Nivå fra A til Å 6:16

Radiometrisk nivåmåling

Radioaktive kilder gjør susen for de vanskeligste nivåmålingene i væsker og pulver/granulat.

Gammamålere gjør ofte jobben for olje- og gasseparatorer, gjerne i parallell med nivåglasset til høyre.
Gammamålere gjør ofte jobben for olje- og gasseparatorer, gjerne i parallell med nivåglasset til høyre. (Bilde: )

Radioaktive kilder gjør susen for de vanskeligste nivåmålingene i væsker og pulver/granulat.

Farlige målinger?

Når det er snakk om stråling, er det alltid ett regelverk som skal følges. Dette er laget for å minimere skadelige følger av bruken. I målesystemer er det selvfølgelig gjort mye for avskjerming og sikkerhet, selv om vi snakker om forholdsvis svake kilder. Det betyr at en scintillatordetektor er så følsom at den nødvendige intensitet til en typisk måling tilsvarer den naturlige strålingen i 2800 m høyde.

Geiger-Müller-rør er ikke så følsomme. De krever en dosehastighet tilsvarende den naturlige stålingen i 18000 m høyde. Dette tilsvarer litt mer enn den kosmiske stråling vi utsettes for under en flytur.

Selv om strålingsintensiteten er ”begrenset”, er det ingen grunn til å slakke på sikkerheten. Forskriftene skal alltid følges, og sørg for at kilden er skjermet/stengt når det arbeides foran den.

Nivå fra A til Å

Automatiserings artikkelserie ”Nivå – fra A til Å” dekker nivåmåling i industrielle applikasjoner.

Artikkelen om radiometrisk nivåmåling er utviklet i tett samarbeid med instrumenteringsleverandøren Endress+Hausers norske spesialister innen nivåmåling, Pål Thorkildsen, Frank Berg Halvorsen, Tore Sandvoll og Knut Nordrum.

Måleprinsippet benyttes til oppgaver hvor andre kommer til kort, for eksempel på aggressive medier, mekanisk slitasje eller ekstreme trykk/temperaturer.

Allsidig

Andre årsaker kan være:

  • Ekstreme prosessbetingelser
  • Behov for en meget pålitelig måling
  • Krav til et vedlikeholdsfritt system

Anvendelsesområdene finner vi spesielt innen kjemisk/petrokjemisk industri, olje og gass, pulver og granulat, papirindustri, energi og avfallshåndtering.

Dette er de mest typiske måleoppgaver:

  • Grensevakt
  • Kontinuerlig nivåmåling
  • Tofasemåling (grensesnitt, Interface), for eksempel olje – vann separasjon
  • Egenvektsmåling og masseflow
  • Profilmåling for flere faser

Til berøringsløse, industrielle nivå- og egenvektsmålinger er gammastråling tilnærmet standard. Energien, eller gjennomtrengningskraften, er ideell til de relativt tykkveggede reaktorene, beholderne og rørene, som benyttes i industrielle prosesser.

Målesystemet

En radiometrisk måling består alltid av tre komponenter: transmitter/detektor, kilde og kildebeholder. Gammakilden stråler like mye i alle retninger. Men all stråling som ikke skal passere gjennom tanken for å treffe detektoren avskjermes. Derfor er den radioaktive kilden montert i en særskilt kildebeholder. Denne gir nødvendig beskyttelse, og sørger for at strålingen begrenses til en smal stråle.

Avskjermingsmaterialet er bly i et sveiset hus av stål. Dette sikrer at den radioaktive kilden og avskjermingen (blyet) ikke forsvinner i tilfelle brann. Blyets smeltepunkt er 327 °C, mens stålets er vesentlig høyere. Kildebeholderen er forsynt med en dreibar mekanisme til montering av kilden, og til manuell åpning og lukking av strålingen. Dette er nødvendig når en tank skal inspiseres eller når kildebeholderen skal transporteres.

Måling med utstråling

Radioaktive isotoper sender ut stråling i form av partikler, eller elektromagnetiske bølger (fotoner), når de samtidig får en energiomforming (henfaller). De tre mest benyttede strålingstypene er:

  • α - Alfa-stråling sender en heliumkjerne, som består av to protoner og to nøytroner fra atomkjernen.
  • β – Beta-stråling er utsendelse av elektroner fra atomkjernen.
  • γ - Gamma-stråling er elektromagnetiske bølger med høy energi.

Ut over energien, betegnes radioaktive isotoper ved deres aktivitet som rett og slett er antall energiomforminger (henfall) pr. tidsenhet. 1 becquerel = 1 energiomforming (henfall) pr. sekund. Legg merke til at denne aktiviteten er uavhengig av den utsendte energien. De radioaktive kildematerialene, som brukes i industrien, sender ut gamma stråler med spesifikke bølgelengder. Dette er noen av de mest brukte, type og bølgelengde(m):

  • Americium 241 : 10-9 m
  • Cesium 137 : 10-10 m
  • Cobolt 60 : 10-11 m

Gammastrålers evne til å trenge gjennom materialer avhenger av deres bølgelengde. Korte bølger trenger lettere gjennom enn lange bølger. Cesium137 trenger lettere gjennom enn Americium241, men dårligere enn Cobolt60.

  • Alfa-stråling trenger gjennom kvarts, men absorberes av for eksempel aluminiumsfolie.
  • Beta-stråling vil passere gjennom kvarts og aluminiumsfolie, men ikke stål.
  • Kun Gamma-stråling, elektromagnetiske bølger, trenger gjennom alle materialer. Men det blir alltid en demping, avhengig av materialets tykkelse og egenvekt.

Cesium137 har en rimelig bra gjennomtrengningskraft og en lang halveringstid på 30 år. Dette er egenskaper som gjør isotopen til det mest anvendte i industrielle nivå- og egenvektsmålinger. Cobolt60 benyttes hvis tankveggen er meget tykk og det er behov for mer kraft til gjennomtrengning.

Geiger-Müller- og scintillasjonsdetektor

Det er hovedsakelig to typer detektorer, Geiger-Müller-rør (Geigerteller) og scintillasjonsdetektor (og –stav). Førstnevnte består av et glassrør, en anode og katode. Røret er fylt med en edelgass blandet med litt halogen. Det er montert i et metallhylster for mekanisk beskyttelse (aluminium/SS316).

Tellerøret drives av en spenning på 400V. Når dette utsettes for gammastråler, ioniseres edelgassen. På grunn av den høye spenningen frigjøres primærelektroner. Disse elektroner vil, på grunn av sin hastighet, frigjøre sekundærelektroner. Dermed vil tellerøret, fra å være nesten en ideell isolator, bli kortvarig ledende. En strømpuls oppstår. Antall pulser, som sendes fra GM-røret, avhenger av antall inntrengende gammabølger.

Scintillasjonsdetektoren består av en scintillatorstav, en fotomultiplikator (PMT) og en kontrollenhet. Når gammastrålingen treffer scintillatoren genereres små lysglimt. Disse lysglimtene fanges opp av en fotokatode og omformes til elektriske pulser i fotomultiplikatoren. Signalbehandlingsenheten teller nå alle signalpulsene i ett gitt tidsintervall. For hver målesyklus overføres pulsraten, referansesignalet og informasjon om temperaturen til transmitteren. Denne informasjonen overføres som et digitalt kodet signal.

Scintillasjonsstaven krever mye mindre dosehastighet sammenlignet med punkt-scinntillator eller Geiger-Müller rør (faktor 3…10 x). Men, den opprettholder fortsatt en meget god statistisk nøyaktighet, selv om det velges en liten tidskonstant.

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå