Область применения ионизационных преобразователей

Ионизационные преобразователи с a-излучателями используются в приборах для измерения целого ряда величин:

5. Перемещения, так как ток ионизационной камеры зависит от расстояния между электродами, если это расстояние выбрано меньше, чем длина свободного пробега a-частицы;

6. Плотности газов в диапазоне давления от 100 кн/м² (1 ат) до 0,1 н/м² ; при более низких давлениях появляется ток, обусловленный прямым попаданием на электрод частиц; измерение высоких давлений требует (для уменьшения рекомбинации ионов) очень высоких напряжений, приводящих к пробою газового промежутка;

7. Скорости течения газа; в этом случае часть ионов уносится и число ионов, попадающих на электрод, и, следовательно, ток ионизационной камеры зависят от скорости потока; величина тока зависит от соотношения между скоростью потока и скоростью ионов, определяемой напряжением между электродами, поэтому это напряжение должно быть высокостабильным;

8. Количества дымовых примесей и влажности газа, так как подвижность ионов зависит от этих величин.

Ионизационные преобразователи с b-излучателями используются в приборах для измерения толщины листового материала и для измерения толщины покрытий бесконтактным методом. Кроме того, b-излучатели могут применяться вместо a-излучателей в приборах для измерения некоторых вышеназванных величин.

Рис.8 Зависимость потока рассеяния от толщины материала и покрытия

В приборах для измерения толщины покрытий используется явление обратного рассеяния b-излучения. Интенсивность обратно-рассеянного потока излучения J_рас зависит от толщины рассеивателя и вначале повышается с ее увеличением, а затем, начиная с некоторого значения толщины d_нас , остается постоянной (рис.8,а). Если на материал, состоящий из элемента с атомным номером z_мат и имеющий толщину d>d_нас, нанесено покрытие толщиной d_покр< d_нас из элемента с атомным номером z_покр ¹ z_мат , то интенсивность рассеянного потока излучения J_рас будет зависеть от толщины покрытия (рис.8,б). В ряде случаев такой метод измерения толщины покрытий является единственно возможным.

Ионизационные преобразователи с g-излучателями используются в тех случаях, когда требуется большая проникающая способность, например, для измерения плотности вещества, уровня, больших толщин, для дефектоскопии деталей.

7.

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Рис.9 Простейшая схема ионизационного вакуумметра

На рис.9 приведена простейшая схема ионизационного вакуумметра для измерения малых концентраций газа. Ионизационная камера 1 соединяется с объемом, в котором измеряется концентрация газа, патрубком 2. На один из электродов камеры наносится слой радиоактивного препарата 3, обладающего a-излучением. Ионизационный ток усиливается усилителем постоянного тока 4 и поступает в указатель 5. Недостатком такого прибора является высокая погрешность измерения. Любые изменения температуры, напряжения питания и других факторов приводят к изменению тока ионизационной камеры и вызывают значительные погрешности. Кроме того, погрешность вызывается изменением коэффициента усиления усилителя и величины сопротивления R_H. Для уменьшения этих погрешностей включаются по дифференциальной схеме две камеры. Для устранения погрешности от изменения коэффициента усиления применяется метод уравновешивающего преобразования.

На рис.10 показана структурная схема прибора для измерения толщины оловянного покрытия на стальной ленте. Ток в рабочей камере 1 создается рассеянным излучением источника 2. Рассеивателем является движущаяся стальная лента 3 с оловянным покрытием 4. Положение ленты жестко фиксируется при помощи роликов 5. Ток в камере 6 создается вспомогательным источником излучения 7, причем интенсивность потока излучения регулируется шторкой 8.

Рис.10 Структурная схема прибора для измерения толщины покрытий

На изолированные корпуса ионизационных камер подается напряжение разного знака от источника питания, средняя точка которого заземлена. Направление токов через сеточные электроды камер взаимно противоположно, и на сопротивлении R падение напряжения пропорционально разности потоков излучения. Это напряжение усиливается усилителем Ус и управляет работой двигателя 9 таким образом, что перемещаемая им шторка 8 стремиться занять положение, при котором токи камер 1 и 6 равны. По величине перемещения шторки можно судить о толщине покрытия.

Вследствие неидентичности характеристик ионизационных камер и источников излучения и различного их старения их желательно иметь в приборе один источник и один приемник излучения, используемый и как рабочий, и как компенсационный. Кроме того, для уменьшения дрейфа нуля прибора желательно использовать усилительную аппаратуру переменного тока. В этих целях применяется модуляция потока излучения. На рис.11 представлена структурная схема плотномера ПЖР-2.

Рис.11Структурная схема плотномера

Гамма-излучатель 1 размещается на диске 3, вращающемся двигателем 2. Излучение попеременно попадает на один и тот же сцинтилляционный счетчик 4 то через среду 5, плотность которой измеряется, то через компенсационный клин 6. Со счетчика 4 сигнал поступает на интегрирующее устройство 7 и усилитель переменного тока 8. Усиленный сигнал управляет двигателем 9, который перемещает клин 6 таким образом, чтобы потоки, попадающие на сцинтилляционный счетчик, были равны. По перемещению клина можно сулить о плотности среды.

Недостатком такого метода модуляции излучения является трудность осуществления защиты от излучения, поэтому он применяется только тогда, когда g-активность излучателя мала. Чаще используется модулятор, схема которого показана на рис.12. Источник излучения 1 укреплен на якоре 2 электромагнитного вибратора и колеблется с частотой переменного тока, питающего катушку 3. В течении одного полупериода колебаний якоря 2 излучение источника 1 экранируется толстым экраном 4, а в течении другого – проходит через окно 5.

Рис.12 Принципиальная схема конструкции модулятора