Máy đo mức độ tia gamma là gì?

Máy đo mức tia gamma là một thiết bị chuyên dụng sử dụng đặc tính suy giảm của tia gamma để đo mức chất lỏng trong một vật chứa. Nó chủ yếu được sử dụng trong các ngành công nghiệp như dầu khí, hóa chất, dược phẩm, năng lượng và luyện kim. Máy tính toán mức chất lỏng bằng cách phát hiện sự thay đổi cường độ của tia gamma sau khi chúng xuyên qua vật chứa. Sử dụng phương pháp phát hiện không tiếp xúc, nó phù hợp với các môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất cao và ăn mòn mạnh.

Thiết bị này dựa trên định luật suy giảm theo hàm mũ của tia gamma trong vật chất. Bằng cách cố định lượng hấp thụ của thành bình chứa, sự thay đổi cường độ tia chỉ liên quan đến độ dày của môi trường. Đối với phép đo mật độ, giá trị mật độ được tính toán bằng cách duy trì độ dày môi trường không đổi. Hệ thống bao gồm ba phần: nguồn bức xạ, bộ dò và bộ phát. Nguồn bức xạ sử dụng đồng vị Cs-137 hoặc Co-60; bộ dò được chia thành hai loại: khí và rắn; một số thiết bị mới bao gồm cơ chế nâng để cải thiện độ chính xác phát hiện và an toàn bức xạ.

Từ năm 1970, máy đo nồng độ đồng vị phóng xạ coban-60 đã được sử dụng trong ngành công nghiệp clo-kiềm, thay thế các phương pháp cân đo áp suất dầu truyền thống. Những phát triển tiếp theo đã giới thiệu các hệ thống điều khiển thông minh, công nghệ bức xạ thấp và chức năng Internet vạn vật (IoT), đồng thời tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia GB/T 25845-2010.

Nguyên tắc

Khi tia gamma đi qua một vật thể, chúng bị suy giảm theo quy luật hàm mũ, tức là:

X: Cường độ bức xạ phát ra từ nguồn;

μ: Hệ số hấp thụ (một hằng số liên quan đến hạt nhân phóng xạ);

ρ: Mật độ của môi trường;

d: Độ dày của môi trường;

Y: Cường độ bức xạ sau khi đi qua một vật có mật độ ρ và độ dày d.

Dựa trên nguyên tắc trên, máy đo mức tia gamma được thiết kế sao cho độ hấp thụ của bản thân vật chứa là một giá trị không đổi sau khi tia gamma đi qua nó và sự thay đổi chỉ liên quan đến mức độ (tức là độ dày) của môi trường trong vật chứa. Nguyên lý đo của máy đo mật độ tương tự như máy đo mức, nhưng điểm khác biệt là điểm đo chủ yếu nằm trên đường ống và môi trường trong đường ống luôn đầy. Trong trường hợp này, độ dày của môi trường bị bức xạ xuyên qua không đổi và lượng hấp thụ chỉ liên quan đến mật độ.

Thành phần

Máy đo mức độ phóng xạ thường bao gồm ba phần: nguồn phóng xạ, bộ dò và bộ phát. Nguồn phóng xạ thường sử dụng một trong hai đồng vị phóng xạ: Cs-137 hoặc Co-60. Nó có hai dạng: nguồn điểm và nguồn đường thẳng, và có thể được chia nhỏ hơn nữa thành nguồn tích hợp và nguồn bên ngoài tùy thuộc vào vị trí lắp đặt. Chức năng của nó là phát ra tia gamma.

Chức năng của máy dò là phát hiện tia gamma. Có nhiều loại máy dò, được phân loại theo hình dạng thành dạng điểm và dạng đường/que; và theo vật liệu nhạy cảm thành máy dò khí và máy dò rắn. Máy dò khí bao gồm hai loại chính: ống đếm GM (Geiger-Muller) và buồng ion hóa. Chúng có hiệu suất thấp và bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ, nhưng giá thành rẻ. Máy dò rắn được phân loại theo vật liệu tinh thể thành natri iodua, xesi iodua, BGO (bismuth germanat), nhựa, bó sợi quang hoặc tinh thể nhân tạo. Vì các tinh thể natri iodua, xesi iodua và BGO có hiệu suất cao khó chế tạo với kích thước lớn hoặc dài, nên chúng chỉ có thể được chế tạo thành máy dò dạng điểm.

Các đầu dò hình que được chia thành loại cứng và loại mềm: tinh thể nhân tạo cứng có đường kính khoảng 50mm và chiều dài lên đến 2m, với hiệu suất phát hiện cao; bó sợi quang mềm có đường kính khoảng 25mm và chiều dài lên đến 6-7m, nhưng hiệu suất phát hiện thấp và bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ. Đầu dò là một thành phần quan trọng của thiết bị đo mức bức xạ, và độ nhạy cũng như độ ổn định của nó rất quan trọng đối với công nghệ đo bức xạ.

Chức năng của bộ phát là chuyển đổi cường độ tia gamma được phát hiện thành tín hiệu chuẩn thông thường thông qua các mạch điện tử và truyền tín hiệu đó đến hệ thống giám sát. Nhiều chức năng của thiết bị đo bức xạ được thực hiện trong bộ phát, chẳng hạn như bù suy giảm tự động, điều chỉnh tự động điện áp cao (HV) của đầu dò, hằng số thời gian thích ứng với những thay đổi đột ngột về mức vật chất, đo nhiệt độ và cảnh báo tự động của đầu dò, tự kiểm tra hiệu suất đầu dò và chức năng tự nhận dạng nhiễu. Bộ phát thường được chia thành loại dùng tại hiện trường và loại dùng trong phòng điều khiển, và tín hiệu đầu ra có nhiều tùy chọn khác nhau như 0/4-20mA thông thường, FSK, HART, FF, RS232 và RS484. Ưu điểm

Nhờ nguyên lý đo độc đáo, máy đo mức bức xạ không cần tiếp xúc trực tiếp với môi trường và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ nhớt, sự kết tinh, ăn mòn, độc tính hoặc trạng thái của môi trường. Nó cũng không bị hạn chế bởi áp suất, vật liệu, độ dày thành hoặc hình dạng của vật chứa, khiến nó trở thành giải pháp đo mức hầu như phổ quát. Do đó, nó đã giải quyết nhiều vấn đề đo lường trong các ngành công nghiệp như dầu khí, hóa chất và sản xuất sợi tổng hợp.

Cài đặt và bảo trì

Việc lắp đặt và tháo dỡ nguồn phóng xạ phải do nhân viên chuyên nghiệp thực hiện, những người đã được đào tạo chuyên môn và có giấy phép vận hành nguồn phóng xạ. Việc lắp đặt nguồn phóng xạ thường được thực hiện trước khi nhà máy đi vào hoạt động. Cần phải lập kế hoạch thực hiện chi tiết trước khi lắp đặt và tháo dỡ, và cần đặt biển báo cảnh báo trong khu vực nguy hiểm để ngăn chặn người không cần thiết vào khu vực đó. Trong thời gian nhà máy ngừng hoạt động để bảo trì, nguồn phóng xạ cần được giữ kín hoặc tháo dỡ và bảo quản an toàn.

Sau khi lắp đặt hoàn chỉnh thiết bị đo mức bức xạ, nhà sản xuất cần cung cấp đường cong hiệu chuẩn. Nếu nhà sản xuất thiếu kinh nghiệm và tự tin, cần thực hiện "hiệu chuẩn bằng nước" để kiểm chứng độ chính xác của các tính toán lý thuyết của nhà sản xuất bằng dữ liệu hiệu chuẩn thực tế. Cần thực hiện hiệu chỉnh điểm 0 khi còn nóng trước khi cấp liệu, khi nhiệt độ và áp suất hoạt động đã đạt điều kiện hoạt động bình thường. Cần điều chỉnh hằng số thời gian theo tốc độ thay đổi mực chất lỏng; thông thường, hằng số thời gian là 60 giây, nhưng có thể giảm xuống khi mực chất lỏng thay đổi nhanh chóng.