CS250928B1

CS250928B1 - Level measurement device

Info

Publication number: CS250928B1
Application number: CS698884A
Authority: CS
Inventors: Josef Gregor; Ladislav Viererbl
Original assignee: Josef Gregor; Ladislav Viererbl
Priority date: 1984-09-18
Filing date: 1984-09-18
Publication date: 1987-05-14

Abstract

Zařízení pro měření úrovně hladiny využí vá k měření úrovně, například hladiny tekutiny v lahvích, rozptýleného záření a odstraňuje z velké části nedostatky zařízení, které je založeno na prozařovací metodě. Kolimovaný svazek záření gama, který je emitován zdrojem záření, je rovnoběžný s hladinou tekutiny v proměřované láhvi, přitom v detektoru rozptýleného záření, který je umístěn mimo primární svazek záření gama, jsou detekovány pouze ty částice, které se rozptýlí v důsledku Comptonova efektu. Měřený signál bude ovlivňován pouze změnou úrovně hladiny v láhvi a na výstupu pak dostáváme užitečný signál, který několikanásobně převyšuje hodnotu pozadíThe level measuring device uses scattered radiation to measure the level, for example the level of liquid in bottles, and largely eliminates the shortcomings of the device based on the irradiation method. The collimated beam of gamma radiation, which is emitted by the radiation source, is parallel to the level of the liquid in the measured bottle, while in the scattered radiation detector, which is located outside the primary beam of gamma radiation, only those particles that are scattered due to the Compton effect are detected. The measured signal will be influenced only by a change in the level in the bottle, and at the output we then receive a useful signal that exceeds the background value by several times.

Description

Vynález se týká zařízení pro nedestruktivní měření a kontrolu úrovně hladiny tekutin, případně jiného materiálu, které využívá rozptýleného záření gama o energii nižší než 300 keV.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for non-destructive measurement and control of the level of liquids or other material that employs scattered gamma radiation with energy below 300 keV.

Jednou z možných aplikací je měření a kontrola úrovně hladiny tekutiny přímo v lahvích na plnicích linkách, které slouží k vytřídění těch lahví, ve kterých hladina naplněné tekutiny má větší odchylku než povolují předepsané tolerance, v současné době je znám způsob, buá vizuální kontroly pracovníkem, který plnění lahví během provozu kontroluje, nebo zařízení •vyv&ívající světelných paprsků a detektorů citlivých na světlo, jejich využití je však značně omezené. Další možností je využití mikrovlnného záření. Zařízení pracující na tomto principu je popsáno v DOS č. 31 06 807.One possible application is to measure and control the level of the liquid directly in the bottles on the filling lines, which are used to sort out those bottles in which the level of the filled liquid has a greater deviation than the prescribed tolerances. which controls the filling of the bottles during operation, or the devices generating light beams and light-sensitive detectors, but their use is very limited. Another possibility is the use of microwave radiation. A device operating on this principle is described in DOS No. 31 06 807.

Rovněž jsou známa zařízení využívající ionizujícího záření. Takové zařízení pracuje na principu prozařovacím a je nejčastěji používáno u komerčně dodávaných plnicích linek zahraniční výroby. Zařízení využívající pro měření hladiny tekutiny nebo sypkých materiálů, například v lahvích, prozařovací metody, mají některé nevýhody, které se výrazněji projevují právě při provozu plnicích linek.Devices using ionizing radiation are also known. Such equipment operates on the radiation principle and is most often used in commercially supplied foreign production filling lines. Apparatus utilizing radiation methods for measuring the level of liquid or bulk materials, for example in bottles, has some disadvantages which are more pronounced during the operation of the filling lines.

V současné době, kdy kapacita plniček limonád, například do lahví typu NEALKO EURO, dosahuje 40 000 i více lahví za hodinu, to znamená, že na měřeni a kontrolu jednotlivé láhve připadá méně než 0,1 s. Přitom na vlastní měření úrovně hladiny, s přihlédnutím k prostorovému a geometrickému rozložení, připadá přibližně 0,01 až 0,03 s.Nowadays, when the capacity of lemonade fillers, such as NEALKO EURO bottles, reaches 40,000 or more bottles per hour, this means that each bottle has less than 0.1 seconds to measure and control. taking into account the spatial and geometric distribution, it is approximately 0.01 to 0.03 s.

Z uvedeného je zřejmé, že v rozsahu až 90 % doby potřebné pro proměření jednoho objektu, dopadá na detektor nestíněný svazek fotonů, to znamená, že v době, která je pro vlastní měření vlastně mrtvá, dostáváme na výstupu měřicího zařízení maximálně možný signál I .From the above it is clear that in the range of up to 90% of the time required to measure a single object, an unshielded photon beam falls on the detector, that is, at a time which is actually dead for the measurement itself, we receive the maximum possible signal I.

V užitečné době měřeni, která představuje asi 10 % z celkové měřicí doby pro jeden objekt, je signál I snížen o absorpci ionizujícího záření v náplni lahve. Na výstupu vyhodnocovacího zařízení se dosáhne užitečný signál I, který je ovlivňován změnami úrovně měřené hladiny. Tyto změny vyvolávají změny signálu I o ίΔΐ· Měření probíhá na pozadí maximální hodnoty signálu I_Q, což klade značné nároky na elektroniku a navíc musí probíhat v relativně krátkých časech.At a useful measurement time, which represents about 10% of the total measurement time for one object, the signal I is reduced by the absorption of ionizing radiation in the bottle cartridge. A useful signal I is obtained at the output of the evaluation device, which is influenced by changes in the level of the measured level. These changes cause changes in the signal I o Δΐ · Measurements take place in the background of the maximum value of the signal I _Q , which places considerable demands on the electronics and, moreover, must take place in relatively short times.

Uvedený problém je možno částečně eliminovat dalším přídavným zařízením, které v době, kdy neprobíhá vlastní měření, umožňuje zaclonit svazek toku ionizujícího záření, čímž by se značně snížila hodnota pozadí, to je signál Ιθ. I při sebelepším provedení tohoto stínícího zařízení bude signál I stále ovlivňován náběhovými a koncovými efekty průběhu signálu Ιθ. Tento nepříznivý vliv lze rovněž částečně potlačit za cenu zkrácení již tak krátkého užitečného měřicího času, což však na druhé straně nutně vyvolává zvýšení.potřebné aktivity zdroje záření.This problem can be partially eliminated by another additional device which, when the measurement is not being carried out, makes it possible to shield the beam of ionizing radiation, which would significantly reduce the background value, i.e. the signal Ιθ. Even with the best design of this shielding device, the signal I will still be influenced by the rise and end effects of the waveform Ιθ. This adverse effect can also be partially suppressed at the expense of shortening the already useful measuring time, which in turn necessarily leads to an increase in the required activity of the radiation source.

Další nevýhodou při použití prozařovací metody je skutečnost, že v místě, kde prochází kolimovaný svazek ionizujícího záření, není vždy stejná tlouštka stěny lahve. Různá tlouštka, různá vrstva skla do značné míry ovlivňuje přesnost měření úrovně hladiny kapaliny v láhvi. Rovněž i případné změny chemického složení skla, z něhož jsou lahve vyrobeny, ovlivňují více méně hodnotu signálu I.Another disadvantage of using the radiation method is that there is not always the same wall thickness of the bottle at the point where the collimated ionizing radiation beam passes. Different thicknesses, different glass layers greatly affect the accuracy of the level measurement of the liquid in the bottle. Also, any changes in the chemical composition of the glass from which the bottles are made affect more or less the value of signal I.

Zařízení pro měření úrovně hladiny tvořené detekční jednotkou, která je elektricky spojena s vyhodnocovací jednotkou a zdrojem záření gama, který je umístěn v kolimačnim krytu podle vynálezu, výše uvedené nedostatky odstraňuje, i když ne zcela, tak alespoň z velké části.The level measurement device formed by the detection unit, which is electrically connected to the evaluation unit and the gamma radiation source located in the collimation housing according to the invention, removes the above-mentioned deficiencies, although not entirely, at least in large part.

Podstatou vynálezu je, že osa kolimovaného svazku záření gama je rovnoběžná s hladinou tekutiny v láhvi a odchylkou nejvýše Í5°, přitom detektor rozptýleného záření gama je umístěn mimo primární svazek záření gama.It is an object of the present invention that the axis of the collimated gamma ray beam is parallel to the fluid level in the bottle and a deviation of not more than 15 °, wherein the scattered gamma radiation detector is located outside the primary gamma ray beam.

Na přiložených obrázcích je uvedeno uspořádání zařízení pro prozařovací metodu a zařízení podle vynálezu. Na obr. 1 je uvedeno uspořádání zařízení pro použití prozařovací metody na obr. 2 je uvedeno uspořádání zařízení pro měření úrovně hladiny podle vynálezu a na obr. je uvedena další varianta zařízení podle vynálezu.The attached figures show the arrangement of the radiation method apparatus and the device according to the invention. Fig. 1 shows an arrangement of a device for using the radiation method in Fig. 2 shows an arrangement of a level measuring device according to the invention, and Fig. 1 shows another variant of the device according to the invention.

Zařízení na obr. 1 je tvořeno zdrojem 2 záření gama, jehož osa je rovnoběžná s hladinou tekutiny v lahvi s odchylkou nejvýše Í5° a který je umístěn v kolimačním krytu 2 a detekční jednotkou 2· Kolimovaný svazek 2 záření gama emitovaný zdrojem 2 záření gama prochází stěnami lahve 2 ^a dopadá na čelo detekční jednotky 5. Naměřené výsledky, jsou vyhodnocovány ve vyhodnocovací jednotce.The device in Fig. 1 consists of a gamma radiation source 2 whose axis is parallel to the liquid level in the bottle with a deviation of not more than 15 ° and is located in the collimation cover 2 and the detection unit 2. bottle wall 2 ^and reaches the face detection unit 5. the measurement results are evaluated in the evaluation unit.

Zařízení na obr. 2 je opět tvořeno zdrojem 2 záření gama, který je umístěn v kolimačním krytu 2 ^a detekční jednotkou 2· Kolimovaný svazek 2 záření gama prochází stěnami lahve 2· Rozptýlený svazek 2 záření gama, k jehož rozptylu dochází při průchodu měřenou kapalinou v láhvi 4, dopadá na čelo detekční jednotky 5 a naměřené hodnoty jsou vyhodnoceny ve vyhodnocovací jednotce.The device in Fig. 2 again consists of a gamma radiation source 2, which is located in the collimation cover 2 ^{and the} detection unit 2 · Collimated gamma radiation beam 2 passes through the walls of the bottle 2 · Scattered gamma radiation beam 2 scattered as it passes through the measured liquid bottle 4, impinges on the face of the detection unit 5 and the measured values are evaluated in the evaluation unit.

Na obr. 3 je uvedena další varianta zařízení podle vynálezu, kdy jsou využívány dvě měřicí trasy tvořené opět zdroji 2 ^a Z* záření gama, které jsou umístěny v kolimačních krytech 3 a 3' ^a detekčními jednotkami 2 ^a ž'· Každá měřicí trasa slouží ke kontrole přípustné tolerance úrovně hladiny náplně v láhvi 2« Jedna měřicí trasa je nastavena na povolenou nejnižší odchylku hladiny náplně v lahvi 2 a druhá měřicí trasa je nastavena na povolenou nejvyšší odchylku hladiny náplně v lahvi 2· ‘ •Kolimovaný svazek 2 záření gama a osa detektoru rozptýleného záření gama v detekční jednotce 2 svírají úhel menší než 180°, čímž na čelo detektoru rozptýleného záření gama nedopadá přímo kolimovaný svazek 2 záření gama, ale jsou detekovány pouze ty částice, které se rozptýlí v daném úhlu v důsledku Comptonova efektu. Použijeme-li výhodné geometrie, to znamená, že detektor rozptýleného záření gama v detekční jednotce 2 ^se umístí kolmo nad proměřovanou hladinu, případně se ještě použije jednoduché odstínění částic rozptýlených v materiálu stěn lahve 2' bude hodnotu měřeného signálu ovlivňovat pouze změna úrovně hladiny dané kapaliny v lahvi 2* To znamená, že na výstupu vyhodnocovací jednotky dostaneme užitečný'’ signál I, který několikanásobně převyšuje hodnotu pozadí.Fig. 3 shows another variant of the device according to the invention, in which two measuring paths are used again consisting of gamma radiation sources 2 ^and Z *, which are located in collimating housings 3 and 3 ' ^and detection units 2 ^and 3'. to check the permissible level of filling level in the cylinder 2 «One measuring line is set to the allowed minimum deviation of the filling level in the bottle 2 and the other measuring line is set to the allowed maximum deviation of the filling level in the bottle 2 · ' The gamma scatter detector in the detector unit 2 forms an angle of less than 180 °, whereby the gamma ray detector 2 does not directly collide with the collimated gamma ray beam 2, but only those particles that are scattered at a given angle due to the Compton effect are detected. Using preferred geometries, that is, the gamma scatter detector in the detector unit 2 ^is positioned perpendicularly above the measured level, or a simple shielding of the particles dispersed in the bottle wall material 2 'will be applied only by changing the level of the liquid. in bottle 2 * This means that at the output of the evaluation unit we get a useful 'I' signal that is several times higher than the background value.

Uspořádání zařízení podle vynálezu má celou řadu výhod. Na čelo detektoru rozptýleného záření v detekční jednotce 2 dopadá rozptýlené záření gama 6_, které je rozptýlené při Compto· nově procesu pouze v době, kdy pod čelem detektoru rozptýleného záření je proměřovaný objekt - to je láhev 2· Tím prakticky odpadá nutnost zavádění dalších pomocných zařízení a zařízení podle vynálezu umožňuje snadnější vyhodnocení tolerance úrovně hladiny od její nominální hodnoty.The arrangement of the device according to the invention has a number of advantages. The scattered gamma ray 6 on the face of the scattered radiation detector 2, which is scattered in the Compto process only when the object being measured is under the scattered radiation detector - that is the bottle 2 · This virtually eliminates the need and the device according to the invention makes it easier to evaluate the level tolerance from its nominal value.

Zařízení podle vynálezu bylo odzkoušeno v modelových podmínkách. Pro zkoušky byla použita láhev EURO, která byla postupně doplňována vodou. Jako zdroje záření gama bylo použito ²⁴⁵Am o aktivitě přibližně 30 MBq. Zdroj byl umístěn v jednoduchém kolimátoru. Bylo využito geometrie měření podle obr. 2. Pozadí při tomto uspořádání bylo naměřeno 400 imp/s, užitečný signál I odpovídající úrovni hladiny’ležící v ose kolimovaného svazku záření gama byl asi 2 000 imp/s, to je pětinásobek pozadí. Při změně úrovně hladiny v lahvi o ±6 mm byla dosažena změna užitečného signálu I +300 imp/s a -500 imp/s.The device according to the invention was tested under model conditions. A EURO bottle was used for the tests and was gradually topped up with water. ²⁴⁵ Am with an activity of approximately 30 MBq was used as the gamma radiation source. The source was placed in a simple collimator. The measurement geometry of FIG. 2 was used. The background was measured at 400 imp / s, the useful signal I corresponding to the level of the collimated gamma-ray beam was about 2,000 imp / s, five times the background. A change in the level in the cylinder of ± 6 mm resulted in a change in the useful signal I +300 imp / s and -500 imp / s.

Dosažené výsledky potvrdily předpokládané přednosti zařízení pro měření úrovně hladiny podle vynálezu.The results obtained confirm the anticipated advantages of the level measurement device according to the invention.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A level measuring device comprising a detection unit electrically connected to an evaluation unit and a gamma radiation source located in a collimation housing, characterized in that the axis of the source (2) of the collimated gamma radiation beam (1) is parallel to the liquid level in the bottle (4) with a deviation of not more than 15 °, wherein the diffuse radiation detector in the detection unit (5) is located outside the primary collimated gamma ray beam (1).