DE2229846A1 - Verfahren und Anordnung zur berührungsfreien Messung des Feuchtegehaltes - Google Patents

Description

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1A-41 636

Beschreibung, zu der Patentanmeldung

Österreichische Studiengesellschaft für Atomenergie Gesellschaft m.b.H., Wien, Österreich

betreffend

Verfahren und Anordnung zur berührungsfreien Messung des Feuchtegehaltes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur von der Schichthöhe unabhängigen Messung des Feuchtegehaltes von Sintererzen am Förderband mittels Neutronen sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Erfindung liegt das folgende Meßprinzip zugrunde:

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Die von einer Neutronenquelle ausffcsnndtcn

Neutronen ("schnelle" Neutronen) werden beim Uurch&nng durch Materie gestreut. Durch diese StoßliiOzcsse an acn Atomkernen verlieren sie einen Teil ihrer kinotischen Energie. Die größte Energicabgabe findet Statt, wenn ein Neutron elastisch mit einem Wasserstoffkern zusammenprallt (etwa gleiche Massen! )'. Die durch solche Stöße energiearm gewordenen Neutronen ("thermische" Neutronen) können mit geeigneten Detektoren, die für schnelle Neutronen unempfindlich sind, nachgewiesen worden. Da die Wahrscheinlichkeit für eine Streuung an Wasserstoffkernen im Durchschnitt um den Faktor 10 größer ist als die an Atomkernen anderer Elemente, kann die Anzahl dor in einem Material entstandenen thermischen Neu*· tronen als Maß für den Wasserstoffgehalt und damit der Feuchte des Materials dienen.

Die bisher bekannten Anordnungen zur Feuchtemessung an Förderbändern arbeiten alle nach dem Rückstreuprinzip, d.h. Neutronenquelle und Neutronendetektor liegen auf derselben Seite des Förderbandes. Die Moßworto sind bei dieser Methode stark vom Abstand Moßgutoberfläche-Moßsonde abhängig. Dies bedingt, daß man mittels Abstreifer und dgl. versuchen muß, diosen Abstand möglichst konstant zu halten. Das Meßgut wird dabei borührt und verliert dadurch unter Umständen gerade die Eigenschafton, die durch die Deigabe von Wasser erzielt werden sollen.

Erfindungagomäß wird nun vorgeschlngon, daß man das zu iiicuuondo Matorial onorgioroichon Neutronen aussetzt und die Anzahl der durch das /-u mossende Material hin-

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durchwatenden, thermischem Neutronen bcst.imnii, und daß /^l oi^hv.o i. t in; und am selben Ort eine Fi ächeiYgowi.chtsbostinimuniv durch Messung der Absorp-I ion von Gammastrahlen im zu messenden Material erfolgt, worauf* dann die beiden Messungen verknüpft werden und so das "Endresultat bilden. Dir· Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende Material zwischen einer Neutronen- und einer Gammastrahlenquelle und einem Detektor für thermische Neutronen sowie Gammastrahlen angeordnet ist, und daß der Detektor zur Trennung der von Neutronen und von Gammastrahlen erzeugten Impulse mit zwei Einkanaldiskriminatoren verbunden ist. Das Durchstrahlungsprinzip hat den Vorteil, · daß die Empfindlichkeit größer ist. Die Erfindung ermöglicht es, Schwankungen in der Materialzusammensetzung bzw. des Meßvolumens vollkommen auszugleichen.

Die Erfindung wird nun beispielsweise anha'nd der Zeichnungen beschrieben;

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 2 und 3 zeigen die Strahlenquelle im Auf- und Grundriß, Fig. k die Unabhängigkeit.des erfindungsgemäßen Verfahrens von der Schichtdicke, Fig. 5 Kurven zur Bestimmung der Feuchte und Fig. 6 eine von der Schichthöhe und dem Material unabhängige Kalibrierkurve.

Wie Fig. 1 zeigt, befindet sich .das Meßgut 1 auf dem Förderband 2 zwischen einer Neutronen- und Gammastrahlenquelle 3 und einem Detektor h_t der sowohl thermische Neutronen als auch Gammastrahlen mißt. Zur

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Spannungsversorgung Ist eine Hoch.spannungsquelle 5 vorgesehen, Die im Detektor h erzeugten «lektrischon Tmpul-Se werden in einem Verstärker 6 verstärkt und dnnn zwei E i nkannIdi skrimInutoron 7» R zugeführt. Einer dieser Ei l'ikannldiskrimina toron 7 IUOt die von don Noutronen horrührendon Impulse und der andere 8 die von den Gammastrahlen herrührenden Impulse durch. In der Einheit 9 worden dlo Noutrononmoßworto F logarithm·! ort und in dor Einholt 10 wird der Logarithmus der Gammastrahlonmeflwerto D gebildet, der dann gedrittelt wird. . An die logarithmiereaden Einheiten 9t 10 ist eine Additionseinheit 11 angeschlossen, wo die Summe I/5 F + 1 Iff D gebil-

3 dnt wird. DIpso Summe wird in einen DifferentlalverstHr-

kor 12 «inrtehraoht.

KIn woitor«r Rin/?anij dos DifferontialvorstHrkere 12 ist mit einem MaterialwHhler 13 verbundon. In diesem MaterialwKhler 13 sind die Neutronen- und Gamma-βtrahlenmeßwerte bei der Feuchtigkeit 0 ^ fflr verschiedene Materialien eingespeichert. Die Summe Ig Fo + 1 Ig Do

"3 kann durch Betätigen eines Druckknopfes oder Drehen eines

Schalters in den Differentialverstärker 13 eingespeist

werden. Hier wird die Differenz (lg F + 2. ¹S ^D) ~

3 (lg To * ± Ig Do) gebildet. Diese Differenz wird in der

Einheit lh eiitlogarithmiert und dem Anzeigegerät 15 zugeführt. Der angezeigte Wert ist unabhängig von der

Schichtdicke des Meftgutes 1 und unabhängig vom Material« Ks 1st selbstverständlich möglich, den MoOwert zur autom··»

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tischen Regelung zu verwenden; dies ist bei i6 Λ η #<iVeu t %■ i,

. So kann <i ie Wa.sserbei^abe .i.m Mischor automatisch geregelt werden. .■ .

Kino Kontrolleinrichtung 17» dio z.B. auf den

Gainmameßwert anspricht, wird betätigt, wenn eine Mindest- fO

CD Schichthöhe des Meßgutes von 30 - 35 nitn unterschritten wird. In der Fig. 1 wirkt die Einrichtung 17 auf die Anzeige und Regelung, d.h.,beide werden abgeschaltet, es können jedoch auch Alarmanlagen, wie Lampen, Glocken usw., betätigt werden. In dem Anzeigegerät 15 können vorwählbaro Toleranzgrenzen des Feuchtegehaltes eingestellt werden, bei deren Über- bzw. Unterschreiten ebenfalls optische und/oder akustische Warnsignale betätigt werden.

Gemäß den Fig. 2 und 3 besteht die Strahlenquelle aus der Neutronenquelle 18 und vier auf einem Kreis angeordneten Gammastrahlenpräparateu 19· Bei Versuchen wurde als Neutronenquelle eine Am-Be-Quello mit 100 mCi Am-2Ui, einem Durchmesser von "\7,k.mm und einer Höhe von 19,4 mm und fcle Gammastrahlenquelle vier 10 uCi Ce-137 Präparate verwendet. Alle diese Präparate befinden sioh in einer mit Paraffin 20 ausgegossenen Cadmiumhalbschale 21 mit 200 mm Durchmesser und 1 mm Wand·» , stärke. Dadurch wird erreicht, daß erstens ein Teil dar von der Quelle zur Seite und nach unten ausgasandten Neutronen durch Streuung für die Messung zur Vorfügung stehen (Erhöhung der Ausbeute ca. ^rj0 %) und man zweitens eine relativ großflächige Neutronenquelle erhält. Auch die Schale 21 kann wieder in Paraffin 22, gegebenenfalls mit Bor versetzt» eingebettet sein, das dünn von 0inein Abschirmbehälter 23 umgebon ist, Für den Transport, boi

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S t. Π 1 or,ur\f* dor Anlage und hol Reparaturen am Förderband 2 wird der Behälter 21 mit. oinom strahlensicheren Deckel verschlossen. Normal befindet sich der unverschlossene TlohJiltor dlrokt. iintnr dom Kürdnrband. Genau darüber wird oberhalb dos Ftfrdorhandns dor Strahlungsdetektor anijehrnrht. Dor Abstand FiJrdorband-Dotoktorunterkante be-IrM₁Tl. on. 1OO mm. .

Flff, h zeiftt dio Abhängigkeit der orflndunfjs-ΚηιηϋΠοη Verfahrens von der Schtchthöho f(lr droi vopeohiefinno Materiniion. Die Kurven 2^, 2!> sind TUr ,in olno Stahl-Sintermlsnhunf7, die Kurve 26 für ein· HHmatitmaterial. Man sieht, daß alle drei Kurven für eine S^hirhthtfho ftr'onar als T> mm eine Gerade bilden. Die Fig. 5 zei/?t don Zusammenhang zwischen dem Meßergebnis und d»m'Feur.hto/jehal t für die drei Materialien. Man sieht, daß sich für die verschiedenen Materialien verschiedene Kurven 2^a_f 25»» 26a ergeben.

Dtldet man jedoch den Ausdruck FD / Fo Do ^/J , eo/fird, wie Fi#. f> zei^t, auch Material unabhängig und man hat nur mehr eine einziftc KalibrLorkurve 27 für alle Materialien.

RcI den bisher durchgeführten Untersuchungen betrug die MeOzeit 10 see und der Fehler war kleinor als 0,5 Gew.# Feuchte. Durch Verwenden grHierer Detektoren, stfirkoren Quellen und anderer Meßzolten kann dieser Wert aber noch verringert werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche :

   ©höhe Verfahren zur von der Schinht;/unabhHngigen

   Messung des Feuchtegehaltes von Sintererzen am Förderband mittels Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu messende Material energiereichen Neutronen aussetzt und die Anzahl der durch das zu messende Material hindurchtretenden, thermischen Neutronen bestimmt, und daß gleichzeitig und am selben Ort eine Flächengewichtsbestimmung durch Messung der Absorption von Gammastrahlen im zu messenden Material erfolgt, worauf dann die beiden Messungen verknüpft werden und so das Endresultat Ulden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Produkt aus dem fi[eutronenmeßwert und der dritten Wurzel des Gammameßwertes »

   bildet. ·
3. 3« Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekonnzeichnet, daß man zur Beseitigung der Materialabhängigkeit der Messung das Produkt· aus dem Neutronenmeßwert und der .dritten Wurzel des Gammameßwertes durch das entsprechende Produkt für die Werte bei 0 $ Feuchtigkeit dividiert.
4. 4» Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende Material zwischen' einer Neutronen- und einer Gammastrahlenquelle und

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   einem Detektor für thermische Neutronen sowie Gammastrahlen angeordnet let, und daß der Detektor zur Trennung dor von Neutronen und von Gammastrahlen erzeugten Impulse mit zwei Einkanaldiakriminatoren verbunden ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch h_t dadurch gekennzeichnet, daß die Gammastrahlenquelle durch strahlende Präparate gegeben ist, die kreisförmig um die Neutronenquelle verteilt sind.
6. 6. Anordnung nach Anspruch h_t dadurch gekonnzeichnet, daß die Einkanaldiekriminatoren mit je einer logarithmierenden Schaltung verbunden sind, die ihrerseits an eine Additionsschaltung angeschlossen sind, wobei die logarithmierende Schaltung für die Werte von dor Gammastrahlenquelle eine Einrichtung zum Dritteln des von ihr gebildeten Wortes aufweist,*

   7· Anordnung nach Anspruch d", dadurch gekennzeichnet, daß die Additionsschaltung mit oinor Subtraktionsechaltung verbunden ist, an die oin dio Werte für dio Feuchtigkeit 0 % des s&u messsonden Material» eingebender Materialwähler angeschlossen let*

   Wion, Zk, Juni 1971

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