El uso de isótopos radiactivos en dispositivos de control automático, dispositivos de medición radiométrica.
Los isótopos radiactivos se utilizan en varios dispositivos de control automático (dispositivos de medición radiométrica). En los procesos industriales, la tecnología radiométrica se ha utilizado para mediciones complejas desde la década de 1950.
Las principales ventajas de los dispositivos de radioisótopos:
- medición sin contacto (sin contacto directo de los elementos de medición con el ambiente controlado);
- altas cualidades metrológicas proporcionadas por la estabilidad de las fuentes de radiación;
- facilidad de uso en esquemas típicos de automatización (salida eléctrica, bloques unificados).
Los principios de funcionamiento de los dispositivos de radioisótopos se basan en los fenómenos de interacción de la radiación nuclear con un entorno controlado. El esquema del dispositivo, por regla general, contiene una fuente de radiación, un receptor de radiación (detector), un convertidor intermedio de la señal recibida y un dispositivo de salida.
Los sistemas radiométricos constan de dos partes: un isótopo radiactivo de bajo nivel en la fuente emite energía radiactiva a través de un equipo tecnológico, por ejemplo, una embarcación, y un detector instalado al otro lado mide la radiación que le llega. A medida que cambia la masa entre la fuente y el detector (altura del nivel, densidad de la suspensión o peso de partículas sólidas en un transportador), cambia la intensidad del campo de radiación del detector.
Principales propiedades y áreas de aplicación de algunos tipos de radiación:
1) radiación alfa — una corriente de núcleos de helio. Se absorbe fuertemente del medio ambiente. El rango de partículas alfa en el aire es de varios centímetros y en líquidos, varias decenas de micras. Se utiliza para la medición de la presión de gas y el análisis de gas. Los métodos de medición se basan en la ionización del medio gaseoso;
2) radiación beta — una corriente de electrones o positrones. El rango de partículas beta en el aire alcanza varios metros, en sólidos, varios mm. La absorción de partículas beta por el medio se utiliza para medir el espesor, la densidad y el peso de los materiales (tela, papel, pulpa de tabaco, lámina, etc.) y para controlar la composición de los líquidos. La reflexión (retrodispersión) de la radiación beta del entorno le permite medir el espesor de los recubrimientos y la concentración de los componentes individuales en una sustancia determinada. La radiación beta también se usa en el análisis de gases ionizantes y para la ionización para eliminar cargas de electricidad estática. ;
3) radiación gamma — un flujo de cuantos de energía electromagnética que acompaña a las transformaciones nucleares. Trabaja en cuerpos sólidos - hasta decenas de cm.La radiación gamma se utiliza en los casos en que se requiere un alto poder de penetración (detección de defectos, control de densidad, control de nivel) o se utilizan las características de la interacción de la radiación gamma con medios líquidos y sólidos (control de composición);
4) radiación de n-neutrones Este es el flujo de partículas sin carga. Po: fuentes de Be (en las que las partículas alfa de Po bombardean Be, a menudo se utilizan neutrones emisores). Se utiliza para medir la humedad y la composición del ambiente.
Medida de densidad radiométrica. Para los procesos de detección de tuberías y recipientes, el conocimiento de la densidad ayuda a los operadores a tomar decisiones informadas.
Los receptores de radiación más comunes en los dispositivos de control automático son las cámaras de ionización, los contadores de descarga de gas y de centelleo.
El convertidor intermedio de la señal de radiación recibida puede contener un circuito amplificador (conformación) y un medidor de tasa de conteo de pulsos (integrador). Además, en algunos casos se utilizan esquemas espectrométricos especiales. A veces, los dispositivos de control automático se incorporan directamente al sistema de control.
Una característica distintiva de los dispositivos de radioisótopos es la presencia, además de los errores instrumentales habituales, de errores probabilísticos adicionales. Se deben a la naturaleza estadística de la desintegración radiactiva, y por tanto, con un valor medio constante del flujo de radiación en un momento dado, se pueden registrar diferentes valores de este flujo.
Se puede lograr una reducción de los errores de medición aumentando la intensidad del flujo de radiación o el tiempo de medición.Sin embargo, el primero está limitado por los requisitos de seguridad y el segundo degrada el rendimiento del dispositivo. Por lo tanto, se recomienda en todos los casos utilizar detectores de radiación con la mayor eficiencia de detección.
Aunque la medición precisa de la intensidad del flujo de radiación es obligatoria para la mayoría de los dispositivos del tipo considerado, este no es el objetivo final, ya que en realidad es importante controlar con precisión no la intensidad, sino el parámetro tecnológico.
Medidores de espesor y densidad de radioisótopos
Los dispositivos más utilizados para medir espesores o densidades por absorción de radiación. El esquema más simple para medir el espesor o la densidad de un material mediante la absorción de radiación contiene una fuente de radiación, un material de prueba, un receptor de radiación, un transductor intermedio y un dispositivo de salida.
Varias industrias utilizan tecnología radiométrica para medir la densidad. Las minas, las fábricas de papel, las centrales eléctricas de carbón, los fabricantes de materiales de construcción y las empresas de servicios públicos de petróleo y gas utilizan esta tecnología de medición de densidad en alguna parte de sus procesos.
Las mediciones de densidad permiten a los operadores comprender mejor sus procesos, ayudándolos a optimizar el rendimiento de la lechada, identificar obstrucciones e incluso mejorar el control en aplicaciones complejas.
Los sensores de densidad radiométrica son sin contacto, lo que significa que no interfieren con el proceso, no se desgastan y no requieren mantenimiento, lo que les permite durar más. El montaje externo simplifica la instalación del sensor.
La tecnología radiométrica se utiliza para medir la densidad porque estos sensores realizan mediciones sin entrar en contacto con el material que se está procesando. La medición sin contacto garantiza un funcionamiento sin desgaste y sin mantenimiento. Los productos abrasivos, corrosivos o corrosivos a menudo dan como resultado un mantenimiento frecuente y costoso o el reemplazo de otros sensores, pero los detectores de densidad radiométrica pueden durar de 20 a 30 años.
El sensor es inmune a las condiciones polvorientas en una fábrica de cemento y continúa midiendo con precisión la densidad en una tubería vertical
Los instrumentos radiométricos se montan fuera de una tubería o tanque para que el sistema sea inmune a la acumulación, el choque térmico, los picos de presión u otras condiciones extremas del proceso. Y gracias a su diseño robusto, estos dispositivos son capaces de soportar las vibraciones de la tubería o depósito en el que están instalados.
Estos sensores radiométricos son mucho más fáciles de instalar que otras tecnologías. Los aparatos de este tipo se pueden instalar sin interrumpir un proceso costoso.Otras tecnologías requieren la eliminación de secciones de tubería u otros cambios significativos en el proceso mismo.
El costo inicial de los isótopos radiactivos es más alto que otras soluciones de medición de densidad. Sin embargo, una solución radiométrica puede durar 20 o 30 años con poco o ningún mantenimiento.
A diferencia de otras soluciones, los sensores de densidad radiométrica son una inversión a largo plazo en todo el proceso, lo que garantiza un funcionamiento seguro y eficiente durante las próximas décadas. Un solo sensor de densidad radiométrica proporciona ahorros significativos en los costos operativos durante la vida útil del instrumento.
La medición de caudal másico radiométrico proporciona una carga precisa en las plantas de cal. Numerosas cintas transportadoras que varían en longitud desde unos pocos metros hasta un kilómetro aseguran que la roca en una amplia variedad de condiciones de procesamiento se transporte al lugar adecuado para su posterior procesamiento.
Junto con los dispositivos, cuya precisión está determinada por la precisión de medir la intensidad del flujo de radiación, hay dispositivos importantes en los que la tarea de medir con precisión la intensidad del flujo de radiación no está establecida en absoluto. Se trata de sistemas que funcionan en modo relé, en los que sólo importa el hecho mismo de la presencia o ausencia de flujo de radiación, así como sistemas que funcionan según el principio de fase o frecuencia.
En estos casos no se registra ni la presencia de radiación ni su intensidad, por ejemplo, la frecuencia o fase de alternancia de estados, que se caracterizan por diferente intensidad del flujo de radiación o diferente grado de interacción de este flujo con un ambiente controlado. . Una de las aplicaciones más extendidas de los sistemas de relés es el control de nivel de posición.
manómetro radiactivo
Los sistemas de relés también se utilizan para contar productos en un transportador, para monitorear la posición de objetos en movimiento, medir sin contacto la velocidad de rotación y en muchos otros casos.
métodos de ionización
Si se coloca una fuente de radiación alfa o beta en la cámara de ionización, la corriente de la cámara dependerá de la presión del gas a composición constante o de la composición a presión constante. Este fenómeno se utiliza en el diseño de manómetros de radioisótopos y analizadores de gases para mezclas binarias.
Uso de flujos de neutrones
Al pasar a través de una sustancia controlada, interactuando con sus núcleos, los neutrones pierden parte de su energía y disminuyen su velocidad. En virtud de la ley de conservación de la cantidad de movimiento, los neutrones transfieren al núcleo más energía cuanto más cerca está la masa del núcleo de la masa del neutrón. Por lo tanto, los neutrones rápidos experimentan la mayor moderación cuando chocan con núcleos de hidrógeno. Esto se usa, por ejemplo, para controlar la humedad de varios medios o el nivel de medios que contienen hidrógeno.
El sistema de medición de humedad LB 350 utiliza tecnología de medición de neutrones. La medición se realiza desde el exterior, a través de las paredes del silo, oa través de un resistente tubo de inmersión que se instala en el interior del silo. De esta manera, el propio dispositivo de medición no está sujeto a desgaste.
La medición del grado de absorción de neutrones por diversas sustancias se utiliza para determinar el contenido de elementos con una gran sección transversal de absorción de neutrones. También se utiliza un método para controlar la composición de sustancias mediante el análisis espectral de la radiación gamma resultante de la captura de neutrones por parte de las sustancias. Esta técnica se utiliza, por ejemplo, para encamisar pozos de petróleo.
Algunas industrias que usan tecnología de medición de procesos radiométricos también usan inspección de rayos X no destructiva o inspección radiográfica para verificar la integridad de soldaduras y recipientes. Estos dispositivos también irradian energía gamma desde la fuente de manera similar a los medidores radiométricos.
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Cómo se realiza el pesaje automático en plantas industriales