Радиоизотопный следящий уровнемер Советский патент 1993 года по МПК G01F23/28 

Предполагаемое изобретение относится к лучевым следящим уровнемерам, используемым в различных областях науки для измерения уровня жидких и сыпучих материалов.

В уровнемере могут быть использованы различные виды излучения - световое, инфракрасное, ионизирующее, ультразвуковое и др. Известные устройства следящих уровнемеров (фиг.1), основанные на поглощении излучения контролируемым материалом, осуществляют слежение за уровнем путем синхронно перемещения приемника излучения-детектора 1 при изменении положения уровня контролируемого материала. Блок источника излучения 2 помещается по отношению к детектору на противоположной стороне емкости, при этом геометрические размеры коллимационного отверстия блока рассчитаны таким образом, чтобы пучок излучения 3 перекрывал весь диапазон

измерения. Детектор закреплен на ленте (тросе) 4 и с помощью электромеханического блока 5 может перемещаться по всей высоте емкости.

Направление движения детектора - вверх или вниз - зависит от степени поглощения излучения материалом - КоСп. и, соответственно, величины сигнала детектора, Удет., поступающего на обработку в электронный блок прибора 6. При значительном поглощении излучения в материале - Кося. - Кмат. (детектор находится ниже уровня кон- тролируемого материала) электронный блок, обработав сигнал детектора - КМат., выдает команду в электромеханический блок вверх, а при поступлении с детектора излучения максимального сигнала - Кмакс. (детектор расположен выше контролируемого уровня), соответствующего минимальному поглощению излучения в стенках защитных труб - Кося. КТр., на электромеЁ

00

со ю

ю

ханический блок поступает команда вниз. При достижении сигнала с детектора, равного значению К0ст., детектор останавливается на контролируемом уровне. Такий образом, изменяя длину ленты (троса) на показывающем приборе 7, фиксируется значение контролируемого уровня.

Примером конкретного использования такого технического решения может служить радиоизотопная следящая установка типа УРМС-2, предназначенная для автоматического непрерывного и бесконтактного контроля высоты уровня засыпки шихты в доменных печах. Установка позволяет измерить уровень в диапазоне от 0 до 5 и с точностью измерения при идеально поглощающей среде ±2,5 см.

Дальнейшее увеличение диапазона измерения и повышение точности устройств с одним неподвижным источником излучения ограничено из-за зависимости мощности дозы на детекторе - Рд и, соответственно, идет. (при отсутствии материала) от его расположения по высоте контролируемого диапазона.

Применив протяжение источника излучения, как это показано на фиг.2, можно с помощью специальных расчетов создать такую геометрию линейных излучателей 2, при которой мощность дозы на детекторе не будет зависеть от его положения по диапазону измерения.

Однако, применение протяженных источников излучения имеет существенное ог- раничение при больажх диапазонах измерения (практически не более 1-3 м) из- за сложности изготовления линейных источников большой длины. Так, уровнемер непрерывного измерения со стационарным детектором и распределенным по высоте источником излучения типа РСУР-1 при основной погрешности измерения ± 25 мм обладает диапазоном измерения всего лишь 0,5 м.

Практически без ограничения по высоте существующих технологических емкостей можно применять следящие уровнемеры, в которых подвижная система детектор излучения и источник совмещены в одном блоке фиг.З. В этом случае максимальное значение сигнала с детектора является оптималь- ным (Кмакс. Копт.) и достигается при нахождении источника излучения на небольшом расстоянии от контролируемого материала, т.к. это положение соответствует наибольшему потоку излучения, отраженному от поверхности материала и поглощенному детектором.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Примером использования отраженного излучения могут служить следящие уровнемеры типа НИУР (разработан в СКВ радиационной техники с опытным заводом ИЯФ АН УзССР) с диапазоном измерения до 40 м. Имея значительное преимущество по ширине диапазона измерения, в простоте конструкции и схемы измерения/уровнемеры, использующие отраженное излучение, по точности измерения уступают радиоизотопным уровнемерам, построенным по принципу поглощения излучения контролируемым материалом. Так, минимальная погрешность измерения уровня прибора НИУР составляет 0,6%.

Многих вышеперечисленных недостатков лишены следящие уровнемеры, осуществляющие слежение за уровнем (фиг.4) путем синхронного перемещения источника излучения 1 и детектора 2, находящихся и перемещаемых на тросе или ленте в измерительных трубах 3, помещаемых внутри емкости.

Примером конкретного использования такого технического решения может служить серийно выпускаемый следящий уровнемер типа УР-8М. в котором источник ионизирующего излучения и детектор располагаются каждый в своей измерительной трубе на расстоянии друг от друга в 340 мм. Это устройство позволяет измерить уровень материала в диапазоне от 0 м до 10 м независимо от химического состава веществ, давления в емкости, вязкости среды и т.п. Однако, существенным недостатком его является удлинение ленты (троса) под действием тяжести системы источник-детектор, неточности изготовления различных элементов схемы измерения длины ленты (троса), наличие люфтов в приводе электромеханического блока и т.д. И, как следствие, предел допускаемой основной приведенной погрешности для прибора УР- 8М определяется как 0,1 % от верхнего предела измерения, т.е. налицо прямая зависимость точности измерения от диапазона.

Цель изобретения - повышение точности измерения радиоизотопного следящего уровнемера и исключение зависимости точности от диапазона измерения уровня.

Новым признаком, позволяющим достигнуть поставленную цель, следует считать измерительную конструкцию уровнемера, которая снабжена сегментными вставками, выполненными из материалов - поглотителей с заданными коэффициентами ослабления излучения и расположенными по длине конструкции на некотором расстоянии друг от друга, выбираемом исходя из требуемой точности измерения.

Сегментные вставки расположены на измерительной конструкции поз,1 фиг.5 и делят диапазон измерения уровня контро- лируемого материала на интервалы, являясь реперными точками с коэффициентом ослабления источника излучения - Креп., отличным от Кмат. и Ктр.

. Длина интервала между двумя сегмент- ными вставками выбирается исходя из максимально возможной точности, которую можно достигнуть заданным устройством в пределах этого интервала. В этом случае общий результат измерения будет состоять из числа отсчитанных полных интервалов - шкала грубого отсчета (например, 1 м) и результата измерения длины последнего интервала - шкала точного отсчета (например, в мм). На фиг.6 показаны возможно варианты конструкции сегментных вставок, расположенных на измерительной конструкции прибора. Конкретное значение Креп, зависит от чувствительности детектора и требований к выполнению неравенства X для рассматриваемой электронной схемы уровнемера.

Для устранения влияния линейных размеров реперной точки на точность измерения в момент нахождения плоскости раздела фаз на уровне реперов ширина конструкции репера (фиг.5) должна быть меньше абсолютного значения погрешности измерения уровня системой точного обсчета. Аппаратным способом исключить влия-

кие размеров реперных точек возможно при условии Копт. Ккреп. Алгоритм схемы измерения устройства измерения уровня с использованием реперных точек показан на фиг.7. Схема измерения предполагаемого устройства состоит из пяти сравнивающих устройств сигнала, поступающего с детектора с заданными значениями. Три из них - 2, 3, 5 являются обычными для следящих уровнемеров и являются инициализаторами команд вверх, стоп и вниз для системы детектор-источник в электромеханический привод (4 и 5 фиг.4), а два - 1 и 4 определяют наличие реперных точек и при их обнаружении выдают сигналы на обнуление счетчика точного отсчета, соответствующие началу интервала при движении вверх и концу при движении вниз, а также соответствующие сигналы сложение или вычитание в счетчик грубого отсчета (счетчик интервалов).

Формула изобретения Радиоизотопный следящий уровнемер, содержащий блок излучения, приемник, блок слежения, выполненный в виде схемы измерения и узла перемещения блока излучения и приемника, и индикатор, отличающийся тем. что, с целью повышения точности, он дополнительно содержит не менее одного поглощающего элемента, ус- . тановленного между блоком излучения и приемником, а схема измерения выполнена двухканальной, при этом выход приемника связан с входами первого и второго каналов схемы измерения.

Использование: изобретение относится к радиоизотопным уровнемерам, используемым в различных областях техники для из- мерения уровня жидких и сыпучих материалов. Сущность изобретения состоит в том, что в радиоизотопном следящем уровнемере, содержащем блок источника ионизирующего излучения и блок детектирования, расположенные в защитных трубах, электромеханический блок и схему измерения, включающую каналы грубого и точного отсчета, конструкция защитных труб снабжена сегментными вставками, выполненными из материалов-поглотителей с заданными коэффициентами ослабления и расположенными по длине защитных труб на некотором расстоянии друг от друга, выбираемом исходя из требуемой точности измерения. 7 ил.

5

/

7

J

Э.Н.Ы

V

X

г

Фиг.Ј

Элехт- ронблоя

Л

1 г

фиг.З

/

Ј-6

ff-ff

6-6

Фиг, .7

Хомандик бдерх но э.м.

Команда , Стол //ff з.м.блак

Команда,, диез1

Счетиих

груд о го йт- cvema М

CvemwK тайного отсчетамм

Сброс 8 ноль