Radiometrische Messungen für Füll-, Grenzstand und Dichte

• Zuverlässige Messlösungen, sei es für die Bestimmung des Füllstands, der Dichte oder des Grenzstands, sind keine Selbstverständlichkeit.
• Raue Prozessbedingungen wie hohe Temperaturen und Drücke oder aggressive Medien erschweren die Messung und führen häufig zu einem Versagen der gängigen und beliebten Technologien.
• Radiometrische Messungen sind daher inzwischen ein wichtiges Standbein bei der Durchführung von besonders schwierigen und kritischen Messaufgaben.

Radiometrie bedeutet sinngemäß „Messung mit Strahlung“ und genau das ist das Prinzip dahinter. Eine typische radiometrische Messung besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten: einer radioaktiven Quelle und einem Detektor, jeweils auf der gegenüberliegenden Seite eines Behälters montiert. Dabei basiert die Messung auf einem einfachen, aber ausgeklügelten Konzept: dem Prinzip der Abschwächung. Die Quelle emittiert Gammastrahlung, die sowohl den Tank als auch dessen Inhalt durchdringt, und anschließend vom Detektor detektiert wird. Befindet sich kein Material im Strahlungspfad, bleibt die Intensität der Strahlung nahezu gleich. Wenn die Strahlung jedoch Materie durchdringen muss, wird diese abgeschwächt.

Die Abschwächung nimmt dabei mit zunehmender Dichte des durchdrungenen Materials zu. Das wiederum bedeutet, dass sich aus der auf den Detektor treffenden Strahlung und einer entsprechenden Kalibrierung die Dichte des Materials im Behälter bestimmen lässt. Da dieses Prinzip für fast jede radiometrische Messung gilt, kann damit nicht nur die Dichte des Materials im Behälter, sondern auch dessen Füllstand bestimmt oder eine Grenzwertschalteraufgabe durchgeführt werden.

Um jede unnötige Strahlenbelastung zu vermeiden, sind die verwendeten Strahleraktivitäten so klein wie möglich und anwendungsspezifisch ausgelegt. Das radioaktive Material ist sicher verschlossen und in einem robusten, stahlummantelten Bleigehäuse als Abschirmung untergebracht, welches die sichere Handhabung gewährleistet. Die Konstruktion der Abschirmung und die Verwendung von hochdichten Materialien sorgen für eine angemessene Abschirmung und minimieren so die Strahlenbelastung des Personals. Neben der Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen Messung gilt für alles, was mit radioaktiven Isotopen zu tun hat, das „As Low As Reasonably Achievable“-Prinzip (Alara) für maximale Arbeitssicherheit.

Bei den verwendeten Detektoren handelt es sich um Szintillationszähler, die folgendermaßen funktionieren: Trifft Strahlung auf den Szintillationskristall erzeugt jedes Gammaphoton einen Lichtblitz, der intern zu Tausenden von Blitzen verstärkt wird. Diese werden dann von der Photomultiplier-Röhre erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches sich für eine Anzeige oder eine analoge Ausgabe in einem Leitsystem oder einer SPS verwenden lässt. Dabei wird der gewünschte Messbereich des Behälterfüllstandes, zum Beispiel 0 – 1.000 mm, in ein 4...20-mA-Stromsignal umgewandelt. Aufgrund der Konstruktion des Detektors und der verfügbaren Materialien sind die Szintillationsdetektoren sehr robust und liefern auch unter extremen Messbedingungen zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse. Um für jede Anwendung und jede Anforderung den richtigen Detektor zu wählen, sind verschiedene Detektortypen mit unterschiedlichen Szintillatorgrößen bei Spezialisten für Prozessmesstechnik wie Berthold Technologies erhältlich.

Für die Überwachung von Prozessen sind radiometrische Messungen in der Regel die allerletzte Option. Natürlich ist der Einsatz von Radioaktivität mit einem gewissen Aufwand, etwa behördlichen Genehmigungen, verbunden. Die Technik bietet jedoch bei entsprechender Sorgfalt und dem Einhalten einiger Vorschriften bestimmte Vorzüge, die nicht vernachlässigt werden sollten. Die radiometrische Messtechnik ist hoch reproduzierbar und zuverlässig. In Anbetracht der völlig berührungslosen und nicht-intrusiven Technologie ist die nukleare Messtechnik die Wahl für besonders schwierige und anspruchsvolle Prozessmessanwendungen. Die Systeme zeichnen sich durch ihren verschleiß- und wartungsfreien Betrieb aus, zudem genügt in der Regel eine einmalige Kalibrierung bei der Erstinbetriebnahme. Die Vorteile der Systeme erstrecken sich dabei über die gesamte Lebensdauer, angefangen bei der einfachen Installation, die auch bei bestehenden Tanks problemlos nachgerüstet werden, über die reibungslose Handhabung und Bedienung bis hin zum sehr langen, zuverlässigen und sicheren Einsatz. Daneben sind auch die Betriebskosten selbst gering. Zusätzlich lassen sich in vielen Betrieben mehrere Tausend Euro pro Jahr durch reduzierte Ausfallzeiten und niedrigere Kosten für Ausrüstung und Wartung einsparen.

Durch den Einsatz verschiedener Detektoren und Strahlenquellen lassen sich dabei anwendungsspezifische Lösungen – etwa für die Füllstandmessung – realisieren, die den bestehenden Anforderungen möglichst genau entsprechen. Je nach Messgeometrie, Genauigkeitsanforderungen und wirtschaftlichen Aspekten wird die optimale Kombination ausgewählt. Mit radiometrisch basierten kontinuierlichen Füllstandmesssystemen werden Messbereiche von wenigen Millimetern bis zu mehreren Dutzend Metern überwacht.