коэффициент ослабления, зависящий от атомного номера вещества тола и от энергии у-лучей.
Под интенсивностью у-лучей понимается количество энергии у-лучей, проходящих в единицу времени через единицу поверхности, расположенной перпендикулярно направлению падающих на нее у-лучей.
Ионизирующая способность у-лучей очень мала, но ионизация газа в камере преобразователя создается вторичными электронами, образуемыми у-излучением в заполняющем камеру газе и в ее стен ках.
Конструкции ионизационных камер и счетчиков разнообразны и зависят от вида излучения.
При регистрации а-частиц размеры камеры выбираются с учетом использования полного пробега а-частиц.
ß-лучи |
Кусилителю |
Рис. 250. Ионизационная камера |
Рис. 251. Газоразрядный счетчик |
Камеры для регистрации ß-излучения по объему больше камер для ß-излучения. Часто встречаются цилиндрические камеры объе мом 1—2 л. Если источник излучения располагается снаружи, то в камере должно быть предусмотрено окно, затянутое тонкой плас тинкой алюминия (5—10 мкм).
Камеры для регистрации у-излучения значительно отличаются от камер для а- и ß-излучений большими размерами, большей тол щиной стенок и заполняются газом под давлением.
Для примера на рпс. 250 показано устройство ионизационной ка меры для ß-лучей. Лучи проникают в камеру через окно 1. Электрод (собирающий) 2 изолирован от металлического корпуса 3 втулкой 4 (из янтаря, полистирола). Вторым электродом служит корпус ка
меры. Ионизационные токи весьма |
малы (10~9 |
— 10~12 |
А), поэтому |
в камерах часто предусматривается |
охранное |
кольцо |
5. |
Для регистрации отдельных частиц, а также измерения неболь ших у-излучений широко применяются газоразрядные счетчики.
Устройство газоразрядного счетчика дано на рис. 251. Газораз рядный счетчик состоит из металлического цилиндра 1, внутри ко торого натянута тонкая вольфрамовая проволока 2 (диаметром 0,02 — 0,1 мм). Оба эти электрода помещены в геометрический стек лянный цилиндр 3. Пространство между электродами заполняется газом при пониженном давлении.
\336
Газоразрядные счетчики, работающие на начальной части III участка вольт-амперной характеристики (рис. 247), называются про порциональными счетчиками. Счетчики, работающие на IV участ ке, называются счетчиками Гейгера — Мюллера. В пропорцио нальных счетчиках импульсы тока пропорциональны энергии ча стиц, в счетчиках Гейгера — Мюллера они не зависят от энергии частиц.
В счетчиках Гейгера—Мюллера каждая частица излучения вы зывает непрерывный разряд. Для того чтобы счетчик мог различать отдельные частицы, разряд в счетчике, вызванный одной частицей, должен прекратиться несколько раньше, чем поступит другая час тица.
Для гашения разряда в счетчике применяются специальные схемы.
В настоящее время распространены также самогасящиеся счетчики,
вкоторых самогашение обеспечивается соответствующим газовым наполнением (аргон в смеси с многоатомным газом, например парами
спирта, метана, хлора и т. д.).
В качестве источников a-, ß- и у-излучений обычно используются радиоактивные изотопы. Источники излучения, применяемые в из мерительной технике, должны иметь значительный период полурас пада, достаточную энергию излучения при необходимой активности источника и возможно меньшую стоимость.
В табл. 12 приведены характеристики некоторых из употребляемых в из мерительной технике радиоактивных изотопов.
Таблица 12
Название |
Химический |
Тип |
Период |
Энергия |
Энергия |
элемента |
символ элемента |
радиации |
полураспада |
частиц, |
квантов, |
|
|
|
|
|
МэВ |
МэВ |
Кобальт-60 |
Со в 0 |
ß ~ . Y |
5,3 |
года |
0,31 |
1,17 |
1,33 |
ІІрометии-147 |
рт 147 |
ß " |
2,6 |
года |
0.22 |
— |
Стронций-90 |
Sr9 0 |
ß^ |
19,9 |
лет |
0,61 |
— |
ІІттріш-90 |
Yоо |
a,ß " y |
61 |
час |
2.18 |
|
|
Плутонші-239 |
pU 239 |
2,4 • 10* лет |
5.20 |
t п |
0.02 |
|
|
|
|
|
|
до |
0,38 |
Основное достоинство приборов, использующих ионизирующие излучения, заключается в возможности бесконтактных измерений, т. е. измерений без непосредственного соприкосновения преобразо вателя с измеряемой средой. Это обстоятельство имеет очень боль шое значение в ряде случаев, как, например, при измерениях в агрессивных или взрывоопасных средах, а также в средах, нахо дящихся под большим давлением или имеющих высокую темпера туру.
Основной недостаток этих приборов заключается в необходимо сти применения биологической защиты при достаточной активности источника излучения.
43. Генераторные преобразователи неэлектрических
величин в электрические
Общие замечания. В генераторных преобразователях выходной величиной является э. д. с. Генераторные преобразователи разделя ются на две группы.
1. Преобразователи, в которых энергия (неэлектрическая) из меряемого объекта превращается в электрическую энергию, подавае мую на электрическое измерительное устройство. При использова нии этих преобразователей вспомогательный источник питания необя зателен. К этой группе относятся такие распространенные преобра зователи, как термоэлектрические, индукционные, пьезоэлектриче ские, гальванические.
Рис. 252. |
Рис. 253. Способы включения при |
Термопара |
бора в цепь |
термопары: а — к |
|
свободным |
концам термопары; |
б — в рассечку электрода
2. Преобразователи, в которых измеряемая величина регулирует превращение электрической энергии вспомогательного источника в электрическую энергию выходного сигнала. Для работы этид пре образователей необходим вспомогательный источник питания. К этой группе можно отнести магнитоупругие индукционные преобразова тели, основанные на обратном эффекте Видемана.
Термоэлектрические преобразователи. Термоэлектрические пре образователи основаны на термоэлектрическом эффекте, возникаю
щем |
в цепи термопары. |
|
точек 1 и 2 соединения двух |
При наличии разности температур |
разнородных проводников А и В (рис. 252), образующих |
термопару, |
в цепи термопары |
возникает термо-э. д. с. При неизменной темпера |
туре |
одной точки |
соединения |
(t.2 — const) можно |
написать |
|
|
EAB=f(t1)-C^f1(t1), |
|
|
|
где |
tx — температура другой |
точки |
соединения. |
Эта |
зависимость |
используется в термоэлектрических преобразователях для измере ния температуры.
Для измерения термо-э. д. с. электроизмерительный прибор (мил ливольтметр, потенциометр) должен быть включен в цепь термопары по одному из двух способов, указанных на рис. 253, а и б. Точка сое динения проводников (электродов) 1 называется рабочим концом
термопары, точки 2, 2' — свободные концы термопары, точки 3, 4 — нейтральные концы термопары.
Чтобы термо-з. д. е. в цепи термопары однозначно определялась температурой рабочего конца, необходимо при первом способе вклю чения (к свободным концам — рис. 253, а) температуры свободных концов термопары поддерживать одинаковыми и неизменными. При втором способе включения (в рассечку электрода — рис. 253, б) надо поддерживать неизменной температуру свободного конца, а тем пературы нейтральных концов должны быть одинаковыми.
Градуировка термоэлектрических термометров — приборов, ис пользующих термопары для измерения температурь!, — производится обычно при температуре свободных концов 0° С. Градуировочные таблицы для стандартных термопар также составлены при условии равенства температуры свободных концов 0° С. При практическом применении термоэлектрических термометров температура свободных концов термопары не равна 0° С, и поэтому необходимо вводить по правку.
Если милливольтметр имеет шкалу в милливольтах, то к показа нию милливольтметра прибавляется (с учетом знака) величина термо-
э. д. с , соответствующая отклонению температуры |
свободных кон |
цов термопары от 0° С. При шкале милливольтметра, |
отградуирован |
ной в градусах для определенной градуировки термопары, необхо димо к показаниям милливольтметра прибавить с учетом знака по правку, равную отклонению температуры свободных концов от 0° С, умноженному на коэффициент к. Этот коэффициент, учитывающий не линейность функции преобразования термопары, зависит от измеряе
мой температуры. Для грубых подсчетов можно принять к |
0,8 -г- |
-г- 1,0 для термопар из неблагородных металлов и к — 0,5 ч- 0,6 для термопар из благородных металлов. Используются также методы ав томатического и полуавтоматического введения поправок.
Для изготовления термопар, применяемых в настоящее время для измерения температуры, используются в основном специальные сплавы. В табл. 13 приведены характеристики термопар, узаконен ных ГОСТ 6616-61.
Термопары из благородных металлов (ТПП, ТПР) применяются при измерениях высоких температур, а также при измерениях с по вышенной точностью. В остальных случаях используются термопары из неблагородных металлов (ТХА, ТХК). У термопары типа ТНК при измеряемых температурах ниже 100° С термо-э. д. с. равна нулю. Поэтому для термопары ТНК не требуется введения поправок на тем пературу свободных концов, если она не выше 100° С.
Все стандартные термопары взаимозаменяемы. Градуировочные таблицы и допускаемые отклонения градуировочных характеристик приведены в соответствующих ГОСТ.
Электроды стандартных термопар . выполняются из проволоки диаметром 0,5 мм для термопар из благородных металлов и диамет ром до 3,5 мм для термопар из неблагородных металлов. Рабочий конец термопары образуется путем скручивания и сваривания элект родов.
