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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät für eine radiometrische Messeinrichtung mit einem Gehäuse, das einen Szintillator zur Erzeugung von strahlungsinduzierten Lichtpulsen aufnimmt, einem photosensitiven Element zur Erzeugung elektrischer Signale auf Basis der Lichtpulse und einer Auswerteeinheit zur Auswertung der elektrischen Signale sowie zur Bestimmung eines Messwertes, wobei der Szintillator innerhalb des Gehäuses mittels mindestens eines Rückstellelementes gegen eine Lagerung gepresst wird.
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Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus
DE 10 2020 113 015 B3 ,
EP 2 916 112 B1 und
EP 2 881 716 B1 sind verschiedene radiometrische Messeinrichtungen bekannt, die insbesondere zur Ermittlung von Dichteprofilen ausgebildet sind. Diese Messeinrichtungen werden eingesetzt, um beispielsweise in einem Behälter oder einem Tank berührungslos eine durch ihre Dichte charakterisierte Schichtverteilung verschiedener Füllgüter zu ermitteln.
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Eine beispielhafte Anwendung hierfür ist die Detektion von unterschiedlichen Schichten bei der Erdölgewinnung. Hierbei wird ein Gemisch aus Sand, Wasser und Rohöl gewonnen und in einem Tank gesammelt. Während der Sand sedimentiert, scheiden sich Erdöl und Wasser in unterschiedlichen Schichten ab. Für die Weiterverarbeitung ist es notwendig, die Schichten voneinander zu trennen und Sand und Wasser von dem Erdöl zu separieren, was beispielsweise durch das Ablassen von Tankinhalt in einem unteren Bereich des Tanks erfolgen kann. Ausschlaggebend für diesen Vorgang ist es, nach Möglichkeit nur Wasser und Sand abzulassen und auf diese Weise kein Erdöl zu verschwenden.
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Da sich die vorliegenden Materialien in ihrer Dichte unterscheiden, kommen hier entsprechende Dichtemesseinrichtungen und Dichtemessverfahren zur Anwendung.
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Die radiometrische Dichtemessung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Messung unabhängig von Prozessbedingungen innerhalb eines Tanks und unabhängig von der konkreten chemischen Zusammensetzung des zu messenden Füllgutes möglich ist. Hierbei spielen auch etwaige korrosive Eigenschaften keine Rolle, weil die notwendigen Messgeräte außerhalb des Tanks angeordnet werden können.
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Das zugrundeliegende Messprinzip ist schematisch in 1a gezeigt. Dargestellt ist ein Tank 1, in dem sich drei Schichten 2a, 2b und 2c mit unterschiedlicher Dichte abgesetzt haben. Zur Feststellung des Dichteprofils wird die dichteabhängige Absorption von Gammaquanten in verschiedenen Medien ausgenutzt. Hierzu werden von einer oder mehreren Strahlungsquellen 3 Gammaquanten durch das zu messende Füllgut in Richtung des Messgerätes 10 zur Detektion der dort ankommenden Strahlungsstärke ausgesendet. Abhängig von der Dichte des zwischen der Strahlungsquelle 3 und dem Messgerät 10 befindlichen Füllgutes werden mehr oder weniger Gammaquanten durch das Füllgut absorbiert, so dass die Strahlungsstärke am Ort des Messgerätes 10 ein Maß für die Dichte des Füllgutes darstellt.
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Eine Detektion der Strahlungsstärke erfolgt dabei üblicherweise mit Hilfe eines sog. Szintillationszählers, der im Wesentlichen aus einem Szintillator 12 zur Umwandlung der Gammastrahlung im Lichtpuls 8 (Lichtblitze) und einem nachgeschalteten photosensitiven Element 13 zur Generierung elektrischer Impulse aus den Lichtpulsen 8 besteht. Die elektrischen Impulse werden in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit 14 weiterverarbeitet, insbesondere verstärkt und gezählt. Die Zahl der ermittelten Lichtpulse 8 ist repräsentativ für die Strahlungsstärke und damit auch für die Dichte des Füllgutes. Je weniger Lichtpulse 8 ermittelt werden, desto höher ist die Dichte des Füllgutes.
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In Abhängigkeit der Messaufgabe und/oder der Geometrie des Tanks 1 bzw. des Behälters umfasst die Messeinrichtung eine Vielzahl von Strahlungsquellen 3 und/oder eine Vielzahl von Messgeräten 10, die in unterschiedlicher Weise und zweckentsprechend an dem Tank 1 oder dem Behälter angeordnet sind.
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1b zeigt eine konkrete Ausführungsform eines Messgerätes 10 mit einem Gehäuse 11, das einen Szintillator 12, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet ist, ein photosensitives Element 13 und eine Auswerteeinheit 14 aufnimmt. Das Gehäuse 11 ist in zwei Gehäuseabschnitte untergliedert, nämlich in einen ersten Gehäuseabschnitt 111 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 112. Der erste Gehäuseabschnitt 111 nimmt den Szintillator 12 auf, der an einer Lagerung 18 am oberen Ende des ersten Gehäuseabschnitts 111 mit dem Gehäuse 11 verbunden ist und an der dem Lager 18 abgewandten Seite ein freies Ende 19 bildet. Der zweite Gehäuseabschnitt 112 nimmt die Auswerteeinheit 14 und das photosensitive Element 13 auf. Zwischen dem freien Ende 19 des Szintillators 12 und dem Ende des ersten Gehäuseabschnitts 111, das der Lagerung 18 gegenüberliegt, ist das Rückstellelement 26 beispielsweise in Form einer Schraubendruckfeder 261 angeordnet, die den Szintillator 12 an die Lagerung 18 presst. Der Szintillator 12 besitzt eine temperaturabhängige Länge s, die sich bei steigenden oder fallenden Temperaturen und/oder aufgrund von Kriecheffekten des Szintillatormaterials um eine Längenänderung Δs verändern kann. Die Längenänderung Δs kann dabei positiv (wie in 1b dargestellt) oder negativ sein. Um übliche Längenänderungen Δs des Szintillators 12 zu berücksichtigen, muss zwischen dem freien Ende 19 des Szintillators 12 und dem geschlossenen Ende des ersten Gehäuseabschnitts 111 eine ausreichende Beabstandung bestehen, die Platz für die Längenänderung Δs des Szintillators 12 und die Schraubendruckfeder 261 schafft. Die Gesamtlänge des ersten Gehäuseabschnitts 111 ist somit abhängig von der momentanen Szintillatorlänge s, der potentiellen Längenänderung Δs und der Minimallänge LF des Rückstellelementes 26. Die Minimallänge LF des Rückstellelementes 26 ist dabei die Länge, die das Rückstellelement 26 im maximal komprimierten Zustand aufweist.
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Ein solches Messgerät lässt sich in Bereichen, in denen für die Installation nur ein eingeschränkter Bauraum zur Verfügung steht, oft nur schwer montieren. Eine Reduzierung der Gesamtlänge des Gehäuses durch eine Verringerung der Szintillatorlänge führt jedoch in nachteiliger Weise zu einer Verringerung der Messgenauigkeit.
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Hiervon ausgehend, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messgerät vorzuschlagen, das im Vergleich zu bekannten Messgeräten ein kompaktes Gehäuse, insbesondere ein Gehäuse mit einer kürzeren Gesamtlänge, besitzt. Dabei soll die erreichbare Messgenauigkeit erhalten bleiben.
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Diese Aufgabe wird durch das Messgerät nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Rückstellelement den Szintillator zumindest abschnittsweise umringt. Hierdurch ist das Rückstellelement im Gegensatz zum Stand der Technik nicht vollständig zwischen der Stirnseite des freien Endes des Szintillators und dem Gehäuse angeordnet, sondern zumindest bereichs- oder abschnittsweise neben dem Szintillator, so dass das Gehäuse um die Minimallänge des Rückstellelementes verkürzt ausgebildet sein kann. Hierdurch ergibt sich ein kompaktes Gehäuse, was ohne eine Reduzierung der Messgenauigkeit auch bei eingeschränkt zur Verfügung stehendem Bauraum montierbar ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend und in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Szintillator ist bevorzugt langgestreckt ausgestaltet und erstreckt sich entlang einer Längsachse. Das wenigstens eine Rückstellelement ist vorzugsweise in Bezug auf die Längsachse radial von dem Szintillator beabstandet. Vorzugsweise ist der Szintillator in einem Querschnitt senkrecht zu dem Schnittpunkt der Längsachse mit dem Querschnitt ausgebildet. Langestreckt im Sinne der vorliegenden Offenbarung bedeutet, dass der Szintillator eine Längserstreckung aufweist, die deutlich größer ist als eine maximale Erstreckung senkrecht zur Längserstreckung. Vorzugsweise beträgt die Längserstreckung wenigstens das Fünffache, weiter bevorzugt wenigstens das Zehnfache, wenigstens das Fünfzigfache, besonders bevorzugt wenigstens das Hundertfache der maximalen Erstreckung senkrecht dazu. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Szintillator zylinderförmig ausgestaltet ist und sich entlang einer Längsachse erstreckt und das Rückstellelement in Bezug auf die Längsachse radial vom Szintillator beabstandet ist. Die Längsachse des Szintillators fällt dabei mit der z-Achse eines Zylinderkoordinatensystems zusammen.
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Vorzugsweise ist ein Flansch vorgesehen, der mit dem Szintillator verbunden ist und der eine ringförmige Anlagefläche zur Anlage des mindestens einen Rückstellelementes aufweist. Der Flansch kann dabei lösbar oder unlösbar mit dem Szintillator verbunden sein. Unabhängig hiervon sind mehrere Ausführungsformen vorgesehen, die sich im Wesentlichen durch die Positionierung des Flansches unterscheiden.
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Zunächst ist vorgesehen, dass der Flansch eine Vertiefung aufweist, die das freie Ende des Szintillators aufnimmt. Eine derartige Vertiefung ist sacklochartig mit einem nach unten geschlossenen Boden ausgestaltet. Alternativ ist vorgesehen, dass der Flansch als Scheibe ausgestaltet ist, die an der Stirnseite am freien Ende des Szintillators befestigt ist. Ferner kann der Flansch als Manschette mit einer Ausnehmung ausgebildet sein, die von dem Szintillator durchgriffen wird.
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Das mindestens eine Rückstellelement kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet und innerhalb des Gehäuses gelagert sein. Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Rückstellelement zur Druckbeaufschlagung ausgebildet ist und zwischen dem freien Ende des Gehäuses und dem Flansch angeordnet ist. Das Rückstellelement ist dabei vorzugsweise als Schraubendruckfeder oder Gasdruckfeder ausgebildet. Hierdurch wird der Szintillator mit einem Druck beaufschlagt, der den Szintillator auf die Lagerung presst.
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Nach einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Rückstellelement zur Zugbeaufschlagung ausgebildet ist und zwischen der Lagerung und dem Flansch angeordnet ist. Das Rückstellelement ist dabei vorzugsweise als Schraubenzugfeder oder Gaszugfeder ausgebildet. Hierdurch wird der Szintillator mit einer Zugkraft beaufschlagt, die den Szintillator auf die Lagerung presst.
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Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Rückstellelementes ist im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mehrere ringförmig angeordnete Rückstellelemente angeordnet sind, die zusammen den Szintillator zumindest abschnittsweise umringen.
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Sofern lediglich ein einziges Rückstellelement vorgesehen ist, ist dieses beispielsweise als Schraubendruckfeder oder Schraubenzugfeder ausgebildet und koaxial zum Szintillator angeordnet.
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Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1a eine radiometrische Messeinrichtung nach dem Stand der Technik,
- 1b ein Messgerät einer radiometrischen Messeinrichtung nach dem Stand der Technik und
- 2a bis 4c schematische Querschnittsansichten unterschiedlicher Messgeräte von radiometrischen Messeinrichtungen.
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In der Beschreibungseinleitung wurde mit Bezug auf 1a, b das Messprinzip einer radiometrischen Messeinrichtung erläutert, die mindestens eine Strahlungsquelle und ein Messgerät zur Registrierung der Strahlung aufweist. Die 2a bis 4c zeigen unterschiedliche konkrete Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Messgeräten, die im Rahmen einer solchen radiometrischen Messeinrichtung eingesetzt werden können.
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Das Messgerät 10 nach den 2a-c besitzt einen Flansch 27, der eine Vertiefung 28 zur Aufnahme des freien Endes 19 des Szintillators 12 besitzt. Die Anlagefläche des Flansches 27, die zur Anlage für ein Rückstellelement 26 ausgestaltet ist, umringt den Szintillator 12 zwischen dem freien Ende 19 und der Lagerung 18. Zwischen der Anlagefläche des Flansches 27 und dem freien Ende des Gehäuses 11 sind jeweils Rückstellelemente 26 angeordnet, die den Szintillator 12 mit einem Druck beaufschlagen, der den Szintillator 12 auf die Lagerung 18 drückt, die dem freien Ende 19 des Szintillators 12 gegenüberliegt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2a besteht das Rückstellelement 26 aus mehreren Schraubendruckfedern 261, die den Szintillator 12 im unteren Bereich und mithin abschnittsweise umringen. 2b zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein einziges Rückstellelement 26 in Form einer Schraubendruckfeder 261 vorgesehen ist, die koaxial zum Szintillator 12 gelagert ist. Mit seinem unteren Bereich greift der Szintillator 12 ins Innere des Flansches 27 und damit die Schraubendruckfeder 261 ein, so dass die Schraubendruckfeder 261 den Szintillator 12 zumindest abschnittsweise umringt. Schließlich zeigt 2c ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Rückstellelementen 26, die jeweils als Gasdruckfedern 262 ausgebildet sind und die den Szintillator 12 im unteren Bereich abschnittsweise umringen.
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Nach den 3a-c besitzt das Messgerät 10 einen Flansch 27, der als Scheibe ausgestaltet ist, an der Stirnseite des freien Endes 19 des Szintillators 12 anliegt und eine Anlagefläche aufweist, die in axialer Verlängerung des Szintillators 12 liegt. Der Flansch 27 bildet eine Anlagefläche für ein Rückstellelement 26, wobei die Anlagefläche zur Lagerung 18 hin ausgerichtet ist. Zwischen der Anlagefläche und der Lagerung 18 sind jeweils Rückstellelemente 26 angeordnet, die den Szintillator 12 mit einer Zugkraft beaufschlagen, die den Szintillator 12 auf die Lagerung 18 drückt, die dem freien Ende 19 des Szintillators 12 gegenüberliegt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 3a besteht das Rückstellelement 26 aus mehreren Schraubenzugfedern 263, die den Szintillator 12 entlang seiner vollständigen Länge umringen. 3b zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein einziges Rückstellelement 26 in Form einer Schraubenzugfeder 263 vorgesehen ist, die koaxial zum Szintillator 12 gelagert ist. Die Schraubenzugfeder 263 nach 3b umringt den Szintillator 12 daher entlang seiner vollständigen Länge. Schließlich zeigt 3c ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Rückstellelementen 26, die jeweils als Gaszugfedern 264 ausgebildet sind und die den Szintillator 12 entlang seiner vollständigen Länge umringen.
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Das Messgerät 10 nach den 4a-c besitzt einen Flansch 27, der als Manschette mit einer Ausnehmung 29 ausgebildet ist, die von dem Szintillator 12 durchgriffen wird. Die Manschette ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ca. auf halber Höhe des Szintillators 12 mit dem Szintillator 12 verbunden und bildet eine Anlagefläche für ein Rückstellelement 26, die der Lagerung 18 zugewandt ist, die dem freien Ende 19 des Szintillators 12 gegenüberliegt. Die Anlagefläche des Flansches 27 umringt dabei den Szintillator 12. Zwischen der Anlagefläche des Flansches 27 und der Lagerung 18 sind jeweils Rückstellelemente 26 angeordnet, die den Szintillator 12 mit einer Zugkraft beaufschlagen, die den Szintillator 12 auf die Lagerung 18 drückt, das dem freien Ende 19 des Szintillators 12 gegenüberliegt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 4a besteht das Rückstellelement 26 aus mehreren Schraubenzugfedern 263, die den Szintillator 12 im oberen Bereich und mithin abschnittsweise umringen. 4b zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein einziges Rückstellelement 26 in Form einer Schraubenzugfeder 263 vorgesehen ist, die koaxial zum Szintillator 12 gelagert ist. Mit seinem oberen Bereich durchgreift der Szintillator 12 die Schraubenzugfeder 263 vollständig, so dass die Schraubenzugfeder 263 den Szintillator 12 zumindest abschnittsweise umringt. Schließlich zeigt 4c ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Rückstellelementen 26, die jeweils als Gaszugfedern 264 ausgebildet sind und die den Szintillator 12 im oberen Bereich abschnittsweise umringen.
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Bezugszeichen
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- 1
- Tank
- 2a,b,c
- Schichten
- 3
- Strahlungsquelle
- 8
- Lichtpuls
- 10
- Messgerät
- 11
- Gehäuse
- 111
- erster Gehäuseabschnitt
- 112
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 12
- Szintillator
- 13
- photosensitives Element
- 14
- Auswerteeinheit
- 18
- Lager
- 19
- freies Ende (des Szintillators)
- 26
- Rückstellelement
- 261
- Schraubendruckfeder
- 262
- Gasdruckfeder
- 263
- Schraubenzugfeder
- 264
- Gaszugfeder
- 27
- Flansch
- 28
- Vertiefung
- 29
- Ausnehmung
- LF
- Länge des Rückstellelementes (Minimallänge)
- s
- Länge des Szintillators
- Δs
- Längenänderung des Szintillators
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020113015 B3 [0002]
- EP 2916112 B1 [0002]
- EP 2881716 B1 [0002]
