DE1573106B1 - Vorrichtung zur Volumensmessung von wasserstoffhaltigen Fluessigkeiten in Behaeltern mittels radioaktiver Strahlen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Volumensmessung von wasserstoffhaltigen Flüssigkeiten in Behältern mittels radioaktiver Strahlen, wobei aus Neutronenquellen energiereiche Neutronen in die Flüssigkeit gesandt werden und die Strahlungsintensität der in der Flüssigkeit auf thermische Energien abgebremsten thermischen Neutronen mit Hilfe bekannter Detektoren gemessen wird.
• Zur Messung einer bestimmten Niveauhöhe eines beliebigen Füllgutes in einem Behälter ist eine Meßsonde bekannt, die in dem in eine Seitenwand des Behälters einschraubbaren Meßkopf ein strahlenempfindliches Organ besitzt und diesem in veränderlichem Abstand gegenüberstehend am Ende eines mit dem Meßkopf verbundenen Stabes eine Strahlenquelle trägt. Ein anderes bekanntes Verfahren zur Volumensmessung von wasserstoffhaltigen Flüssigkeiten in Behältern, das den volumensabhängigen Moderationseffekt solcher Flüssigkeiten auf energiereichen Neutronen zur Inhaltsmessung benutzt, bedient sich künstlicher Neutronenquellen, die außen auf dem Flüssigkeitsbehälter aufgesetzt werden. In der Nähe oder in größerer Entfernung von der Neutronenquelle werden innerhalb oder außerhalb der Behälterwand ein oder mehrere Detektoren für thermische Neutronen angebracht, die die aus der Neutronenquelle kommenden schnellen Neutronen erst dann nachweisen können, wenn sie nach dem Abbremsvorgang in der wasserstoflhaltigen Flüssigkeit im Behälter auf thermische Energien gekommen sind.
• Die Anbringung der Neutronenquelle und der Detektoren an der Tankwand hat jedoch den Nachteil, daß aus Raumwinkelgründen von vornherein nur etwa die Hälfte aller aus der Quelle kommenden energiereichen Neutronen wirksam und von den Detektoren abgebremste, thermische Neutronen aufgenommen werden können. Die räumliche Trennung von Quelle und Detektoren bewirkt außerdem eine gewisse Intensitätsreduzierung der zu messenden thermischen Neutronen, da beim Abbremsvorgang schneller Neutronen die energiearmen, thermischen Neutronen in unmittelbarer Nähe der Quelle ihr Intensitäts-Maximum erreichen. Die Zwischenschaltung des absorbierenden Moderators führt aber bei räumlicher Trennung zu einem spürbaren Intensitätsverlust der Strahlung.
• Zur Vermeidung dieser Nachteile und Verbesserung der Messung schlägt die Erfindung vor, Neutronenquellen und Detektoren zu an sich bekannten stabförmigen Meßsonden zu vereinen, derart, daß mindestens ein Detektor für thermische Neutronen als gerader oder gekrümmter Stab ausgebildet ist und die Neutronenquellen längs der Achse des Stabes oder parallel zu ihr kontinuierlich oder in bestimmter Weise diskontinuierlich verteilt angeordnet sind. Die Neutronenquellen können dabei sowohl außerhalb als auch innerhalb des Detektors parallel zur oder konzentrisch um dessen Achse angebracht sein. Die Meßsonde kann an sich an beliebiger Stelle im oder in der Nähe des Behälters angeordnet sein, am zweckmäßigsten ist es jedoch, sie in das Flüssigkeitsvolumen eintauchend anzuordnen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß Detektor und Neutronenquellen in optimaler Weise von der Meßflüssigkeit zylindrischsymmetrisch umgeben sind und da die Dichte der thermischen Neutronen um die auf der Meßsonde sitzenden Neutronenquellen in der Achse des Stabes ihr Maximum besitzt, erhält der Detektor die maxi- male Intensität der thermischen Neutronen zugestrahlt.
• Weiter bietet diese Ausbildung den Vorteil, daß sich bei gleichmäßiger Verteilung der Quellen längs der Meßsonde ein linearer Zusammenhang zwischen Eintauchtiefe der Sonde in die Flüssigkeit und der Zählrate des Detektors ergibt. Bei Behältern mit konstantem Querschnitt ist also die Füllstandsanzeige linear. Bei Behältern komplizierterer Form kann durch eine geeignete, ungleichmäßige Verteilung der Quellen längs der Meßsonde eine Linearisierung der Eichkennlinie erreicht werden. Der Detektorstab mit den Neutronenquellen kann in eine vorgesehene rohrförmige Öffnung des Behälters oder in die Flüssigkeit selbst eingetaucht sein. Seine Abmessungen können dabei so gewählt werden, daß die Meßsonde an Stelle von Sonden eingesetzt werden kann, die nach anderen Nachweisprinzipien arbeiten. Damit ist es möglich, auch dort, wo bisher Flüssigkeitsstandbestimmungen mit Kapazitätsnachweisgeräten durchgeführt wurden, die Neutronenmeßsonde als Ersatz zu verwenden.
• Durch eine geeignete, nicht lineare Verteilung der Neutronenquellen auf der Meßsonde kann auch eine Eichkennlinie künstlich hergestellt werden, die für bestimmte Zwecke von Interesse ist. Zum Beispiel kann durch eine dichtere Anordnung der Neutronenquellen in Bodennähe des Behälters eine erhöhte Nachweis empfindlichkeit kleiner Flüssigkeitsmengen erreicht werden und daher eine Restmengenanzeige mit größerer Genauigkeit erfolgen, die auch zur Auslösung einer Warneinrichtung verwendet werden kann.
• Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung der Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles in vereinfachter schematischer Darstellung abgebildet. In dem Behälter 1 für die wasserstoffhaltige Flüssigkeit 2, beispielsweise Kohlenwasserstoffe (Kraftstoffe) ist als Detektor oder der praktisch die Meßsonde darstellt - ein handelsübliches stabförmiges Bor- oder Heliumzählrohr 3 mit dem Rohrmantel4 als Kathode und einer in der Achse angeordneten drahtförmigen Anode 5 in eine Öffnung in der Behälterdecke einsetzbar. Kathode 4 und Anode 5 des Zählrohres sind über eine Stromquelle mit der Anzeigeeinrichtung verbunden (nicht dargestellt). Die Neutronenquelle 6 ist im gezeichneten Ausführungsbeispiel als zum Detektor konzentrische Flächenquelle auf dem ganzen Mantel des Zählrohres aufgebracht.
• Es kann aber auch eine Mehrzahl von Einzelquellen über die Länge der Meßsonde kontinuierlich oder diskontinuierlich auf dem Mantel des Zählrohres 3 verteilt sein (mit 6' angedeutet). Eine solche konzentrische Anordnung der Neutronenquellen ergibt eine optimale Empfindlichkeit der Meßanordnung, weil die Strahlungsintensität der thermischen Neutronen in der Achse der Meßsonde ihr Maximum hat. Eine stabförmige Ausbildung der Neutronenquelle über die Länge des Zählrohres und ihre Anordnung auf diesem parallel zur Achse der Meßsonde (mit 6" angedeutet) ist ebenfalls möglich und brauchbar, denn die Empfindlichkeitseinbuße durch die exzentrische Anordnung ist wegen des kleinen Durchmessers der Sonde nur sehr gering. Auch eine Anordnung der Neutronenquellen im Innern des Zählrohres und in seiner Achse auf der Anode 5 ist denkbar, erfordert aber eine Sonderausführung des Zählrohres und ist daher entsprechend aufwendiger.
• Bei Behältern, deren geometrische Gestalt die Einführung gerader Meßsonden nicht zuläßt, ist es ohne Schwierigkeit möglich, durch geeignete, gekrümmte Formgebung dieser Sonde eine Anpassung an die Behälterform zu erreichen.
• Soll der Meßvorgang in relativ flachen Behältern durchgeführt werden, beispielsweise in den in Tragflächen von Flugzeugen untergebrachten Treibstofftanks, dann kann bei einer Neigung des Tanks die Meßsonde nur wenig von der Flüssigkeit umspült sein und dies zu einer Fehlanzeige führen. Das kann dadurch ausgeglichen werden, daß über das Raumvolumen des Tanks mehrere Meßsonden so verteilt sind, daß bei einer Neigung ein Teil der Sonden mehr, ein anderer weniger von Flüssigkeit umgeben ist. Wenn man in diesem Falle die Meßergebnisse der einzelnen Meßsonden zu einem Mittelwert zusammenfaßt, kann dieses Ergebnis zumindest in gewisser Näherung immer noch eine brauchbare Angabe über den Flüssigkeitsinhalt des Behälters darstellen. Auch durch Einführung einer Integrationszeitkonstante im Anzeigevorgang läßt sich die Anzeige von bewegungsbedingten Schwankungen unabhängig machen.
• Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Volumenmessung von wasserstoffhaltigen Flüssigkeiten in Behältern mittels radioaktiver Strahlen, wobei aus Neutronenquellen energiereiche Neutronen in die Flüssigkeit gesandt werden und die Strahlungsintensität der in der Flüssigkeit auf thermische Energien abgebremsten thermischen Neutronen mit Hilfe bekannter Detektoren gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß Neutronenquellen und Detektoren zu an sich bekannten stabförmigen Meßsonden vereinigt sind, derart, daß mindestens ein Detektor (3) für thermische Neutronen als gerader oder gekrümmter Stab ausgebildet ist und die Neutronenquellen (6) längs der Achse des Stabes oder parallel zu ihr kontinuierlich oder in bestimmter Weise diskontinuierlich verteilt angeordnet sind.

Claims (1)

1. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquellen (6) konzentrisch zur Achse der stabförmigen Meßsonde (3) angeordnet sind.