WO2016124459A1 - Measuring assembly for the radiometric density or filling level measurement of a medium in an explosive region - Google Patents

Measuring assembly for the radiometric density or filling level measurement of a medium in an explosive region Download PDF

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WO2016124459A1
WO2016124459A1 PCT/EP2016/051652 EP2016051652W WO2016124459A1 WO 2016124459 A1 WO2016124459 A1 WO 2016124459A1 EP 2016051652 W EP2016051652 W EP 2016051652W WO 2016124459 A1 WO2016124459 A1 WO 2016124459A1
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explosion
measuring arrangement
arrangement according
photo
proof enclosure
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PCT/EP2016/051652
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Dieter Benz
Simon Weidenbruch
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Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves
    • G01F23/288X-rays; Gamma rays or other forms of ionising radiation
    • G01F23/2885X-rays; Gamma rays or other forms of ionising radiation for discrete levels

Definitions

  • the invention relates to a measuring arrangement for the radiometric density or level measurement of a medium in a hazardous area.
  • Influencing process variables are used by actuators, such as valves or pumps, through which the flow of a liquid in one
  • Pipe section or the level can be changed in a container.
  • all devices are called field devices, the
  • the measuring method of radiometry uses radioactive radiation, preferably gamma radiation, which is emitted by a radiation source and passed through the container with the medium to be measured. After passing through the container, the transmitted radiation intensity is detected by a detector. By the evaluation of the detector signal of the transmitted portion of the emitted radiation intensity is determined, which can be deduced the density or the level of the medium.
  • radioactive radiation preferably gamma radiation
  • the transmitted radiation intensity of the radioactive radiation can not be detected directly after passing through the container, it must first be converted by a suitable material into electromagnetic radiation in the optical range, before it can be detected by a photo-sensitive unit within the detector.
  • a suitable material such as an avalanche photodiode
  • polystyrene has this scintillating property.
  • the photo-sensitive unit such as an avalanche photodiode
  • the photo-sensitive unit such as an avalanche photodiode
  • Explosion-proof encapsulation can be implemented in a number of ways; this is specified for electronic components, for example in the EN 60079 series of standards. This includes an encapsulation whose ignition protection requirements are defined in the standard EN 60079-18.
  • Radiation is absorbed when passing through the encapsulation. This reduces the measuring sensitivity of the avalanche photodiode and thus also the measuring accuracy of the entire measuring arrangement.
  • the invention is therefore based on the object to provide a measuring arrangement for operation in a hazardous area, in which the explosion-proof encapsulation of the photosensitive unit increases the sensitivity of the photo-sensitive unit.
  • the invention solves this problem by a measuring arrangement for
  • the measuring arrangement comprises
  • a radioactive radiation source for emitting radioactive radiation
  • a photo-sensitive unit that converts electromagnetic radiation into a measurement signal
  • An explosion-proof encapsulation enclosing at least the photosensitive unit, and at least in one defined subregion consists of a scintillating material.
  • the detector and the radiation source are such to each other
  • a control / evaluation unit which determines the density or the level based on the measurement signal.
  • a higher-level unit is provided which is arranged outside the potentially explosive area and which supplies the detector with energy via an electrical connecting line.
  • radioactive radiation takes place in electromagnetic radiation, the electromagnetic radiation can enter directly into the photo-sensitive unit
  • the direct sensitivity of the photo-sensitive unit or the entire measuring arrangement can be increased by the direct coupling of the electromagnetic radiation.
  • a scintillating material for example, a plastic having scintillating properties such as polystyrene or polyvinyltoluene can be used.
  • inorganic scintillating materials such as cesium iodide, lanthanum chloride, bismuth germanate or comparable materials with scintillating
  • control / evaluation unit is also enclosed by the explosion-proof enclosure.
  • control / evaluation unit is in the immediate vicinity of the photo-sensitive unit, for example, on the same board, so that the evaluation of the data or the control of the photo-sensitive unit in
  • explosion-proof area can be performed.
  • the explosion-proof enclosure consists of scintillating material.
  • the radioactive radiation is converted over the entire surface of the encapsulation in electromagnetic radiation and hereby further increases the sensitivity of the detector.
  • the explosion-proof enclosure is a
  • Encapsulation This can be realized, for example, by using polystyrene, since polystyrene has, on the one hand, scintillating properties, and, on the other hand, it can, by virtue of its thermoplastic properties, be formed by primary shaping processes, e.g. in the form of a potting, processed.
  • primary shaping processes e.g. in the form of a potting, processed.
  • Explosion protection as set out, for example, in the standard EN 60079-18 (or an equivalent standard).
  • the electrical connection line is an intrinsically safe connection cable. This ensures that even by this cable, which is primarily intended to power the detector, no danger of ignition of the hazardous area emanates. It goes without saying that over such a cable not only the
  • the detector includes an additional transceiver unit for wireless data transmission.
  • the measuring arrangement has
  • the explosion-proof enclosure a protective layer to protect against environmental influences, in particular ambient light on.
  • Ambient light can lead to a falsified measurement of the detector, since the photo-sensitive Unit also detects parasitic ambient light and this can not distinguish from the actual measurement signal. Therefore one increases
  • Protective layer may for example consist of a metallic reflection layer, which by means of a coating method, such as. B. physical sputtering is applied. It can also be a light-absorbing lacquer layer.
  • the explosion-proof enclosure has a housing for
  • Suitable materials are again, for example, light-absorbing or reflective metals or plastics. This can also provide protection against others
  • Environmental influences such as water spray, corrosive media or mechanical effects can be achieved.
  • the photosensitive unit is a photodiode or an array of several
  • Photodiodes In this case, an arbitrary array can assume any desired shapes, for example a rectangular area comprising a large number of photodiodes arranged side by side for enlarging the photosensitive area. Above all, avalanche photodiodes for detecting electromagnetic radiation in the optical range are very suitable among photodiodes.
  • any type of photodiode capable of converting the electromagnetic radiation emanating from the scintillating material into measuring signals can in principle be used.
  • Fig. 1 A preferred embodiment of the invention
  • a measuring arrangement for the radiometric determination or monitoring of the level in the hazardous area In Fig. 1, a measuring arrangement for the radiometric determination or monitoring of the level of a medium 13 in a container 2, which is located in a hazardous area, shown.
  • a radiation source 3 emits radioactive radiation in the direction of the container 2 with the medium 13 to be measured.
  • the level of the medium 13 in the container 2 is above the radioactive radiation, the radiation is conducted through the medium 13 and consequently absorbed more strongly, so that after passage through the container 2 results in a lower intensity of the radioactive radiation.
  • the level is below the course of the radioactive radiation.
  • the radioactive radiation After passing through the container 2, the radioactive radiation strikes a subregion 7 of a scintillating material
  • the partial area 7, in which the radioactive radiation is converted into electromagnetic radiation, is followed by a photo-sensitive unit 5 within the enclosure 6.
  • the photo-sensitive unit 5 detects the electromagnetic radiation and converts it into a dependent of the intensity of the electromagnetic radiation measurement signal. This can be further processed by a rule / evaluation unit 8.
  • a rule / evaluation unit 8 In the present
  • control / evaluation unit 8 is also within the explosion-proof enclosure. 6
  • the limit level is the height at which the radioactive radiation passes through the container.
  • the power supply of the detector 4 is performed by the parent unit 9 in the illustrated embodiment from outside the hazardous area.
  • the detector 4 the energy is supplied via an intrinsically safe cable 10 in order to ensure the power supply to the explosion-hazardous area in explosion-proof.
  • the photo-sensitive unit 5 which is preferably an avalanche photodiode, is protected in an explosion-proof manner and at the same time has scintillating properties in the critical subarea 7 of the encapsulation 4, thereby improving the sensitivity of the photodiode. sensitive unit 5 is effected.

Abstract

The invention relates to a measuring assembly for radiometric measurements in an explosive region. The photo-sensitive unit (5) of the detector (4) is configured in such a way that it is surrounded by an encapsulation (6). In this way, the encapsulation (6) both serves as explosion protection and is designed in such a way that it causes the conversion of the incident radioactive radiation into electromagnetic radiation. This is achieved in that the encapsulation (6) is formed by scintillating material at least in one region (7). This results in the advantage that, despite the explosion-safe encapsulation (6), the sensitivity of the photo-sensitive unit (5) is not reduced, rather it is increased. The in turn increased the potential measurement accuracy of the entire measuring assembly.

Description

Messanordnung zur radiometrischen Dichte- oder Füllstandsmessung eines Mediums in einem explosionsgefärdeten Bereich  Measuring arrangement for the radiometric density or level measurement of a medium in an explosive atmosphere
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur radiometrischen Dichte- oder Füllstandsmessung eines Mediums in einem explosionsgefärdeten Bereich. The invention relates to a measuring arrangement for the radiometric density or level measurement of a medium in a hazardous area.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisie- rungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH- Redoxpotential-Messgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur In automation technology, in particular in process automation technology, field devices are often used which serve to detect and / or influence process variables. Sensors that are used, for example, in level gauges, flowmeters, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity meters, etc., which contain the corresponding process variables level, flow, pressure, temperature, pH value, redox potential, resp Detect conductivity. to
Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Influencing process variables are used by actuators, such as valves or pumps, through which the flow of a liquid in one
Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die Pipe section or the level can be changed in a container. In principle, all devices are called field devices, the
prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben. be used close to the process and deliver or process the process-relevant information. A variety of such field devices is manufactured and sold by the company Endress + Hauser.
Im Fall von Dichte- oder Füllstandsmessungen werden oftmals Feldgeräte eingesetzt, deren Messmethode auf Radiometrie basiert. Dieses Messprinzip hat sich im Fall von Dichte-Bestimmung insbesondere für Medien mit hoher Dichte bewährt, die nicht rein flüssiger oder gasförmiger Natur sind, sondern auch hohe Anteile an Feststoffen beinhalten, wie zum Beispiel Schlämme, Öle oder hochviskose Medien im Allgemeinen. Bei Füllstandsmessungen kann es sich bei dem Medium sogar um feste Schüttgüter wie Kies, Sand oder Saatgut handeln. Beim Umgang mit solchen Medien ist jedoch generell zu beachten, dass durch Öl-Dämpfe oder Gasentwicklung durch Treibstoffe, aber auch Staubentwicklung durch Schüttgüter Explosionsgefahr in den Bereichen um die Behälter entstehen kann. Hierdurch ist es für Messanordnungen zur Dichte- oder Füllstandsbestimmung, die in solch explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, notwendig, explosionssicher ausgelegt zu sein. In the case of density or level measurements, field devices whose measurement method is based on radiometry are often used. In the case of density determination, this measuring principle has proved particularly suitable for high-density media which are not of a purely liquid or gaseous nature but also contain high proportions of solids, such as, for example, sludges, oils or high-viscosity media in general. For level measurements, the medium may even be solid bulk materials such as gravel, sand or seeds. When handling such media, however, it must generally be borne in mind that the risk of explosion in the areas around the containers can arise due to oil vapors or the development of gas by the use of fuels, as well as the formation of dust by bulk materials. This makes it for measuring arrangements for Density or level measurement used in such potentially explosive atmospheres, necessary to be explosion proof.
Die Messmethode der Radiometrie nutzt radioaktive Strahlung, vorzugsweise Gamma-Strahlung, die von einer Strahlenquelle ausgesendet und durch den Behälter mit dem zu messenden Medium geleitet wird. Nach Durchgang durch den Behälter wird die transmittierte Strahlenintensität von einem Detektor erfasst. Durch die Auswertung des Detektorsignals wird der transmittierte Anteil der ausgesandten Strahlenintensität bestimmt, wodurch auf die Dichte oder den Füllstand des Mediums zurückgeschlossen werden kann. The measuring method of radiometry uses radioactive radiation, preferably gamma radiation, which is emitted by a radiation source and passed through the container with the medium to be measured. After passing through the container, the transmitted radiation intensity is detected by a detector. By the evaluation of the detector signal of the transmitted portion of the emitted radiation intensity is determined, which can be deduced the density or the level of the medium.
Die transmittierte Strahlenintensität der radioaktiven Strahlung kann nach Durchgang durch den Behälter jedoch nicht direkt detektiert werden, es muss durch ein dafür geeignetes Material zuerst in elektromagnetische Strahlung im optischen Bereich umgewandelt werden, bevor es von einer photo-sensitiven Einheit innerhalb des Detektors detektiert werden kann. Materialien, die diese Eigenschaft aufweisen, werden als szintillierende Materialien bezeichnet. Unter anderem Polystyrol weist diese szintillierende Eigenschaft auf. Erst die im optischen Bereich liegende Strahlung kann von der photo-sensitiven Einheit, wie beispielsweise einer Avalanche Photodiode detektiert werden, wobei für den Betrieb von Avalanche Photodioden nur moderate Spannungen von üblicherweise 30 V notwendig sind, im Gegesatz zu Geiger-Müller- Zählrohren oder Photomultipliern, deren Betriebsspannung mehrere hundert Volt bis über tausend Volt betragen kann. Der Betrieb von Messanordnungen, die hohe Versorgungsspannungen benötigen, ist in explosionsgefährdeten Bereichen jedoch kritisch, da mit steigender Versorgungsspannung auch die Gefahr steigt, dass diese Geräte als potentielle Zündquelle in explosionsgefährdeten Bereichen wirken. Um Dichte- oder Füllstandsmessungen in explosionsgefährdeten Bereichen, wie es beispielsweise in Prozessanlagen der Öl- oder Gasindustrie anzufinden ist, trotzdem durchführen zu können, müssen insbesondere diejenigen  However, the transmitted radiation intensity of the radioactive radiation can not be detected directly after passing through the container, it must first be converted by a suitable material into electromagnetic radiation in the optical range, before it can be detected by a photo-sensitive unit within the detector. Materials having this property are referred to as scintillating materials. Among others, polystyrene has this scintillating property. Only the radiation lying in the optical range can be detected by the photo-sensitive unit, such as an avalanche photodiode, for the operation of avalanche photodiodes only moderate voltages of usually 30 V are necessary, in contrast to Geiger-Müller counter tubes or photomultipliers , whose operating voltage can be several hundred volts to over a thousand volts. However, the operation of measuring arrangements which require high supply voltages is critical in potentially explosive atmospheres, since with increasing supply voltage the danger also increases that these devices act as a potential ignition source in potentially explosive atmospheres. In order to be able to carry out density or fill level measurements in potentially explosive areas, as can be found, for example, in process plants in the oil or gas industry, these must be particularly those
Komponenten der Messanordnung, die hohe Versorgungsspannungen erfordern, zum Zweck des Zündschutzes gekapselt sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass die notwendige Zündenergie, die beispielsweise von der hohen Versorgungsspannung herrührt, nicht in den explosionsgefährdeten Bereich übertragen wird. Eine explosionssichere Kapselung kann auf verschiedene Arten realisiert werden, dies ist für elektronische Komponenten beispielsweise in der Normenreihe EN 60079 festgelegt. Hierunter fällt auch eine Vergusskapselung, deren Zündschutz-Anforderungen in der Norm EN 60079-18 definiert sind. Components of the measuring arrangement, which require high supply voltages, be encapsulated for the purpose of protection against ignition. This will ensures that the necessary ignition energy, for example due to the high supply voltage, is not transferred to the hazardous area. Explosion-proof encapsulation can be implemented in a number of ways; this is specified for electronic components, for example in the EN 60079 series of standards. This includes an encapsulation whose ignition protection requirements are defined in the standard EN 60079-18.
Aus dem Patent US 20120132817 sind bereits Vergusskapselungen für Avalanche Photodioden bekannt. Allerdings dient hier die Vergusskapselung lediglich dem Schutz der Avalanche Photodiode vor äußeren From the patent US 20120132817 Vergusskapselungen for avalanche photodiodes are already known. However, here the Vergusskapselung serves only the protection of the avalanche photodiode from the outside
Umwelteinflüssen und nicht dem Explosionsschutz. Nachteilig bei der Environmental influences and not the explosion protection. Disadvantageous in the
Kapselung von Avalanche Photodioden ist hier jedoch auch, dass die However, encapsulation of avalanche photodiodes is also here that the
Strahlung bei Durchgang durch die Kapselung absorbiert wird. Dies reduziert die Messempfindlichkeit der Avalanche Photodiode und somit auch die Messgenauigkeit der gesamten Messanordnung. Radiation is absorbed when passing through the encapsulation. This reduces the measuring sensitivity of the avalanche photodiode and thus also the measuring accuracy of the entire measuring arrangement.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung für den Betrieb in einem explosionsgefährdeten Bereich bereitzustellen, bei der die explosionssichere Kapselung der photo-sensitiven Einheit die Empfindlichkeit der photo-sensitiven Einheit erhöht. The invention is therefore based on the object to provide a measuring arrangement for operation in a hazardous area, in which the explosion-proof encapsulation of the photosensitive unit increases the sensitivity of the photo-sensitive unit.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Messanordnung zur The invention solves this problem by a measuring arrangement for
radiometrischen Bestimmung oder Überwachung der Dichte oder des radiometric determination or monitoring of the density or the
Füllstandes eines Mediums in einem Behälter, welche sich in einem Level of a medium in a container, which is in a
explosionsgefärdeten Bereich befindet. Die Messanordnung umfasst explosive area is located. The measuring arrangement comprises
- eine radioaktive Strahlenquelle zum Aussenden radioaktiver Strahlung, a radioactive radiation source for emitting radioactive radiation,
- einen Detektor mit - a detector with
- einer photo-sensitiven Einheit, die elektromagnetische Strahlung in ein Messsignal umwandelt,  a photo-sensitive unit that converts electromagnetic radiation into a measurement signal,
- einer explosionssicheren Kapselung, die zumindest die photosensitive Einheit umschließt, und die zumindest in einem definierten Teilbereich aus einem szintillierenden Material besteht. - An explosion-proof encapsulation enclosing at least the photosensitive unit, and at least in one defined subregion consists of a scintillating material.
Hierbei sind der Detektor und die Strahlenquelle derart zueinander  Here, the detector and the radiation source are such to each other
angeordnet, dass die radioaktive Strahlung nach Durchgang durch den Behälter auf das szintillierende Material auftrifft und elektromagnetischearranged that the radioactive radiation after passing through the container to the scintillating material impinges and electromagnetic
Strahlung erzeugt, wobei die photo-sensitive Einheit die elektromagnetische Strahlung empfängt. Des Weiteren ist eine Regel-/Auswerte-Einheit vorgesehen, die die Dichte oder den Füllstand anhand des Messsignals bestimmt. Zusätzlich ist eine übergeordnete Einheit vorgesehen, die außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs angeordnet ist und die den Detektor über eine elektrische Verbindungsleitung mit Energie versorgt. Radiation generated, wherein the photo-sensitive unit receives the electromagnetic radiation. Furthermore, a control / evaluation unit is provided which determines the density or the level based on the measurement signal. In addition, a higher-level unit is provided which is arranged outside the potentially explosive area and which supplies the detector with energy via an electrical connecting line.
Durch diese Ausgestaltung der explosionssicheren Kapselung, bei der zumindest in einem Teilbereich eine Umwandlung der eintreffenden Due to this design of the explosion-proof enclosure, at least in a partial area, a conversion of the incoming
radioaktiven Strahlung in elektromagnetische Strahlung erfolgt, kann die elektromagnetische Strahlung direkt in die photo-sensitive Einheit radioactive radiation takes place in electromagnetic radiation, the electromagnetic radiation can enter directly into the photo-sensitive unit
eingekoppelt werden. Hierdurch wird zum einen eine zusätzliche Szintillator- Einheit überflüssig. Zum anderen kann durch die direkte Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung die Mess-Empfindlichkeit der photo-sensitiven Einheit bzw. der gesamten Messanordnung erhöht werden. Als szintillierendes Material kann beispielsweise ein Kunststoff mit szintillierenden Eigenschaften, wie Polystyrol oder Polyvinyltoluen verwendet werden. Ebenso sind aber auch anorganische szintillierende Materialien wie Caesiumiodid, Lanthannchlorid, Bismutgermanat oder vergleichbare Materialien mit szintillierenden be coupled. As a result, on the one hand, an additional scintillator unit becomes superfluous. On the other hand, the direct sensitivity of the photo-sensitive unit or the entire measuring arrangement can be increased by the direct coupling of the electromagnetic radiation. As a scintillating material, for example, a plastic having scintillating properties such as polystyrene or polyvinyltoluene can be used. Likewise, however, inorganic scintillating materials such as cesium iodide, lanthanum chloride, bismuth germanate or comparable materials with scintillating
Eigenschaften denkbar. Properties conceivable.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der Messanordnung sieht vor, dass die Regel-/Auswerte-Einheit ebenfalls von der explosionssicheren Kapselung umschlossen ist. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich die Regel-/Auswerte-Einheit in unmittelbarer Nähe zur photo-sensitiven Einheit, beispielsweise auf der gleichen Platine, so dass auch das Auswerten der Daten oder die Steuerung der photo-sensitiven Einheit im An advantageous embodiment of the measuring arrangement provides that the control / evaluation unit is also enclosed by the explosion-proof enclosure. In this advantageous embodiment, the control / evaluation unit is in the immediate vicinity of the photo-sensitive unit, for example, on the same board, so that the evaluation of the data or the control of the photo-sensitive unit in
explosionsgeschützten Bereich durchgeführt werden kann. Eine bevorzugte Weiterbildung der Messanordnung sieht vor, dass die explosionssichere Kapselung aus szintillierendem Material besteht. In diesem Fall, bei dem nicht nur ein Teilbereich der explosionsgeschützten Kapselung aus szintillierendem Material besteht, wird die radioaktive Strahlung auf der gesamten Oberfläche der Kapselung in elektromagnetische Strahlung umgewandelt und hiermit die Empfindlichkeit des Detektors weiter erhöht. explosion-proof area can be performed. A preferred development of the measuring arrangement provides that the explosion-proof enclosure consists of scintillating material. In this case, where not only a portion of the explosion-proof encapsulation of scintillating material exists, the radioactive radiation is converted over the entire surface of the encapsulation in electromagnetic radiation and hereby further increases the sensitivity of the detector.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Messanordnung handelt es sich bei der explosionssicheren Kapselung um eine According to a further preferred embodiment of the measuring arrangement, the explosion-proof enclosure is a
Vergusskapselung. Dies kann zum Beispiel durch Verwendung von Polystyrol realisiert sein, da Polystyrol zum einen szintillierende Eigenschaften aufweist, zum anderen kann es durch seine thermoplastischen Eigenschaften mit urformenden Verfahren, z.B. in Form eines Vergusses, verarbeitet werden. Bei der geometrischen Auslegung der Kapselung sind Aspekte des Encapsulation. This can be realized, for example, by using polystyrene, since polystyrene has, on the one hand, scintillating properties, and, on the other hand, it can, by virtue of its thermoplastic properties, be formed by primary shaping processes, e.g. in the form of a potting, processed. In the geometrical design of the encapsulation are aspects of
Explosionsschutzes, wie zum Beispiel in der Norm EN 60079-18 (oder eine äquivalente Norm) dargelegt, zu beachten. Explosion protection, as set out, for example, in the standard EN 60079-18 (or an equivalent standard).
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Messanordnung handelt es sich bei der elektrischen Verbindungsleitung um ein eigensicheres Verbindungskabel. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch durch dieses Kabel, welches vornehmlich zur Energieversorgung des Detektors gedacht ist, keine Gefahr der Entzündung des explosionsgefährdeten Bereichs ausgeht. Es versteht sich von selbst, dass über solch ein Kabel nicht ausschließlich die In an advantageous development of the measuring arrangement, the electrical connection line is an intrinsically safe connection cable. This ensures that even by this cable, which is primarily intended to power the detector, no danger of ignition of the hazardous area emanates. It goes without saying that over such a cable not only the
Energieversorgung stattfinden muss. So kann zusätzlich auch Energy supply must take place. So can in addition also
Datenaustausch über diese Kabelverbindung erfolgen. Alternativ kann der Datenaustausch aber auch über eine kabellose Verbindung erfolgen. In diesem Fall beinhaltet der Detektor eine zusätzliche Sende-Empfangseinheit zur kabellosen Datenübertragung. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Messanordnung weist Data exchange via this cable connection. Alternatively, the data exchange can also take place via a wireless connection. In this case, the detector includes an additional transceiver unit for wireless data transmission. According to a preferred embodiment of the measuring arrangement has
die explosionssichere Kapselung eine Schutzschicht zum Schutz gegen Umwelteinflüsse, insbesondere Umgebungslicht, auf. Umgebungslicht kann zu einer verfälschten Messung des Detektors führen, da die photo-sensitive Einheit auch parasitäres Umgebungslicht detektiert und dies nicht vom eigentlichen Messsignal unterscheiden kann. Daher steigert eine the explosion-proof enclosure a protective layer to protect against environmental influences, in particular ambient light on. Ambient light can lead to a falsified measurement of the detector, since the photo-sensitive Unit also detects parasitic ambient light and this can not distinguish from the actual measurement signal. Therefore one increases
Schutzschicht die Zuverlässigkeit der Messanordnung. Eine solche Protective layer the reliability of the measuring arrangement. Such
Schutzschicht kann beispielsweise aus einer metallischen Reflektions-Schicht bestehen, die mittels eines Beschichtungsverfahrens, wie z. B. physikalischer Kathodenzerstäubung aufgetragen wird. Es kann sich aber auch um eine Licht-absorbierende Lackschicht handeln. Protective layer may for example consist of a metallic reflection layer, which by means of a coating method, such as. B. physical sputtering is applied. It can also be a light-absorbing lacquer layer.
In einer alternativen Weiterbildung der Messanordnung zur letztgenannten Ausgestaltung weist die explosionssichere Kapselung ein Gehäuse zumIn an alternative development of the measuring arrangement to the latter embodiment, the explosion-proof enclosure has a housing for
Schutz gegen Umwelteinflüsse, wie Umgebungslicht, auf. Sie übernimmt damit eine äquivalente Funktion wie die Schutzschicht. Geeignete Materialien sind hier wiederum beispielsweise Licht-absorbierende oder reflektierende Metalle oder Kunststoffe. Hierdurch kann außerdem ein Schutz gegen weitere Protection against environmental influences, such as ambient light, on. It thus assumes an equivalent function as the protective layer. Suitable materials are again, for example, light-absorbing or reflective metals or plastics. This can also provide protection against others
Umwelteinflüsse wie Spritzwasser, korrosive Medien oder mechanische Einwirkungen erreicht werden. Environmental influences such as water spray, corrosive media or mechanical effects can be achieved.
In einer vorteilhaften Form der Messanordnung handelt es sich bei der photosensitiven Einheit um eine Photodiode oder ein Array aus mehreren In an advantageous form of the measuring arrangement, the photosensitive unit is a photodiode or an array of several
Photodioden. Hierbei kann ein etwaiges Array beliebige Formen annehmen, beispielsweise eine rechteckige Fläche aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Photodioden zur Vergrößerung der photo-sensitiven Fläche. Unter Photodioden sind vor allem Avalanche Photodioden zur Detektion elektromagnetischer Strahlung im optischen Bereich sehr geeignet. Photodiodes. In this case, an arbitrary array can assume any desired shapes, for example a rectangular area comprising a large number of photodiodes arranged side by side for enlarging the photosensitive area. Above all, avalanche photodiodes for detecting electromagnetic radiation in the optical range are very suitable among photodiodes.
Erfindungsgemäß kann jedoch prinzipiell jeder Typ Photodioden verwendet werden, der in der Lage ist, die vom szintillierenden Material ausgehende elektromagnetische Strahlung in Messsignale umwandeln. According to the invention, however, any type of photodiode capable of converting the electromagnetic radiation emanating from the scintillating material into measuring signals can in principle be used.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to the following figure. It shows:
Fig. 1 : Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fig. 1: A preferred embodiment of the invention
Messanordnung zur radiometrischen Bestimmung oder Überwachung des Füllstandes im explosionsgefährdeten Bereich. In Fig. 1 ist eine Messanordnung zur radiometrischen Bestimmung oder Überwachung des Füllstandes eines Mediums 13 in einem Behälter 2, welche sich in einem explosionsgefärdeten Bereich befindet, dargestellt. Measuring arrangement for the radiometric determination or monitoring of the level in the hazardous area. In Fig. 1, a measuring arrangement for the radiometric determination or monitoring of the level of a medium 13 in a container 2, which is located in a hazardous area, shown.
Anhand von Fig. 1 ist zu erkennen, wie die einzelnen Komponenten der Messanordnung zueinander angeordnet sind: It can be seen with reference to FIG. 1 how the individual components of the measuring arrangement are arranged relative to one another:
Eine Strahlenquelle 3 sendet radioaktive Strahlung in Richtung des Behälters 2 mit dem zu messenden Medium 13. Wenn sich der Füllstand des Mediums 13 im Behälter 2 oberhalb der radioaktiven Strahlung befindet, wird die Strahlung durch das Medium 13 geleitet und folglich stärker absorbiert, so dass sich nach Durchgang durch den Behälter 2 eine niedrigere Intensität der radioaktiven Strahlung ergibt. In Fig. 2 befindet sich der Füllstand unterhalb des Verlaufs der radioaktiven Strahlung.  A radiation source 3 emits radioactive radiation in the direction of the container 2 with the medium 13 to be measured. When the level of the medium 13 in the container 2 is above the radioactive radiation, the radiation is conducted through the medium 13 and consequently absorbed more strongly, so that after passage through the container 2 results in a lower intensity of the radioactive radiation. In Fig. 2, the level is below the course of the radioactive radiation.
Nach Durchgang durch den Behälter 2 trifft die radioaktive Strahlung auf einen aus szintillierendem Material bestehenden Teilbereich 7 einer  After passing through the container 2, the radioactive radiation strikes a subregion 7 of a scintillating material
explosionssicheren Kapselung 6 eines Detektors 4. explosion-proof enclosure 6 of a detector 4.
Dem Teilbereich 7, in dem die radioaktive Strahlung in elektromagnetische Strahlung umgewandelt wird, schließt sich innerhalb der Kapselung 6 eine photo-sensitive Einheit 5 an. Die photo-sensitive Einheit 5 detektiert die elektromagnetische Strahlung und wandelt sie in ein von der Intensität der elektromagnetischen Strahlung abhängiges Messsignal. Diese kann von einer Regel/-Auswerteeinheit 8 weiterverarbeitet werden. Im vorliegenden  The partial area 7, in which the radioactive radiation is converted into electromagnetic radiation, is followed by a photo-sensitive unit 5 within the enclosure 6. The photo-sensitive unit 5 detects the electromagnetic radiation and converts it into a dependent of the intensity of the electromagnetic radiation measurement signal. This can be further processed by a rule / evaluation unit 8. In the present
Ausführungsbeispiel befindet sich die Regel-/Auswerte-Einheit 8 ebenfalls innerhalb der explosionssicheren Kapselung 6. Embodiment, the control / evaluation unit 8 is also within the explosion-proof enclosure. 6
Anhand der von der photo-sensitiven Einheit 5 erfassten Intensität der radioaktiven Strahlung kann darauf geschlossen werden, ob der Füllstand oberhalb der radioaktiven Strahlung verläuft. Im simpelsten Fall kann also anhand der Messanordnung erkannt werden, ob der Füllstand einen bestimmten Grenz-Füllstand unter- oder überschreitet. Dabei handelt es sich bei dem Grenz-Füllstand um die Höhe, auf der die radioaktive Strahlung durch den Behälter verläuft. On the basis of the detected by the photo-sensitive unit 5 intensity of the radioactive radiation can be concluded that the level is above the radioactive radiation. In the simplest case can therefore be detected on the basis of the measuring arrangement, whether the level falls below or exceeds a certain limit level. The limit level is the height at which the radioactive radiation passes through the container.
Für den Zündschutz im explosionsgefährdeten Bereich ist es außerdem wichtig, dass sich alle Komponenten der Messanordnung, die nicht explosionssicher ausgelegt sind, außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs befinden. Daher erfolgt die Energieversorgung des Detektors 4 durch die übergeordnete Einheit 9 in der dargestellten Ausführung von außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs. Dabei wird dem Detektor 4 die Energie über ein eigensicheres Kabel 10 zugeführt, um auch die Energieversorgung in den explosionsgefährdeten Bereich hinein explosionssicher zu gewährleisten. For ignition protection in potentially explosive atmospheres, it is also important that all components of the measuring arrangement that are not explosion-proof, located outside the hazardous area. Therefore, the power supply of the detector 4 is performed by the parent unit 9 in the illustrated embodiment from outside the hazardous area. In this case, the detector 4, the energy is supplied via an intrinsically safe cable 10 in order to ensure the power supply to the explosion-hazardous area in explosion-proof.
In Fig. 1 wird ersichtlich, dass die photo-sensitive Einheit 5, bei der es sich vorzugsweise um eine Avalanche-Photodiode handelt, explosionssicher geschützt ist und gleichzeitig im entscheidenden Teilbereich 7 der Kapselung 4 szintillierende Eigenschaften aufweist, wodurch eine verbesserte Sensitivität der photo-sensitiven Einheit 5 bewirkt wird. 1, it can be seen that the photo-sensitive unit 5, which is preferably an avalanche photodiode, is protected in an explosion-proof manner and at the same time has scintillating properties in the critical subarea 7 of the encapsulation 4, thereby improving the sensitivity of the photodiode. sensitive unit 5 is effected.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Messanordnung 1 measuring arrangement
2 Behälter  2 containers
3 Strahlenquelle  3 radiation source
4 Detektor  4 detector
5 Photo-sensitive Einheit 5 Photo-sensitive unit
6 Kapselung 6 encapsulation
7 Teilbereich  7 subarea
8 Reg el -/Au s werte- Einheit 8 control unit / unit
9 Übergeordnete Einheit9 Parent unit
10 Verbindungsleitung10 connection line
1 1 Schutzschicht 1 1 protective layer
12 Gehäuse  12 housing
13 Medium  13 medium

Claims

Patentansprüche claims
1 . Messanordnung zur radiometrischen Bestimmung oder Überwachung der Dichte oder des Füllstandes eines Mediums (13) in einem Behälter (2), welche sich in einem explosionsgefärdeten Bereich befindet, umfassend 1 . Measuring arrangement for the radiometric determination or monitoring of the density or the level of a medium (13) in a container (2), which is located in an explosive atmosphere, comprising
- eine radioaktive Strahlenquelle (3) zum Aussenden radioaktiver  - a radioactive radiation source (3) for emitting radioactive
Strahlung,  Radiation,
- einen Detektor (4) mit  - A detector (4) with
-- einer photo-sensitiven Einheit (5), die elektromagnetische Strahlung in ein Messsignal umwandelt,  a photo-sensitive unit (5) which converts electromagnetic radiation into a measuring signal,
-- einer explosionssicheren Kapselung (6), die zumindest die photosensitive Einheit (5) umschließt, und die zumindest in einem definierten Teilbereich (7) aus einem szintillierendem Material besteht,  - an explosion-proof enclosure (6), which surrounds at least the photosensitive unit (5), and which consists of a scintillating material at least in a defined portion (7),
wobei der Detektor (4) und die Strahlenquelle (3) derart zueinander angeordnet sind, dass die radioaktive Strahlung nach Durchgang durch den Behälter (2) auf das szintillierende Material auftrifft und elektromagnetische Strahlung erzeugt, wherein the detector (4) and the radiation source (3) are arranged in such a way that the radioactive radiation, after passing through the container (2) impinges on the scintillating material and generates electromagnetic radiation,
wobei die photo-sensitive Einheit (5) die elektromagnetische Strahlung empfängt, wherein the photo-sensitive unit (5) receives the electromagnetic radiation,
wobei eine Regel-/Auswerte-Einheit (8) vorgesehen ist, die die Dichte oder den Füllstand anhand des Messsignals bestimmt, und wherein a control / evaluation unit (8) is provided which determines the density or the level based on the measurement signal, and
wobei eine übergeordnete Einheit (9) vorgesehen ist, die außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs angeordnet ist und die den Detektor (4) über eine elektrische Verbindungsleitung (10) mit Energie versorgt. wherein a superordinated unit (9) is provided, which is arranged outside the hazardous area and which supplies the detector (4) via an electrical connecting line (10) with energy.
2. Messanordnung nach Anspruch 1 , wobei die Regel-/Auswerte-Einheit (8) von der explosionssicheren Kapselung (6) umschlossen ist. 2. Measuring arrangement according to claim 1, wherein the control / evaluation unit (8) of the explosion-proof enclosure (6) is enclosed.
3. Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die explosionssichere Kapselung (6) aus szintillierendem Material besteht. 3. Measuring arrangement according to claim 1 or 2, wherein the explosion-proof enclosure (6) consists of scintillating material.
4. Messanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der explosionssicheren Kapselung (6) um eine 4. Measuring arrangement according to at least one of the preceding claims, wherein it is in the explosion-proof enclosure (6) to a
Vergusskapselung handelt. Vergusskapselung acts.
5. Messanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der elektrischen Verbindungsleitung (10) um ein eigensicheres Verbindungskabel handelt. 5. Measuring arrangement according to at least one of the preceding claims, wherein the electrical connection line (10) is an intrinsically safe connection cable.
6. Messanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die explosionssichere Kapselung (6) eine Schutzschicht (1 1 ) zum6. Measuring arrangement according to at least one of the preceding claims, wherein the explosion-proof enclosure (6) has a protective layer (1 1) for
Schutz gegen Umwelteinflüsse, insbesondere Umgebungslicht, aufweist. Protection against environmental influences, in particular ambient light having.
7. Messanordnung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die explosionssichere Kapselung (6) ein Gehäuse (12) zum Schutz gegen Umwelteinflüsse, insbesondere Umgebungslicht, aufweist. 7. Measuring arrangement according to at least one of claims 1 to 6, wherein the explosion-proof enclosure (6) has a housing (12) for protection against environmental influences, in particular ambient light.
8. Messanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der photo-sensitiven Einheit (5) um eine Photodiode oder eine Anordnung aus mehreren Photodioden handelt. 8. Measuring arrangement according to at least one of the preceding claims, wherein the photo-sensitive unit (5) is a photodiode or an arrangement of a plurality of photodiodes.
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