Уровнемер для сыпучих радиоактивных материалов

 

Изобретение относится к указателям уровня. Устройство содержит детектор гамма-излучения и блок обработки информации в виде ЭВМ. Кроме того, в него введены снабженные контроллером блоки дискретно-цифрового и импульсно-цифрового преобразования, а также предусилитель с формирователем сигнала. Детектор имеет привод перемещения вдоль бункера и через предусилитель с формирователем сигнала подключен к блоку импульсно-цифрового преобразования. Блок дискретно-цифрового преобразования подключен к приводу детектора, а контроллер связан с ЭВМ. Упомянутая ЭВМ обрабатывает массив данных сканирования, которому соответствуют значения шкалы бункера, с нахождением точки максимального перегиба, соответствующей уровню материала в бункере, и определением значений уровня в зависимости от времени. Принятая конструкция позволяет значительно ослабить влияние прилегающих слоев к сканируемому слою и обеспечивает тонкослойное сканирование по всей высоте бункера. В связи с этим уровнемер характеризуется высокой точностью определения уровня сыпучих радиоактивных материалов. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения уровня радиоактивных материалов, преимущественно для измерения уровня сыпучих радиоактивных материалов с помощью ЭВМ.

Известно устройство для определения уровня сыпучих материалов RU 2006000, G 01 F 23/28 от 15.01.94, которое для измерения уровня использует изменение естественного гамма-фона на границе раздела двух сред без применения излучателя.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является уровнемер для радиоактивных жидкостей SU 1804593, G 01 F 23/28 от 23.03.93, содержащий рабочий детектор, компенсационный детектор, блок деления, регистрирующий прибор.

Недостатком данного устройства является сравнительно низкая точность определения уровня и сложность его применения для сыпучих радиоактивных материалов из-за неоднородности распределения гамма-излучения вдоль бункера.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в определении уровня сыпучих радиоактивных материалов с использованием его радиоактивных свойств, позволяющего обеспечить высокую точность в условии неоднородности распределения гамма-излучения вдоль бункера.

Поставленная задача решается тем, что уровнемер для сыпучих радиоактивных материалов, содержащий детектор гамма-излучения, регистрирующий блок, отличающийся тем, что регистрирующий блок выполнен в виде контроллера с блоками импульсно-цифрового преобразования (ИЦП) и дискретно-цифрового преобразования (ДЦП), детектор выходом подключен к блоку ИЦП через предусилитель с формирователем сигнала, а блок ДЦП подключен к приводу перемещения детектора вдоль бункера, при этом контроллер связан с ЭВМ, детектор уровнемера снабжен свинцовым кожухом, а размеры коллиматора выбирают из условий: L = D; B = 1/4D; H = 6,6•E_ср, где L - длина щели коллиматора; D - диаметр детектора; B - высота щели коллиматора; H - глубина защитного слоя в сантиметрах; E_ср - средняя энергия гамма-излучения материала в МэВ в пределах от 0,1 до 1,5 МэВ. Предусилитель содержит компаратор-формирователь, к которому через конденсатор подключен детектор, при этом детектор через резистор электрически связан с блоком высокого напряжения, а выход компаратора подключен к эмиттерному повторителю.

На фиг. 1 изображена функциональная схема уровнемера; на фиг. 2 - датчик уровнемера; на фиг. 3 - схема предусилителя; на фиг. 4 - диаграммы зависимости количества импульсов и уровня сыпучего материала в бункере от времени.

Устройство (фиг. 1) предназначено для определения уровня сыпучего гамма-радиоактивного материала в бункере 1, поступающего через шнековый дозатор 2 в технологический аппарат (не показан).

Основной частью уровнемера является датчик 3 (фиг. 1), в состав которого входит детектор излучения 4, преобразующий гамма-излучение в импульсы электрического тока (фиг. 2). Детектор выполнен на основе стандартного сцинтилляционного блока детектирования БДЭГ-ЗОП, в котором между его выводами питания 5 и сигнала 6 припаивается конденсатор 7, что позволяет использовать один коаксиальный кабель между датчиком и предусилителем. Детектор размещается в свинцовом кожухе 8 и на его головной части закрепляется коллиматор 9, размеры которого выбираются из условий: L = D B = 1/4D H = 6,6 • E_ср, где L - длина щели коллиматора; D - диаметр детектора; B - высота щели коллиматора; H - глубина защитного слоя в сантиметрах; E_ср - средняя энергия гамма-излучения материала в МэВ в пределах от 0,1 до 1,5 МэВ.

Датчик связан коаксиальным кабелем с предусилителем 10 (фиг. 1), который состоит из резистора 11, разделительного конденсатора 12, компаратора-формирователя 13 и эмиттерного повторителя 14 (фиг. 3).

Устройство перемещения датчика (фиг. 1) состоит из клети 15, на которой закреплен датчик 3. Клеть на канате 16 с помощью привода 17 перемещается вдоль бункера 1. Управляет приводом контроллер 18 через блок ДЦП 19. Блок ИЦП 20 считает количество импульсов за единицу времени. Обработку информации ведет ЭВМ 21.

Уровнемер работает следующим образом. Детектор излучения 4 через коллиматор 9 регистрирует гамма-излучение от изотопа урана-235, входящего в состав окиси урана, находящейся в бункере 1 (фиг. 1). Регистрация осуществляется при каждой остановке датчика, перемещаемого вдоль бункера с помощью привода 17. Таким образом осуществляется ступенчатое сканирование (далее сканирование). Импульсы напряжения с детектора излучения поступают на предусилитель 10 (фиг. 1) через конденсатор 12 на вход компаратора-формирователя 13 (фиг. 3). Компаратор-формирователь нормализует поступающие импульсы до амплитуды 17-18 В, а эммитерный повторитель 14 позволяет передавать их по коаксиальному кабелю блока ИЦП 20 контроллера 18 (фиг. 1). Через резистор 11 подводится питание детектора минус 1600В. Блок ИЦП контроллера по заданному алгоритму считает количество импульсов. Результаты сканирования обрабатываются по разработанной программе с помощью ЭВМ. Автоматически находится уровень продукта, и этот уровень заносится во временную диаграмму.

После сканирования датчик остается в крайнем нижнем положении и его сигнал используется для выдачи аварийного сигнала при резком уменьшении интенсивности гамма-излучения. Таким образом отслеживается отсутствие или зависание продукта в бункере.

Алгоритм работы уровнемера описывается с помощью диаграммы фиг. 4. В исходном состоянии (время t1) датчик находится в нижнем положении, т.е. не задан режим сканирования. В таком состоянии датчик работает в режиме определения зависания радиоактивного материала, т.е. через равные промежутки времени τ программа считывает число импульсов с блока ИЦП контроллера и сравнивает их с уставкой, которая определяется по формуле: N = 1/2N_max,
где N - уставка (количество импульсов за время τ);
N_max - количество импульсов за время τ при заполненном бункере.

Если полученное значение импульсов меньше, чем значение уставки, тогда выдается сообщение об отсутствии или зависании продукта в бункере.

Для определения уровня материала в бункере по команде с ЭВМ через блок ДЦП контроллера управляющий сигнал поступает на привод 17 (фиг. 1), который поднимает датчик вверх на величину Δh с остановками τ в течение времени t2 (фиг. 4, диаграмма "а"). Во время остановки происходит считывание количества импульсов в течение заданного времени. Таким образом, после окончания процесса сканирования получаем массив данных, которому соответствует значения шкалы бункера. Поиск точки, в которой происходит максимальный перегиб, приводит к нахождению уровня материала в бункере. Данный алгоритм позволяет избежать влияния неоднородности распределения гамма-излучения вдоль бункера. В результате получаем значение уровня продукта в бункере загрузки в зависимости от времени (фиг. 4, диаграмма "б").

Предлагаемый уровнемер обеспечивает высокую точность определения уровня сыпучих радиоактивных материалов, т.к. его конструкция позволяет значительно ослабить влияние прилегающих слоев к сканируемому слою и обеспечивает тонкослойное сканирование по всей высоте бункера.

Формула изобретения

1. Уровнемер для сыпучих радиоактивных материалов, содержащий детектор гамма-излучения и блок обработки информации, отличающийся тем, что в него введены снабженные контроллером блоки дискретно-цифрового и импульсно-цифрового преобразования, а также предусилитель с формирователем сигнала, детектор снабжен приводом перемещения вдоль бункера, а блок обработки информации выполнен в виде ЭВМ, обеспечивающей обработку массива данных сканирования, которому соответствуют значения шкалы бункера, с нахождением точки максимального перегиба, соответствующей уровню материала в бункере, и определением значений уровня в зависимости от времени, при этом детектор гамма-излучения через предусилитель с формирователем сигнала подключен к блоку импульсно-цифрового преобразования, блок дискретно-цифрового преобразования подключен к приводу детектора. а контроллер связан с ЭВМ.

2. Уровнемер по п.1, отличающийся тем, что детектор снабжен свинцовым кожухом с коллиматором, при этом размеры коллиматора выбраны из условий
L = D,
B = 1/4D,
Н = 6,6E_ср,
где L - длина щели коллиматора;
D - диаметр детектора;
В - высота щели коллиматора;
H - глубина защитного слоя, см;
Е_ср - средняя энергия гамма-излучения материала, в пределах 0,1 - 1,5 МэВ.

3. Уровнемер по п.1 или 2, отличающийся тем, что предусилитель содержит компаратор-формирователь, к которому через конденсатор подключен детектор, при этом детектор через резистор электрически связан с блоком высокого напряжения, а выход компаратора подключен к эмиттерному повторителю.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4