Радіоізотопний густиномір

Радіоізотопний густиномір, що містить зону контролю у вигляді трубопроводу, обертове джерело у-випромінювання, яке сканує зону контролю з досліджуваним середовищем поперемінно по двох каналах, приймач випромінювання, підсилювач, реверсивний двигун, компенсаційний клин, вихідний перетворювач і вторинний прилад, який відрізняється тим, що канали сканування зони контролю у-випромінюванням розташовані в двох площинах, перша з яких проходить через вісь зони контролю, друга - перпендикулярна до цієї осі, канали сканування зорієнтовані в зазначених площинах так, що при використанні як зони контролю трубопроводу з постійним круглим перерізом виконуються умови li-l2=(0,55-0,65)d, bi=b 2 , де її і Ь - довжина шару досліджуваного середовища в границях першого і другого каналів сканування (розташованих відповідно в першій і другій площинах); Ьі і D2 - товщина стінок зони контролю в границях першого і другого каналів сканування, при цьому вісь каналу сканування, розташованого в першій площині, нахилена до осі зони контролю під кутом а=(40-45)°, а кут між віссю каналу сканування, розташованого в другій площині, і проекцією на цю площину осі каналу сканування, розташованого в першої площині, дорівнює р=(20-30)°. Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки і може бути використане для виміру щільності будь-яких текучих рідких середовищ, включаючи середовища з абразивними твердими частками (пульпи, суспензії) які активно налипають на внутрішню поверхню проточних трактів (шлами, нафтопродукти). Відомий радіоізотопний густиномір, що містить зону контролю - трубопровід з досліджуваним середовищем, обертове джерело Увипромінювання, приймач випромінювання, підсилювач, реверсивний двигун, компенсаційний клин, вихідний перетворювач і вторинний прилад. зивної дії на її внутрішню поверхню часток твердої фази пульпи і суспензій (унаслідок чого товщина стінок зменшується), або в результаті налипання на внутрішню поверхню і міцне закріплення на ній часток твердої фази, парафінових опадів і т.д., що приводить до збільшення товщини стінок зони контролю. Зазначений недолік є результатом того, що початкова товщина стінок зони контролю (початкова умова виміру) змінюється в процесі експлуатації густйноміра тільки в границях першого каналу, по якому у-випромінювання сканує зону контролю з досліджуваним середовищем при незмінності конструктивних параметрів компенсаційного клина, скануемого У -випромінюванням при проходженні по другому каналу. Найбільш близьким пропонованому радіоізотопному густиноміру може служити радіоізотопний густиномір [Авторське посвідчення №1081411 G01B10/00; G01N9/14 із пріоритетом від 5 березня 1983р.], що містить зону контролю у вигляді трубопроводу, що складається з двох ділянок: перший із круглим, другий з еліпсними Даний густиномір має два канали сканування У випромінюванням зони контролю, перший з яких проходить через трубопровід з досліджуваним середовищем, другий - через компенсаційний клин [Кулаков М.В. Технологічні виміри і прилади для хімічних виробництв. М.: Машинобудування, 1974, с.335-336]. Недоліком даного радіоізотопного густйноміра є залежність результатів виміру від зміни товщини стінок зони контролю внаслідок або абра ю 4574 перерізами, з'єднаних конічним переходом, обертове джерело у-випромінювання, приймач випромінювання, реверсивний двигун, компенсаційний клин, вихідний перетворювач і вторинний прилад. Прототип має два канали сканування увипромінюванням зони контролю, перший з них проходить через її ділянку з еліпсним перетином, другий - через ділянку з круглим перерізом і компенсаційний клин. При цьому канали сканування розташовані в одній площині, а їхні осі нахилені під рівними кутами до осі зони контролю, унаслідок чого при двоканальному скануванні зони контролю У -випромінюванням різниця довжин ділянок досліджуваного середовища в границях першого і другого каналів можна одержати тільки за рахунок геометричної розбіжності конфігурацій площ поперечного переріза ділянок зони контролю, через які поперемінне проходить у -випромінювання (коло-еліпс, коло-прямокутник і т.д. при рівності площ їхнього поперечного переріза). Недоліками відомого радіоізотопного густиноміра є: - складність конструкції зони контролю, що складається з двох ділянок трубопроводу з круглим і еліпсним перерізами, з'єднаних конічним переходом; - можливість перерозподілу в конічному переході часток твердої фази пульпи і суспензій і різниця їхнього розподілу в ділянках зони контролю з круглим і еліпсним перетинами, що приводить до порушення показності досліджуваного середовища в зоні контролю; - підвищений знос стінок зони контролю в ділянці з еліпсним перерізом в областях з малої віссю еліпса; - складність установки зони контролю в розриві технологічного трубопроводу (тому що вхід і вихід зони контролю мають різні форми і розміри); - нерівноцінність (у результаті різної конфігурації перетинів ділянок зони контролю) зносу її стінок в областях проходження увипромінювання. Задачею пропонуємо!' корисної моделі є спрощення конструкції зони контролю радіоізотопного густиноміра (при використанні двоканального способу її сканування У -випромінюванням), виключення порушення показності рідких середовищ із твердими включеннями в зоні контролю і забезпечення ідентичності зміни товщини стінок зони контролю в областях її сканування Увипромінюванням при абразивному й адгезіоному впливі на них досліджуваного середовища. Зазначена задача досягається за рахунок того, що у відомому радіоізотопному густиномірі, що містить зону контролю у вигляді трубопроводу, обертове джерело Y-випромінювання, зону сканування контролю з досліджуваним середовищем поперемінне по двох каналах, приймач випромінювання, підсилювач, реверсивний двигун, компенсаційний клин, вихідний перетворювач і вторинний прилад, відповідно до винаходу ка нали сканування У -випромінюванням зони контролю розташовані в двох площинах, перша з яких збігається з віссю зони контролю, друга перпендикулярна цієї осі і зазначені канали зорієнтовані в цих площинах так, що при використанні як-зону контролю трубопроводу з постійним круглим перерізом виконуються умови 1 2 li-l2=(0,6-0,7)d,b =b де її і І2 довжина шару досліджуваного середовища в границях відповідно першого і другого каналів сканування, розташованих відповідно в першій і другій площинах; Ь-\ і Ь2 - товщина стінок зони контролю в границях відповідно першого і другого каналів; d - діаметр зони контролю-трубопроводу, При цьому вісь каналу сканування, розташованого в першій площині нахилена до осі зони контролю під кутом Д = (40 - 45)°, а кут між віссю каналу, розташованого в другій площині і проекцією на цю площину осі каналу, розташованого в першій площині, знаходиться в межах Y = (20-30)°. Корисна модель представлена кресленням. На Фіг.1 зображена схема пропонованого радіоізотопного густиноміра. Густиномір містить джерело увипромінювання 1, закріплене на диску 2, установленому на валу 3 синхронного двигуна 4, зону контролю (виконану у вигляді ділянки трубопроводу з круглим перетином постійного діаметру по всій довжині), приймач випромінювання 6, перетворюючий блок 7, фазочутливий підсилювач 8, реверсивний двигун 9, компенсаційний клин 10, вихідний перетворювач 11 і вторинний прилад 12. Робота густиноміра здійснюється в такий спосіб. Джерело випромінювання 1, закріплений на диску 2, установленому на валу 3, обертається з заданою швидкістю синхронним двигуном 4. Потік у-випромінювання сканує зону контролю (виконану у виді ділянки трубопроводу з круглій і постійним по всій довжині поперечним перерізом) з досліджуваним середовищем поперемінне по двох каналах, перший (К1) з яких (розташований у першій площині, що проходить через вісь зони контролю) має довжину Li (див. Фіг.2), другий (К2), розташований у другій площині, перпендикулярній осі зони контролю, має довжину І_2 (див. Фіг.З), при цьому Li=2bi, 1_2=І2+2Ь2+ЛІкл де Ц - довжина шляху у-випромінювання в досліджуваному середовищі в границях К1 ; І2 - довжина шляху у-випромінювання в досліджуваному середовищі в границях К2; b-і і Ь2 - товщина стінок зони контролю в границях відповідно К1 і К2; ДІкл - товщина компенсаційного клина в границях К2. Канали К1 і К2 зорієнтовані з першій і другій площинах гак, що Іі-Ь=(0,55-0,65)сІ, завдяки чому 4574 забезпечується можливість виміру щільності досліджуваного середовища в зоні контролю (при двоканальному її скануванні увипромінюванням), і досягнення необхідної чутливості радіоізотопного густиноміра до зміни щільності досліджуваного середовища. Минулі через канали К1 і К2 потоки випромінювання (відповідно 1і і І 2 ) направляються в приймач випромінювання б (поперемінне й у противофазі), що перетворить них в електричні постійно порівнювані сигнали E-j і Е 2 - Унаслідок цього приймач 6 формує (за один поворот диска 2 джерела у-випромінювання 1) сигнал АЕ = Е | - Е 2 , значення якого пропорційно Тому що Al № = const для кожної межі виміру і кожної оцінки шкали вторинного приладу, то АЕ не залежить від товщини стінок зони контролю в границях К1 і К2, а взаємозв'язок щільності досліджуваного середовища в зоні контролю з інтенсивністю у - випромінювання визначається формулою ДІи=І0Є-^АІ, де Al u - ослаблення у-випромінювання при двоканальному скануванні зони контролю з досліджуваним середовищем; р. - коефіцієнт масового поглинання, пропорційний щільності досліджуваного середовища; р - щільність досліджуваного середовища в зоні контролю. При значенні щільності досліджуваного середовища в зоні контролю 5. що відповідає початковій оцінці шкали, компенсаційний клин 10 виставляється в положення, що вирівнює значення інтенсивностей випромінювань, що надходять на приймач через перший і другий канали сканування, унаслідок чого має місце ^ = І 2 (де ^ і І 2 інтенсивності випромінювання які прийшли на приймач через К1 і К2. У цьому випадку ослаблення у-випромінювання шаром АІ досліджуваного середовища в К1 врівноважується ослабленням увипромінювання початковою товщиною компенсаційного клина в границях К2 і різницевий сигнал ДЕ = Е 1 - Е 2 , що виникає в приймачі 6 за один поворот джерела у - випромінювання , дорівнює 0. Якщо щільність контрольованого середовища в зоні контролю збільшується, то ослаблення у випромінювання шаром контрольованого середовища АІ стає більше ослаблення у випромінювання товщиною компенсаційного клина при початковому його положенні). У приймачі 6 виникає сигнал розбалансу ДЕ ф 0 , що перетворюється в блоці 7 і надходить на вхід фазочутливого підсилювача 8. Після посилення (по напрузі і потужності) сигнал пускає в хід реверсивний двигун 9. Останній переміщає компенсаційний клин 10 ("збільшуючи" його 6 10 ("збільшуючи" його товщину) доти, поки сприймані по першому і другому каналах приймачем 6 інтенсивності потоків у -випромінювання не стануть рівними (при цьому сигнал розбалансу АЕ в приймачі 6 стає рівним 0 і вимірювальна схема врівноважується). Вал реверсивного двигуна 9 кінематичне зв'язаний з "чуттєвим" елементом вихідного перетворювача 11 (який виробляє сигнал 0-5мА). Зазначений сигнал сприймається вторинним приладом 12 зі шкалою, яка проградуїрована в одиницях виміру щільності A w відповідно до залежності (ді = l o e ~ ' ) . Аналіз різних варіантів розташування каналів сканування К1 і К2 у першій (П1) і другий (П2) площинах, що базується на основі результатів графічного і фізичного моделювання, показав, що оптимальне значення кута нахилу осі К1 до осі зони контролю (у площині П1) знаходиться в межах а = (40-45)', а оптимальне значення кута між віссю К2, розташованого в площині П2, і проекцією К1 на площину П2 знаходиться в межах р = (20-30)Г. Установлено, що при зменшенні кута а до 35° і менш істотно зростає товщина стінок Ь) і Ь2 зони контролю в границях каналів К1 і К2, унаслідок чого велика частина інтенсивності у випромінювання послабляється саме стінками зони контролю, а не досліджуваним середовищем - шаром досліджуваного середовища АІ. При збільшенні а до 50° більш важко одержати ДІ = І-|-І2 =(0.55-0.65)d , що приводить до зменшення чутливості густиноміра до зміни щільності досліджуваного середовища й істотно відсуває приймач випромінювання 6 від зони контролю, збільшуючи габарити конструкції радіоізотопного густиноміру. Значення кута J жорстко (як показало 3 графічне і фізичне моделювання) прив'язано до значень а = (40-45)Р і для кожного а в межах (40-45)° можна знайти такий кут р у межах (2030)°, при якому b-і = Ь2 . З обліком вищесказаного рекомендується вибирати кут нахилу осі першого каналу сканування до осі зони контролю (у площині П1) у межах а = (40-45)Г, а кут між віссю К2 і проекцією осі К1 на площину П2 у межах р = (20 - 30]Г . Пропонований радіоізотопний густиномір у порівнянні з відомим істотно спрощує конструкцію зони контролю (при забезпеченні періодичного двоканального її сканування увипромінюванням), зменшує погрішність виміру, викликовану нерівноцінною зміною товщини стінок зони контролю в границях каналів сканування; веде до мінімуму додаткові погрішності в результаті нерівноцінного розподілу твердої фази в рідкій в обсязі зони контролю. 4574 Фіг. 1 Кі К2 Фіг. 2 Комп'ютерна верстка Н Лисенко Фіг. З Підписне Тираж 37 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м Київ - 42, 01601