РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ ДВУХПРОВОДНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТЕПЕНИ НАПОЛНЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G01F23/288 

Изобретение относится к радиометрическому измерительному прибору с радиоактивным излучателем и детектором для регистрации образующейся в месте расположения детектора интенсивности излучения.

Посредством радиометрических измерительных приборов можно измерять физические величины, такие, к примеру, как степень наполнения загружаемого материала в резервуаре, превышение или недостижение заданной степени наполнения загружаемого материала в резервуаре или плотность среды.

Радиометрические измерительные приборы обычно всегда используются в том случае, если традиционные измерительные приборы в силу наличия особой шероховатости в месте измерения не могут быть использованы. Очень часто, к примеру, в месте измерения преобладают экстремально высокие температуры и давления или имеют место очень агрессивные химические и/или механические воздействия со стороны окружающей среды, из-за которых становится невозможным использование других методов измерения.

В технике радиометрических измерений радиоактивный излучатель, к примеру, препарат Со 60 или Cs 137, помещается в резервуар для защиты от излучения и устанавливается в месте измерения, к примеру, в наполненном загружаемым продуктом резервуаре. В качестве такого резервуара может использоваться, к примеру, бак, контейнер, труба, транспортерная лента или любая другая форма резервуара. Резервуар для защиты от излучения имеет углубление, через которое излучение, испускаемое позиционированным для осуществления измерений излучателем, передается через стенку резервуара для защиты от излучения. Обычно выбирается такое направление излучения, при котором излучение пронизывает ту зону резервуара, которая должна быть зарегистрирована измерительной техникой. На противолежащей стороне измененная за счет изменения степени наполнения или плотности образующаяся интенсивность излучения в количественном отношении регистрируется посредством детектора. Образующаяся интенсивность излучения зависит от геометрического расположения и от степени поглощения. Степень поглощения при измерении степени наполнения и при контроле превышения или недостижения заданной степени наполнения зависит от количества загружаемого в резервуар материала, а при измерении плотности от плотности загружаемого материала. Следовательно, образующаяся интенсивность излучения является мерой фактической степени наполнения, превышения или недостижения заданной степени наполнения или фактической плотности загружаемого в резервуар материала.

В качестве детектора подходит, к примеру, сцинтилляционный детектор со сцинтиллятором, к примеру, со сцинтилляционным стержнем, и с фотоэлектронным умножителем. Сцинтилляционный стержень состоит из специального полимера, к примеру, полистирола (PS) или поливинилтолуола (PVT), оптически очень чистого. Под воздействием гамма-излучения через сцинтилляционный материал испускаются световые вспышки. Они регистрируются посредством фотоэлектронного умножителя и преобразуются в электрические импульсы. Частота следования, с которой появляются импульсы, зависит от интенсивности излучения и тем самым является мерой для измеряемого физического параметра, к примеру, степени наполнения или плотности. Сцинтиллятор или фотоэлектронный умножитель обычно установлены в защитной трубе, изготовленной, к примеру, из специальной стали. Измерительный прибор имеет присоединенный к детектору электронный блок измерительного прибора, который вырабатывает соответствующий частоте следования импульсов выходной сигнал. Электронный блок измерительного прибора обычно включает в себя устройство управления и счетчик. Электронные импульсы считываются, и выводится среднее число импульсов в единицу времени, на основании которого можно определить измеряемый физический параметр. Определение измеряемого параметра осуществляется, к примеру, посредством предусмотренного в электронном блоке микропроцессора, и в форме сигнала от измерительного прибора предоставляется для дальнейшего использования. Сигнал измерительного прибора подается, к примеру, на вышестоящий блок, к примеру, на программируемый контроллер (SPS), на систему управления производственным процессом (PLS) или на персональный компьютер (PC).

В технике измерений и автоматического регулирования предпочтительно используются измерительные приборы лишь с одной проводной парой, через которую осуществляется как энергообеспечение измерительного прибора, так и передача сигнала. Эти приборы обозначаются зачастую как 2-проводные измерительные приборы.

В соответствии со стандартом такие измерительные приборы запитываются напряжением в 10-12 В, и измерительный прибор регулирует протекающий через проводную пару ток в зависимости от измеренного в данный момент времени значения. Сигналом измерительного устройства в таких измерительных приборах является сигнальный ток. В соответствии с обычным в технике измерений и автоматического регулирования стандартом сигнальный ток в зависимости от измеренного в данный момент времени значения регулируется до значений в диапазоне от минимального значения сигнального тока в 4 мА до максимального значения сигнального тока в 20 мА. Регулировка до этих значений имеет преимущество в том, что они ввиду незначительной подачи энергии могут применяться и во взрывоопасных зонах, где требуется энергообеспечение с внутренней защитой. Так как через проводную пару осуществляется как энергообеспечение, так и передача сигнала, то в распоряжении измерительного прибора при питающем напряжении в 12 В и сигнальном токе в 4 мА имеется лишь мощность в 48 мВт.

Следующим вариантом осуществления этих 2-проводных измерительных приборов являются измерительные приборы, присоединенные посредством шины, через которую осуществляется как энергоснабжение измерительного прибора, так и передача сигнала. И для этого в промышленности были внедрены соответствующие стандарты, к примеру, высокоскоростная шина или основная полевая шина. И в этих 2-проводных измерительных приборах в распоряжении находится, как правило, лишь небольшое количество энергии для работы измерительного прибора. Обычно напряжение на клеммах составляет здесь порядка 10 В, а значение тока равняется в среднем 9 мА. Значение имеющейся в распоряжении энергии находится при этом в пределах 90 мВт. Традиционные радиометрические измерительные приборы требуют, однако, в частности, для обеспечения фотоэлектронного умножителя высоким напряжением значительно большего количества энергии, чем имеется в распоряжении у 2-проводных измерительных приборов.

Для работы фотоэлектронного умножителя необходимо высокое напряжение до 2000 В. Обычно это высокое напряжение создается с помощью преобразователя переменного напряжения в постоянное и посредством делителя напряжения, к примеру, цепи сопротивлений, распределяется на отдельные диноды фотоэлектронного умножителя. Для этого предпочтительно используются делители напряжения с очень большими омическими сопротивлениями. И даже тогда поперечный ток протекает через делитель напряжения, который, будучи соразмеренным с фактической потребностью в токе фотоэлектронного умножителя, приводит к существенным потерям энергии.

Для того чтобы эти измерительные приборы могли, тем не менее, применяться в сочетании с вышеописанным стандартом, эти измерительные приборы имеют обычно две проводные пары. Через одну из проводных пар измерительный прибор снабжается электроэнергией, а через другую протекает соответствующий описанному выше стандарту сигнальный ток. Для энергообеспечения обычно необходимо подключиться к нормальной электропроводке, которая, к примеру, проводит переменное напряжение в 230 В, к трансформатору и к выпрямителю, чтобы подавать на измерительный прибор, к примеру, питающее напряжение обычно в виде постоянного напряжения в 24 В. Данное мероприятие является очень затратным, а также имеется опасность того, что обе проводные пары при подключении прибора могут быть случайным образом перепутаны.

На рынке имеются также радиометрические измерительные приборы, в которых детектор и относящийся к нему электронный блок измерительного прибора отделены друг от друга и отдельно друг от друга обеспечиваются электроэнергией.

Задачей изобретения является создание такого радиометрического измерительного прибора, который имеет одну-единственную проводную пару, через которую осуществляется как энергоснабжение всего измерительного прибора, так и передача сигнала измерительного прибора.

Для решения указанной задачи предлагается радиометрический измерительный прибор, предназначенный для измерения физического параметра находящегося в резервуаре загружаемого материала и для выдачи сигнала, который соответствует измеренному значению физического параметра,

- который имеет одну-единственную проводную пару, через которую осуществляется энергообеспечение всего измерительного прибора и через которую производится передача сигнала измерительного прибора, с

- радиоактивным излучателем, который в процессе работы посылает радиоактивное излучение через резервуар,

- детектором со сцинтиллятором и фотоэлектронным умножителем, предназначенным для определения проникающей через резервуар зависящей от измеряемого физического параметра интенсивности излучения и преобразования ее в электрический выходной сигнал,

- электронным блоком измерительного прибора, который служит для того, чтобы на базе электрического выходного сигнала детектора вырабатывать сигнал и через проводную пару предоставлять его для дальнейшего использования,

- запитываемым через проводную пару энергоаккумулятором,

- устройством управления,

- которое в зависимости от находящейся в распоряжении через проводную пару и энергоаккумулятор энергии инициирует фазы измерений, во время которых измерительный прибор производит измерение физического параметра, и

- которое приводит в действие фотоэлектронный умножитель только во время пауз между измерениями, причем необходимые для работы фотоэлектронного умножителя высокие напряжения вырабатываются во время фаз измерений посредством каскадной схемы высокого напряжения.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения предусмотрена присоединенная к проводной паре измерительная схема, с помощью которой осуществляют измерение находящегося в распоряжении входного тока и входного напряжения.

В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения предусмотрена линия измерения энергии, через которую регистрируется имеющаяся внутри измерительного прибора через проводную пару и энергоаккумулятор энергия.

В соответствии с вариантом усовершенствования изобретения регистрируется степень заряженности энергоаккумулятора и фазы измерений запускаются в зависимости от степени заряженности энергоаккумулятора.

В соответствии со следующим вариантом осуществления изобретения электронный блок измерительного прибора включает в себя микроконтроллер, который во время пауз между измерениями выключен или работает с пониженной тактовой частотой.

В соответствии с вариантом усовершенствования изобретения сигналом измерительного прибора является сигнальный ток, который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока и максимальным значением тока, причем к минимальному значению тока относится то значение, при котором внутри заданного диапазона измерений измерительного прибора имеет место самая высокая интенсивность излучения.

В соответствии со следующим вариантом усовершенствования изобретения сигналом измерительного прибора является сигнальный ток, который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока и максимальным значением тока, и соотношение длительности фаз измерений и длительности пауз между измерениями при возрастающем сигнальном токе увеличивается.

В соответствии со следующим вариантом усовершенствования изобретения сигналом измерительного прибора является сигнальный ток, который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока и максимальным значением тока, и длительность фаз измерений при возрастающем сигнальном токе увеличивается.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения сигнал измерительного прибора является сигналом шины.

В соответствии с вариантом усовершенствования изобретения предусмотрен счетчик, который считает выработанные фотоэлектронным умножителем импульсы, и длительность фаз измерений рассчитана таким образом, что во время одной фазы измерений вырабатывается, по меньшей мере, одно заданное минимальное количество импульсов.

Изобретение состоит далее в способе работы радиометрического измерительного прибора в соответствии с изобретением, при котором сигналом измерительного прибора является сигнальный ток, который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока и максимальным значением тока, и сигнальный ток при включении измерительного прибора регулируется до максимального значения тока.

Изобретение состоит далее в способе работы радиометрического измерительного прибора в соответствии с изобретением, при котором сигналом измерительного прибора является сигнальный ток, который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока и максимальным значением тока, и при котором сигнальный ток в режиме тарировки регулируется до значения более чем 20,5 мА, в частности до 22 мА.

Изобретение состоит далее в способе работы радиометрического измерительного прибора в соответствии с изобретением, при котором:

- сигналом измерительного прибора является сигнальный ток, который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока и максимальным значением тока,

- сигнальный ток при наличии аппаратной ошибки регулируется до значения ошибки менее чем 3,8 мА, в частности до 3,6 мА, и

- устройство управления во время действия аппаратной ошибки инициирует паузу между измерениями, равную по продолжительности времени действия аппаратной ошибки.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения соотношение длительности фаз измерений и длительности пауз между измерениями в зависимости от имеющейся в распоряжении энергии составляет от 20 до 100%.

Изобретение состоит далее в способе работы измерительного прибора в соответствии с изобретением, при котором:

- измеряется имеющееся в распоряжении входное напряжение,

- входное напряжение сравнивается с необходимым для продолжительной работы измерительного прибора минимальным напряжением и

- устройство управления при превышении минимального значения напряжения инициирует паузу между измерениями, которую оно завершает лишь тогда, когда значение входного напряжения падает ниже минимального значения.

Изобретение и другие преимущества разъясняются далее более детально на основании чертежей, на которых представлен пример осуществления; одинаковые детали снабжены на фигурах одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг.1 схематично демонстрирует смонтированный на резервуаре радиометрический измерительный прибор;

фиг.2 демонстрирует электрическую схему радиометрического измерительного прибора в соответствии с изобретением, и

фиг.3 демонстрирует присоединенную к динодам фотоэлектронного умножителя каскадную схему высокого напряжения.

На фиг.1 схематично изображено измерительное устройство с радиометрическим измерительным прибором. Радиометрический измерительный прибор предназначен для измерения физического параметра и для выдачи сигнала М, соответствующего измеренному значению физического параметра. Измерительное устройство включает в себя наполняемый загружаемым материалом 1 резервуар 3. Радиометрический измерительный прибор смонтирован на резервуаре 3. Измеряемым физическим параметром является, к примеру, степень наполнения загружаемого материала 1 в резервуаре 3 или плотность загружаемого материала 1. Радиометрический измерительный прибор имеет радиоактивный излучатель 5, который в процессе работы посылает радиоактивное излучение через резервуар 3. Излучатель 5 состоит, к примеру, из резервуара для защиты от излучения, в который помещен радиоактивный препарат, к примеру, Со 60 или Cs 137. Резервуар для защиты от излучения имеет отверстие, через которое излучение выходит под углом раствора α и пронизывает резервуар 3. Измерительный прибор включает в себя детектор 7, который служит для того, чтобы воспринимать пронизывающее резервуар излучение, определять зависящую от измеряемого физического параметра интенсивность излучения и преобразовывать ее в электрический выходной сигнал N. Детектором 7 является сцинтилляционный детектор со сцинтиллятором 9, в данном случае со сцинтилляционным стержнем, и присоединенным к нему фотоэлектронным умножителем 11. Сцинтиллятор 9 и фотоэлектронный умножитель 11 находятся в изображенной на фиг.1 защитной трубе 13, к примеру, из специальной стали, которая установлена на противолежащей излучателю 5 наружной стенке резервуара 3. Попадающее на сцинтиллятор 9 радиометрическое излучение производит в материале сцинтиллятора световые вспышки. Эти вспышки регистрируются посредством фотоэлектронного умножителя 11 и преобразуются в электрические импульсы, которые в виде электрического выходного сигнала N детектора 7 находятся в распоряжении для дальнейшего использования. Частота следования импульсов, то есть количество определенных в единицу времени электрических импульсов, является мерой интенсивности излучения.

К детектору 7 присоединен электронный блок 15 измерительного прибора, предназначенный для того, чтобы на основании электрического выходного сигнала N детектора 7 вырабатывать сигнал М измерительного прибора.

Энергообеспечение радиометрического измерительного прибора осуществляется лишь через одну-единственную присоединенную к электронному блоку 15 измерительного прибора проводную пару 17, посредством которой измерительный прибор может присоединяться к вышестоящему узлу. Через эту проводную пару 17 в распоряжение предоставляется также и генерированный электронным блоком 15 измерительного прибора сигнал М измерительного прибора.

Для этого в предпочтительном варианте используется один из двух приведенных выше стандартов для 2-проводных измерительных приборов, то есть измерительный прибор либо регулирует ток, проходящий через проводную пару 17, до значения, соответствующего фактическому результату измерения, либо измерительный прибор присоединяется к шине и сигнал М измерительного прибора выдается в форме сигнала шины соответственно обычному для данной ситуации стандарту, к примеру, высокоскоростной шины или основной полевой шины.

Фиг.2 демонстрирует схему электрических соединений радиометрического измерительного прибора в соответствии с изобретением, на которой изображены детектор 7, присоединенный к нему электронный блок 15 измерительного прибора и проводная пара 17. Электронный блок 15 измерительного прибора имеет присоединенный к проводной паре 17 блок 19 питания, который через одну первую цепь 21 энергоснабжения снабжает энергией фотоэлектронный умножитель 11, а через одну вторую цепь 23 энергоснабжения снабжает энергией схему 25 измерений и автоматического управления. В первую цепь 21 энергоснабжения помещен энергоаккумулятор 27, который через блок 19 питания снабжается энергией от проводной пары 17.

В представленном примере осуществления изобретения энергоаккумулятором 27 является подключенный к массе или к нулевой точке схемы конденсатор, выполненный с возможностью зарядки через первую цепь 21 энергоснабжения. С целью выработки необходимых для работы фотоэлектронного умножителя 11 высоких напряжений предусмотрена схема 29 выработки высоких напряжений, которая генерирует необходимые напряжения посредством каскадной схемы 31 высокого напряжения. Фиг.3 демонстрирует предназначенный для этого пример осуществления изобретения. Схема 29 выработки высоких напряжений имеет на входе преобразователь 33 переменного напряжения в постоянное, который через расположенный между энергоаккумулятором 27 и блоком 19 питания отвод подключен к первой цепи 21 энергоснабжения. Преобразователь 33 переменного напряжения в постоянное генерирует переменное напряжение, посредством которого приводится в действие каскадная схема 31 высокого напряжения. Каскадными схемами высокого напряжения являются схемы, которые посредством размножения и выпрямления переменного напряжения вырабатывают высокие постоянные напряжения. Они известны из литературы, к примеру, под названиями Cockcroft-Walton-Schaltung или Villard-Vervielfacher-Schaltung и базируются на схемах Villard, которые для этого многократно последовательно, то есть каскадно, подключаются друг за другом. Каждая из включенных в каскад схем Villard содержит в себе два конденсатора и два диода, которые в представленном способе соединены друг с другом. Принцип действия таких каскадных схем 31 высокого напряжения известен из литературы и поэтому в данном случае детально не описан. Фиг.3 демонстрирует шестиступенчатую каскадную схему 31 высокого напряжения, которая собрана из шести каскадно подключенных схем Villard. На каждой ступени предусмотрен отвод напряжения U₀, U₁, U₂, U₃, U₄, U₅. Самый верхний отвод напряжения U₀ соединен с катодом К фотоэлектронного умножителя 11, на который в процессе измерения попадают вырабатываемые в сцинтилляторе 9 посредством радиоактивного излучения световые вспышки. Другие отводы напряжения U₁, U₂, U₃, U₄, U₅ соединены соответственно, каждый, с динодом D1, D2, D3, D4, D5 фотоэлектронного умножителя 11. Выделенные из катода К посредством светового импульса фотоэлектроны в прилегающих между динодами D1, D2, D3, D4, D5 электрических полях ускоряются и размножаются. Затем они попадают на последовательно подключенный за последним динодом D5 анод А и уходят через присоединенную к аноду А аналоговую импульсную сеть 35 в форме токовых импульсов. Аналоговый выходной сигнал анода А образует, тем самым, аналоговый выходной сигнал N детектора 7. Выходной сигнал N подается на электронный блок 15 измерительного прибора через аналоговую импульсную сеть 35 и последовательно подключенную за ней триггерную схему 37, которая оцифровывает аналоговый выходной сигнал N и через цифровую импульсную сеть 39 в форме импульсов Р подает его на цифровое устройство 41 преобразования сигнала. Цифровое устройство 41 преобразования сигнала в представленном здесь примере осуществления изобретения является составной частью схемы 25 измерений и автоматического управления. Основным элементом схемы 25 измерений и автоматического управления предпочтительно является микроконтроллер 43, который берет на себя также и функцию устройства 41 преобразования сигнала.

Схема 25 измерений и автоматического управления включает в себя устройство 45 управления, которое в зависимости от имеющейся в измерительном приборе через проводную пару 17 и энергоаккумулятор 27 энергии инициирует фазы измерений, во время которых измерительный прибор производит замер физической величины. Для этого регистрируется имеющаяся в приборе энергия. Это осуществляется, к примеру, посредством присоединенной на входе к проводной паре 17 измерительной схемы 47, которая измеряет находящийся в распоряжении входной ток и входное напряжение и подает данные результатов измерений на схему 25 измерений и автоматического управления. В качестве альтернативы или дополнительно к этому находящаяся в распоряжении через проводную пару 17 и энергоаккумулятор 27 общая энергия может быть зарегистрирована посредством линии 49 измерения энергии, через которую схема 25 измерений и автоматического управления соединена с отводом, расположенным между блоком 19 питания и энергоаккумулятором 27 в первой цепи 21 энергоснабжения. Приложенное к линии 49 измерения энергии напряжение является мерой степени заряженности энергоаккумулятора 27 и в количественном отношении регистрируется посредством соответствующей встроенной в схему 25 измерений и автоматического управления схемы 51 измерения напряжения и подается на устройство 45 управления.

Функцию устройства 45 управления предпочтительно также берет на себя микроконтроллер 43 схемы 25 измерений и автоматического управления.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения посредством измерительной схемы 47 измеряется находящаяся в распоряжении входящая энергия и устройство 45 управления в зависимости от находящейся в распоряжении входящей энергии задает фазы измерений, во время которых радиометрический измерительный прибор производит замеры. В паузах между измерениями энергоаккумулятор 27 заряжается. В этом случае энергия, находящаяся в энергоаккумуляторе 27 в дополнение к поступающей энергии, к примеру, на основании тока и напряжения поступающей энергии и характеристических кривых зарядки и разрядки энергоаккумулятора 27, отводится и учитывается при запуске фаз измерений и при расчете длительности фаз измерений и пауз между измерениями. При этом фазы измерений имеют, к примеру, точно заданную продолжительность. Они запускаются, к примеру, сразу, как только поступающей энергии вместе с фактически находящейся в энергоаккумуляторе 27 энергией оказывается достаточно для этого. В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения запуск и продолжительность фаз измерений и пауз между измерениями устанавливаются на основании зарегистрированной посредством линии 49 измерения через проводную пару 17 и энергоаккумулятор 27 всей находящейся в распоряжении внутренней энергии. И здесь фазы измерений имеют, к примеру, точно заданную продолжительность и запускаются, к примеру, тогда, когда поступающей энергии вместе с фактически находящейся в энергоаккумуляторе 27 энергией для этого достаточно.

В соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения фазы измерений и паузы между измерениями устанавливаются в зависимости от накопленной в энергоаккумуляторе 27 энергии. Накопленная энергия в представленном примере осуществления изобретения может отводиться, к примеру, на основании прилагаемого через конденсатор напряжения, которое через линию 49 измерения энергии прикладывается к схеме 25 измерений и автоматического управления и измеряется посредством схемы 51 измерения напряжения. Если значение накопленной энергии больше заданной верхней предельной величины, то устройство 45 управления запускает фазу измерений. Продолжительность фазы измерений может быть либо жестко задана, либо привязана к степени заряженности энергоаккумулятора 27. Во втором случае устройство 45 управления заканчивает фазу измерений, если значение накопленной энергии не доходит до заданной нижней предельной величины. Продолжительность связанной с этим паузы между измерениями определяется временем, которое требуется для новой зарядки энергоаккумулятора 27. Устройство 45 управления запускает в работу фотоэлектронный умножитель 11 лишь во время фаз измерений. В представленном примере осуществления изобретения это реализовано посредством помещенного в первую цепь 21 энергоснабжения между энергоаккумулятором 27 и схемой 29 выработки высоких напряжений размыкающего контакта 53, управляемого посредством устройства 45 управления через управляющую линию 55. Во время фаз измерений размыкающий контакт 53 закрыт и фотоэлектронный умножитель 11 снабжается энергией за счет энергии, фактически находящейся в распоряжении через проводную пару 17, и за счет энергии, находящейся в энергоаккумуляторе 27. Использование во время фазы измерений каскадной схемы 31 высокого напряжения способствует тому, что имеют место лишь очень незначительные потери электроэнергии, так как в схеме в отличие от указанных ранее резисторных делителей практически не протекают поперечные токи. Во время пауз между измерениями схема 29 выработки высоких напряжений, а тем самым, и фотоэлектронный умножитель 11 выключены и не требуют электроэнергии. В это время осуществляется зарядка энергоаккумулятора 27 энергией, находящейся в распоряжении через проводную пару 17. Если снова в распоряжении имеется достаточное количество энергии, то устройство 45 управления может запустить следующую фазу измерений. Это может продолжаться до тех пор, пока значение имеющейся в распоряжении энергии не опустится ниже заданного предельного значения. Тогда посредством открытия размыкающего контакта 53 может быть запущена следующая пауза между измерениями. Преимуществом наличия каскадной схемы 31 высокого напряжения является то, что она может очень быстро включаться и отключаться, поскольку имеет очень небольшие внутренние мощности.

Для дальнейшего энергосбережения микроконтроллер 43 во время пауз между измерениями в предпочтительном варианте отключается или работает с пониженной тактовой частотой.

Во время фаз измерений цифровое устройство 41 преобразования сигнала на основании поступающих импульсов Р определяет измеряемый физический параметр. Для этого определяется частота следования входящих импульсов Р, которая пропорциональна интенсивности излучения, а тем самым, измеряемому физическому параметру. Частотой следования импульсов является количество поступающих в единицу времени импульсов Р, и эта частота определяется, к примеру, посредством счетчика 57 и внутренних часов 59 в микроконтроллере 43.

В предпочтительном варианте длительность фаз измерений рассчитывается таким образом, что во время одной фазы измерения поступает, по меньшей мере, одно заданное минимальное количество импульсов Р и по этому заданному количеству импульсов определяется частота следования импульсов. Благодаря этому можно ограничить возникающую при определении частоты следования импульсов статистическую ошибку.

Электронный блок 15 измерительного прибора генерирует соответствующий измеренной интенсивности излучения сигнал М и подает его через проводную пару 17 для дальнейшего использования. В представленном примере осуществления изобретения это происходит посредством установленного между блоком 19 питания и схемой 25 измерений и автоматического управления передатчика 61, к примеру, модема.

В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения сигнал М измерительного прибора выдается, как описано ранее, в форме сигнала шины, а передатчиком 61 является модем шины, который берет на себя функцию связи через выполненную в виде линии информационной шины проводную пару 17. В то же время и энергообеспечение всего прибора осуществляется, естественно, через линию информационной шины. В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения сигналом М измерительного прибора является сигнальный ток I, который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока I_min и максимальным значением тока I_max. В этом случае блок 9 питания, управляемый посредством передатчика 61, регулирует проходящий через проводную пару 17 сигнальный ток I, который соответствует измеренному значению измеряемого физического параметра. Этот сигнальный ток I подается от присоединенного к измерительному прибору не изображенного здесь вышестоящего устройства и осуществляет подачу энергии, посредством которой приводится в действие весь измерительный прибор.

В этом варианте осуществления изобретения длительность фаз измерений предпочтительно связана с отображающим сигнал измерительного прибора сигнальным током I. При этом сигнальный ток I варьируется в зависимости от измеренного значения между минимальным значением тока I_min и максимальным значением тока I_max и длительность фаз измерений при возрастающем сигнальном токе I увеличивается.

В предпочтительном варианте и соотношение длительности фаз измерений и длительности пауз между измерениями приведено в соответствие с сигнальным током I, так что длительность фаз измерений по сравнению с длительностью пауз между измерениями при возрастающем сигнальном токе I увеличивается.

Соотношение длительности фаз измерений и длительности пауз между измерениями именуется рабочим циклом. Это соотношение варьируется в зависимости от имеющейся в распоряжении энергии при помощи устройства 45 управления. Обычно рабочий цикл в зависимости от имеющейся в распоряжении через проводную пару 17 энергии составляет от 20 до 100%.

Если в распоряжении имеется достаточное количество энергии, то измерительный прибор в предпочтительном варианте эксплуатируется в режиме долгосрочных измерений с рабочим циклом в 100%. Для этого действуют, к примеру, таким образом, чтобы имеющееся в распоряжении входное напряжение измерялось, к примеру, посредством измерительной схемы 47 и сравнивалось с необходимым для длительной работы измерительного прибора минимальным напряжением. Если входное напряжение превышает необходимое для длительной эксплуатации минимальное напряжение, то устройство 45 управления инициирует фазу измерений, которую оно заканчивает лишь тогда, когда значение входного напряжения опускается ниже значения минимального напряжения.

Каждый радиометрический измерительный прибор имеет диапазон измерений для измеряемой физической величины, на который рассчитан измерительный прибор. При измерении степени наполнения диапазон измерений ограничен, к примеру, значениями минимальной степени наполнения L_min и максимальной степени наполнения L_max. При классическом измерении степени наполнения радиоактивное излучение поглощается загружаемым материалом 1 в резервуаре 3. Тем самым, при полном резервуаре 3 на детектор 7 попадает излучение небольшой интенсивности, в то время как при пустом резервуаре 3 на детектор 7 попадает излучение значительно большей интенсивности.

При измерении плотности диапазон измерений ограничен, к примеру, значениями минимальной и максимальной плотности. Аналогично при наличии загружаемого материала с высокой плотностью на детектор 7 попадает излучение меньшей интенсивности, чем при наличии загружаемого материала с более низкой плотностью.

В предпочтительном варианте при выдаче результата измерений действуют таким образом, что минимальное значение тока I_min соотносится с тем измеренным значением, при котором внутри заданного диапазона измерений измерительного прибора имеет место самая высокая интенсивность излучения. В соответствии с описанным выше стандартом для 2-проводных измерительных приборов это означает, что, к примеру, минимальному значению степени наполнения L_min соответствует значение тока в 4 мА, а максимальному значению степени наполнения L_min соответствует значение тока в 20 мА.

Преимущество состоит в том, что для измерения более низких значений интенсивности излучения в распоряжении имеется больше энергии, чем для измерения более высоких значений интенсивности излучения. Соответственно этому более низкие значения интенсивности излучения могут измеряться во время более длительных фаз измерений или в процессе увеличенного рабочего цикла, чем более высокие значения интенсивности излучения.

Измеряемая частота следования импульсов при высокой интенсивности излучения выше, чем при низкой. Соответственно, возникающая при определении частоты следования импульсов статистическая ошибка измерения при высокой интенсивности излучения меньше, чем при низкой интенсивности излучения. Статистические колебания частоты следования импульсов могут быть дополнительно уменьшены посредством специальных цифровых фильтров, к примеру, калмановского фильтра или медианного фильтра. В представленном на фиг.2 примере осуществления изобретения для этого предусмотрен присоединенный к устройству 41 преобразования сигнала цифровой фильтр 63. Несколько отдельных значений измеренных друг за другом частот следования импульсов в качестве входных значений вводятся в функцию фильтра. Фильтр оценивает отдельные значения и определяет после этого среднее значение или усредненное значение совокупности отдельных значений. Чем дольше длятся фазы измерений, тем большее количество отдельных значений может быть отобрано для определения частоты следования импульсов. Вследствие этого уменьшается статистическая ошибка. Этот положительный эффект тем больше, чем меньше измеряемая частота следования импульсов. В радиометрических измерительных приборах в соответствии с изобретением, в которых сигналом М измерительного прибора является сигнальный ток I, который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока I_min и максимальным значением тока I_max, сигнальный ток I при включении измерительного прибора предпочтительно регулируется до максимального значения тока I_max. Благодаря этому длительность процесса включения, при котором заряжается и энергоаккумулятор 27, удерживается максимально небольшой.

В режиме тарировки сигнальный ток I предпочтительно регулируется до значения более чем 20,5 мА, в частности до 22 мА. Значение тока в 22 мА задается для 2-проводных измерительных приборов в соответствии со стандартом как ток утечки и при использовании 2-проводного прибора в соответствии с изобретением имеет преимущество в том, что в приборе в режиме тарировки в распоряжении имеется большое количество энергии. При наличии аппаратной ошибки сигнальный ток регулируется до также заданного для этого в соответствии со стандартом значения ошибки менее чем 3,8 мА, в частности до 3,6 мА. В соответствии с изобретением устройство 45 управления при наличии аппаратной ошибки инициирует паузу между измерениями, равную по продолжительности времени действия аппаратной ошибки.

Перечень ссылочных позиций

1 - загружаемый материал

3 - резервуар

5 - радиоактивный излучатель

7 - детектор

9 - сцинтиллятор

11 - фотоэлектронный умножитель

13 - защитная труба

15 - электронный блок измерительного прибора

17 - проводная пара

19 - блок питания

21 - первая цепь энергоснабжения

23 - вторая цепь энергоснабжения

25 - схема измерений и автоматического управления

27 - энергоаккумулятор

29 - схема выработки высоких напряжений

31 - каскадная схема высокого напряжения

33 - преобразователь переменного напряжения в постоянное

35 - аналоговая импульсная сеть

37 - триггерная схема

39 - цифровая импульсная сеть

41 - цифровое устройство преобразования сигнала

43 - микроконтроллер

45 - устройство управления

47 - измерительная схема

49 - линия измерения энергии

51 - схема измерения напряжения

53 - размыкающий контакт

55 - управляющая линия

57 - счетчик

59 - часы

61 - передатчик

63 - цифровой фильтр

Изобретение относится к радиометрическому измерительному прибору с радиоактивным излучателем и детектором для регистрации образующейся в месте расположения детектора интенсивности излучения. Сущность: радиометрический измерительный прибор для измерения физического параметра находящегося в резервуаре (3) загружаемого материала (1) и для выдачи сигнала (М), который соответствует измеренному значению физического параметра. Прибор имеет одну-единственную проводную пару (17), через которую осуществляется энергообеспечение всего измерительного прибора и через которую производится передача сигнала измерительного прибора с радиоактивным излучателем (5), который в процессе работы передает радиоактивное излучение через резервуар (3). Прибор содержит детектор (7) со сцинтиллятором (9) и фотоэлектронным умножителем (11), который служит для того, чтобы определять проникающую через резервуар (3) зависящую от измеряемого физического параметра интенсивность излучения и преобразовывать ее в электрический выходной сигнал (N). Электронный блок (15) измерительного прибора служит для того, чтобы на базе электрического выходного сигнала (N) детектора (7) вырабатывать сигнал (М) измерительного прибора и через проводную пару (17) предоставлять его для дальнейшего использования с запитываемым через проводную пару (17) энергоаккумулятором (27). Кроме того, прибор содержит устройство (45) управления, которое в зависимости от находящейся в распоряжении энергии, подводимой через проводную пару (17) и энергоаккумулятор (27), запускает фазы измерений, во время которых измерительный прибор производит измерение физического параметра, и которое приводит в действие фотоэлектронный умножитель (11) только во время пауз между измерениями. При этом необходимые для работы фотоэлектронного умножителя (11) высокие напряжения вырабатываются во время фаз измерений посредством каскадной схемы (31) высокого напряжения. Технический результат - возможность использования одной-единственной проводной пары, через которую осуществляется как энергоснабжение всего измерительного прибора, так и передача сигнала измерительного прибора. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Радиометрический измерительный прибор для измерения физического параметра находящегося в резервуаре (3) загружаемого материала (1) и для выдачи сигнала (М), соответствующего измеренному значению физического параметра,
- который имеет одну единственную проводную пару (17), через которую осуществляется энергообеспечение всего измерительного прибора и через которую производится передача сигнала измерительного прибора, с
- радиоактивным излучателем (5), который в процессе работы посылает радиоактивное излучение через резервуар (3),
- детектором (7) со сцинтиллятором (9) и фотоэлектронным умножителем (11), предназначенным для определения проникающей через резервуар (3), зависящей от измеряемого физического параметра интенсивности излучения и преобразования ее в электрический выходной сигнал (N),
- электронным блоком (15) измерительного прибора, который служит для того, чтобы на базе выходного сигнала (N) детектора (7) вырабатывать сигнал (М) и через проводную пару (17) предоставлять его для дальнейшего использования,
- запитываемым через проводную пару (17) энергоаккумулятором (27),
- устройством управления (45),
- которое в зависимости от находящейся в распоряжении через проводную пару (17) и энергоаккумулятор (27) энергии инициирует фазы измерений, во время которых измерительный прибор производит измерение физического параметра, и
- которое приводит в действие фотоэлектронный умножитель (11) только во время пауз между измерениями, причем необходимые для работы фотоэлектронного умножителя (11) высокие напряжения вырабатываются во время фаз измерений посредством каскадной схемы (31) высокого напряжения.

2. Радиометрический измерительный прибор по п.1, в котором предусмотрена присоединенная к проводной паре (17) измерительная схема (47), производящая измерение находящегося в распоряжении входного тока и входного напряжения.

3. Радиометрический измерительный прибор по п.1, в котором предусмотрена линия (49) измерения энергии, через которую регистрируется имеющаяся внутри измерительного прибора через проводную пару (17) и энергоаккумулятор (27) энергия.

4. Радиометрический измерительный прибор по п.1, в котором регистрируется степень заряженности энергоаккумулятора (27) и фазы измерений запускаются в зависимости от степени заряженности энергоаккумулятора (27).

5. Радиометрический измерительный прибор по п.1, в котором электронный блок (15) измерительного прибора включает в себя микроконтроллер (43), который во время пауз между измерениями выключен или работает с пониженной тактовой частотой.

6. Радиометрический измерительный прибор по п.1, в котором
- сигналом (М) измерительного прибора является сигнальный ток (I), который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока (I_min) и максимальным значением тока (I_max), причем
- к минимальному значению тока (I_min) относится то значение, при котором внутри заданного диапазона измерений измерительного прибора имеет место самая высокая интенсивность излучения.

7. Радиометрический измерительный прибор по п.1, в котором
- сигналом (М) измерительного прибора является сигнальный ток (I), который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока (I_min) и максимальным значением тока (I_max), и
- соотношение длительности фаз измерений и длительности пауз между измерениями при возрастающем сигнальном токе (I) увеличивается.

8. Радиометрический измерительный прибор по п.1, в котором
- сигналом (М) измерительного прибора является сигнальный ток (I), который в зависимости от измеренного значения варьируется между минимальным значением тока (I_min) и максимальным значением тока (I_max), и
- длительность фаз измерений при возрастающем сигнальном токе (I) увеличивается.

9. Радиометрический измерительный прибор по п.1, в котором сигнал (М) измерительного прибора является сигналом шины.

10. Радиометрический измерительный прибор по п.1, в котором
- предусмотрен счетчик (57), который считает выработанные фотоэлектронным умножителем (11) импульсы (Р), и
- длительность фаз измерений рассчитана таким образом, что во время одной фазы измерения вырабатывается, по меньшей мере, одно заданное минимальное количество импульсов (Р).

11. Способ работы радиометрического измерительного прибора по п.1, при котором сигналом (М) измерительного прибора является сигнальный ток (I), который в зависимости от измеренного значения изменяют между минимальным значением тока (I_min) и максимальным значением тока (I_max), и сигнальный ток (I) при включении измерительного прибора регулируют до максимального значения тока (I_max).

12. Способ работы радиометрического измерительного прибора по п.1, при котором сигналом (М) измерительного прибора является сигнальный ток (I), который в зависимости от измеренного значения изменяют между минимальным значением тока (I_min) и максимальным значением тока (I_max), и сигнальный ток (I) в режиме тарировки регулируют до значения более 20,5 мА, в частности до 22 мА.

13. Способ работы радиометрического измерительного прибора по п.1, при котором
- сигналом (М) измерительного прибора является сигнальный ток (I), который в зависимости от измеренного значения изменяют между минимальным значением тока (I_min) и максимальным значением тока (I_max),
- сигнальный ток (I) при наличии аппаратной ошибки регулируют до значения ошибки менее чем 3,8 мА, в частности до 3,6 мА, и
- с помощью устройства (45) управления при наличии аппаратной ошибки инициируют паузу между измерениями, равную по продолжительности времени действия аппаратной ошибки.

14. Измерительный прибор по п.1, в котором соотношение длительности фаз измерений и длительности пауз между измерениями в зависимости от имеющейся в распоряжении энергии составляет от 20 до 100%.

15. Способ работы измерительного прибора по п.1, при котором
- измеряют имеющееся в распоряжении входное напряжение,
- входное напряжение сравнивают с необходимым для продолжительной работы измерительного прибора минимальным напряжением, и
- посредством устройства (45) управления при превышении минимального значения напряжения инициируют паузу между измерениями, которую оно завершает лишь тогда, когда значение входного напряжения падает ниже минимального значения.