Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

Радиоизотопные реле. Радиоизотопные реле — это релейные устройства, реагирующие на изменение плотности потока иони­ зирующего излучения. В них в качестве источников используют, как правило, |3- или у-излучатели. Соответственно различают две разновидности радиоизотопных реле: бета-реле и гамма-ре­ ле. Схема радиоизотопного реле представлена на рис. 11.6. Ос­ новные элементы радиоизотопных, реле: источник излучения, де-

Рис. 11.6. Схема радиоизотопного реле.

\к

Источник j -изпучения

Рис. 11.7. Схема гамма-релейного позиционного уровнемера.

тектор (как правило, газоразрядный счетчик), усилитель и выходное реле (обычно электромагнитное). Сигнал с детектора после усиления и преобразования приводит в действие выходное реле, которое включается в схему сигнализации, измерения, ав­ томатического регулирования и т. п.

Радиоизотопное реле используется в устройствах для регу­ лирования уровня жидкостей и сыпучих веществ в закрытых ре­ зервуарах, для счета предметов, аварийной сигнализации и т. п.

На рис. 11.7 показана схема гамма-релейного позиционно­ го уровнемера. Коллимированный пучок у-излучения, проходя через резервуар с жидкостью, попадает на детектор в системе с релейным устройством. При изменении уровня жидкости ниже или выше заданного предела резко изменяется плотность пото­

377

ка проходящего излучения, что и является сигналом на сраба­ тывание выходного реле. Соответственно релейное устройство включает или выключает механизмы, регулирующие подачу жид­ кости в резервуар.

На принципе радиоизотопного реле созданы приборы, поз­ воляющие контролировать такие параметры, как плотность, тем­ пература и др. Например, если нанести на стержень ареометра радиоактивную метку, то изменение положения (позиции) этой метки при изменении плотности жидкости приводит в действие релейное устройство. Радиоактивную метку можно нанести на стрелку измерительных приборов. Тогда изменение положения ■стрелки также вызывает реакцию релейного устройства. Радио­ активную метку можно ввести в состав жидкости термометра. Изменение уровня радиоактивной жидкости также приведет к срабатыванию релейного устройства.

Радиоизотопные реле широко применяют для счета предме­ тов. Действие таких релейных устройств основано на перекры­ вании предметом пучка |3- или у-излучения. Радиоизотопные ре­ ле счета предметов имеют значительное преимущество перед аналогичными фоторелейными устройствами в условиях запы­ ленности, меняющейся освещенности и т. п.

Импульсные устройства. Действие импульсных устройств основано на преобразовании измеряемой величины в какую-ли­ бо последовательность импульсов, изменяющихся по длительнос­ ти или частоте следования. Амплитуда импульсов при этом не имеет существенного значения. Именно в этом состоит преиму­ щество импульсных устройств, работа которых практически не зависит от колебаний напряжения питания, изменений парамет­ ров линии связи и других факторов. Это значительно уменьша­ ет аппаратурные погрешности.

Одним из примеров использования радиоизотопных источни­ ков излучения в импульсных устройствах может служить радио­ изотопный тахометр — прибор, предназначенный для измерения числа оборотов вращающихся деталей, расхода жидкости или газа.

Схема радиоизотопного тахометра для измерения расхода жидкости или газа показана на рис. 11.8. В потоке жидкости или газа устанавливается вертушка, на одно из крыльев кото­ рой наносят радиоактивную метку. Поглощающий экран защи­ щает детектор от попадания излучения при любом положении вертушки. В детектор попадает излучение на протяжении части каждого оборота вертушки. Сигнал от детектора передается на релейное устройство, дающее на выходе импульс при каждом обороте вертушки. Далее импульс передается на частотомер, шкала которого проградуирована в единицах скорости (или мгновенного расхода), и на счетчик-нумератор, показания кото­ рого пропорциональны суммарному расходу жидкости или га­ за на заданное время.

:378

Для измерения скорости потока газа в трубопроводах соз­ дана своеобразная модификация импульсного прибора, основан­ ного на регистрации волны ионизованного газа. Сама же иони­ зация газа производится в течение короткого времени радиои­ зотопным источником излучения.

В определенном месте трубопровода устанавливают устройст­

ния волны на заданном рас­ стоянии, поэтому можно

легко определить скорость Рис. 11.8. Схема радиоизотопного тахо­ метра.

(v = L/t), обычно шкала им­

пульсного прибора градуируется по скорости потока или расхо­ да газа.

Более сложными устройствами с радиактивными источника­

ния и детекторы в уровнемере расположены по разные стороны резервуара с жидкостью (или сыпучим веществом). Существен­ но новым в следящих системах является синхронное перемеще­ ние в вертикальном направлении источника излучения и детек­ тора. Это перемещение осуществляется специальным синхронно следящим приводом, который получает «команду» от ра­

зываемые сельсин-датчики и сельсин-приемники. При помощи сельсин-приемника положение системы источник — детектор пе­ редается на отсчетное устройство (стрелочное или декадно-циф­ ровое). Сигналы от радиореле могут передаваться также на раз­

379-

личные исполнительные механизмы в системе автоматического регулирования уровня.

Компенсационные системы. Принцип работы компенсацион­ ных систем можно показать на примере работы компенсанционного бета-толщиномера (рис. 11. 10). В состав прибора входят два излучателя: измерительный и компенсационный, а также

дифференциальная ионизационная камера. От измерительного источника излучение проходит через лист, толщина которого контролируется, и попадает в измерительную часть дифферен­ циальной ионизационной камеры. От второго, компенсационно­ го, источника излучение, частично поглощаясь шторкой, про­ ходит в компенсационную часть ионизирующей камеры. На электроде и нагрузочном сопротивлении камеры возникает раз­ ностный сигнал, который после усиления приводит в движение двигатель, связанный через редуктор с компенсационной штор­ кой. Перемещение шторки происходит до тех пор, пока регули­ рующий выходной ток камеры не уменьшится до значения, мень­ шего порога чувствительности следящей системы. Со шторкой связан указатель отсчетного устройства. Таким образом, поло­

380

жение шторки однозначно определяется плотностью потока из­ лучения, проходящего через объект измерения или контроля, а следовательно, и толщиной объекта.

Во многих компенсационных приборах (гамма-толщиномерах и плотномерах) вместо шторки используются вращающиеся дис­ ки переменной толщины.

Существуют и другие варианты ■ компенсационных систем, представляющие инженерно-конструкторский интерес.

Гамма-дефектоскопия. Для механизации сельского хозяйства важное значение имеют методы, получившие название гамма-де­ фектоскопии.

При испытании сельскохозяйственных машин, их ремонте часто приходится контролировать различные детали машин на возможность наличия в них макроскопических дефектов (рако­ вин, газовых пузырей, непроваров сварных швов, трещин и т. и.). Для контроля наряду с рентгеновским излучением (рентгено­ скопия) используется и у-излучение (гаммаскопия). Рентгенов­ ская аппаратура практически не всегда применима. Более удоб­ ны источники у-излучения. Можно использовать источники у-из- лучения с энергией порядка несколько мегаэлектронвольт (в от­ личие от рентгеновского излучения, энергия которого достигает несколько десятков килоэлектронвольт), благодаря чему появ­ ляется возможность просвечивания крупных деталей.

Существует ряд методов гамма-дефектоскопии, различаю­ щихся способом регистрации проникающего через контролируе­ мую деталь у-излучения: фоторадиографический, ксерорадиографический и радиометрический.

При фоторадиографическом, или сокращенно радиографиче­ ском, методе просвечивают контролируемую деталь и получают на рентгеновской пленке снимок, отображающий внутреннюю макроскопическую структуру детали. Снимок на пленке дает не­ гативное изображение «прозрачности» для у-излучения просве­ ченных участков детали. Изображения получаются в ко­ нической проекции, так как источник у-излучения имеет значи­ тельно меньше размеры, чем контролируемая деталь. При нали­ чии в детали пустот, раковин, трещин на снимке образуются со­ ответственно области с большим почернением, так как у-излу- чение, проходя через указанные дефекты, ослабляется в меньшей степени. По размерам областей большего почернения и опреде­ ляют размеры и положение дефектов.

При ксерорадиографическом методе в качестве детектора у-излучения используют специальные пластинки, покрытые сло­ ем полупроводника (ксеропластинки). Гамма-излучение, прохо­ дя через полупроводник, увеличивает его электропроводность. Если ксеропластинку зарядить, то на пластинке возникает как бы множество миниатюрных заряженных конденсаторов. При прохождении через пластинку у-излучения вследствие повыше­ ния электропроводности полупроводникового материала эти ми-

381

ниатюрные конденсаторы разряжаются, но в различной степени в зависимости от дозы излучения.

Таким образом, на ксеропластине получается своеобразное «скрытое» изображение, которое может быть «проявле­ но» при помощи какого-либо аэрозоля. Частички аэрозоля дол­ жны иметь электрический заряд противоположного знака по от­ ношению к заряду на поверхности ксеропластинки. Частички аэ­ розоля осаждаются на пластинке, и плотность покрытия будет тем больше, чем больше потеря заряда поверхности полупровод­ ника при у-облучении. Ксеропластинка после такого «прояв­ ления» дает позитивное изображение внутреннего строения просвечиваемой детали.

Метод ксерорадиографии более экспрессен (на получение ксерографического снимка затрачивается 3—5 мин), чем метод фоторадиографии, который требует затраты времени на прояв­ ление рентгеновской пленки.

Методы фоторадиографии и ксерорадиографии имеют важ­ ные достоинства: они позволяют контролировать любые детали, обеспечивают документальность, высокую чувствительность, воз­ можность использования в полевых условиях. Эти методы дос­ таточно просты. Но вместе с тем они имеют и существенные не­ достатки: малую производительность контроля, невозможность поставить контроль на конвейер, некоторую субъективность рас­ шифровки снимков.

Поэтому в последние годы разрабатываются более совершен­ ные методы у-дефектоскопии, основанные на использовании де­ текторов, дающих электрический сигнал. По совокупности эти методы получили название радиометрических методов у-дефекто- скопии. В радиометрических дефектоскопах в настоящее время в качестве детекторов используются в основном сцинтилляционные счетчики. Электрический сигнал с детектора после усиления и преобразования передается на регистрирующие или управля­ ющие устройства. Это означает, что процесс контроля может быть автоматизирован. По принципу регистрации дефектов ио­ низационные дефектоскопы подразделяют на релейные и пропор­ циональные. Релейные дефектоскопы осуществляют регистрацию дефектов по правилу «да—нет», т. е. по принципу работы радиореле. Это наиболее простой тип дефектоскопов. С их по­ мощью можно осуществлять дефектоскопический контроль с оп­ ределенными браковочными признаками. При этом не ставится цель оценивать качественный характер и величину дефектов. Пропорциональные дефектоскопы как более совершенные устрой­ ства позволяют получить информацию о размерах и форме де­ фектов. В пропорциональных дефектоскопах часто использует­ ся принцип так называемой механической развертки. Схема та­ кого дефектоскопа показана на рис. 11.11. Для просвечивания детали применяют узкий, коллимированный пучок у-излучения. Детектор тоже диафрагмируют. Такой узкий пучок как бы «про­

382