DE102009001641A1 - Radiometrische Messanordnung - Google Patents

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Abstract

Es ist eine radiometrische Messanordnung zur Messung einer physikalischen Messgröße eines Füllguts (1) in einem Behälter (3), mit einem radioaktiven Strahler (5), der im Betrieb radioaktive Strahlung durch den Behälter (3) sendet, und zwei Detektoren (7, 9; 19, 21), die dazu dienen, eine durch den Behälter (3) hindurchdringende, von der zu messenden physikalischen Messgröße abhängige Strahlungsintensität zu detektieren und in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln, beschrieben, mit der eine die Sicherheit beeinträchtigende Reduktion der Empfindlichkeit der Detektoren (7, 9, 19, 21) erkennbar ist. Die Detektoren (7, 9, 19, 21) weisen jeweils einen Szintillator (11, 23, 25), einen Lichtempfänger (13) und eine daran angeschlossene Messschaltung (15) zur Erzeugung des Ausgangssignals auf. Erfindungsgemäß sind die beiden Szintillatoren (11, 23, 25) der art angeordnet, dass sie im Messbetrieb der gleichen vom Strahler (5) und der Messgröße abhängigen Strahlungsintensität ausgesetzt sind, und derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass eine mittlere Wegstrecke, die durch die Strahlung im jeweiligen Szintillator (11, 23, 25) ausgelöste Lichtblitze auf deren Weg zum Lichtempfänger (13) zurücklegen, in den beiden Detektoren (7, 9, 19, 21) verschieden ist. Es ist eine an die beiden Messschaltungen (15) angeschlossene Überwachungseinheit (17) vorgesehen, die die Ausgangssignale der beiden Messschaltungen (15) vergleicht und beim Vorliegen einer Abweichung zwischen den ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine radiometrische Messanordnung die dazu dient mittels radiometrischer Messgeräte eine physikalische Messgröße, insb. einen Füllstand oder eine Dichte, eines in einem Behälter befindlichen Füllguts zu messen oder ein Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts für die physikalische Messgröße zu überwachen. Radioaktive Messanordnungen umfassen hierzu radioaktive Strahler, die im Betrieb radioaktive Strahlung durch den Behälter senden, und Detektoren, dazu dienen eine durch den Behälter hindurch dringende von der zu messenden physikalischen Messgröße abhängige Strahlungsintensität zu detektieren und in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln.
  • Radiometrische Messgeräte werden üblicherweise immer dann eingesetzt, wenn herkömmliche Messgeräte aufgrund besonders rauer Bedingungen am Messort nicht einsetzbar sind. Sehr häufig herrschen z. B. am Messort extrem hohe Temperaturen und Drücke oder es sind chemisch und/oder mechanisch sehr aggressive Umgebungseinflüsse vorhanden, die den Einsatz anderer Meßmethoden unmöglich machen.
  • In der radiometrischen Messtechnik wird ein radioaktiver Strahler, z. B. ein Co 60 oder Cs 137 Präparat, in einen Strahlenschutzbehälter eingebracht und an einem Messort, z. B. einem mit einem Füllgut gefüllten Behälter angebracht. Ein solcher Behälter kann z. B. ein Tank, ein Container, ein Rohr, ein Förderband oder eine beliebige andere Behälterform sein.
  • Der Strahlenschutzbehälter weist eine Ausnehmung auf, durch die die von dem zur Messung positionierten Strahler ausgesendete Strahlung durch eine Wand des Strahlenschutzbehälters hindurch ausgestrahlt wird.
  • Üblicherweise wird eine Abstrahlungsrichtung ausgewählt, bei der die Strahlung denjenigen Bereich des Behälters durchdringt, der messtechnisch erfasst werden soll. Auf der gegenüberliegenden Seite wird die durch eine Füllstands- bzw. Dichteänderung veränderte austretende Strahlungsintensität mit einem Detektor quantitativ erfasst. Die austretende Strahlungsintensität ist abhängig von der geometrischen Anordnung und der Absorption. Letztere ist bei der Füllstandsmessung und bei der Überwachung eines Über- oder Unterschreitens eines vorbestimmten Füllstandes abhängig von der Menge des Füllguts im Behälter und bei der Dichtemessung von der Dichte des Füllguts. Folglich ist die austretende Strahlungsintensität ein Maß für den aktuellen Füllstand, das Über- oder Unterschreiten des vorbestimmten Füllstandes bzw. die aktuelle Dichte des Füllguts im Behälter.
  • Als Detektor eignet sich z. B. ein Szintillationsdetektor mit einem Szintillator, z. B. einem Szintillationstab, und einem Lichtempfänger, wie z. B. Photomultiplier. Der Szintillationsstab besteht aus einem speziellen Kunststoff, wie z. B. Polystyrol (PS) oder Polyvinyltoluol (PVT), der optisch sehr rein ist. Unter dem Einfluss von Gammastrahlung werden durch das Szintillationsmaterial Lichtblitze ausgestrahlt. Diese werden durch den Lichtempfänger erfasst und in elektrische Impulse umgesetzt. Eine Impulsrate, mit der die Impulse auftreten ist abhängig von der Strahlungsintensität und somit ein Maß für die zu messende physikalische Größe.
  • Dem Detektor ist eine Messschaltung zugeordnet, die ein der Impulsrate entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Sie umfasst üblicherweise eine Steuerung und einen Zähler. Die elektrischen Impulse werden gezählt und es wird eine Zählrate abgeleitet, anhand derer die zu messende physikalische Größe bestimmbar ist. Die Bestimmung der Messgröße erfolgt beispielsweise mittels eines in der Elektronik vorgesehenen Mikroprozessors und wird in Form eines Messsignals vom Messgerät zur Verfügung gestellt. Das Messsignal wird beispielsweise einer übergeordneten Einheit, z. B. speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Prozessleitsystem (PLS) oder einem Personalcomputer (PC), zugeführt.
  • Radiometrische Messgeräte werden aufgrund ihrer Robustheit häufig in sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt. Dort ist es natürlich besonders wichtig, dass sie absolut zuverlässig und auf Sicherheit gerichtet arbeiten. Dementsprechend wichtig ist es, möglicher Weise auftretende Messfehler möglichst frühzeitig zu erkennen, um bei deren Auftreten eine auf Sicherheit gerichtet Reaktion auszulösen.
  • Ein Problem stellt in diesem Zusammenhang die natürliche Alterung der Szintillatoren dar. Szintillatoren können oxidieren und vergilben, was zu einer Reduktion der Empfindlichkeit der Detektoren führt. Durch das Vergilben werden die Lichtimpulse im Szintillator je nach Vergilbungsgrad unter Umständen sehr stark gedämpft. Dieser Effekt ist umso stärker, je länger die Szintillatoren sind, und führt zu einer Reduktion der vom Detektor gemessenen Zählrate. Bei einer Füllstandsmessung hat dies zur Folge, dass der gemessene Füllstand höherer ist, als der tatsächlich vorhandene Füllstand. Entsprechend führt dieser Effekt bei einer Dichtemessung dazu, dass eine zu hohe Dichte gemessen wird. Dieser durch die abnehmende Empfindlichkeit des Detektors verursachte Messfehler ist für den Anwender von außen nicht erkennbar, und kann auch durch die Verwendung redundanter Messanordnungen nicht aufgespürt werden, da er sich üblicherweise in beiden Messanordnungen gleichermaßen einstellt. Eine auf Sicherheit gerichtete Überwachung einer vorgegebenen Untergrenze für den Füllstand, z. B. als Leerlaufschutz, bzw. eine auf Sicherheit gerichtete Überwachung einer vorgegebenen Untergrenze für die Dichte kann damit nicht auf Dauer garantiert werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine radiometrische Messanordnung anzugeben, mit der eine die Sicherheit beeinträchtigende Reduktion der Empfindlichkeit der Detektoren erkennbar ist.
  • Hierzu besteht die Erfindung in einer radiometrischen Messanordnung zur Messung und/oder zur Überwachung einer physikalischen Messgröße eines Füllguts in einem Behälter, mit
    • – einem radioaktiven Strahler, der im Betrieb radioaktive Strahlung durch den Behälter sendet,
    • – zwei Detektoren, die dazu dienen eine durch den Behälter hindurch dringende von der physikalischen Messgröße abhängige Strahlungsintensität zu detektieren und in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln,
    • – die jeweils einen Szintillator, einen Lichtempfänger und eine daran angeschlossene Messschaltung zur Erzeugung des Ausgangssignals aufweisen,
    • – wobei die beiden Szintillatoren derart angeordnet sind, dass sie im Messbetrieb der gleichen vom Strahler und der Messgröße abhängigen Strahlungsintensität ausgesetzt sind, und
    • – wobei die Szintillatoren derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass eine mittlere Wegstrecke, die durch die Strahlung im jeweiligen Szintillator ausgelöste Lichtblitze auf deren Weg zum Lichtempfänger zurücklegen in den beiden Detektoren verschieden ist, und
    • – einer an die beiden Messschaltungen angeschlossenen Überwachungseinheit,
    • – die die Ausgangssignale der beiden Messschaltungen vergleicht, und
    • – beim Vorliegen einer Abweichung zwischen den Ausgangssignalen eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit diagnostiziert.
  • Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind die beiden Detektoren identisch zueinander, und unmittelbar nebeneinander antiparallel zueinander außenseitlich am Behälter angeordnet, so dass sich deren Szintillatoren nebeneinander befinden und die daran angeschlossenen Lichtempfänger auf gegenüberliegenden Enden der beiden Szintillatoren angeordnet sind.
  • Gemäß einer zweiten Variante sind die beiden Detektoren unmittelbar nebeneinander parallel oder antiparallel zueinander außenseitlich am Behälter angeordnet, und die Szintillatoren der beiden Detektoren sind unterschiedlich lang.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist die Überwachungseinheit Bestandteil einer Prozesssteuerung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung gibt die Überwachungseinheit einen Alarm und/oder eine Fehlermeldung aus, wenn der Vergleich der Ausgangssignale eine Abweichung ergibt, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung löst die Überwachungseinheit die Ausgabe eines auf Sicherheit gerichteten Ausgangssignals durch die Messschaltungen aus, wenn der Vergleich der Ausgangssignale eine Abweichung ergibt, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  • Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen fünf Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert; gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt: eine radiometrische Messanordnung mit zwei antiparallel angeordneten Detektoren und einem schräg zur Längsachse der Detektoren ausgerichteten radioaktiven Strahler;
  • 2 zeigt: eine Draufsicht auf die Anordnung von 1;
  • 3 zeigt: eine radiometrische Messanordnung mit zwei antiparallel angeordneten Detektoren und einem senkrecht zur Längsachse der Detektoren auf die Mitte der Szintillatoren ausgerichteten radioaktiven Strahler;
  • 4 zeigt: eine radiometrische Messanordnung mit zwei antiparallel angeordneten Detektoren und einem senkrecht zur Längsachse der Detektoren ausgerichteten radioaktiven Strahler, dessen Abstrahlrichtung die Szintillatoren oberhalb von deren Mitte kreuzt;
  • 5 zeigt: eine radiometrische Messanordnung mit zwei parallel angeordneten Detektoren mit Szintillatoren unterschiedlicher Länge und einem schräg zur Längsachse der Detektoren ausgerichteten radioaktiven Strahler; und
  • 6 zeigt: eine radiometrische Messanordnung mit zwei antiparallel angeordneten Detektoren mit Szintillatoren unterschiedlicher Länge und einem senkrecht zur Längsachse der Detektoren ausgerichteten radioaktiven Strahler;
  • 1 zeigt eine erste Variante einer erfindungsgemäßen radiometrischen Messanordnung. Sie umfasst einen mit einem Füllgut 1 befüllbaren Behälter 3 und einen am Behälter 3 montierten radioaktiven Strahler 5, der im Betrieb radioaktive Strahlung durch den Behälter 3 sendet. Der Strahler 5 besteht z. B. aus einem Strahlenschutzbehälter in den ein radioaktives Präparat, z. B. ein Co 60 oder Cs 137 Präparat, eingebracht ist. Der Strahlenschutzbehälter weist eine Öffnung auf, durch die die Strahlung in einer durch die Ausrichtung der Öffnung vorgegebenen Abstrahlrichtung austritt und den Behälter 3 durchstrahlt. Die Abstrahlrichtung ist in 1 durch einen Pfeil dargestellt. Es bildet sich ein Strahlungskegel um die Abstrahlrichtung mit einem Öffnungswinkel α.
  • Die Messanordnung umfasst zwei Detektoren 7, 9, die dazu dienen durch den Behälter 3 hindurchdringende Strahlung aufzunehmen und eine von der zu messenden oder zu überwachenden physikalischen Messgröße abhängige Strahlungsintensität zu detektieren und in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln. Die Detektoren 7, 9 sind Szintillationsdetektoren mit einem stabförmigen Szintillator 11, einem daran angeschlossenen Lichtempfänger 13, z. B. einem Photomultiplier, und einer an den Lichtempfänger 13 angeschlossenen Messschaltung 15. Szintillator 11 und Lichtempfänger 13 befinden sich jeweils in einem Schutzrohr, z. B. aus einem Edelstahl, das an einer dem Strahler 5 gegenüberliegenden Außenwand des Behälters 3 montiert ist. Auf die Szintillatoren 11 auftreffende radiometrische Strahlung erzeugt im Szintillator 11 Lichtblitze. Diese werden durch den Lichtempfänger 13 erfasst, in elektrische Impulse umgesetzt und der Messschaltung 15 zugeführt. Diese bestimmt eine Impulsrate, d. h. die Anzahl der pro Zeiteinheit detektierten elektrischen Impulse. Die Impulsrate ist ein Maß für die Strahlungsintensität und damit ein Maß für die zu messende bzw. zu überwachende physikalische Messgröße. Hieraus generiert die Messschaltung 15 ein der gesuchten Messgröße entsprechendes Ausgangssignal, und stellt dieses einer Anzeige und/oder einer weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Das Ausgangssignal wird beispielsweise über einen Stromausgang, einen digitalen Ausgang oder über einen Datenbusanschluss ausgegeben.
  • Erfindungsgemäß sind die beiden Szintillatoren 11 derart angeordnet sind, dass sie im Messbetrieb der gleichen vom Strahler 5 und der Messgröße abhängigen Strahlungsintensität ausgesetzt sind. Dies geschieht beispielsweise in dem die beiden Szintillatoren 11 unmittelbar nebeneinander und spiegelsymmetrisch zu der durch die Abstrahlrichtung vorgegebenen Achse X auf gleicher Höhe angeordnet sind. Um die Einbauhöhe sichtbar zu machen, sind die beiden Detektoren 7, 9 in 1 abweichend von deren tatsächlichen Position in der Zeichenebene nebeneinander eingezeichnet. Die tatsächliche Position der beiden Szintillatoren 11 relativ zueinander und zum Strahler ist in der in 2 dargestellten schematischen Draufsicht auf die Anordnung von 1 dargestellt.
  • Zusätzlich sind die beiden Szintillatoren 11 derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass eine mittlere Wegstrecke, die durch die Strahlung im jeweiligen Szintillator 11 ausgelöste Lichtblitze auf deren Weg zum zugehörigen Lichtempfänger 13 zurücklegen, in den beiden Detektoren 7, 9 verschieden ist. Wenn nun die Empfindlichkeit der Szintillatoren 11 mit der Zeit abnimmt, d. h. wenn die Lichtblitze auf dem Weg zum jeweiligen Lichtempfänger 13 gedämpft werden, wirkt sich diese Dämpfung in dem Szintillator 11 in dem die längere mittlerere Wegstrecke zum Lichtempfänger 13 vorliegt stärker auf die gemessene Impulsrate aus als bei dem anderen. Entsprechend weichen die Ausgangssignale der beiden Detektoren 7, 9 mit zunehmender Dämpfung immer stärker voneinander ab.
  • An die beiden Messschaltungen 15 der Detektoren 7, 9 ist eine Überwachungseinheit 17 angeschlossen. Die Überwachungseinheit 17 kann Bestandteil einer am Messort vorhandenen Prozesssteuerung sein. Hierzu kann sie in einer an die beiden Messschaltungen 15 angeschlossenen übergeordneten Einheit, wie z. B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Prozessleitsystem (PLS) oder einem Personalcomputer (PC), integriert sein, der die Ausgangssignale der beiden Detektoren 7, 9 zugeführt werden. Sie kann aber alternativ auch Bestandteil einer der beiden Messschaltungen 15 sein oder in einer separaten Vorortelektronik am Messort untergebracht sein.
  • Die Überwachungseinheit 17 vergleicht die Ausgangssignale der beiden Messschaltungen 15 der Detektoren 7, 9 und diagnostiziert beim Vorliegen einer markanten Abweichung zwischen den Ausgangssignalen eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit. Dabei ist es völlig unerheblich, in welcher Form die Ausgangssignale vorliegen. Der Vergleich kann z. B. unmittelbar anhand der gemessenen Impulsraten vorgenommen werden, wenn diese als Ausgangssignal zur Verfügung stehen. Er kann aber genauso gut anhand der Messergebnisse, z. B. anhand der mit den beiden Detektoren 7, 9 gemessenen Füllstände oder Dichten, ermittelt werden, wenn diese als Ausgangssignale der Überwachungseinheit 17 zugeführt werden.
  • Vorzugsweise wird die Abweichung zwischen den Ausgangssignalen mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Überschreitet die gemessene Abweichung den Grenzwert, so wird die Beeinträchtigung der Messgenauigkeit diagnostiziert und als Warnung und/oder als Fehlermeldung ausgegeben. Des Weiteren kann die Überwachungseinheit 17 beim Überschreiten dieses Grenzwerts oder eines eigens hierfür vorgegebenen höheren Grenzwerts einen Alarm auslösen. Ist die gemessene Abweichung so groß, dass die Messung nicht mehr den Genauigkeitsanforderungen der jeweiligen Anwendung entspricht, kann die Überwachungseinheit 17 zusätzlich die Ausgabe eines auf Sicherheit gerichteten Ausgangssignals durch die Messschaltungen 15 auslösen. Bei dem oben genannten Beispiel, bei dem die Messanordnung das Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestfüllstands, z. B. als Leerlaufschutz, überwacht, kann das tatsächliche Messergebnis beispielsweise durch ein Signal ersetzt werden, dass vorsorglich das Unterschreiten anzeigt.
  • Nachfolgend sind mehrere Varianten der Erfindung näher erläutert, die sich durch die Realisierung der unterschiedlichen mittlere Wegstrecke die die Lichtblitze auf dem Weg zum Lichtempfänger 13 in den beiden Detektoren 7, 9 zurücklegen, unterscheiden.
  • Die mittlere Wegstrecke, die die Lichtblitze im Szintillator 11 zurücklegen, ist abhängig von der räumlichen Verteilung der auf den Szintillator 11 auftreffenden Strahlungsintensität entlang des Szintillators 11 als Funktion des Abstandes vom Lichtempfänger 13.
  • Zum einen kann die unterschiedliche Wegstrecke – wie in den 1 und 2 dargestellt – dadurch realisiert werden, dass zwei identische Detektoren 7, 9 unmittelbar nebeneinander antiparallel zueinander außenseitlich am Behälter 3 angeordnet werden. Dadurch befinden sich die beiden Szintillatoren 11 nebeneinander und die daran angeschlossenen Lichtempfänger 13 sind auf gegenüberliegenden Enden der beiden Szintillatoren 11 angeordnet. in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lichtempfänger 13 des Detektors 7 oberhalb der Szintillatoren 11 und der Lichtempfänger 13 des Detektors 9 unterhalb der Szintillatoren 11 angeordnet.
  • In Verbindung mit dieser Detektoranordnung kann der Strahler 5, wie in der Prinzipskizze von 3 dargestellt, derart ausgerichtet sein, dass seine durch den Pfeil angezeigte Abstrahlrichtung schräg zur Längsachse der stabförmigen Szintillatoren 11 verläuft. Insb. zur Füllstandsmessung wird der Strahler 5 gerne derart ausgerichtet, dass die Oberkante des Strahlungskegels mit dem maximal möglichen Füllstand zusammenfällt. Bei dieser Ausgestaltung besteht bereits dann ein geringer Unterschied in der mittleren Wegstrecke, wenn der Behälter 3 leer ist und die Abstrahlrichtung, also die Längsachse des Abstrahlkegels des Strahlers 5, die Szintillatoren 11 genau in deren Mitte M kreuzt. Dieser beruht darauf, dass der Abstand zwischen dem Strahler 5 und den beiden Szintillatoren 11 von oben nach unten entlang der Szintillatoren 11 zunimmt. Die auftreffende Strahlungsleistung nimmt dementsprechend bei leerem Behälter 3 von oben nach unten entlang der Szintillatoren 11 ab. Aufgrund der antiparallelen Ausrichtung der Szintillatoren 11 trifft folglich im Detektor 7 mehr Strahlung in kürzerem Abstand zum Lichtempfänger 13 dieses Detektors 7 auf als bei dem umgekehrt ausgerichteten Detektor 9, bei dem sich der Lichtempfänger 13 unten befindet. Der höhenabhängige Abstand zwischen dem Strahler 5 und den Szintillatoren 11 bewirkt natürlich analog auch bei vollständig gefülltem Behälter 3 einen entsprechenden Unterschied der mittleren Wegstrecke in den beiden Detektoren 7, 9.
  • Bei der Füllstandsmessung hat der Füllstand einen zusätzlichen sehr starken Einfluss auf den Unterschied zwischen den beiden mittleren Wegstrecken. Steigt der Füllstand ausgehend von einem leeren Behälter 3 kontinuierlich an, so wird im Füllgut 1 zunehmend mehr Strahlung absorbiert. Ausgehend von dem bei leerem Behälter 3 vorliegenden Unterschied der beiden mittleren Wegstrecken steigt dieser Unterschied mit zunehmendem Füllstand zunächst deutlich an, da das Füllgut 1 nun im unteren Bereich, also im Nahbereich des Lichtempfänger 15 des Detektors 9 und dementsprechend weiter entfernt vom Lichtempfänger 15 des Detektors 7 einfallende Strahlung absorbiert. Mit weiter zunehmendem Füllstand erreicht der Unterschied der beiden mittleren Wegstrecken ein Maximum und fällt dann bis zum Erreichen des maximalen Füllstands kontinuierlich auf den bei vollem Behälter 3 vorliegenden Unterschied ab.
  • Bei Füllstandsanwendungen bietet es sich daher an, die oben beschriebenen Grenzwerte für die Diagnose der Beeinträchtigung der Messgenauigkeit, bzw. für das Auslösen des Alarms oder die Ausgabe eines vorgegebenen sicherheitsgerichteten Ausgangssignals in Abhängigkeit vom gemessenen Füllstand festzulegen.
  • Grundsätzlich wäre es bei der Füllstandsmessung auch möglich, den Strahler 5 in Verbindung mit antiparallel ausgerichteten Detektoren 7, 9 derart anzuordnen und auszurichten, dass dessen Abstrahlrichtung senkrecht zur Längsachse der Szintillatoren 11 verläuft. Dies ist in 3 dargestellt. In dem dargestellten Fall kreuzt die Abstrahlrichtung die Szintillatoren 11 genau in deren Mitte M. Aufgrund dieser Symmetrie liegt hier nur dann ein Unterschied in den beiden mittleren Wegstrecken vor, wenn sich Füllgut 1 in einem Teil des Strahlungskegels befindet.
  • Um auch dann eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit diagnostizieren zu können, wenn sich kein Füllgut 1 im Behälter 3 befindet, bzw. wenn der Behälter 3 vollständig befüllt ist, wird der Strahler 5 vorzugsweise exzentrisch zur Mitte der Szintillatoren 11 angeordnet. Dadurch liegt hier bereits bei leerem bzw. bei vollständig befülltem Behälter 3 ein Unterschied in den beiden mittleren Wegstrecken vor.
  • Während es bei vollständig gefülltem Behälter 3, z. B. im Rahmen einer Dichtemessung, egal ist, ob die Strahlrichtung die Szintillatoren 11 ober- oder unterhalb der Mitte M kreuzt, wird man zur Füllstandsmessung die in 4 Variante dargestellten Fall einsetzen, bei der die Abstrahlrichtung die Szintillatoren 11 oberhalb von deren Mitte M kreuzt. Hierdurch wird bewirkt, dass der bereits bei leerem Behälter 3 vorliegende Unterschied in den mittleren Wegstrecken mit steigendem Füllstand zunächst weiter ansteigt, und nach Erreichen eines Maximums auf den bei vollem Behälter 3 vorliegenden Unterschied absinkt.
  • 5 und 6 zeigen zwei weitere Varianten der Erfindung. Dort werden zwei Detektoren 19, 21 verwendet, deren Szintillatoren 23, 25 unterschiedlich lang sind. Die beiden Detektoren 19, 21 sind auch hier unmittelbar nebeneinander derart außenseitlich am Behälter 3 angeordnet, dass sie im Messbetrieb der gleichen vom Strahler 5 und der Messgröße abhängigen Strahlung ausgesetzt sind. Aufgrund der unterschiedlichen Länge der Szintillatoren 23, 25 der ansonsten vorzugsweise identischen Detektoren 19, 21 besteht hier jederzeit ein durch den Längenunterschied gegebener Mindestunterschied der mittleren Wegstrecke, der völlig unabhängig von der Ausrichtung des Strahlers 5 und der Messgröße ist. Dementsprechend können die beiden Detektoren 19, 21 sowohl – wie in 5 dargestellt – parallel zueinander, als auch – wie in 6 – dargestellt – antiparallel zueinander angeordnet werden. Ebenso kann der Strahler 5 derart ausgerichtet sein, dass dessen Abstrahlrichtung – wie in 5 dargestellt – schrägt zur Längsachse der beiden Szintillatoren 23, 25 verläuft, oder – wie in 6 dargestellt – senkrecht zu deren Längsachse verläuft.
  • Durch die Erfindung ist nun erstmals möglich ist, die Empfindlichkeit der Szintillatoren 11, 23, 25 zu überwachen und frühzeitig zu erkennen, ob die Szintillatoren 11, 23, 25 altern bzw. vergilben. Hierdurch ist ein deutlich erhöhtes Maß an Messsicherheit und Zuverlässigkeit gegeben, wodurch es möglich ist radiometrische Messungen auch in extrem sicherheitsrelevanten Anwendungen anzuwenden. Die Überwachung der Empfindlichkeit kann voll automatisch erfolgen und Detektoren 7, 9, 19, 21 mit sinkender Empfindlichkeit können beispielsweise im Rahmen einer vorausschauenden Wartung frühzeitig ersetzt werden, lange bevor die sinkende Empfindlichkeit die Sicherheit der Anlage am Einsatzort gefährden könnte.
  • Zusätzlich bietet die erfindungsgemäße Messanordnung natürlich alle Vorteile eines redundanten Messsystems. So werden beispielsweise Ausfälle eines einzelnen Detektors 7, 9, 19, 21 wie sie beispielsweise durch einen defekten Lichtempfänger 13 oder Ausfälle einzelner Komponenten der Messschaltung 15 entstehen können, unmittelbar anhand der resultierenden Abweichungen zwischen den beiden Ausgangssignalen der Detektoren 7, 9 bzw. 19, 21 erkannt, und selbsttätig zur Anzeige gebracht.
  • 1
    Füllgut
    3
    Behälter
    5
    Strahler
    7
    Detektor
    9
    Detektor
    11
    Szintillator
    13
    Lichtempfänger
    15
    Messschaltung
    17
    Überwachungseinheit
    19
    Detektor
    21
    Detektor
    23
    Szintillator
    25
    Szintillator

Claims (6)

  1. Radiometrische Messanordnung zur Messung einer physikalischen Messgröße eines Füllguts (1) in einem Behälter (3), mit – einem radioaktiven Strahler (5), der im Betrieb radioaktive Strahlung durch den Behälter (3) sendet, – zwei Detektoren (7, 9; 19, 21), die dazu dienen eine durch den Behälter (3) hindurch dringende von der zu messenden physikalischen Messgröße abhängige Strahlungsintensität zu detektieren und in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln, – die jeweils einen Szintillator (11, 23, 25), einen Lichtempfänger (13) und eine daran angeschlossene Messschaltung (15) zur Erzeugung des Ausgangssignals aufweisen, – wobei die beiden Szintillatoren (11, 23, 25) derart angeordnet sind, dass sie im Messbetrieb der gleichen vom Strahler (5) und der Messgröße abhängigen Strahlungsintensität ausgesetzt sind, und – wobei die Szintillatoren (11, 23, 25) derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass eine mittlere Wegstrecke, die durch die Strahlung im jeweiligen Szintillator (11, 23, 25) ausgelöste Lichtblitze auf deren Weg zum Lichtempfänger (13) zurücklegen in den beiden Detektoren (7, 9, 19, 21) verschieden ist, und – einer an die beiden Messschaltungen (15) angeschlossenen Überwachungseinheit (17), – die die Ausgangssignale der beiden Messschaltungen (15) vergleicht, und – beim Vorliegen einer Abweichung zwischen den Ausgangssignalen eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit diagnostiziert.
  2. Radiometrische Messanordnung nach Anspruch 1, bei der – die beiden Detektoren (7, 9) identisch zueinander sind, und unmittelbar nebeneinander antiparallel zueinander außenseitlich am Behälter (3) angeordnet sind, so dass sich deren Szintillatoren (11) nebeneinander befinden und die daran angeschlossenen Lichtempfänger (13) auf gegenüberliegenden Enden der beiden Szintillatoren (11) angeordnet sind.
  3. Radiometrische Messanordnung nach Anspruch 1, bei der – die beiden Detektoren (19, 21) unmittelbar nebeneinander parallel oder antiparallel zueinander außenseitlich am Behälter (3) angeordnet sind, und – die Szintillatoren (23, 25) der beiden Detektoren (19, 21) unterschiedlich lang sind.
  4. Radiometrische Messanordnung nach Anspruch 1, bei der die Überwachungseinheit (17) Bestandteil einer Prozesssteuerung ist.
  5. Radiometrische Messanordnung nach Anspruch 1, bei der die Überwachungseinheit (17) einen Alarm und/oder eine Fehlermeldung ausgibt, wenn der Vergleich der Ausgangssignale ein Abweichung ergibt, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  6. Radiometrische Messanordnung nach Anspruch 1, bei der die Überwachungseinheit (17) die Ausgabe eines auf Sicherheit gerichteten Ausgangssignals durch die Messschaltungen auslöst, wenn der Vergleich der Ausgangssignale ein Abweichung ergibt, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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