DE1041707B - Verfahren zum Messen der Standhoehe von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Verfahren zum Messen der Standhöhe von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das es gestattet, die Oberfläche bzw. die Standhöhe von Flüssigkeiten unter Verhältnissen festzustellen, in denen andere Methoden versagen. In den großen Behältern der Schwefelsäurefabrikationen, in Flugzeugtanks, in Schächten oder Bohrungen sind optische Methoden nicht anwendbar. Daher versucht man seit längerer Zeit, mit radioaktiven Präparaten zu arbeiten und die Durchdringungsfähigloeit der Gammastrahlen bzw. ihre Absorption durch die Materie auszunutzen.
• Bisher hat man die Standhöhen der Flüssigkeiten in derartigen Tankanlagen mit gammastrahlenden Präparaten bestimmt, wobei die Gammastrahlen von außen durch die Wandung und den ganzen Tank hindurchgeschickt und an der entgegengesetzten Außenseite registriert werden. Dieses Verfahren erlaubt es nicht, die Standhöhe bis auf 1 cm oder Bruchteile davon zu bestimmen, da die Gammastrahlen an der Gefäßwand und in der Flüssigkeit, insbesondere bei Gefäßen mit großem Querschnitt, d. h. also großer Oberfläche, gestreut werden, so daß mit steigender oder fallender Oberfläche die im Nachweisgerät gemessene Strahlenintensität sich mehr oder weniger langsam ändert. Ferner wird von der Strahlung der Präparate ein geringer Bruchteil genutzt, da nur ein kleiner aus geblendeter Strahl verwendet werden kann. Da außerdem die Intensität mit t (r = Abstand Präparat Nachweisgerät) abnimmt, müssen Präparate erheblocher Stärke, z. B. 10 bis 100 mC, verwendet werden, um ausreichende Effekte zu erzielen. Derartige Strahlenquellen erfordern zur Vermeidung gesundheitlicher Schädigungen des in ihrer Nähe arbeitenden Personals Strahlenschutzmaßnahmen und dauernde Uberwachung.
• Es wird nun ein Verfahren zum Messen oder Feststellen der Oberfläche bzw. der Standhöhe von Flüssigkeiten, z. B. in Behältern, insbesondere in Tankanlagen, vorgeschlagen, das die mit den bekannten Verfahren verbundenen Nachteile vermeidet und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Bestimmung der Standhöhe der Flüssigkeit durch Absorption von Betastrahlen, die senkrecht zum Flüssigkeitsniveau emittiert werden, erfolgt. Dabei kann man zweckmäßig so verfahren, daß die der Reichweite eines betastrahlenden Präparates entsprechende Oberflächenschicht der Flüssigkeit für die Bestimmung der Niveauhöhe benutzt wird.
• Zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann man mit Vorteil eine Vorrichtung verwenden, bestehend aus einem flüssigkeitsdicht eingekapselten Nachweisgerät für Betastrahlen oder eine solche Strahlen enthaltende Strahlung und einem dem Nachweisgerät in verhältnismäßig geringem Ab- stand gegenüber angeordneten, ebenfalls flüssigkeitsdicht eingekapselten, ein Betastrahlerpräparat enthaltenden Gerät, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die sich in geringem Abstand gegenüberstehenden Begrenzungsflächen der Geräte durch eine beide Geräte starr verbindende Halterung planparallel und in konstanter, gegebenenfalls verstellbarer Entfernung voneinander gehalten sind.
• Eine Ausführungsform wird im folgenden näher erläutert: Die Vorrichtung enthält zweckmäßig an der Spitze eines Fühlers ein Nachweisgerät für Betastrahlen oder für eine Betastrahlen enthaltende Strahlung, z. B. ein Zählrohr, eine Ionisationskammer oder einen Szintillationszähler, sowie ein radioaktives Präparat, beie in einer flüssigkeitsdichten Verkapselung in geringem Abstand voneinander. Beispielsweise wird ein Zählrohr in ein Tauchgefäß eingeschlossen, das von der zu untersuchenden Flüssigkeit nicht angegriffen wird, das z. B. aus Glas, Edelstahl, Edelmetall oder Polytrifluorchloräthylen besteht. Dies kann so geschehen, daß sich dem Zählrohrfenster gegenüber eine planparallele Folie befindet, die auch aus anderem Material als das übrige Schutzgefäß sein kann. Mit dieser Zählrohrhalterung ist fest verbunden ein betastrahlendes Präparat, das ebenfalls durch eine Folie flüssigkeitsdicht abgeschirmt und zentral unter dem Zählrohrfenster angeordnet ist. Die Dicke der beiden Folien wird so gewählt, daß sie zusammen mit dem Fenster des Zähirohrs kleiner ist als die Reichweite der Beta-Strahlen. Der Abstand zwischen den Folien ist so gewählt, daß beim Herausnehmen des Gerätes aus einer Lösung die zwischen die Folien getretene Flüssigkeit ablaufen kann und nicht durch Kapillarkraft dort festgehalten wird.
• Hängt die Vorrichtung in der Luft, d. h., taucht sie nicht in die Flüssigkeit ein, so erreichen die von dem Betapräparat ausgehenden Strahlen zum Teil das Zählrohr, und es läßt sich eine konstante Impulsrate messen. Senkt man nun die Vorrichtung von oben senkrecht in eine Flüssigkeit, so werden die Betastrahlen durch die zwischen die Folien tretende Materie völlig absorbiert, wenn Foliendicke, Zählrohrfenster und Flüssigkeitsschicht zusammen gleich oder größer sind als die Reichweite der Betastrahlen.
• Gemäß der Erfindung läßt sich der Stand von Flüssiglseitsoberflächen auf einige Millimeter ohne weiteres genau bestimmen, was mit Gammastrahlenpräparaten, insbesondere bei ausgedehnter Flüssigkeitsoberfläche, nicht gelingt. Die Empfindlichkeit und Meßgenauigloeit hängt von der Energie des verwendeten Betastrahlers ab. Verwendet man Betazählrohre aus widerstandsfähigem Material. z. B. aus Stahl, so kann man auch bei hohen Drücken arbeiten.
• Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann man beispielsweise die Höhe des Niveaus mit einer Genauigkeit von 2 bis 150 mm bestimmen, indem man eine Betastrahlung mit einer der gewünschten Meßgenauigloeit entsprechenden Reichweite benutzt.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet, auch die Standhöhe von feuergefährlichen Flüssigkeiten zu messen, da man die Kabel, welche die Zählrohrspannung zuführen, innerhalb des Rohres völlig fest in Kunststoffe einbetten kann, so daß keine Bruchgefahr besteht. Wird ein Szintillationszähler verwendet, so besteht die Möglichkeit, die auftretenden Lichtblitze durch das Führungsrohr nach oben zu leiten und den Photo-Multiplyer außerhalb des Tanks einzubauen, so daß keinerlei spannungführende Teile in das Innere geführt werden müssen.
• Als strahlendes Material lassen sich mit besonderem Vorteil betastrahlende Substanzen mit nur sehr schwacher Radioaktivität verwenden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von rein betastrahlenden Substanzen und insbesondere von gOSr, das im Gleichgewicht mit 90Y steht.
• Zur Bestimmung der Standhöhe gemäß der Erfindung, etwa in Schwefelsäuretanks, kann beispielsweise ein Gerät verwendet werden, wie es Abb. 1 zeigt. In zwei Glasgefäße 1 und 2 sind das Zählrohr 3, das ein mit Glas üherdecktes Fenster 4 von 4,5 mg Glimmer/ cm2 besitzt, und das ihm gegenüberliegende Betapräparat 5, dem das Fenster 6 benachbart ist, eingesdlmolzen. Beide Glasfolten 4 und 6 weisen zusammen eine Dicke von etwa 200 mg/cm2 auf, was einer Dicke von etwa 0,5 mm entspricht. Die beiden Gefäßel und 2 sind durch eine Glasstabhalterung 7 verbunden.
• Als betastrahlendes Präparat wird z. B. 90Sr im Gleichgewicht mit seinem Folgeprodukt, dem gOY, verwendet.
• Die Radioaktivität beträgt z. B. 2 bis 10-4mC. Letzteres sendet Betastrahlen mit einer maximalen Energie von 2,1 SIeV aus, die eine Reichweite von 1200 mg/cm2 haben. Es muß daher das dem Zählrohr gegenüber befindliche Präparat mit einer weiteren Schicht 8 von etwa 1000 mg/cm2 bedeckt werden, damit keine Betastrahlen mehr in das Zählrohr gelangen können. Diese Schichtdiclçe entspricht einer Schwefelsäureschicht von ungefähr 5,4 mm. Der Abstand der beiden Folien muß daher für Messungen von Schwefelsäure mindestens 5,4 mm betragen.
• Unter diesen Umständen erlaubt es das Gerät, den Stand in einem Schwefelsäurebehälter durch Eintauchen auf 5 mm genau zu bestimmen.
• Verwendet man dickere Fenster, z. B. aus Chromniclrelstahl, so läßt sich das Niveau sogar auf 2 bis 3 mm genau festlegen.
• Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens gegenüber dem bekannten, mit Gammastrahlen arbeitenden Verfahren besteht darin, daß nur sehr schwache radioaktive Präparate verwendet zu werden brauchen. Um 500 bis 5000 Zählrohrimpulse/min zu erzeugen, werden 1,5 105 bis 1,5 10- mC benötigt, d. h. Präparate, die 105- bis 106mal schwächer sind als die Gammastrahler der üblichen Standhöhenmesser. Damit ist die Gefahr von Schädigungen des Bedienungspersonals in der Nähe der Präparate beseitigt, so daß Strahlenschutzmaßnahmen entfallen können. Im übrigen können im Falle der Beschädigung des Präparats wegen der geringen Menge der verwendeten radioaktiven Substanz die in den Tanks befindlichen Flüssigliten nicht radioaktiv verseucht werden.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man mit einem leicht transportierbaren Gerät die Füllungen von Flugzeugtanks kontrollieren oder die Standhöhe von Flüssigkeit in Bohrlöchern oder Schächten überprüfen kann, und zwar, was einen besonderen Vorteil darstellt, ohne daß die Anwendung eines Strahlenschutzes erforderlich ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann aber auch in Verbindung mit akustischen oder optischen Anzeigemethoden beim Auffüllen von Tanks jeder Art angewandt werden, wobei man z. B. ein Tauchgerät verwendet, das den zulässigen Höchststand durch ein Signal automatisch anzeigt.
• Man kann aber auch ein fest eingebautes, auf- und abf ahrbares Kontrollgerät zur Überprüfung von Flüssigkeitsspiegeln beim Füllen und Entleeren von Behältern verwenden. Ein solches Gerät ist beispielsweise in der Abb. 2 dargestellt. Das Betazählrohr 11 befindet sich in einem Fühler, das ist ein Rohr 12 beliebiger Länge, z. B. aus Chromnickelstahl, durch das die elektrischen Zuleitungen 13 nach oben abgeführt werden. Der am Rohrl2 befestigte Bügel 14 aus Chromnickelstahl hält im Präparathalter 15, dessen Höhe z. B. durch ein Schraubgewinde zu variieren ist, das betastrahlende Präparat 16 gegenüber der das Rohr abdichtenden Folie 17, die z. B. aus Edelstahl, Platin oder Gold besteht und dicht an das Rohr 12 angeschweißt ist. Die Dicke dieser Folie beträgt z. B.
• 200 bis 300 mg/cm2 entsprechend 0,1 bis 0,15 mm. Die vom betastrahlenden Präparat ausgehenden Betastrahlen gelangen in das Zählrohr, wenn sich in dem 3 bis 4 mm breiten Zwischenraum 18 zwischen Abschluß folie und betastrahlendem Präparat keine Flüssigkeit befindet. Sobald die Flüssigkeitsoberfläche 19 in diesen Zwischenraum eintritt, werden die Betastrahlen in ihr absorbiert, so daß das Zählrohr sie nicht registrieren kann. Mit dem Kurbelgetriebe 20 wird das Rohr 12 ein- und ausgefahren und an der Meßlatte bzw. Längenskala 21 die Standhöhe abgelesen.
• Die Erfindung hat gegenüber der Methode, die Höhe von Flüssigkeitsspiegeln in Behältern mittels Meßlatten zu messen, den Vorteil, daß die Benetzung an Meßlatten vielfach nicht eindeutig zu erkennen ist.
• Insbesondere erfordert die Verwendung von Meßlatten beim Füllen von Behältern eine ständige Beobachtung, während es mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens möglich ist, daß beim Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsspiegels automatisch ein Signal gegeben wird, so daß die Wartung sehr vereinfacht wird.

Claims (3)

1. PTENTASPROCWE: 1. Verfahren zum Messen oder Feststellen der Oberfläche bzw. der Standhöhe von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Flüssigkeitsniveaus durch Absorption von Betastrahlen, die senkrecht zum Flüssigkeitsniveau emittiert werden, erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Reichweite eines betastrahlenden Präparates entsprechende Oberflächenschicht der Flüssigkeit für die Bestimmung der Niveauhöhe benutzt wird.
3. 3. Vorrichtung zum Messen oder Feststellen der Oberfläche bzw. der Standhöhe von Flüssigkeiten nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einem flüssigkeitsdicht eingekapselten Nachweisgerät für Betastrahlen oder eine solche Strahlen enthaltende Strahlung und einem dem Nachweisgerät in ver- hältnismäßig geringem Abstand gegenüber angeordneten, ebenfalls flüssigkeitsdicht eingekapselten, ein Betastrablerpräparat enthaltenden Gerät, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in geringem Abstand gegenüberstehenden Begrenzungsflächen der Geräte durch eine beide Geräte starr verbindenke Halterung planparallel und in konstanter, gegebenenfalls verstellbarer Entfernung voneinander gehalten sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Füllstandmessung und -steuerung mit radioaktiven Präparaten und Zählrohre von R. Berthold und A. Trost, Chemikerzeitung, 1954, S. 729 bis 733.