DE2064504A1

DE2064504A1 - Anordnung zur Messung von Stoffeigenschaften

Info

Publication number: DE2064504A1
Application number: DE19702064504
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. 4100 Duisburg-Großenbaum. P Polly
Original assignee: Ludwig Krohne GmbH and Co KG
Current assignee: Ludwig Krohne GmbH and Co KG
Priority date: 1970-12-30
Filing date: 1970-12-30
Publication date: 1972-07-13

Description

Anordnung zur Messung von Stoffeigenschaften Anordnungen zur Bestimmung der Blächenmasse durch Absorption oder Reflexion radioaktiver Strahlung sind seit längerem bekannt und werden sowohl zur Dichtemessung an Stoffen mit in Durchstrahlungsrichtung konstanten Abmessungen (z.B. Plü8-sigkeit in einem Rohr) oder auch bei konstanter Dichte zur Messung der Dicke eingesetzt. Bei Verwendung von Gammastrahlern höherer Energie ist diese Messung praktisch von den Stoffeigenschaften unabhängig, da sich in diesem Energiebereich das Absorptionsvermögen relativ wenig mit der Ordnung zahl des Elementes ändert. Dies gilt sowohl für leichtatomige Stoffe als auch für Atomarten in mittlerem Ordnungazahlbereich, gewisse Abweichungen ergeben sich erst bei sehr hohen Atomgewichten (Schweratome).
Eine Ausnahme bildet Jedoch der Wasserstoff. Dieser hat einen etwa doppelt so hohen Absorptionskoeffizienten wie die anderen leichten Elemente. Dies liegt daran, daß für den Absorptionskoeffiziente in erster Näherung - zumindest bei höheren Gammaenergien - das Verhältnis der Elektronen in der Atomhülle zur Massenzahl des Kernes maßgeblich ist.
Während nun die leichten gerne je zur Hälfte aus Protonen und Neutronen bestehen und deren Hülle genau soviel Elektronen wie Protonen hat. besteht Wasserstoffatom aus einem Hüllenelektron und aus einem Proton. Dadurch hat er, bezogen auf das Atomgewicht, das doppelte Absorptionsvermögen. Die Abweichungen bei sehr schweren Kernen erklären sich aus dem bei diesen Lernen bestehenden Uberwiegen der Neutronenzahl gegenüber der Protonenzahl, wodurch das auf die Masse bezogene Absorptionsvermögen abnimmt. Wegen des höheren Absorptionsvermögens kann bei der Messung der Flächenmasse eines Stoffes der Wasserstoffanteil beträchtliche Pehler verursachenO Ein Beispiel sind organische Substanzen,bei denen je nach der Molekülart unterschiedliche Absorptionskoeffizienten resultieren können, ein Maß für diesen Molekülaufbau ist das sogenannte CH-Verhältnis, d.ho das Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff, Bei veränderlichem C-Vernaltnis ändert sich also auch das auf die Masse bezogene Absorptionsvermögen des Stoffes, somit ergeben sich bei einem Dichtemesser, der in einem bestimmten Bereich verschiedene Produkte mit unterschiedlichen CH-Verhältnissen messen soll, Abweichungen von der Sollkurve.
Umgekehrt kann der Wasserstoffanteil bei Stoffen gleicher Dichte, die sich aber in der Zusammensetzung insbesondere im Wasserstoffanteil unterscheiden, zurI?ifferenzierung solcher Stoffe benutzt werden. Ein Beispiel hierfür sind wieder sich im Dichtebereich überlappende Raffinerieprodukte, die jedoch von ein der zwecks Produktentrennung unterschieden werden müssen.
Ziel der Erfindung ist es, eine Zusatzeinrichtung zu einem auf Absorption oder Reflexion radioaktiver Strahlung beruhenden Dichtemesser darzustellen, die im wesentlichen den Wasserstoff anteil des zu untersuchenden Mediums mißt und als Korrektursignal an den-Dichtemesser weitergibt. Dieses Korrektursignal kann entweder zur Eliminierung des Einflusses des Wasserstoffanteiles auf das I?ichtemeßergebnis benutzt werden oder umgekehrt zur Anzeige einer anderen Produktenart bei gleicher Dichte benutzt werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer S.rAllungsquelle, die schnelle Neutronen abgibt, sowie einem Neutronendetektor, der im wesentlichen auf niederenergetische (langsame) Neutronen anspricht Die schnellen Neutronem werden im Medium abgebremst, mit dem Neutronendetektor werden entweder die zurückdiffundierenden langsamen Neutronen festgestellt oder der bei Durchstrahlung vorhandene Anteil an langsamen Neutronen festgestellt0 Beides ist ein Maß für die Wasserstoffkonzentration des Stoffes.
Ein Beispiel einer nach dem Reflexionsverfahren arbeitenden Korrekturvorrichtung in Verbindung mit einem radioaktiven Dichtemeßgerät zeigt. Abb. 1. An einer Stelle einer Rohrleitung 1 befindet sich auf einer Seite in einem geeigneten Abschirmbehälter 2 eine radioaktive Gammastralilungsquelle 3.
Der Abschirmbehälter läßt einen kollimierten Strahl 4 austreten, der nach Absorption durch das im Rohr befindliche IJedium 5 in einen Szintillationszähler 6 gelangt. Die Ausgangsimpulse des Szintillationszählers werden im anschliessenden Elektronikteil 8 weiterverarbeitet. An einer anderen Stelle der Rohrleitung ist eine Neutronenquelle 9 mit dem Neutronenzähler 10 angebracht.
Die Neutronenquelle befindet sich ebenfalls in einem geeigneten Abschirmbehälter 11, Zur Abschirmung von nicht rückgestreuten, langsamen Neutronen kann noch ein geeigneter Absorber 12 - z.B. Cd-Blech - zwischen Abschirmbehalter und Zählrohr angebracht sein. Die von der Quelle ausgesandten schnellen Neutronen 13 werden im Medium abgebremst und diffundieren als langsame Neutronen 14 teilweise zu dem Neutronenzählrohr zurück, dessen Ausgangsimpulse 15 gleichfalls zu der zentralen kwerte-Elektronik 8 gelangen. Aus beiden Zählraten wird in der Auswerte-Elektronik in den Zählratenmessern 16, 17 proportionale Spannung gebildet, wobei ein bestimmter Teil 20 der dem Neutronenzählrohr zugeordneten Ausgangsspannung zu der aus der Dichtemessung resultierenden Spannung 18 addiert 21 wird und so eine Korrektur dieser dichteabhängigen Ausgangsspannung vorgenommen wird0 Der höhere Wasserstoffanteil bewirkt infolge des gröberen Absorptionskoeffizienten des Wasserstoffes eine Red-tizierung der Ausgangsspannung des Dichtemessers, was durch die nachträglich addierte, aer Neutronenzahl proportionale Spannung ausgeglichen v:ird. Das resultierende korrigierte Ausgangssignal kann dann weiter verarbeitet werden, z.B. Erzeugung eines proportionalen Ausgangsstromes 22, Steuerung von Regelorganen usw.

Claims

Patentansprüche

1.Vorrichtung zur Messung der Flächenmasse eines Stoffes, bestehend aus einer radioaktiven Strahlungsquelle und @inem geeigneten Detektor sowie einer diesem nachgeschalteten Auswerte-Elektronik, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer zusätzlich angebrachten Quelle (9) schneller eutronen (13) und eines im wesentlichen auf langsame Neutronen ansprechenden Neutronendetektor (10) unter Ausnutzung der abbremsung der schnellen Neutronen entweder im Reflexions- oder im Durchstrahlungsverfahren ein von der Wasserstoffkonzentration des @ediums abhängiges Ausgangssignal (15) erhalten wird, viobei dieses Signal entweder als Korrekturgröße in die Auswerte-@lektronik (8) der Vorrichtung zur Bestimmung der Flächenmasse eingeführt wird oder zur Signalisation von unterschiedlichen Produktarten benutzt wird

2. Vorrichtung zur l-essun-v der Flächenmasse eins Steifes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte-Elektronik einen das Ausgangssignal des fur die Dichtemessung verwendeten Strahlungsdetektors (6) in eine dichteabhangige elektrische Größe umwandelnden Teil (16) beinhaltet, daß in einem anderen Teil (1 j) der Apparatur die der Intensität der rückgestreuten langsamen Neutronen proportionale Impulsrate des Neutronendetektors in eine vom Wasserstoffgehalt des Mediums abhängige elektrische Größe umgewandelt wird, daß diese Größe (19) in einem anscllliessenden Schaltkreis mit einem vorzugsweise einstellbaren Faktor K ggewichtet wird (2o), daß zu der von der Dichte abhängigen elektrischen Ausgangsgröße (18) in einem weiteren Schaltkreis (21) die mit dem Faktor K gewichtete von der Wasserstoffkonzentration ab@ängige Ausgangsgröße (20) addiert wird und ansehliekend in einem Ausgangskreis (22) das gewünschte korrigierte Aus angssignal erhalten wird.