DE2154367A1

DE2154367A1 - Sugar soln concentration tester - based on gamma radiation absorption measurement

Info

Publication number: DE2154367A1
Application number: DE19712154367
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-12-23
Filing date: 1971-11-02
Publication date: 1972-07-13
Also published as: AT309857B

Abstract

A source of energy pref. 0.1-2 MeV, esp. a Co source, radiates gamma energy through a pipe in which the soln. flows and the intensity is measured by a detector esp. a NaI cell followed by a photomultiplier and scintillation counter. This in turn feeds a counter unit controlled by a central timer, which also controls the display or the onward data feed to a real time process computer, so that integration of teh pulsed data output takes place over a regulated time. The accuracy so obtd. enables changes in sugar concn. of as little as 0.1% to be detected.

Description

Einrichtung zur Ermittlung der Zuckerkonzentration in Lösungen (österr. Priorität A 11 565/70 vom 23.12.1970) Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Ermittlung der Zuckerkonzentration in Lösungen, insbesondere in Zuckerrohsäften, die sich besonders für die Zwecke der Regelung der Zuckerkonzentration bei Zuckerherstellungsprozessen an verschiedenen Stellen eignet.Device for determining the sugar concentration in solutions (Austrian Priority A 11 565/70 dated December 23, 1970) The subject of the invention is a device to determine the sugar concentration in solutions, especially in raw sugar juices, which are particularly suitable for the purpose of regulating the sugar concentration in sugar production processes suitable in different places.

Es ist bekannt, für Dichtemessungen in Lösungen Gammastrahler in Verbindung mit Strahlungsdetektoren zu verwenden, die die Intensitätsabschwächung der Strahlung in der Lösung zufolge Absorption und Streuung an Atomen der gelösten Substanz messen. Üblicherweise werden hierzu Strahlungsdetektoren verwendet, die als Ausgangsgröße einen der empfangenen Strahlungsintensität proportionalen Strom liefern, der für die weiteren Regelungsvorgänge ausgewertet wird. Zur Erzielung entsprechend starker Ströme werden auch entsprechend intensive Strahlungsquellen verwendet, die starke Abschirmungen benötigen. Uberdies treten bei hohen Strahlungsintensitäten störende Effekte auf, die die Selektivität der Anzeige beeinträchtigen.It is known for density measurements in solutions in conjunction with gamma emitters to use with radiation detectors that attenuate the intensity of the radiation Measure the absorption and scattering of atoms of the dissolved substance in the solution. Radiation detectors are usually used for this purpose as the output variable supply a current proportional to the received radiation intensity, which for the further control processes are evaluated. To achieve correspondingly stronger Currents are also used according to intense radiation sources that are strong Need shields. In addition, disturbing radiation intensities occur at high radiation intensities Effects that impair the selectivity of the display.

Diese Nachteile vermeidet die Erfindung dadurch, daß ein Impuls mit einer der Intensität der empfangenen Strahlung proportionalen Impulsfrequenz liefernder Strahlungsdetektor verwendet wird, an dem ein integrierendes Meßwerk, insbesondere Zählwerk, angeschlossen ist, das als Ausgangsgröße das Zeitintegral der Impulsfrequenz über eine vorgegebene Zeitspanne liefert.The invention avoids these disadvantages by having a pulse one of the intensity of the radiation received proportional pulse frequency supplying radiation detector is used, on which an integrating measuring mechanism, in particular counter, is connected, which is the time integral as the output variable the pulse frequency delivers over a predetermined period of time.

Da die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielbare Ausgangsgröße das Zeitintegral einer Impulsfrequenz ist, kann die Größenordnung der für ein W5eßresultat herangezogenen Impulszahl durch Vorgabe eines entsprechenden Zählzeitintervalles praktisch beliebig groß und somit die Anzeige selbst beliebig genau gewählt werden. Bei den Zuckerherstellungsprozessen stellen sich relativ langsame Schwankungen der Konzentration ein, so daß für die einzelnen Messungen längere Zeiten in Anspruch genommen werden können. Manchmal ist bei der Messung sogar auch eine Mittelwertsbildung über ein längeres Zeitintervall erwünscht.Since the output variable that can be achieved with the device according to the invention is the time integral of a pulse frequency, can be the order of magnitude for a measurement result used number of pulses by specifying a corresponding counting time interval practically any size and thus the display itself can be selected as precisely as required. There are relatively slow fluctuations in the sugar production processes Concentration, so that longer times are required for the individual measurements can be taken. Sometimes the measurement even includes an averaging Desired over a longer time interval.

Der Umstand, daß bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die für eine Messung heranziehbare Anzahl Tctl Zählimpulsen praktisch beliebig hoch gewählt werdeN - nn, erlaubt überdies die Verwendung von schwachen Strahlungsqueillen. Abgesehen von den dadurch vereinfachten Sicherungsmaßnahmen ergibt sich noch der folgende Vorteil: Der Absorptionskoeffizient von Gammastrahlen ist im relativ niedrigen Energiebereich von 0,1 bis 2 MeV etwa proportional der Ordnungszahl der absorbierenden Atome. In einer Zuckerlösung dominieren unter den schwereren Atomen nach den Sauerstoffatomen des Wassers die Kohlenstoffatome des Zuckers, die jedoch wegen ihrer dichteren Packung im Molekül (12 Kohlenstoffatome je Zuckermolekül) gegenüber den wesentlich leichteren Wassermolekülen (mit nur je einem Sauerstoffatom) eine wesentlich stärkere Absorption verursachen. Eine Verwanderung der Zuckerkonzentration bewirkt eine etwa proportionale Veränderung der von den Kohlenstoffatomen des Zuckers absorbierten Strahlung. Es wird somit die die Zuckerlösung durchsetzende Gammastrahlung vorwiegend durch den vorhandenen Zuckergehalt geschwächt und deren Abschwächung, die durch den Zählvorgang erfaßt wird, gibt somit ummittelbar Aufschluß über den Wert der Konzentration.The fact that in the device according to the invention for a Measurement, the number of Tctl counting pulses that can be used can be selected to be practically arbitrarily high - nn, also allows the use of weak radiation sources. Apart from that Of the security measures that are simplified as a result, the following also arises Advantage: The absorption coefficient of gamma rays is in the relatively low energy range from 0.1 to 2 MeV roughly proportional to the atomic number of the absorbing atoms. In a sugar solution dominate among the heavier atoms after the oxygen atoms of water contains the carbon atoms of sugar, however, because of their closer packing in the molecule (12 carbon atoms per sugar molecule) compared to the much lighter ones Water molecules (with only one oxygen atom each) have a much stronger absorption cause. A change in the sugar concentration causes an approximately proportional one change the radiation absorbed by the carbon atoms of the sugar. So it becomes the gamma radiation penetrating the sugar solution mainly through the existing one Sugar content weakened and their weakening, which is recorded by the counting process thus gives immediate information about the value of the concentration.

Atome init höherer Ordnungszahl als der des Kohlenstoffatoms kommen in sehr geringer Konzentration vor und stören daher die messung nur gering.Atoms with a higher atomic number than that of the carbon atom come in a very low concentration and therefore only slightly disturb the measurement.

Erfahrungsgemäß setzen sich die Verunreinigungen des Zuckers im Rohsaft aus organischen und anorganischen Komponenten zusammen, deren Anteile im Verhältnis zur Zuckermenge jedoch fast konstant sind, so daß sie rechnerisch erfaßbar sind und eliminert werden können. Praktisch unterliegt nur der Anteil der anorganischen Stoffe (ca. 0,2 %) kleinen Schwankungen von etwa 2 ^, so daß also die Störungen mit hoher Sicherheit erfant werden können. Es ist somit möglich, Änderungen des Zuckergehaltes von etwa 0,1 % zu erfassen.Experience has shown that the impurities in the sugar settle in the raw juice composed of organic and inorganic components, their proportions in proportion however, are almost constant with respect to the amount of sugar, so that they can be determined by calculation and can be eliminated. In practice, only the portion of the inorganic is subject Substances (approx. 0.2%) small fluctuations of about 2 ^, so that the disturbances can be invented with a high degree of certainty. It is thus possible to make changes to the To record sugar content of about 0.1%.

Ein weiterer Vorteil der durch die Erfindung ermöglichten 3arsDellung des Meßergebnisses durch Zählimpulse ist darin ge1egen, daß diese unmittelbar einer digitalen Regeleinrichtllng oder einem Prozeßrechner zugeführt werden können.Another advantage of the 3arsDell made possible by the invention of the measurement result by counting pulses is the fact that this is directly one digital control device or a process computer can be fed.

Ein Atstührungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.An Atstührungsbeispiel the invention is shown schematically in the drawing shown.

An einer Strahlungsquelle 1, z.B. einer Kobalt-60-Quelle wird in einem Rohr 2 mit rechteckigem Querschnitt der auf seinen Zuckergehalt zu untersuchende Rohsaft vorbeigeleitet.At a radiation source 1, e.g. a cobalt-60 source, in a Tube 2 with a rectangular cross-section is to be examined for its sugar content Raw juice passed by.

Mit 3 ist eine dem Strahlungsschutz und der Strahlungsausblendung dienende Abschirmung bezeichnet. Die das Rohr durchsetzende Strahlung wird von einem einen Natriumjodidkristall und einen Photomultiplier enthaltenden Scintillationszähler 4 gemessen, der an seinem Ausgang Impulse mit einer der empfangenen Strahlungsintensität proportionalen Impulsfrequenz liefert. Die im Natriumjodidkristall erzeugten Lichtblitze werden von dem Photomultiplier unmittelbar in Impulse umgesetzt, die nach Verstärkung weiter ausgewertet werden. Diese Impulse werden einem Zählwerk 5 zugeführt, das von einem Zeittaktgeber 6 in konstanten vorgebbaren Zeitabständen auf Null zurückgestellt wird. Das vom Zählwerk 5 vor der Rückstellung angezeigte Zählergebnis wird, durch einen Impuls des Zeittaktgebers 6 ausgelöst, gleichzeitig in ein Anzeigegerät 7 eingeschrieben oder allenfalls einem Prozeßrechner zugeführt.With 3 is a radiation protection and radiation masking serving shielding. The the pipe penetrating radiation is comprised of a sodium iodide crystal and a photomultiplier Scintillation counter 4 measured, the pulses with one of the received at its output Radiation intensity proportional pulse frequency delivers. The ones in the sodium iodide crystal generated flashes of light are converted directly into pulses by the photomultiplier, which are further evaluated after reinforcement. These pulses are a counter 5 supplied by a clock generator 6 at constant, predeterminable time intervals is reset to zero. The one indicated by the counter 5 before resetting The counting result is triggered by a pulse from the clock generator 6 at the same time written in a display device 7 or possibly fed to a process computer.

Claims

(1.) Device for determining the sugar concentration in solutions, especially in raw sugar juices, for the purpose of regulating the sugar concentration, by measuring the intensity of a gamma radiation penetrating the solution by means of a radiation detector, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h a pulse with a pulse frequency proportional to the intensity of the radiation received delivering radiation detector to which an integrating measuring mechanism, in particular counter is connected, which as an output variable is the time integral of the pulse frequency supplies a predetermined period of time.

2. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the energy of gamma radiation is in the energy range from 0.1 to 2 MeV lies.

3. Device according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that a cobalt source is provided to generate the gamma radiation is.

4. Device according to claim 1, 2 or 3, d a d u r c h g e k e n It is noted that the radiation detector used is a sodium iodide crystal and a scintillation counter containing a photomultiplier is used.

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