DE3135838C2

DE3135838C2 - Verfahren zur Füllstandsmessung von mit Pulvern oder Flüssigkeiten gefüllten Rohren oder Hülsen

Info

Publication number: DE3135838C2
Application number: DE19813135838
Authority: DE
Inventors: Peter 6450 Hanau Bröcker; Peter Dipl.-Ing. 6463 Freigericht Trageser
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1984-03-08
Also published as: DE3135838A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Füllstandsmessung von mit Pulvern oder Flüssigkeiten gefüllten Rohren oder Hülsen mittels γ-Absorption beschrieben. Dazu werden mehrere, durch Blenden ausgeblendete γ-Strahlenbündel im Bereich der Füllung auf die gefüllte Hülse gerichtet, die nach Durchtritt durch die Hülse geschwächten Strahlenbündel gemessen, die zugehörige mathematische Ist-Funktion berechnet und mit einer Soll-Funktion verglichen.

Description

a) in einer Ebene senkrecht zur Achse der Hülse eine Gamma-Strahlquelle in Kombination mit einer Blende für mindestens drei Strahlenbündel verwendet wird, so daß diese in ihrer Intensität annähernd gleich sind, und die Blende so s^eordnet ist, daß das eine Strahlenbündel zentral und zwei Strahlenbündel den Prüfkörper am Rande durchdringen,

b) die Intensitäten der beim Prüfkörper-Durchgang geschwächten Strahlenbündel von mindestens drei Empfängern gemessen und die Meßwerte in einer Auswerteschaltung ermittelt werden,

c) die Meßergebnisse mit einem Eichnormal bzw. Rechenkurve, deren charakteristische Parameter in Speichern vorliegen, verglichen werden,

d) das Verhältnis der Gamma-Absorptionskoeffizienten μΐ des- Hüls/· .!materials zu μ2 der Hülsenfüllung etvra 10-100 :1 beträgt

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllstandsmessung von mit Pulvern oder Flüssigkeiten gefüllten Rohren oder Hülsen, insbesondere von mit nichtmetallischen Pulvern gefüllten Metallhülsen, mittels Gamma-Absorption in einer vorgegebenen Höhe, wobei mehrere Gammastrahlenbündel den Querschnitt der Rohre oder Hülsen durchdringen und die geschwächten Gammastrahlenbündel empfängerseitig gemessen werden.

Der Füllstand von mit Pulvern oder Flüssigkeiten gefüllten Rohren und Hülsen wird normalerweise über Gewiciitsbesiimmung oder mittels Durchstrahlung mit Gamma-Strahlen bestimmt. Die Gewichtsbestimmung versagt jedoch, wenn das Toleranzgewicht von Rohr bzw. Hülse größer ist als das Füllgewicht.

Die einfache Durchleuchtung der gefüllten Hülsen mit Gamma-Strahlen gibt ebenfalls keine eindeutige Aussage, wenn die Schwächung der Gamma-Strahlen durch die Füllung nur einen kleinen Prozentsatz der Schwächung durch das Rohr bzw. die Hülse ausmacht und die Wandstärke des Rohres bzw. der Hülse Schwankungen unterliegt bzw. Rohr oder Hülse konisch &o verläuft.

Alle bekannten Verfahren gehen davon aus, daß die Schwächung der Gammastrahlen durch die Füllung größer als 20% ist (z. B. Grave, Elektrische Messung nichtelektrischer Größen (1962), Seiten 266-269) b5 Strahlenquellen und Detektoren innerhalb der Behälter angebracht werden können, sodaß Wandstärke und Wandstärkenänderungen nicht in die Messung eingehen

(z. B. Stahl und Eisen 84 (1964), Seiten 562-566, Stahl und Eisen 81 (1961), Seiten 203-250, DE-AS 19 03 873), oder der Füllstand in einem vorgegebenen Behälter gemessen wird, sodaß ebenfalls keine Wandstärkenänderungen auftreten können (z. B. Technische Information 30/TI 104/629/03.71 der Fa. Hartmann & Braun, Füllstands-Überwachung, S. 19-23). Mit diesen Verfahren ergibt die Messung der Impulsrate der einzelnen Detektoren eine direkte und eindeutige Aussage, ob im Strahlengang ein Füllmaterial vorhanden ist. Nicht anwendbar sind diese Verfahren jedoch bei der Füllstandsmessung in Rohren und Hülsen, wenn die Füllung das Gammastrahienbündel im Verhältnis zum Rohr- bzw. Hülsenmaterial nur wenig schwächt und außerdem zwischen den einzelnen Rohren bzw. Hülsen größere Wandstärkenabweichungen auftreten können.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Füllstandsmessung von mit Pulvern oder Flüssigkeiten gefüllten Rohren oder Hülsen zu finden, insbesondere von mit nichtmetallischen Pulvern gefüllten Metallhülsen, mittels Gamma-Absorption in einer vorgegebenen Höhe, wobei mehrere Strahlenbündel den Querschnitt der Rohre oder Hülsen durchdringen und die geschwächten Gammastrahlenbündel empfängerseitig gemessen werden. Mit diesem Verfahren sollten auch ■Füllungen gemessen werden können, deren Gammastrahlenabsorption klein gegenüber dem Rohr- bzw. Hülsenmaterial ist, und die Wandstärken der Rohre bzw. Hülsen größere Toleranzschwankungen aufweisen können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale a) bis d) wonach

a) in einer Ebene senkrecht zur Achse der Hülse eine Gammastrahiquelle in Kombination mit einer Blende für mindestens drei Strahlenbündel verwendet wird, sodaß diese in ihrer Intensität annähernd gleich sind, und die Blende so angeordnet ist, daß das eine Strahlenbündel zentral und zwei Strahlenbündel den Prüfkörper am Rande durchdringen,

b) die Intensitäten der beim Prüfkörperdurchgang geschwächten Strahlenbündel von mindestens drei Empfängern gemessen und die Meßwerte in einer Auswerteschaltung ermittelt werden,

c) die Meßergebnisse mit einem Eichnormal bzw. Rechenkurve, deren charakteristischen Parameter in Speichern vorliegen, verglichen werden,

d) das Verhältnis der Gammaabsorptionskoeffizienten μΐ des Hülsenmaterials zu μ2 der Hülsenfüllung etwa 10-100:1 beträgt.

Vorzugsweise werden zur Messung nur drei ausgeblende; Gamma-Strahlenbündel benutzt und der Grad der /.!.issung der drei Meßergebnisse an das Eicr.r·. : uai mit vorgegebenen Kurvenanpassungs-Funktionen berechnet.

Mit diesem Verfahren kann zuverlässig die gewünschte Füllhöhe überprüft werden, wenn man die Strahlenbündel auf die entsprechende Höhe der Hülse einstellt.

Zur Unterscheidung zwischen gefüllten und nichtgefüllten Prüfkörpern, bei denen die Wandstärke innerhalb bestimmter Toleranz schwankt, wird der Prüfkörper (10) in Fig. 1 mit Pulverfüllung (II) mit einer, in ihrer Intensität dem Prüfkörper angepaßten Gammastrahlung durchstrahlt. Diese Strahlung wird in einer Gamma-Strahlenquelle (8) erzeugt. Aus der austretenden Strahlung werden durch eine Blende (9) drei Strahlenbündel so ausgeblendet, daß sie in ihrer Intensität annähernd gleich sind.

Außerdem ist die Blende (9) so angeordnet, daß das eine Strahlenbündel (2) zentral und zwei Strahlenbündel (1, 3) den Prüfkörper (10) am Rand durchdringen. Die Intensitäten der beim Prüfkörperdurchgang geschwächten Strahlenbündel (1,2,3) werden von den Detektoren (4,5,12) gemessen und die Meßwerte der Auswerteeinheit (6) zugeführt.

Diese Auswerteeinheit (6) führt nach einem vorgegebenen Rechenprogramm eine Kurvenanpassung an ausgewählte Kurventypen durch, deren cnarakteristi- ic sehe Parameter in Speichern vorliegen. Die Güte dieser so gewonnenen Ist-Funktion wird anschließend mittels Kurvenanpassung mit der jeweiligen, vorher durch Messungen bestimmten Sollkurve verglichen und die entsprechenden Korrelationskoeffizienten in den Spei- is eher abgelegt.

Nach der Ermittlung des Koeffizienten, der die beste Anpassung kennzeichnet, wird je nach Ergebnis eine Vorrichtung (7) bedient, die leere und voiie Prüfkörper trennt.

Durch die Verknüpfung der Merkmale a) und b) werden Durchstrahlungskurven gewonnen, die charakteristisch sind für leere bzw. gefüllte Hülsen. Wenn die Wandstärke der Hülsen Produktionsschwankungen von z. B. ±20% unterliegt, so verlaufen die Durchstrahlungskurven der leeren Hülsen im auswertbaren Bereich annähernd parallel. Es ändern sich an diesen Kurven also nur die Absolutwerte, jedoch nicht die Funktions-Parameter. Das gleiche gilt für die Durchstrahlungskurven, wenn diese Hülsen gefüllt sind. Sie haben jedoch typisch andere Funktionsparameter als Durcnstrahlungskurven von leeren Hülsen.

Besonders wichtig ist, daß durch dieses Verfahren Hülsen und Füllung vermessen werden können, ohne daß jeweils die zugehörige Leermessung durchgeführt i'-> werden muß. Damit ist es möglich eine Serienproduktion von gefüllten Hülsen auf ihren Füllstand zu kontrollieren, ohne Leermessung durchzuführen.

Das war mit den bisher bekannten Verfahren nicht möglich.

Folgendes Beispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern:

Es wurden Metallhülsen geprüft, wobei die Prüfkörper folgende Abmessung besaßen:

Durchmesser D = 10 mm Länge L = 30 mm

Wandstärke d ~ 0,4 mm

Das Verhältnis der Gamma-Absorptionskoeffizienten des Hülsenmaterials zur Füllung betrug ca. 100 :1. Folgende Impulsraten/wurden gemessen:

leere Hülsen:

/1 = 24 300
h = 37 700
/3 = 30 600

volle Hülsen:

/1 = 23 800
h = 35 800
Ji = 29 9ÖÖ

/1 = rechter Randstrahl /2 = zentraler Strahl Ji = linker Randstrahl

Die mathematische Anpassung erfolgt an Funktion ]=ax² + bx+c, wobei χ der Abstand vom zentralen Strahlenbündel bedeutet (x (zentraler Strahlenbündel) =0). Es ergeben sich folgende Parameter für diese Funktion:

leer: a = 279

b = -3908
c = 37 700

voll: a = 4,97

b = -5483
c = 35 800

Für volle Prüfkörper wurden Kurvenparameter berechnet, die sich deutlich von den entsprechenden Parametern der leeren Prüfkörpern unterscheiden.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit variabler Wandstärke zwa- der Kurvenparameter c ändert, die Parameter a und b aber für die jeweiligen Prüfkörper (leer/voll) charakteristisch bleiben. Dadurch kann eindeutig zwischen vollen und leeren Prüfkörpern unterschieden werden.

Hierzu :l Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Füllstandsmessung von mit Pulvern oder Flüssigkeiten gefüllten Rohren oder Hülsen, insbesondere von mit nichtmetallischen Pulvern gefüllten Metallhülsen, mittels Gamma-Absorption in einer vorgegebenen Höhe, wobei mehrere Gammastrahlenbündel den Querschnitt der Rohre oder Hülsen durchdringen und die geschwächten Gammastrahlenbündel empfängerseitig gemessen werden, gekennzeichnet durch eine Verknüpfung der Merkmale a) bis d), wonach