книги из ГПНТБ / Радиоизотопные приборы в промышленности строительных материалов

§1. РАДИОИЗОТОПНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЫСОТЫ (РИВ)

Воснову прибора для определения количества мате­ риала заложено использование некоторых свойств иони­ зирующих излучений: процессов взаимодействия излу­ чения с веществом, что обеспечивает бесконтактность

в системе автоматического управления процессом об­ жига.

сти различных изделий, для определения уровня какихлибо материалов и т. д. Эти приборы, как правило, ис­ пользуют для контроля объектов относительно неболь­ шой величины.

Отличительная особенность описываемого устройства определения толщины слоя материала в том, что оно рассчитано для контроля на объекте, имеющем крупные габариты и большие значения поверхностной плотности. Прибор по принципу действия можно отнести к дина­ мическому толщиномеру с прямым измерением интен­ сивности потока излучения.

Сущность рассматриваемого способа контроля [2] основана на измерении потока ионизирующего излуче­ ния, проходящего через слой материала, высота кото­ рого апериодически изменяется.

Просвечиваемый объект — вращающиеся печи с диа­ метрами от 3000 до 5000 мм. Обечайка таких печей вы­ полняется из стального листа толщиной до 5 мм. Внут­ ренняя поверхность обечайки зафутерована огнеупор­ ным кирпичом с высотой слоя 200 мм. Обрабатываемый материал занимает от 0 до 20% рабочего объема печи.

Контролю подлежит сложный объект значительных размеров, для просвечивания которого необходим источ­ ник излучения большой активности.

Для достижения высокой надежности измерений, для обеспечения максимальной чувствительности при минимальной активности источника излучения в уста­ новке используют диаметральное направление просвечи­ вания печи.

При выборе и построении схемы измерения учли необходимость определения высоты слоя движущегося материала и то, что просвечиванию будут подвергнуты две взаимно противоположные стороны печи.

Необходимая точность измерений определяется ос­ новной целью решаемой задачи: предупредить оператора печи о приближающейся волне материала и получить данные о величине этой волны.

В приборе используется схема прямого измерения интенсивности излучения, состоящая из приемника из­ лучения, промежуточного преобразователя и измерите­ ля. Преимущество этой схемы в ее простоте,' надежности

ла эффективность детектора играет важное значение. Именно поэтому в данном устройстве применен детектор

Измерительное устройство работает следующим об­ разом. На детектор поступает поток Y-квантов, интенсив­ ность которых обратно пропорциональна толщине слоя сырьевого материала, перемещающегося в печи. Оче­ видно, большим толщинам соответствует меньшая ин­

интенсиметр, который регистрирует их среднюю частоту поступления. Таким образом, по показаниям интенсиметра можно следить за изменениями величины регист­ рируемого потока излучения,

С выхода интенсиметра сигнал подается на вход электронного самопишущего потенциометра, на движу­ щейся ленте которого непрерывно фиксируются резуль­ таты измерений.

Информация об изменении толщины слоя материа­ ла, проходящего через контролируемое сечение, полу­ чается в виде непрерывной диаграммы, отклонения от среднего заданного уровня характеризуют колебания измеряемого параметра. При компоновке схемы изме­ рительного устройства промышленного макета установки

соковольтный выпрямитель типа ВСВ. Эти приборы обеспечивают вполне приемлемую надежность измере­ ний даже в тяжелых производственных условиях цемент­ ного завода.

§ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОИЗОТОПНОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ МАТЕРИАЛА

При практическом осуществлении непрерывного кон­ троля толщины слоя материала, перемещающегося по печи, приходится иметь дело с широким расходящимся пучком у-излучения. Поэтому значительная часть у-квантов, рассеянных материалом, попадая на детектор, несколько сглаживает ослабление интенсивности излу­ чения объектом, что характерно для широкого пучка.

В данном случае вклад рассеянного излучения учи­ тывают следующим образом. Для реальной среды рас­ считали теоретическую кривую поглощения у-излучения. Вклад рассеянного излучения учли, введя в расчетные формулы специальный коэффициент — фактор накопле­ ния. Значение фактора накопления для цементной печи определили ранее экспериментально при аналогичных работах.

Вначале рассчитали ослабление у-излучения при про­ хождении его через печь без материала, затем рассчи­ тали ослабление у-излучения при постепенном заполне­ нии печи материалом от 0 до 20% ее объема. Узкий пучок у-излучения в данном случае ослабляется в не­ скольких слоях, состоящих из различных веществ. Этот процесс можно описать следующей закономерностью:

где /о — интенсивность у-излучения без поглотителя; / — интенсивность у-излучения, прошедшего поглотитель; їм, Ц2, из, щ — линейные коэффициенты ослабления у-из- лучения соответственно для воздуха, стали, шамотного кирпича и клинкера; d\, d2> d3, rf4 — толщины погло­ щающих слоев соответственно воздуха, стали, шамот­ ного кирпича и клинкера.

Данные для расчета вытекают из условий конкретно поставленной задачи в соответствии с геометрией экс­ перимента, проводимого на испытательном стенде.

Толщина слоя воздуха di суммируется из трех участков: слой

шамотного кирпича, имеющего сложный химический состав, рассчи­ тывают по формуле

Шамотный кирпич имеет следующий состав: БіОг — 65% и А 1 2 0 3 — 35%. Плотность шамотного кирпича рз= 1,9 г\смг. Линейные коэффициенты ослабления у-из- лучения Со 6 0 для двуокиси кремния и окиси алюминия берут из табл. 2.1, составленной по литературным источ­ никам [3]. В соответствии с данными табл. 2.1 вычис-

Т а б л и ц а 2.1.

ляют значение коэффициента линейного ослабления ^излучения С о 6 0 шамотным кирпичом.

Ослабление узкого пучка уйзлучения пустой печью определяют, подставляя в формулу (2.1) численные зна­ чения входящих в нее величин:

клинкера при заполнении им рабочего объема печи от 0

состоящим из нескольких соединений сложного химиче­ ского состава. Рассчитывали значения высот слоев клин­

у-излучения клинкером необходимо учитывать, что по­

необходимо использовать при подстановке значений вы­ соты слоя в формулу.

Высоты слоя клинкера, соответствующие процент­ ному заполнению печи от 0 до 20%, с учетом указан­ ного коэффициента заполнения приведены в третьей колонке табл. 2.2.

Для выполнения всех дальнейших расчетов необхо­ димо определить минимальную активность источника

f а б л и ц а 2.2

излучения Со6 0 , обеспечивающую не менее 100 импуль­ сов в секунду на выходе детектора при максимальном заполнении печи материалом. При меньшей активности уровень сигнала, поступающего на регистратор, стано­ вится соизмерим с уровнем фона естественной радио­ активности, при этом не обеспечивается надежное срабатывание регистрирующего устройства.

Активность источника при заданном минимальном числе импульсов на выходе детектора, равном 100 имп/сек, рассчитывают по формуле

расстояние между радиоизотопным излучателем и де­

Величина активности, определенная по формуле (2.4) для печи диаметром 450 см, заполненной на 20% объема клинкером, оказалась равной 27 кюри. С учетом неко­ торого запаса на длительность эксплуатации устройства величину активности источника выбрали около 30 кюри.

По полученному значению активности источника излучения с помощью формулы (2.4) определили зна­ чения сигнала на выходе детектора при различном за­ полнении печи материалом. Результаты этого расчета приведены в табл. 2.2. В табл. 2.2 приведены значения статистической относительной среднеквадратичной по­ грешности измерения, которую вычисляли по формуле

При выбранном значении активности источника из­ лучения обеспечивается надежное измерение высоты слоя материала, перемещающегося в печи, в заданном диапазоне изменения высот с погрешностью не более

±3 % .

§3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ УСТАНОВКИ (РИВ)

Установку испытывали [5] на специально сконструи­ рованном и изготовленном экспериментальном стенде, представляющем собой часть обечайки вращающейся цементной печи, выполненной в форме металлического кольца диаметром 4500 мм, шириной 300 мм. Внутрен­ няя часть обечайки была футерована огнеупорным кир­ пичом.

проценту количества материала в печи. Измерения про­ водили при последовательном заполнении кольца пор­ циями материала по 0,036 м3.

Полученные результаты в виде кривой ослабления показаны на рис. 2.1 . Каждая точка кривой соответ­ ствует изменению количе­ ства материала на один

процент. Из-за ограничен­

но

вания установки по определению толщины слоя мате­

Установка (рис. 2.2) монтируется на прочном осно­ вании 12, расположенном на специальном фундаменте 13. К основанию с помощью сварки крепятся две фермы, выполненные из швеллеров и уголков. Одна ферма 10 служит опорой для рельсов 6, по которым двигается тележка 8 с контейнером 7. На другой ферме / кре­ пятся рельсы 4 для передвижения тележки 3 с детек­ тором 2. Движение тележки-контейнера и тележки-де-

Рис. 2.2. Схема опытного образца установки для Бекабадского цементного комбината.

тектора осуществляется синхронно и так, чтобы линия, соединяющая детектор с источником излучения, всегда проходила через центр поперечного сечения печи и перпендикулярно поверхности материала 5, находяще­ гося в печи.

Синхронность передвижения обеих тележек дости­ гается с помощью тросовой передачи 9, длина которой регулируется при монтаже установки, а в процессе эксплуатации остается постоянной. Необходимость пе­ ремещения тележек вызывается тем, что скорость вра­

под прямым углом, тоже необходимо переместить со­ ответственно перемещению материала. Перемещение тележек на опытной установке осуществляется с по-