через резервуар по прямой линии (рис. 5.105). На стенке резервуара, лежащей против излучателя, расположен приемник, преобразующий принятые лучи в электрические импульсы. Интенсивность принятого излучения зависит от высоты уровня. 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 -лучи. Большое влияние на измерение уровня оказывает толщина стенок резервуара. Интенсивность излучения, проникающего через заполненный резервуар, можно рассчитать по формуле

Интенсивность излучения, проникающего через пустой резервуар, равна

Отношение величин интенсивности излучения через заполненный резервуар и пустой резервуар:

где— исходная интенсивность излучения;— толщина стенки резервуара;и— плотности материала стенки и содержимого в резервуаре соответственно;— внутренний диаметр резервуара; — массовый коэффициент поглощения.