книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

фосфоров в этих случаях применяют кристаллы NaJ и KJ, акти­ визированные таллием. Эффективность счета у_квантов этими фосфорами составляет более 50%, т. е. более половины у-фотонов, падающих на кристалл, вызывают сцинтилляции и соответствую­ щее изменение выходного тока фотоумножителя.

Инерционность сцинтилляционных счетчнков очень мала; они позволяют регистрировать излучения очень большой интенсив­ ности, разрешаемая частота счета достигает 10е имп/сек. Интен­ сивность сцинтилляций пропорциональна энергии излучения. Эти положительные качества способствовали широкому распро­ странению сцинтилляционных счетчиков в последнее время. Однако онп имеют значительные недостатки, затрудняющие их использование. Недостатки -в основном относятся к фотоумножи­ телям, которые требуют высокой стабильности (±0,01% ) питаю-

фосфор Фотоумножитель

Рис. 91. Схема устройства и включения сцинтилляционного счетчика.

щего напряжения при значительной величине его (более 1000 в) и значительно ухудшают свои параметры с повышением темпера­ туры. В связи с этим в приборах со сцинтилляционными счетчи­ ками применяют электронную стабилизацию напряжения и устрой­ ства для снижения и стабилизации температуры или дифферен­ циальные схемы.

Сравнение параметров регистраторов радиоактивных излуче­ ний и область применения этих приборов. Сравнивая характери­ стики различных регистраторов радиоактивных излучений, сле­ дует сделать вывод, что наиболее стабильными регистраторами являются ионизационные камеры, которыми достигается^болыпая точность измерения интенсивности излучения. Именно поэтому они широко применяются в качестве дозиметров радиоактивных излучений. Во многих радиоактивных приборах контроля и авто­ матики, работающих по принципу дозиметров, т. е. измеряющих и регистрирующих постепенное изменение интенсивности радио­ активного излучения, используется в качестве чувствительного элемента ионизационная камера. К таким приборам относятся радиоактивные плотномеры, толщиномеры и т. д. Сцпнтплляцноннымп счетчиками также достигаются достаточная стабильность н пропорциональность в широком диапазоне интенсивностей радио­ активных излучений. Кроме того, спектральные характеристики

152

позволяют использовать их для регистрации полного спектра прямого и рассеянного у-излучения. Эти счетчики также приме­ няются в промышленных радиоактивных приборах (плотномерах и толщиномерах).

Ионизационные камеры и ецпнтплляцнонные счетчики, имея высокую точность, требуют применения сложной электронной аппаратуры, тщательного ухода н квалифицированного обслужи­ вания. Поэтому их использование целесообразно только в тех случаях, когда поставленная задача не может быть решена при помощи более простых и надежных регистраторов — газоразряд­ ных счетчиков. Последние, уступая в точности ионизационным ка­ мерам и сцинтилляционным счетчикам, имеют большую чувстви­ тельность и не требуют сложной электронной схемы.

Большая часть радиоактивных сигнализаторов н позиционных регуляторов, применяемых в промышленности, построена с приме­ нением газоразрядных счетчиков. Использование дифференциаль­ ных компенсацпонных схем и следящих систем позволило разра­ ботать радиоактивные приборы с газоразрядными счетчиками (плотномеры, уровнемеры и др.), предназначенные для непрерыв­ ного измерения параметров.

§3. Основные правила применения радиоактивных приборов

контроля и автоматики

Применяя радиоактивные приборы, необходимо учитывать их специфику, в частности особенности распространения, поглоще­ ния, рассеивания и регистрации радиоактивных излучений.

Одной из особенностей испускания и регистрации излучений является статистический характер этих процессов. Это значит, что отдельный распад атома радиоактивного изотопа, сопровождаю­ щийся соответствующим излучением, есть явление случайное во времени. Закономерности выявляются лишь при большом коли­ честве распадов. Следовательно, количество радиоактивных ча­ стиц и фотонов, испускаемых данным источником, величина по­ стоянная, лишь как средняя за некоторый, достаточно большой промежуток времени.

То же самое можно сказать о работе регистраторов излуче­ ний, например газоразрядных счетчиков у-ф°тонов- Если пред­ положить, что на счетчик в каждую единицу времени попадает одно и то же количество фотонов, то в этом случае число разрядов в счетчике не будет постоянным, так как регистрируется примерно лишь один фотон из ста, а какой именно, зависит от ряда факто­ ров. Поэтому число разрядов в счетчике при постоянной радиа­ ции будет величиной постоянной, но лишь как средняя за доста­ точно большой промежуток времени.

стве случаев эта величина равна 3—5 импульсам. В более длптель-

153

ные отрезки времени, например 10 сек., число импульсов будет равняться 38—42, изредка выходя из этих пределов. При дальней­ шем увеличении отрезков времени относительная разница в числе импульсов будет уменьшаться. Она уменьшается и при увеличении абсолютного числа импульсов (скорости счета). В этом случае среднее значение обнаруживается в более короткое время.

Характерная особенность регистраторов ионизирующих из­ лучений — наличие так называемого натурального фона, т. е. разрядов в газоразрядных счетчиках, сцинтилляций в сцинтил- ляционных счетчиках и ионизационного тока в камерах при отсут­ ствии специально ионизирующего излучения.

Например, галогенные газоразрядные счетчики типа СТС-8 имеют натуральный фон приблизительно 80 имп/мин. В создании натурального фона большое значение имеют космические лучи и, кроме того, оказывают влияние некоторая радиоактивность материалов, из которых изготовлен счетчик (например, стекло), наличие радиоактивных элементов в атмосфере и излучения от различных радиоактивных источников, находящихся на значи­ тельном расстоянии от счетчика.

Характерная особенность натурального фона — его непо­ стоянство, определяемое резкими изменениями интенсивности космических излучений. Например, фон счетчика СТС-8 даже при отсчете за промежуток времени в несколько минут изменяется в пределах 50—150 имп/мин. Экранировка счетчиков существенно снижает натуральный фон, но только при значительной толщине экрана. Например, чтобы снизить фон в два раза, счетчик СТС-8 требуется заключить в стальной чехол, толщина стенок которого приблизительно равна 50 мм. Поэтому приходится считаться с наличием натурального фона регистраторов и учитывать его при определении условии использования радиоактивных приборов.

Статистические флуктуации и натуральный фон в регистрато­ рах радиоактивных излучений вызывают необходимость исполь­ зования регистраторов в таких режимах облучения, при которых погрешность будет сведена к допустимому минимуму. В газораз­ рядных счетчиках рабочее число импульсов выбирают обычно не менее 10—15 имп/сек.

Особенности распространения и поглощения у-лучей, у-фотоны, как и радиоактивные частицы, распространяются от источника излучения во все стороны по радиальным траекториям. Фокуси­ ровать у-лучи и другие радиоактивные излучения не предста­ вляется возможным; для создания расходящегося пучка определен­ ного направления можно лишь применять поглощающие кожухи с отверстиями в них (так называемые каллиматоры).

Количество у-фотонов, пронизывающих площадь, расположен­ ную перпендикулярно к направлению их движения, обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Таким образом, количество у-фотонов, которое попадает на счетчик, сильно зависит от расстояния между источником н счетчиком, например увеличение расстояния вдвое снижает число импульсов

154

в четыре раза. Поэтому всегда выгодно сокращать расстояние между источником п счетчиком (в пределах, определяемых поста­ вленной задачей), так как при этом уменьшается требующаяся активность источника и упрощается достижение безопасности об­ служивающего персонала.

Поглощение у-лучей зависит от материала, который они про­ низывают, толщины слоя и энергии у-лучей. Поглощающая спо­ собность материалов в общем увеличивается с увеличением их удельных весов: чем плотнее материал, том сильнее он поглощает у-фотоны. Поэтому для защиты от у-лучей обычно используются такие плотные материалы, как свинец, чугун. Поглощение мате­ риалами у-лучей зависит от толщины поглощающего слоя и имеет квадратичную (экспоненциальную) зависимость, т. е. с уве­

Расчет необходимой активности источника излучения и необ­ ходимого числа счетчиков сложен и обычно дает лишь приблизи­ тельные результаты, так как поглощение и рассеивание у-фото- нов сильно зависят от формы поглощающих элементов и взаимного расположения их. Поэтому на практике обычно прибегают к из­ мерениям количества импульсов при имеющихся источнике и счетчиках. Последующими простыми расчетами, основанными на том, что количество импульсов прямо пропорционально активности источника и площади счетчика (счетчиков), устанавливают нуж­ ную активность источника, тип и количество счетчиков.

Меры безопасности при работе с радиоактивными приборами.

Радиоактивные ионизирующие излучения сильно воздействуют на живые организмы, в частности на организм человека. Это воздей­ ствие основано на том, что радиоактивные частицы или у-фотоны, имеющие достаточную энергию, могут разрушить отдельные живые клетки. Живой организм способен восстанавливать разру­ шенные клетки без всякого ущерба, если интенсивность ионизи­

155

рующего излучения не превосходит некоторых пределов. Напри­ мер, вследствие космического излучения и естественной радио­ активности человеческий организм ежесекундно подвергается воздействию нескольких десятков тысяч радиоактивных частиц больших энергий, однако никаких вредных последствий этой «бомбардировки» мы не ощущаем. Но если доза облучения будет превосходить некоторый предел, в организме могут возникнуть некоторые болезненные явления.

При использовании в приборах контроля и автоматики радио­ активных изотопов реальную опасность обычно представляют лишь источники у-излучения, так как а- п |3-лучи почти всегда полностью задерживаются корпусом прибора. При внедрении радиоактивных приборов могут быть две крайности в оценке опасности источников у-излучения. С одной стороны, преувеличе­ ние этой опасности, с другой — пренебрежение элементарными правилами безопасности. И то н другое тормозит распространение радиоактивных приборов.

При правильной эксплуатации радиоактивных приборов и соблюдении правил безопасности эти приборы безвредны для об­ служивающего персонала и для лиц, работающих в тех же поме­ щениях.

Основные правила безопасности при использовании радиоак­ тивных приборов следующие.

1.К обслуживанию радиоактивных приборов допускаются лишь специально выделенные лица, прошедшие инструктаж и находящиеся под специальным медицинским наблюдением.

2.Радиоактивные источники транспортируются при соблюде­ нии специальных правил. Храненпе источников допускается лишь

вспециальных помещениях, оборудованных для этой цели.

3.Радиоактивные источники на установках должны монтиро­

ваться с применением специального оборудования, исключаю­ щего получение работниками, производящими монтаж, излуче­ ния в дозе, превосходящей максимально допустимую.

4.Конструкцией п расположением радиоактивных приборов

идополнительного оборудования должны быть достигнуты такие условия, при которых доза излучения, воспринимаемая обслужи­

вающим персоналом, не превосходила бы максимально допусти­ мой, а доза, которую могут получить лица, находящиеся в тех же помещениях, где установлены радиоактивные приборы, но не об­ служивающие эти приборы, не превосходила бы 0,1 максимально допустимой.

5. Должен производиться периодический контроль за степенью облучения, которому подвергается обслуживающий персонал и лица, находящиеся в помещениях с радиоактивными приборами. Обслуживающий персонал должен быть снабжен индивидуальны­ ми дозиметрами для повседневного контроля.

Предельно допустимой дозой облучения за рабочий день считается доза в 0,05 р (50 мр), или (при семичасовом рабочем дне) 2 мпкрорентгена в секунду (2 мкр/сек).

156

ЧА С Т L В Т О Р А Я

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПО РАБОТЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

Г л а в а VI

ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ПРОВЕРКЕ, НАЛАДКЕ И РЕМОНТЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

§ 1. Измерение силы тока, напряжения и сопротивления

Электроизмерительные приборы, как и всякие точные при­ боры, весьма чувствительны к всевозможным механическим со­ трясениям. Их нужно оберегать от толчков и ударов. Хотя при­ боры магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинами­ ческой систем выдерживают довольно большие перегрузки, нужно избегать подавать на приборы напряжения и токи, превосходя­ щие по величине верхний предел измерения приборов, так как при этом возможны нарушение градуировки прибора и поврежде­ ние подвижных систем. Особенно часто ломаются указывающие стрелки приборов.

Для предупреждения перегрузок приборов следует придержи­ ваться следующих правил.

1. Перед включением прибора в цепь нужно выяснить величину

2.Если прибор многопредельный, следует начинать измерения по шкале с наивысшпм пределом, а затем переходить на шкалу

снаиболее подходящим пределом измерения.

3.Если есть опасение, что в цепи вероятен ток больше верхнего предела измерения, а прибор с большими пределами отсутствует, нужно зашуптировать вход каким-нибудь сопротивлением, в не­ сколько раз меньшим сопротивления прибора.

4.Никогда не следует включать прибор в цепь, которая на­ ходится под током, или переключать прибор и производить пере­ ключения в цепи, пока цепь не обесточена. Большее число повре­ ждений приборов происходит при попытке включить или переклю­ чить прибор под током.

5.Включив прибор в цепь, необходимо еще раз проверить правильность его включения. Особенно внимательным нужно быть при включении миллиамперметров, микроамперметров и гальванометров.

158

6.При подаче напряжения в цепь, в которую включен прибор, следует следить за его стрелкой, чтобы в случае «зашкалива­ ния» немедленно обесточить цепь.

7.Но окончании работы переключатели пределов многопре­ дельных приборов должны занимать положения, отвечающие мак­ симальным пределам. Переключатели пределов универсальных приборов для измерения напряжения, тока, сопротивления (тес­ теров) должны находиться на верхнем пределе измерения напря­ жения. Подвижную систему прибора нужно арретировать.

При измерениях нужно всегда помнить, что относительная точность измерения больше при отсчетах на второй половине шкалы прибора.

Чтобы при подключении электроизмерительного прибора не изменился заметно режим проверяемой цепи, прибор нс должен потреблять от цепи значительную мощность. Это значит, что вольт­ метры должны иметь большое сопротивление, а амперметры —

О пригодности вольтметра к измерениям в высокоомных це­ пях судят по отношению его сопротивления к верхнему пределу шкалы. Например, универсальный прибор (тестер) ТТ-1 на шкале до 1000 в имеет сопротивление 5 мгом, его характеризует величина 5000 ом/е.

Для измерения напряжения в высокоомных цепях, в частности в анодных цепях электронных ламп, пригодны вольтметры, имею­ щие сопротивление не менее 5000 — 6000 ом/в. Применять вольт­ метры с сопротивлением приблизительно 1000 ом/в можно лишь с большой осторожностью, помня об изменениях режима цепи, которые получаются при подключении вольтметра.

Хотя сопротивление амперметров н миллиамперметров, осо­ бенно магнитоэлектрической системы, бывает незначительным (единицы и десятки ом), но иногда оно может исказить режим цепи при включении в нее прибора, особенно в цепях, в кото­ рых действуют малые э. д. с., например в измерительных схемах компенсационных приборов.

Для измерений в цепях переменного тока обычно применяют детекторные приборы, т. е. приборы магнитоэлектрической си­ стемы с полупроводниковыми выпрямителями. Градуировка таких приборов заметно нарушается с течением времени, п необходима систематическая поверка их по контрольным приборам.

Применяя мегомметры для измерения высокоомных сопроти­ влений, нужно учитывать, что к точкам, между которыми изме­ ряется сопротивление, прикладывается при измерении высокое напряжение, что может привести к пробою изоляции элементов схемы, например конденсаторов.

Если есть опасение пробоя, сопротивления следует измерять при пониженном числе оборотов индуктора мегомметра. В этом случае хотя погрешность несколько увеличится, но зато значи­

159

в виду, что по обмоткам катушек этого прибора могут без вреда проходить токи, не превышающие определенных величин, которые обычно указываются в его паспорте.

Для измерения и подгонки величины сопротивлений, входящих в измерительные схемы компенсационных приборов, применяются мосты постоянного тока.

При пользовании мостом нужно помнить, что степень откло­ нения гальванометра зависит не только от степени разбаланса, но и от величины измеряемых сопротивлений и напряжения батареи, питающей мост. При измерении больших сопротивлений откло­ нение стрелки гальванометра будет меньше, чем при измерении малых; при увеличении напряжения батареи отклонение увеличи­ вается. Поэтому для повышения точности измерений больших сопротивлений выгодно увеличить напряжение батареи. Однако это следует делать очень осторожно, иначе через сопротивления моста может проходить слишком большой ток, что не только сни­ зит точность данного измерения, но и может вызвать повреждения моста.

Обычно при измерении сопротивлений до 100 ом для питания моста применяют один сухой элемент (1,5 в), до 10 000 ом — ба­ тарею из 2—3 сухих элементов (3—4,5 в), свыше 10 000 ом — ба­ тарею из 6—10 сухих элементов (10—15 в). В последнем случае в магазине сопротивлений всегда должно быть введено сопроти­ вление не менее 100 ом, чтобы в случае замыкания измеряемого сопротивления гальванометр не был поврежден.

§ 2. Электронный осциллограф. Устройство и применение

Электронные осциллографы 1 сравнительно недавно получили широкое распространение, но в настоящее время редко кто из занимающихся наладкой электронных приборов обходится без этих приборов, особенно на нефтеперерабатывающих и нефте­ химических заводах, где в большинстве электронных приборов используются фазочувствительные схемы, наладка которых без осциллографа очень затруднительна. В настоящее время цехи КИП этих заводов уже имеют в достаточном количестве электрон­ ные осциллографы, главным образом типа ЭО-4 и ЭО-7.

Электронные осциллографы относятся к электроннолучевым приборам, характерная особенность которых наличие в них длинного и узкого Iпучка электронов — электронного луча — в отличие от короткого п широкого потока электронов в электрон­ ных лампах. Ранее мы уже встречались с электронной лампой

1 Эти приборы правильнее было бы называть электронными осцилло­ скопами, так как они позволяют наблюдать электрические явления, но не регистрируют их. Однако в технической литературе и практике укоренился термин <осциллограф».

160