CS250928B1 - Zařízení pro měření úrovně hladiny - Google Patents

Abstract

Zařízení pro měření úrovně hladiny využí­ vá k měření úrovně, například hladiny tekutiny v lahvích, rozptýleného záření a odstraňuje z velké části nedostatky zařízení, které je založeno na prozařovací metodě. Kolimovaný svazek záření gama, který je emitován zdrojem záření, je rovnoběžný s hladinou tekutiny v proměřované láhvi, přitom v detektoru rozptýleného záření, který je umístěn mimo primární svazek záření gama, jsou detekovány pouze ty částice, které se rozptýlí v důsledku Comptonova efektu. Měřený signál bude ovlivňován pouze změnou úrovně hladiny v láhvi a na výstupu pak dostáváme užitečný signál, který několikanásobně převyšuje hodnotu pozadí

Description

Vynález se týká zařízení pro nedestruktivní měření a kontrolu úrovně hladiny tekutin, případně jiného materiálu, které využívá rozptýleného záření gama o energii nižší než 300 keV.

Jednou z možných aplikací je měření a kontrola úrovně hladiny tekutiny přímo v lahvích na plnicích linkách, které slouží k vytřídění těch lahví, ve kterých hladina naplněné tekutiny má větší odchylku než povolují předepsané tolerance, v současné době je znám způsob, buá vizuální kontroly pracovníkem, který plnění lahví během provozu kontroluje, nebo zařízení •vyv&ívající světelných paprsků a detektorů citlivých na světlo, jejich využití je však značně omezené. Další možností je využití mikrovlnného záření. Zařízení pracující na tomto principu je popsáno v DOS č. 31 06 807.

Rovněž jsou známa zařízení využívající ionizujícího záření. Takové zařízení pracuje na principu prozařovacím a je nejčastěji používáno u komerčně dodávaných plnicích linek zahraniční výroby. Zařízení využívající pro měření hladiny tekutiny nebo sypkých materiálů, například v lahvích, prozařovací metody, mají některé nevýhody, které se výrazněji projevují právě při provozu plnicích linek.

V současné době, kdy kapacita plniček limonád, například do lahví typu NEALKO EURO, dosahuje 40 000 i více lahví za hodinu, to znamená, že na měřeni a kontrolu jednotlivé láhve připadá méně než 0,1 s. Přitom na vlastní měření úrovně hladiny, s přihlédnutím k prostorovému a geometrickému rozložení, připadá přibližně 0,01 až 0,03 s.

Z uvedeného je zřejmé, že v rozsahu až 90 % doby potřebné pro proměření jednoho objektu, dopadá na detektor nestíněný svazek fotonů, to znamená, že v době, která je pro vlastní měření vlastně mrtvá, dostáváme na výstupu měřicího zařízení maximálně možný signál I .

V užitečné době měřeni, která představuje asi 10 % z celkové měřicí doby pro jeden objekt, je signál I snížen o absorpci ionizujícího záření v náplni lahve. Na výstupu vyhodnocovacího zařízení se dosáhne užitečný signál I, který je ovlivňován změnami úrovně měřené hladiny. Tyto změny vyvolávají změny signálu I o ίΔΐ· Měření probíhá na pozadí maximální hodnoty signálu I_Q, což klade značné nároky na elektroniku a navíc musí probíhat v relativně krátkých časech.

Uvedený problém je možno částečně eliminovat dalším přídavným zařízením, které v době, kdy neprobíhá vlastní měření, umožňuje zaclonit svazek toku ionizujícího záření, čímž by se značně snížila hodnota pozadí, to je signál Ιθ. I při sebelepším provedení tohoto stínícího zařízení bude signál I stále ovlivňován náběhovými a koncovými efekty průběhu signálu Ιθ. Tento nepříznivý vliv lze rovněž částečně potlačit za cenu zkrácení již tak krátkého užitečného měřicího času, což však na druhé straně nutně vyvolává zvýšení.potřebné aktivity zdroje záření.

Další nevýhodou při použití prozařovací metody je skutečnost, že v místě, kde prochází kolimovaný svazek ionizujícího záření, není vždy stejná tlouštka stěny lahve. Různá tlouštka, různá vrstva skla do značné míry ovlivňuje přesnost měření úrovně hladiny kapaliny v láhvi. Rovněž i případné změny chemického složení skla, z něhož jsou lahve vyrobeny, ovlivňují více méně hodnotu signálu I.

Zařízení pro měření úrovně hladiny tvořené detekční jednotkou, která je elektricky spojena s vyhodnocovací jednotkou a zdrojem záření gama, který je umístěn v kolimačnim krytu podle vynálezu, výše uvedené nedostatky odstraňuje, i když ne zcela, tak alespoň z velké části.

Podstatou vynálezu je, že osa kolimovaného svazku záření gama je rovnoběžná s hladinou tekutiny v láhvi a odchylkou nejvýše Í5°, přitom detektor rozptýleného záření gama je umístěn mimo primární svazek záření gama.

Na přiložených obrázcích je uvedeno uspořádání zařízení pro prozařovací metodu a zařízení podle vynálezu. Na obr. 1 je uvedeno uspořádání zařízení pro použití prozařovací metody na obr. 2 je uvedeno uspořádání zařízení pro měření úrovně hladiny podle vynálezu a na obr. je uvedena další varianta zařízení podle vynálezu.

Zařízení na obr. 1 je tvořeno zdrojem 2 záření gama, jehož osa je rovnoběžná s hladinou tekutiny v lahvi s odchylkou nejvýše Í5° a který je umístěn v kolimačním krytu 2 a detekční jednotkou 2· Kolimovaný svazek 2 záření gama emitovaný zdrojem 2 záření gama prochází stěnami lahve 2 ^a dopadá na čelo detekční jednotky 5. Naměřené výsledky, jsou vyhodnocovány ve vyhodnocovací jednotce.

Zařízení na obr. 2 je opět tvořeno zdrojem 2 záření gama, který je umístěn v kolimačním krytu 2 ^a detekční jednotkou 2· Kolimovaný svazek 2 záření gama prochází stěnami lahve 2· Rozptýlený svazek 2 záření gama, k jehož rozptylu dochází při průchodu měřenou kapalinou v láhvi 4, dopadá na čelo detekční jednotky 5 a naměřené hodnoty jsou vyhodnoceny ve vyhodnocovací jednotce.

Na obr. 3 je uvedena další varianta zařízení podle vynálezu, kdy jsou využívány dvě měřicí trasy tvořené opět zdroji 2 ^a Z* záření gama, které jsou umístěny v kolimačních krytech 3 a 3' ^a detekčními jednotkami 2 ^a ž'· Každá měřicí trasa slouží ke kontrole přípustné tolerance úrovně hladiny náplně v láhvi 2« Jedna měřicí trasa je nastavena na povolenou nejnižší odchylku hladiny náplně v lahvi 2 a druhá měřicí trasa je nastavena na povolenou nejvyšší odchylku hladiny náplně v lahvi 2· ‘ •Kolimovaný svazek 2 záření gama a osa detektoru rozptýleného záření gama v detekční jednotce 2 svírají úhel menší než 180°, čímž na čelo detektoru rozptýleného záření gama nedopadá přímo kolimovaný svazek 2 záření gama, ale jsou detekovány pouze ty částice, které se rozptýlí v daném úhlu v důsledku Comptonova efektu. Použijeme-li výhodné geometrie, to znamená, že detektor rozptýleného záření gama v detekční jednotce 2 ^se umístí kolmo nad proměřovanou hladinu, případně se ještě použije jednoduché odstínění částic rozptýlených v materiálu stěn lahve 2' bude hodnotu měřeného signálu ovlivňovat pouze změna úrovně hladiny dané kapaliny v lahvi 2* To znamená, že na výstupu vyhodnocovací jednotky dostaneme užitečný'’ signál I, který několikanásobně převyšuje hodnotu pozadí.

Uspořádání zařízení podle vynálezu má celou řadu výhod. Na čelo detektoru rozptýleného záření v detekční jednotce 2 dopadá rozptýlené záření gama 6_, které je rozptýlené při Compto· nově procesu pouze v době, kdy pod čelem detektoru rozptýleného záření je proměřovaný objekt - to je láhev 2· Tím prakticky odpadá nutnost zavádění dalších pomocných zařízení a zařízení podle vynálezu umožňuje snadnější vyhodnocení tolerance úrovně hladiny od její nominální hodnoty.

Zařízení podle vynálezu bylo odzkoušeno v modelových podmínkách. Pro zkoušky byla použita láhev EURO, která byla postupně doplňována vodou. Jako zdroje záření gama bylo použito ²⁴⁵Am o aktivitě přibližně 30 MBq. Zdroj byl umístěn v jednoduchém kolimátoru. Bylo využito geometrie měření podle obr. 2. Pozadí při tomto uspořádání bylo naměřeno 400 imp/s, užitečný signál I odpovídající úrovni hladiny’ležící v ose kolimovaného svazku záření gama byl asi 2 000 imp/s, to je pětinásobek pozadí. Při změně úrovně hladiny v lahvi o ±6 mm byla dosažena změna užitečného signálu I +300 imp/s a -500 imp/s.

Dosažené výsledky potvrdily předpokládané přednosti zařízení pro měření úrovně hladiny podle vynálezu.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zařízení pro měření.úrovně hladiny tvořené detekční jednotkou, která je elektricky spo jena s vyhodnocovací jednotkou a zdrojem záření gama, který je umístěn v kolimačním krytu, vyznačující se tím, že osa zdroje (2) kolimovaného svazku (1) záření gama je rovnoběžná s hladinou tekutiny v lahvi (4) s odchylkou nejvýše Í5°, přičemž detektor rozptýleného záře ní v detekční jednotce (5) je umístěn mimo primární kolimovaný svazek (1) záření gama.