CN116457638A - 用于放射测量的测量装置的辐射防护容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量系统的辐射防护容器(11)，其用于放射测量密度或填充水平测量(1)。根据本发明，所述辐射防护容器(11)基于两个主体(110、111)，所述两个主体各自经由平面表面(1101、1111)例如通过焊接彼此连接，使得限定出平面(E)。中空辐射导体(113)在所述平面(E)中延伸用于聚焦照射，其中所述中空辐射导体(113)由所述主体表面(1101、1111)中的凹陷形成。根据本发明，所述辐射防护容器(11)包括辐射吸收结构(114、114’、114”)，所述辐射吸收结构由位于所述主体表面(1101、1111)中的彼此依靠的凹陷和互补凸起形成。这种两部分式设计的优点特征是可以使用基于钢的耐火主体(110、111)，其中可以通过表面加工分别生产出所述中空辐射导体(113)和所述辐射吸收结构(114、114’、114”)的所述凹陷和凸起。根据本发明，借助于所述辐射吸收结构(114、114’、114”)确保没有辐射横向离开所述辐射防护容器(11)。

Description

用于放射测量的测量装置的辐射防护容器

技术领域

本发明涉及一种用于放射测量密度或填充水平测量的辐射防护容器。

背景技术

在自动化技术中，特别是在过程自动化技术中，经常使用用于检测并且/或者修改过程变量的现场设备。为了检测过程变量，使用传感器，其例如用于填充水平测量仪器、流量测量仪器、压力和温度测量仪器、pH氧化还原电位测量仪器、电导率测量仪器等。它们检测对应的过程变量，诸如填充水平、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电势或电导率。致动器，例如阀或泵等，通过其可以改变管道部分中的液体的流量或容器中的填充水平，并且致动器用于影响过程变量。在本发明的范围内，术语“容器”还指未封闭的容器，诸如水池、湖泊或流动的水体。在过程附近使用并提供或处理过程相关信息的所有仪器总的称为现场设备。各种这样的现场设备由Endress+Hauser公司制造和销售。

在密度或填充水平测量的情况下，经常使用现场设备，其测量方法基于辐射测量。在该测量方法中，使用放射性辐射(例如，铯或钴源的γ辐射)，该放射性辐射由测量仪器的放射性辐射源发射并且被引导通过具有待测量的填充材料的容器。在穿过容器之后，透射的辐射强度由测量仪器的检测器单元检测到。通过评估检测器信号，确定所发射的辐射强度的透射部分。在此基础上，推断出填充材料的密度或填充水平。在这种情况下，放射性辐射功率的透射部分在穿过容器之后不能被直接检测到，而是在辐射功率可以被检测器单元内的光电倍增器(或替代地是一个或多个雪崩光电二极管)检测到之前，放射性辐射功率必须首先被适合于该目的的材料转换成光谱范围内的电磁辐射。具有这种性质的材料被称为闪烁材料。尤其是，聚苯乙烯具有这种闪烁性质。仅仅位于光谱范围内的辐射可以由光电倍增器检测到。从现有技术中已知放射测量填充水平或密度测量仪器。例如，在专利说明书EP2 208 031B1中描述了基本操作原理。

屏蔽辐射防护容器用于辐射源的安全运输及其安全测量操作。一方面，其必须被设计成使得保护辐射源免受损坏和未授权人员的移除。另一方面，辐射防护容器必须提供对于周围环境的辐射屏蔽。为此，根据现有技术的辐射防护容器由铅或提供抵抗放射性的密封的另一种材料构成。

对于测量操作，辐射防护容器具有敞开端区域，使得聚焦的有用射束可以在检测器单元的方向上从辐射防护容器离开。位于辐射波导的端部处的端区域可以在辐射防护容器中封闭，以用于源的安全存储和运输。在这种情况下，封闭可以经由可移动的屏蔽开闭器或可旋转/可移位的辐射源发生。在屏蔽辐射防护容器的生产期间，辐射波导在铅基或铸钢基体的铸造期间由凹部产生，或者随后通过对所铸造的基体进行铣削或钻孔产生。

由铅生产的辐射防护容器具有显著的缺点，特别是当在较高的环境温度下和/或相对于耐火性使用时。因此，用由钢或钨制成的耐火/耐高温基体替换辐射防护容器的铅基基体是显而易见的。而如果这种从铸钢生产的辐射防护容器的生产类似于从铅生产的辐射防护容器的生产(在钨的情况下本身是不可能的)，则这种从铸钢生产的辐射防护容器的生产与相当有利且易于铸造的铅相比是显著不经济的。

在固体原材料(例如以挤出型材或圆形原料的形式)用于生产辐射防护容器的情况下，辐射防护容器内部中的必要辐射波导(用于沿着射束轴线定向发射辐射)可以仅通过复杂的铣削、钻孔或放电加工来生产。考虑到所需的屏蔽厚度，在这些情况下，辐射波导必须结合进若干厘米深，这又在技术上非常复杂且昂贵。从经济的角度来看，用于产生屏蔽的增材方法(即，例如3D打印方法)同样是不可行的。

发明内容

因此，本发明基于提供可经济生产的安全且耐温的辐射防护容器的任务。

本发明通过一种用于测量系统的辐射源的辐射防护容器来实现该任务，该测量系统用于放射测量密度或填充水平测量。为此，辐射防护容器包括：

-第一基体，该第一基体具有第一平面表面，

-第二基体，该第二基体具有第二平面表面，

-第一连接装置，该第一连接装置以形状配合的方式在所述表面上连接第一基体和第二基体，使得所述表面限定出平坦平面，

-直轴辐射波导，该直轴辐射波导在该平面中延伸，该直轴辐射波导由该两个基体的表面中的至少一个表面中的对应凹陷形成，该直轴辐射波导具有

○第一敞开端区域，在该第一敞开端区域上可以固定辐射源，以及

○第二敞开端区域，

-至少一个第一辐射吸收结构，该至少一个第一辐射吸收结构分别由第一表面和第二表面中的凹陷和互补凸起形成，使得第一辐射吸收结构在所述平面中延伸，并且从辐射波导行进。

根据本发明的辐射防护容器的这种两部分式设计使得可以使用耐温钢作为基体的制造材料，其中可以在基体的连接之前例如通过表面加工以很少的工作量来生产辐射波导。在基体的连接状态下或在测量系统的测量操作期间，根据本发明，通过辐射吸收结构确保屏蔽，防止辐射沿所述平面的横向逸出。

为了使辐射防护容器相对于辐射波导在两侧上屏蔽，防止辐射离开，有利的是，辐射吸收结构在每种情况下在两侧上相对于射束轴线在所述平面中(特别是对称地)具有从辐射波导行进的轮廓。在这种情况下，辐射吸收结构可以设计为关于射束轴线具有在所述平面中以圆形段形状朝向第一端区域弯曲达90°的轮廓，以便在从辐射源行进的辐射波导的两侧上实现+/-90°的完全屏蔽。如果辐射防护容器不只包括布置在所述平面中的一个辐射吸收结构，而是包括布置在所述平面中的多个辐射吸收结构，则可以甚至进一步提高屏蔽，其中每个辐射吸收结构相对于射束轴线布置在距第一端区域增加的距离处。辐射吸收结构的截面由其生产方法确定。在屏蔽技术方面，辐射吸收结构具有矩形截面是最有效的。

在本发明的框架内，没有严格地规定两个基体连接的方式。在钢基基体的情况下，第一连接装置可以被设计为例如焊接连接。然而，在最简单的情况下，第一连接装置也可以被设计为例如螺纹连接。

在根据本发明的辐射防护容器的基础上，用于对位于容器中的填充材料的密度和/或填充水平进行放射测量确定的测量系统可以通过以下附加部件来实现，其中，为此，辐射防护容器将被附接至容器，使得辐射波导的第二端区域以及因此射束轴线被定向在容器的方向上：

-放射性辐射源，该放射性辐射源可以通过例如对应的插入件紧固到辐射波导的第一端区域，

-检测器单元，该检测器单元可以在射束轴线上附接到容器，以便与辐射源相对，以便检测辐射源在辐射通过填充材料之后的辐射强度，以及

-评估单元，该评估单元被设计用以基于所接收到的辐射强度来确定容器中的填充材料的密度和/或填充水平。

辐射源或用于辐射源的对应插入件可以以对应于基体上的螺纹的方式设计，具有对应的内螺纹或外螺纹，使得辐射源可以通过所得到的螺纹连接而紧固到辐射防护容器。螺纹连接可以以螺纹连接的螺纹轴线平行于辐射波导的射束轴线延伸的方式实现。通过螺纹连接将辐射源紧固到辐射防护容器上提供了以下优点：辐射防护容器可以设置有用于牢固地运输辐射源的开闭器功能。为此，辐射源将被布置成关于螺纹连接的螺纹轴线具有限定的径向偏移，并且辐射波导将被布置在所述平面内，使得其射束轴线关于螺纹连接的螺纹轴线具有与辐射源关于螺纹轴线的径向偏移相同的限定的径向偏移。因此，取决于插入件或辐射源拧入得多远，辐射源与辐射波导的射束轴线一致。这对应于开闭器的打开状态。如果螺纹连接未被拧入该位置，使得辐射源与辐射波导的射束轴线不一致，则这对应于开闭器的关闭状态。就这一点而言，最佳的是以这样的方式设计螺纹连接，即：使得当螺纹连接处于端部止挡位置时，辐射源位于辐射波导的射束轴线中，以使得当螺纹连接处于端部止挡位置时，所得到的开闭器打开。

附图说明

参考以下附图更详细地解释本发明，在附图中：

图1示出了容器上的放射测量的测量仪器，

图2示出了根据本发明的辐射防护容器的第一截面图，以及

图3示出了根据本发明的辐射防护容器的第二截面图。

具体实施方式

为了总体上理解放射测量密度和填充水平测量，图1示出了填充有填充材料1的容器2。取决于容器2的应用领域或填充材料1的类型，必须确定容器2中的填充材料1的密度和/或填充水平。为此，在容器2上布置有基于放射测量的测量系统。在这种情况下，测量系统包括辐射源10、检测器单元12和检测器单元12下游的评估单元13。辐射源10位于辐射防护容器11中，该辐射防护容器11在打开状态下允许辐射源10的辐射沿着限定的射束轴线a离开。

为了测量密度或填充水平，辐射防护容器11和检测器单元12布置成使得辐射防护容器11的射束轴线a指向填充材料1。此外，检测器单元12相对于容器2与辐射防护容器11相对地布置，使得检测器单元12尽可能居中地布置在辐射源10的射束轴线a上，以便检测辐射穿过填充材料1之后的强度。为此，辐射防护容器11和检测器单元12可以直接安装在容器2上，或者间接地安装在对应的独立式支架上。基于由闪烁体间接确定的该辐射强度，评估单元13可以根据需要确定密度或填充水平，例如在对容器2进行对应校准之后。

取决于应用，放射测量的测量系统被设计为防火的，以用于测量操作，如例如在IEC 62598:2011标准系列中所规定的那样。因此，参考图2和图3更详细地解释了根据本发明的以很少的工作量生产辐射防护容器11的可能性，而不需要借助于耐火钨作为制造材料：

在此示出的用于辐射源10或用于嵌入有辐射源10的插入件3的辐射防护容器11基于两个立方形基体110、111，为了清楚起见，在图2中仅示出了其中的第一基体110。两个主体110、111各自具有第一表面1101或第二表面1111，其中除了辐射波导113之外并且除了辐射吸收结构114、114’、114”之外的表面1101、1111分别以平面方式形成。在这种情况下，所示实施例中的平面表面1101、1111各自由立方体的其中一个侧表面形成。

图3是辐射防护容器11的截面图，其正交于辐射波导113的轴线a并且在第一吸收结构114和第一端区域1130之间的水平高度处延伸：由此清楚可见的是，在辐射防护容器11的完成状态下，基体110、111彼此紧固，使得除了辐射波导113之外，主要是平面的表面1101、1111在制造公差的范围内以形状配合的方式彼此邻接，以使得平面区域跨越对应的平坦平面E。由于基体110、111可以由钢制成，因此它们可以例如沿着表面1101、1111的边缘焊接，以便形成辐射防护容器11。然而，还可以想到的是，通过螺纹连接14来连接基体110、111。如图2所示，为此目的，基体110、111可以分别设置有正交于平面E延伸的四个螺钉通道或四个内螺纹，其中一个基体110、111的通道在这种情况下旨在相对于另一个基体110、111的通道或内螺纹一致地布置。

在组装好的辐射防护容器11内，辐射波导113由基体110、111的表面1101、1111中的相对的镜像对称形成的凹陷形成，使得辐射波导113在平面E内从正方体上的第一敞开端区域1130延伸到该正方体的相对端区域1131。

在图2或图3所示的实施例中，辐射波导113的凹陷具有矩形截面，使得所得到的辐射波导113同样具有矩形截面。与所示的该图示相反，可替代地是，也可以想到辐射波导113具有圆形截面，为此，对应的凹陷分别具有半圆形截面。作为所示变型的替代例，还可以想到的是，辐射波导113仅由两个表面1101、1111之一中的凹陷形成。无论辐射波导113的截面形状如何，辐射波导113都可以被设计用于改进射束聚焦，使得辐射波导113朝向第二端区域1131变宽，如图2所示。用于辐射波导113的凹陷可以例如通过借助于对应的加工方法随后加工表面1101、1111来形成。

此外，在辐射吸收结构114、114’、114”的区域中，由于辐射吸收结构114、114’、114”分别由两个表面1101中的一个表面中的对应凸起和另一个表面1101中的对应凹陷形成，因此表面1101、1111在两个基体110、111在对应制造方法的公差范围内连接之后以形状配合的方式彼此邻接。从图3中可以看出的是，所示实施例中的辐射吸收结构114、114’、114”的凸起位于第一表面1101或第一基体110中，其中第二基体111在第二表面1111中具有与该凸起对应的凹陷，如图3所示。

图2和图3所示的辐射防护容器11的变型包括三个辐射吸收结构114、114’、114”，它们分别沿着射束轴线a布置在距第一端区域1130增加的距离处。在这种情况下，辐射吸收结构114、114’、114”在平面E中形成的形状在图2中示出：因此，辐射吸收结构114、114’、114”在平面E中在两侧上从射束轴线a正交地行进，其中辐射吸收结构114、114’、114”以圆形段的形状朝向第一端区域1130弯曲，且与射束轴线a的距离增加。在这种情况下，最靠近第一端区域1130布置的辐射吸收结构114和中间辐射吸收结构114’各自弯曲90°。被布置成最靠近第二端区域1131的辐射吸收结构114”具有朝向第一端区域1130的大约30°的曲率。

作为该设计的结果，一旦辐射源10附接到第一端区域1130，则辐射吸收结构114、114’、114”就防止横向辐射沿着平面E从辐射防护容器11离开，即使制造中或在基体110、111的连接期间的可能公差导致表面1101、1111之间缺乏形状配合接合也防止。辐射吸收结构114、114’、114”的凹陷和凸起可以再次形成，例如，在连接基体110、111之前，通过借助于对应的加工方法加工表面1101、1111。

如图2所示，在该变型中，辐射源10被围封在旋转插入件3中，用于紧固到第一端区域1130。在这种情况下，插入件3被设计成使得该插入件3内的辐射源10在所有侧上被基于钨的护套101屏蔽，除了朝向辐射波导113的第一端区域1130的开口之外。在这种情况下，术语“开口”在这方面也被理解为意指内衬有对应材料的区域，该对应材料可以在低损耗的情况下被辐射源10的辐射穿透，例如1.5mm厚的钢。

旋转插入件3和基体110、111被设计成具有对应的螺纹连接14，以便能够将旋转插入件3拧到辐射防护容器11上，使得旋转插入件3内的辐射源10的开口邻接辐射波导113的第一端区域1130。为此，辐射源10被布置在旋转插入件3内且在螺纹连接14的螺纹轴线上。另外，螺纹连接14被设计成使得其螺纹轴线与辐射波导113的射束轴线a一致地延伸。因此，在安装状态下，辐射源10也自动地位于辐射波导113的射束轴线a中，使得辐射源10沿着其射束轴线a仅经由辐射波导的第二端区域1131辐射。

为了实现螺纹连接14，在所示的变型中，旋转插入件3包括对应的外螺纹，其中基体110、111形成对应的内螺纹。在本发明的范围内显而易见的是，作为图示的替代例，旋转插入件3也可以包括内螺纹，并且辐射防护容器11可以包括螺纹连接14的外螺纹。

由于在图2所示的变型中，螺钉螺纹14的螺纹轴线与辐射波导113的射束轴线a一致地延伸，并且辐射源10位于旋转插入件3内且在螺钉螺纹14的螺纹轴线上，所以辐射源10一旦被拧上(甚至在旋拧未完成时)就自动辐射。与该实施例相反，可以实现用于运输辐射防护容器11的开闭器功能，假若辐射波导113的射束轴线a平行于螺钉螺纹14的螺纹轴线延伸的话，但是具有限定的径向偏移。为了实现开闭器功能，在这种情况下，辐射源10也将布置在旋转插入件3内，并且具有关于螺纹连接14的螺纹轴线的相同的径向偏移。结果，仅当旋转插入件3正好以辐射源10位于辐射波导113的射束轴线a中的程度拧入到辐射防护容器11中时，才使得所得到的开闭器打开。最佳地是，实施开闭器功能，使得当旋转插入件3拧入到辐射防护容器11中直到限定的端部止挡时，开闭器打开。为了防止辐射源10的误用或与辐射源10相关的事故，旋转插入件3和辐射防护容器11还可以设置有闭合机构4，通过该闭合机构4，旋转插入件3可以固定在辐射防护容器11上的开闭器闭合所处的位置或者辐射源10不位于辐射波导113的射束轴线a上所处的位置。

附图标记列表

1填充材料

2容器

3旋转插入件

4闭合机构

10放射性辐射源

11辐射防护容器

12检测器单元

13评估单元

14螺纹连接

101护套

110第一基体

111第二基体

112连接装置

113辐射波导

114辐射吸收结构

1101第一表面

1111第二表面

1130第一端区域

1131第二端区域

a射束轴线

E平面

Claims (11)

1.一种用于放射测量密度或填充水平测量(1)的测量系统的辐射源(10)的辐射防护容器(11)，包括：

-第一基体(110)，所述第一基体(110)具有第一平面表面(1101)，

-第二基体(111)，所述第二基体(111)具有第二平面表面(1111)，

-第一连接装置(112)，所述第一连接装置(112)以形状配合的方式将所述第一基体(110)和所述第二基体(111)连接到所述表面(1101、1111)，使得所述表面(1101、1111)限定出平坦平面(E)，

-直轴辐射波导(113)，所述直轴辐射波导(113)在所述平面(E)中延伸，所述直轴辐射波导(113)由所述两个基体(110，111)形成，所述直轴辐射波导(113)具有

○第一开口端区域(1130)，所述辐射源(10)能够固定到所述第一开口端区域(1130)，以及

○第二敞开端区域(1131)，

-至少一个第一辐射吸收结构(114)，所述至少一个第一辐射吸收结构(114)分别由所述第一表面(1101)和所述第二表面(1111)中的凹陷和互补凸起形成，使得所述第一辐射吸收结构(114)在所述平面(E)中延伸且从所述辐射波导(113)行进。

2.根据权利要求1所述的辐射防护容器(11)，其中，所述辐射吸收结构(114)在每种情况中具有从所述辐射波导(113)行进的轮廓，特别是以关于射束轴线(a)在两侧上对称的方式。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的辐射防护容器，其中，所述辐射吸收结构(114)在所述平面(E)中相对于所述射束轴线(a)具有轮廓，所述轮廓以圆形段的形状朝向所述第一端区域(1130)弯曲达90°。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射防护容器，包括：

-三个辐射吸收结构(114，114’，114”)，所述三个辐射吸收结构(114，114’，114”)被布置在所述平面(E)中，所述三个辐射吸收结构(114，114’，114”)分别相对于所述射束轴线(a)被布置在距所述第一端区域(1130)增加的距离处。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射防护容器，其中，所述辐射吸收结构(114，114’，114”)具有矩形截面。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射防护容器，其中，所述第一基体(110)和/或所述第二基体(111)由钢制成。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的辐射防护容器，其中，所述第一连接装置(112)被构造为螺纹连接。

8.根据权利要求6所述的辐射防护容器，其中，所述第一连接装置(112)被构造为焊接连接。

9.一种用于以放射测量方式确定位于容器(3)中的填充材料(2)的密度和/或填充水平的测量系统(1)，包括：

-根据前述权利要求中的任一项所述的辐射防护容器(11)，所述辐射防护容器(11)能够相对于所述容器(3)附接，使得所述辐射波导(113)的所述第二端区域(1131)被引导远离所述容器(3)，

-放射性辐射源(10)，所述放射性辐射源(10)被固定到所述辐射波导(113)的所述第一端区域(1130)，

-检测器单元(12)，所述检测器单元(12)能够在所述射束轴线(a)上以与所述辐射源(10)相对的方式附接到所述容器(3)，以便检测所述辐射源(10)在穿过所述填充材料(2)之后的辐射强度，

-评估单元(13)，所述评估单元(13)被设计用以基于所接收到的辐射强度来确定所述容器(3)中的所述填充材料的密度和/或填充水平。

10.根据权利要求9所述的测量系统，其中，所述辐射源(10)能够通过螺纹连接(14)紧固到所述辐射防护容器(11)，使得所述螺纹连接(14)的螺纹轴线平行于所述射束轴线(a)延伸。

11.根据权利要求10所述的测量系统，其中，所述辐射源(10)被布置成具有相对于所述螺纹连接(14)的所述螺纹轴线限定的径向偏移，并且其中，所述辐射波导(113)被布置成使得其射束轴线(a)具有相对于所述螺纹连接(14)的所述螺纹轴线的所述限定的径向偏移。