DE1473038B2 - Verfahren zum Bestimmen der Stroemungsstaerke eines stroemenden Mediums - Google Patents

Description

• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen der Strömungsstärke eines strömenden Mediums, bei dem das Medium mit einer bestimmten Menge A eines radioaktiven Mittels geimpft und die von diesem Mittel ausgesandte Strahlung stromabwärts von der Impfstelle registriert wird.
• Es ist bekannt, die Durchflußgeschwindigkeiten bzw. die Strömungsstärken von Flüssigkeiten mit Hilfe radioaktiver Methoden zu bestimmen.
• Mit dem älteren deutschen Patent 1219 702 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Strömungsstärke eines Strömungsmittelflusses vorgeschlagen, wobei das Strömungsmittel mit einem radioaktiven Stoff geimpft wird und die von der radioaktiven Strahlung desselben ausgelösten Zählimpulse eines Strahlungsdetektors stromabwärts.von der Impfstelle gezählt werden.
• Dieses Verfahren findet unter der Bezeichnung »Gesamtzählyerfahren« (total count method) immer breitere Anwendung. Das in der deutschen Patentschrift 1219 702 beschriebene Verfahren besteht darin, daß die Zählimpulse des Detektors in einem Zählgerät als ein Wert N integriert werden, daß das Zählgerät durch einen Proportionalitätsfaktor F geeicht wird, der durch die Messung der Zählraten mit einer bekannten Konzentration des radioaktiven Stoffes in einem Volumen des zu messenden Strömungsmittels gewonnen wird, und daß unter Verwendung des so geeichten Zählgerätes als Maß für die Strömungsstärke Q der Wert genommen wird, wobei 'A die Menge des radioaktiven. Stoffes ist.
• Dieses »Gesamtzählverfahren« ist in vielen Fällen, in denen eine verhältnismäßig genaue Messung zu kompliziert oder zu kostspielig wäre, eine ausgezeichnete Methode zur Messung der Strömungsstärke. Es hat jedoch den Nachteil, daß relativ große Mengen radioaktiven Materials zugesetzt werden müssen, um eine befriedigende Genauigkeit der Messung der Strömungsstärke erreichen zu können.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu finden, das mit sehr viel kleineren Mengen an radioaktivem Material und mit viel größerer Genauigkeit durchgeführt werden kann, als dies bisher möglich war.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem strömenden radioaktiv geimpften Medium zunächst eine mit konstanter Rate entzogene Probe entnommen wird, und zwar während einer Zeitdauer T, die die Zeit zum Passieren des eingeführten radioaktiven Mittels an der Entnahmestelle einschließt, welche so weit stromabwärts gewählt wird, daß eine gleichmäßige Verteilung des Mittels über den Leitungsquerschnitt gewährleistet ist, und daß anschließend die Impulszahl R pro Zeiteinheit der so entnommenen ruhenden Probe in einem Zählrohr bestimmt und die Strömungsstärke aus den Werten für A, T, R und einer die Zählfähigkeit des zur Bestimmung von R verwendeten Radioaktivitätszählers angegebenen Konstanten F, die ausgedrückt wird durch die Zahl der Impulse je Zeiteinheit je Millicurie je Volumeinheit, berechnet wird.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Verfahren gegenüber den bisher verwendeten Verfahren mit wesentlich geringeren Mengen an radioaktivem Material - wie nachstehend genauer ausgeführt wird - und mit viel größerer Genauigkeit durchgeführt werden kann.
• Außerdem können auch radioaktive Stoffe verwendet werden; die keine harten Strahlen aussenden und daher während ihres Durchgangs an der Meßstelle weder registriert noch gemessen werden können. Solche Stoffe, wie z. B. Wasserstoff-3 und Kohlenstoff-14, die sehr weiche ß-Strahlen aussenden, werden dadurch für die Messung verwendbar, daß die Radioaktivität der aufgefangenen Probe mit einem empfindlicheren Zähler gemessen werden kann.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Zahl R an einer Probe bestimmt, die sich aus mehreren Einzelproben zusammensetzt, welche während der Zeitdauer T in gleichbleibenden zeitlichen Abständen aus dem strömenden Mittel gezogen werden.
• Erfindungsgemäß wird der Wirksamkeitsfaktor F des Radioaktivitätszählers in Impulsen je Zeiteinheit pro Radioaktivitätseinheit je Volumeinheit unter Verwendung eines bestimmten radioaktiven Standardmaterials bestimmt.
• Hierbei wird eine bekannte Menge radioaktives Material in den Flüssigkeitsstrom, dessen Strömungsstärke ermittelt werden soll, eingeführt. Von diesem Strom werden Proben unterhalb der Einführungsstelle des radioaktiven Materials entnommen. Die Entnahme der Probe erfolgt mit konstanter Geschwindigkeit und innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, die die Zeit, während der das gesamte eingeführte radioaktive Material an der Entnahmestelle vorbeifließt, mit einschließt. Die Probe wird soweit unterhalb des Punktes, an dem das radioaktive Material eingeführt wurde, aus dem Flüssigkeitsstrom entnommen, daß ein gleichmäßiges Durchmischen des radioaktiven Materials mit dem Flüssigkeitsstrom gewährleistet ist. Außerdem wird die Zeit, während der die Probe aufgefangen wird, genau bestimmt. Dann wird die Probe gründlich durchgemischt und ein Teil davon in den Radioaktivitätszähler gebracht, der die Aktivität in Impulsen je Zeiteinheit mißt.
• Anschließend wird die Strömungsstärke nach der Formel ermittelt, in der Q die Strömungsstärke bedeutet, A die Menge des in die Flüssigkeitsströmung eingeführten radioaktiven Materials in Millicurie oder einer anderen Radioaktivitätseinheit angibt, F der Wirksamkeitsfaktor des Radioaktivitätszählers in Impulsen je Zeiteinheit je Millicurie (oder einer anderen, für den Wert A benutzten Einheit) je Volumeinheit ist, R die Anzahl der durch denselben Zähler registrierten Impulse je Zeiteinheit der aufgefangenen Probe bedeutet und T die Zeit angibt, während der die Probe aufgefangen wurde.
• Gleichung (2) folgt aus Gleichung (1), wenn man für die .Gesamtzahl N ansetzt: R(t) ist die zeitabhängige Impulsrate beim Verfahren nach dem älteren deutschen Patent 1219 702, und R entspricht einer mittleren Impulszahl im Zeitintervall 0 bis T Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in einem Raffinerie-Wärmeaustauscher gemessen. Als radioaktives Spurenelement verwendete man Kobalt-60 in Form von Na3Co (CN)s.
• Zur Messung wurde Kobalt-60 in einer Menge von 306 Micorcurie verwendet. Diese Menge wurde in die Leitung eingeleitet, die zu dem Wärmeaustauscher führt. Aus der von dem Wärmeaustauscher wegführenden Leitung wurde mit konstanter Geschwindigkeit eine Probe, bestehend aus drei gleichgroßen Teilmengen entnommen, wobei jeder dieser drei Teilmengen die Wassermenge darstellte, die sich im Abstand von jeweils 50 Sekunden angesammelt hat, nämlich etwa 15,5l. Jede Teilmenge wurde in demselben zylindrischen Behälter mittels eines Geigerzählers ausgezählt. Das Flüssigkeits-Fassungsvermögen des Zählzylinders betrug etwa 9,51. Bei der ersten Teilmenge wurden 49,0 Impulse je Sekunde gezählt, bei der zweiten 8,5 und bei der dritten 7,4. Die letztere Zahl entspricht dem Wert der Störradioaktivität, die an dem vor diesem Versuch aus der Anlage entnommenen Wasser gemessen wurde. Die erste Teilmenge entstammte also aus dem Teil des Stromes, der das meiste radioaktive Material enthielt. Die zweite Teilmenge enthielt noch wenige, die dritte jedoch keine radioaktiven Stoffe mehr.
• Um nun die Strömungsstärke zu berechnen, wurden die Impulse der ersten und der zweiten Teilmenge nach Abzug der »Störradioaktivität« addiert, denn wenn das gesamte radioaktive Material in dem durch eine einzige Teilmenge gekennzeichneten Teil des Stromes vorhanden gewesen wäre, dann wäre die Zahl der Impulse dieser Teilmenge gleich der Summe der Impulse der verschiedenen Teilmengen. Die Strömungsstärke Q wurde an Hand der Formel berechnet. In diesem Versuch betrug der Wert A = 306 Microcurie, der Wert F = 13 230 Impulse je Minute je Microcurie je 3,8 1, der Wert R = 42,7 Impulse je Sekunde und der Wert T = 50 Sekunden. (Werden die beiden ersten Proben vereinigt, so ergeben sich 21,3 Impulse, und die Zeit ist T = 100 Sekunden). Aus diesen Werten ergab. sich für Q = 71821/Minute. Da beim Auszählen der radioaktivsten Probe 20000Impulse registriert wurden, beträgt die Fehlergrenze 761/Minute.
• Die Strömungsstärke' des gleichen Stromes durch diesen Wärmeaustauscher wurde gleich danach nach dem »Gesamtzählverfahren« gemessen. Man verwendete die gleiche Menge Kobalt-60 als Spurenelement und kam auf eine Strömungsstärke von 72681/Minute. Doch wurden in demselben Zähler während des Durchflusses des radioaktiven Materials nur 2110 Impulse registriert, so daß also die Genauigkeit des nach dem Gesamtzählverfahren ermittelten Ergebnisses 1L2271/Minute betrug. Um also nach dem »Gesamtzählverfahren« die gleiche Genauigkeit zu erreichen wie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, müßte das radioaktive Material in der zehnfachen Menge eingesetzt werden.
• Bei dem »Gesamtzählverfahren« kann die Gesamtzahl N der Impulse definiert werden als das Produkt aus der Zeit, die für den Durchfluß des Spurenelements erforderlich ist und der während dieser Zeit registrierten durchschnittlichen Impulszahl. Die .statistische Genauigkeit hängt von der Gesamtzahl der Impulse ab; nach Durchgang des Spurenelements sind beim »Gesamtzählverfahren« keine zu zählenden Strahlen mehr vorhanden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann aber die Auszählung der Proben beliebig lange fortgesetzt werden, um den Wert R mit beliebig hoher, statistischer Genauigkeit zu bestimmen.
• Für die vorliegende Erfindung geeignete radioaktive Stoffe sind Caesium-134, Caesium-137, Gold-198, Antimon-124, Kobalt-60, Krypton-85, Jod-131 und Tritium. Diese Stoffe können in Form von Verbindungen eingesetzt werden, die in den zu messenden Flüssigkeiten löslich oder gleichmäßig dispergierbar sind. Je nach dem Fließvolumen und dem Zweck der Untersuchung kann die dafür notwendige Menge an radioaktivem Material zwischen einigen Microcurie und einer Anzahl Curie schwanken. In Ausführung der Erfindung kann jeder übliche Strahlungszähler, d. h. ein Geigerzähler, Proportionalzähler, sowie Kristall- oder Flüssigkeits-Szintillationszähler verwendet werden.

Claims (1)

1. . Patentansprüche: 1. Verfahren zum Bestimmen der Strömungsstärke eines strömenden Mediums, bei dem das Medium mit einer bestimmten Menge A eines radioaktiven Mittels geimpft und die von diesem Mittel ausgesandte Strahlung stromabwärts von der Impfstelle registriert wird, d a d u r c h g ek e n n z, e i c h n e t, daß dem strömenden radioaktiv geimpften Medium zunächst eine mit konstanter Rate entzogene Probe entnommen wird, und zwar während einer Zeitdauer T, die die Zeit zum Passieren des eingeführten radioaktiven Mittels an der Entnahmestelle einschließt, welche so weit stromabwärts gewählt wird, daß eine gleichmäßige Verteilung des Mittels über den Leitungsquerschnitt gewährleistet ist, und daß anschließend die Impulszahl R pro Zeiteinheit der so entnommenen ruhenden Probe in einem Zählrohr bestimmt und die Strömungsstärke aus den Werten für A, T, R und einer die Zählfähigkeit des zur Bestimmung von R verwendeten Radioaktivitätszählers angebenden Konstanten F, die ausgedrückt wird durch die Zahl der Impulse je Zeiteinheit je Millicurie je Volumeinheit, berechnet wird. ' 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl R an einer Probe bestimmt wird, die sich aus mehreren Einzelproben zusammensetzt, welche während der Zeitdauer T in gleichbleibenden zeitlichen Abständen aus dem strömenden Mittel gezogen werden.