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Verfahren zum Messen der Standhöhe von Flüssigkeiten Die Erfindung
betrifft ein Verfahren, das es gestattet, die Oberfläche bzw. die Standhöhe von
Flüssigkeiten unter Verhältnissen festzustellen, in denen andere Methoden versagen.
In den großen Behältern der Schwefelsäurefabrikationen, in Flugzeugtanks, in Schächten
oder Bohrungen sind optische Methoden nicht anwendbar. Daher versucht man seit längerer
Zeit, mit radioaktiven Präparaten zu arbeiten und die Durchdringungsfähigloeit der
Gammastrahlen bzw. ihre Absorption durch die Materie auszunutzen.
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Bisher hat man die Standhöhen der Flüssigkeiten in derartigen Tankanlagen
mit gammastrahlenden Präparaten bestimmt, wobei die Gammastrahlen von außen durch
die Wandung und den ganzen Tank hindurchgeschickt und an der entgegengesetzten Außenseite
registriert werden. Dieses Verfahren erlaubt es nicht, die Standhöhe bis auf 1 cm
oder Bruchteile davon zu bestimmen, da die Gammastrahlen an der Gefäßwand und in
der Flüssigkeit, insbesondere bei Gefäßen mit großem Querschnitt, d. h. also großer
Oberfläche, gestreut werden, so daß mit steigender oder fallender Oberfläche die
im Nachweisgerät gemessene Strahlenintensität sich mehr oder weniger langsam ändert.
Ferner wird von der Strahlung der Präparate ein geringer Bruchteil genutzt, da nur
ein kleiner aus geblendeter Strahl verwendet werden kann. Da außerdem die Intensität
mit t (r = Abstand Präparat Nachweisgerät) abnimmt, müssen Präparate erheblocher
Stärke, z. B. 10 bis 100 mC, verwendet werden, um ausreichende Effekte zu erzielen.
Derartige Strahlenquellen erfordern zur Vermeidung gesundheitlicher Schädigungen
des in ihrer Nähe arbeitenden Personals Strahlenschutzmaßnahmen und dauernde Uberwachung.
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Es wird nun ein Verfahren zum Messen oder Feststellen der Oberfläche
bzw. der Standhöhe von Flüssigkeiten, z. B. in Behältern, insbesondere in Tankanlagen,
vorgeschlagen, das die mit den bekannten Verfahren verbundenen Nachteile vermeidet
und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Bestimmung der Standhöhe der Flüssigkeit
durch Absorption von Betastrahlen, die senkrecht zum Flüssigkeitsniveau emittiert
werden, erfolgt. Dabei kann man zweckmäßig so verfahren, daß die der Reichweite
eines betastrahlenden Präparates entsprechende Oberflächenschicht der Flüssigkeit
für die Bestimmung der Niveauhöhe benutzt wird.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann
man mit Vorteil eine Vorrichtung verwenden, bestehend aus einem flüssigkeitsdicht
eingekapselten Nachweisgerät für Betastrahlen oder eine solche Strahlen enthaltende
Strahlung und einem dem Nachweisgerät in verhältnismäßig geringem Ab-
stand gegenüber
angeordneten, ebenfalls flüssigkeitsdicht eingekapselten, ein Betastrahlerpräparat
enthaltenden Gerät, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die sich in geringem Abstand
gegenüberstehenden Begrenzungsflächen der Geräte durch eine beide Geräte starr verbindende
Halterung planparallel und in konstanter, gegebenenfalls verstellbarer Entfernung
voneinander gehalten sind.
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Eine Ausführungsform wird im folgenden näher erläutert: Die Vorrichtung
enthält zweckmäßig an der Spitze eines Fühlers ein Nachweisgerät für Betastrahlen
oder für eine Betastrahlen enthaltende Strahlung, z. B. ein Zählrohr, eine Ionisationskammer
oder einen Szintillationszähler, sowie ein radioaktives Präparat, beie in einer
flüssigkeitsdichten Verkapselung in geringem Abstand voneinander. Beispielsweise
wird ein Zählrohr in ein Tauchgefäß eingeschlossen, das von der zu untersuchenden
Flüssigkeit nicht angegriffen wird, das z. B. aus Glas, Edelstahl, Edelmetall oder
Polytrifluorchloräthylen besteht. Dies kann so geschehen, daß sich dem Zählrohrfenster
gegenüber eine planparallele Folie befindet, die auch aus anderem Material als das
übrige Schutzgefäß sein kann. Mit dieser Zählrohrhalterung ist fest verbunden ein
betastrahlendes Präparat, das ebenfalls durch eine Folie flüssigkeitsdicht abgeschirmt
und zentral unter dem Zählrohrfenster angeordnet ist. Die Dicke der beiden Folien
wird so gewählt, daß sie zusammen mit dem Fenster des Zähirohrs kleiner ist als
die Reichweite der Beta-Strahlen. Der Abstand zwischen den Folien ist so gewählt,
daß beim Herausnehmen des Gerätes aus einer Lösung die zwischen die Folien getretene
Flüssigkeit ablaufen kann und nicht durch Kapillarkraft dort festgehalten wird.
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Hängt die Vorrichtung in der Luft, d. h., taucht sie nicht in die
Flüssigkeit ein, so erreichen die von dem
Betapräparat ausgehenden
Strahlen zum Teil das Zählrohr, und es läßt sich eine konstante Impulsrate messen.
Senkt man nun die Vorrichtung von oben senkrecht in eine Flüssigkeit, so werden
die Betastrahlen durch die zwischen die Folien tretende Materie völlig absorbiert,
wenn Foliendicke, Zählrohrfenster und Flüssigkeitsschicht zusammen gleich oder größer
sind als die Reichweite der Betastrahlen.
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Gemäß der Erfindung läßt sich der Stand von Flüssiglseitsoberflächen
auf einige Millimeter ohne weiteres genau bestimmen, was mit Gammastrahlenpräparaten,
insbesondere bei ausgedehnter Flüssigkeitsoberfläche, nicht gelingt. Die Empfindlichkeit
und Meßgenauigloeit hängt von der Energie des verwendeten Betastrahlers ab. Verwendet
man Betazählrohre aus widerstandsfähigem Material. z. B. aus Stahl, so kann man
auch bei hohen Drücken arbeiten.
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Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann man beispielsweise
die Höhe des Niveaus mit einer Genauigkeit von 2 bis 150 mm bestimmen, indem man
eine Betastrahlung mit einer der gewünschten Meßgenauigloeit entsprechenden Reichweite
benutzt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet, auch die Standhöhe von
feuergefährlichen Flüssigkeiten zu messen, da man die Kabel, welche die Zählrohrspannung
zuführen, innerhalb des Rohres völlig fest in Kunststoffe einbetten kann, so daß
keine Bruchgefahr besteht. Wird ein Szintillationszähler verwendet, so besteht die
Möglichkeit, die auftretenden Lichtblitze durch das Führungsrohr nach oben zu leiten
und den Photo-Multiplyer außerhalb des Tanks einzubauen, so daß keinerlei spannungführende
Teile in das Innere geführt werden müssen.
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Als strahlendes Material lassen sich mit besonderem Vorteil betastrahlende
Substanzen mit nur sehr schwacher Radioaktivität verwenden. Besonders vorteilhaft
ist die Verwendung von rein betastrahlenden Substanzen und insbesondere von gOSr,
das im Gleichgewicht mit 90Y steht.
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Zur Bestimmung der Standhöhe gemäß der Erfindung, etwa in Schwefelsäuretanks,
kann beispielsweise ein Gerät verwendet werden, wie es Abb. 1 zeigt. In zwei Glasgefäße
1 und 2 sind das Zählrohr 3, das ein mit Glas üherdecktes Fenster 4 von 4,5 mg Glimmer/
cm2 besitzt, und das ihm gegenüberliegende Betapräparat 5, dem das Fenster 6 benachbart
ist, eingesdlmolzen. Beide Glasfolten 4 und 6 weisen zusammen eine Dicke von etwa
200 mg/cm2 auf, was einer Dicke von etwa 0,5 mm entspricht. Die beiden Gefäßel und
2 sind durch eine Glasstabhalterung 7 verbunden.
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Als betastrahlendes Präparat wird z. B. 90Sr im Gleichgewicht mit
seinem Folgeprodukt, dem gOY, verwendet.
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Die Radioaktivität beträgt z. B. 2 bis 10-4mC. Letzteres sendet Betastrahlen
mit einer maximalen Energie von 2,1 SIeV aus, die eine Reichweite von 1200 mg/cm2
haben. Es muß daher das dem Zählrohr gegenüber befindliche Präparat mit einer weiteren
Schicht 8 von etwa 1000 mg/cm2 bedeckt werden, damit keine Betastrahlen mehr in
das Zählrohr gelangen können. Diese Schichtdiclçe entspricht einer Schwefelsäureschicht
von ungefähr 5,4 mm. Der Abstand der beiden Folien muß daher für Messungen von Schwefelsäure
mindestens 5,4 mm betragen.
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Unter diesen Umständen erlaubt es das Gerät, den Stand in einem Schwefelsäurebehälter
durch Eintauchen auf 5 mm genau zu bestimmen.
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Verwendet man dickere Fenster, z. B. aus Chromniclrelstahl, so läßt
sich das Niveau sogar auf 2 bis 3 mm genau festlegen.
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Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens gegenüber dem bekannten,
mit Gammastrahlen arbeitenden Verfahren besteht darin, daß nur sehr schwache radioaktive
Präparate verwendet zu werden brauchen. Um 500 bis 5000 Zählrohrimpulse/min zu erzeugen,
werden 1,5 105 bis 1,5 10- mC benötigt, d. h. Präparate, die 105- bis 106mal schwächer
sind als die Gammastrahler der üblichen Standhöhenmesser. Damit ist die Gefahr von
Schädigungen des Bedienungspersonals in der Nähe der Präparate beseitigt, so daß
Strahlenschutzmaßnahmen entfallen können. Im übrigen können im Falle der Beschädigung
des Präparats wegen der geringen Menge der verwendeten radioaktiven Substanz die
in den Tanks befindlichen Flüssigliten nicht radioaktiv verseucht werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man mit einem
leicht transportierbaren Gerät die Füllungen von Flugzeugtanks kontrollieren oder
die Standhöhe von Flüssigkeit in Bohrlöchern oder Schächten überprüfen kann, und
zwar, was einen besonderen Vorteil darstellt, ohne daß die Anwendung eines Strahlenschutzes
erforderlich ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann aber auch in Verbindung
mit akustischen oder optischen Anzeigemethoden beim Auffüllen von Tanks jeder Art
angewandt werden, wobei man z. B. ein Tauchgerät verwendet, das den zulässigen Höchststand
durch ein Signal automatisch anzeigt.
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Man kann aber auch ein fest eingebautes, auf- und abf ahrbares Kontrollgerät
zur Überprüfung von Flüssigkeitsspiegeln beim Füllen und Entleeren von Behältern
verwenden. Ein solches Gerät ist beispielsweise in der Abb. 2 dargestellt. Das Betazählrohr
11 befindet sich in einem Fühler, das ist ein Rohr 12 beliebiger Länge, z. B. aus
Chromnickelstahl, durch das die elektrischen Zuleitungen 13 nach oben abgeführt
werden. Der am Rohrl2 befestigte Bügel 14 aus Chromnickelstahl hält im Präparathalter
15, dessen Höhe z. B. durch ein Schraubgewinde zu variieren ist, das betastrahlende
Präparat 16 gegenüber der das Rohr abdichtenden Folie 17, die z. B. aus Edelstahl,
Platin oder Gold besteht und dicht an das Rohr 12 angeschweißt ist. Die Dicke dieser
Folie beträgt z. B.
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200 bis 300 mg/cm2 entsprechend 0,1 bis 0,15 mm. Die vom betastrahlenden
Präparat ausgehenden Betastrahlen gelangen in das Zählrohr, wenn sich in dem 3 bis
4 mm breiten Zwischenraum 18 zwischen Abschluß folie und betastrahlendem Präparat
keine Flüssigkeit befindet. Sobald die Flüssigkeitsoberfläche 19 in diesen Zwischenraum
eintritt, werden die Betastrahlen in ihr absorbiert, so daß das Zählrohr sie nicht
registrieren kann. Mit dem Kurbelgetriebe 20 wird das Rohr 12 ein- und ausgefahren
und an der Meßlatte bzw. Längenskala 21 die Standhöhe abgelesen.
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Die Erfindung hat gegenüber der Methode, die Höhe von Flüssigkeitsspiegeln
in Behältern mittels Meßlatten zu messen, den Vorteil, daß die Benetzung an Meßlatten
vielfach nicht eindeutig zu erkennen ist.
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Insbesondere erfordert die Verwendung von Meßlatten beim Füllen von
Behältern eine ständige Beobachtung, während es mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens
möglich ist, daß beim Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsspiegels automatisch
ein Signal gegeben wird, so daß die Wartung sehr vereinfacht wird.