Radiometrie in de industrie: wanneer conventionele meettechniek zijn grenzen bereikt

Radiometrie is een fysische meetmethode die gebruikmaakt van de fysische eigenschappen van gammastraling bij het doordringen van materie. Afhankelijk van de dichtheid en de dikte van het doorstraalde medium wordt de straling in meerdere of mindere mate afgezwakt. Deze afzwakking is exact meetbaar en kan worden omgezet in relevante procesgegevens.
Een enorm voordeel: de meting vindt geheel van buitenaf plaats. Sensoren komen niet in contact met het procesmedium en meten contactloos door de wand van buizen of vaten heen. Daardoor is de radiometrische meettechniek bijzonder geschikt voor veeleisende en veiligheidskritische toepassingen.

Een radiometrisch meetsysteem bestaat in wezen uit drie componenten:

• Stralingsbron
  Er wordt gebruikgemaakt van duurzame, ingekapselde radio-isotopen zoals cesium-137 of kobalt-60. Deze zenden continu hoogenergetische gammastraling uit. De keuze van de isotoop hangt af van de toepassing: terwijl cesium-137 geschikt is voor niveau- en dichtheidsmetingen, wordt kobalt-60 vanwege zijn hogere energie eerder gebruikt bij dikwandige vaten of dikke leidingen. 

• Bronhouder
  De bronhouder VEGASOURCE schermt de bron betrouwbaar in alle richtingen af en laat de straling alleen in de gedefinieerde stralingsbaan uittreden.

• Detector
  De detector is het centrale element van de radiometrische meting: de door de stralingsbron uitgezonden gammastraling komt via het procesmedium op een detector terecht. VEGA maakt hierbij gebruik van het principe van scintillatiedetectie, waarbij een zogenaamde scintillator, meestal een organisch kunststofmateriaal (PVT of PS) of een kristal zoals natriumjodide (NaI), invallende gammadeeltjes omzet in lichtflitsen (scintillaties). Deze lichtsignalen worden vervolgens door een fotomultiplicator gedetecteerd, versterkt en omgezet in elektrische impulsen. Deze impulsen worden geteld, dat noemen we het telbuisprincipe. Hoe meer straling er op de detector valt, hoe meer impulsen er worden gegenereerd.

Andersom geldt: hoe dichter of dikker het doorstraalde materiaal is, hoe sterker de straling wordt afgezwakt en hoe lager de door de detector gemeten telsnelheid is. Op basis van deze inverse relatie kunnen meetgrootheden zoals vulniveau, dichtheid, schakelniveau, interfaces of massastroom nauwkeurig worden bepaald. De geïntegreerde verwerkingselektronica van de VEGA-sensoren zet deze telimpulsen om in een meetwaarde. De scintillatiedetectoren van VEGA zijn vanwege hun robuuste constructie en hoge gevoeligheid de standaard voor veeleisende toepassingen. Voor gebruik in Ex-zones en bij complexe geometrieën en grote meetbereiken zijn ze leverbaar in verschillende uitvoeringen en lengtes.

De radiometrische meettechniek behoort tot de meest betrouwbare methoden binnen de industriële procesmeettechniek. De belangrijkste voordelen op een rijtje:

Contactloos, slijtagevrij en onderhoudsarm
Omdat er geen elektrische componenten in contact komen met het procesmedium, is er geen mechanische slijtage. Afdichtingen, bewegende delen of materiaalvermoeiing door chemische of thermische belasting zijn niet aan de orde. Het onderhoud van de sensoren wordt veel eenvoudiger, omdat ze tijdens gebruik geen reiniging of regelmatige herkalibratie nodig hebben.

Radiometrische detectoren meten veilig en contactloos door massieve, dikwandige vaten heen, onafhankelijk van hoge procestemperaturen en -drukken.

Of het nu gaat om extreme temperaturen, drukschommelingen, stoom, condensaat of aangroei – radiometrische sensoren leveren stabiele en reproduceerbare meetwaarden onafhankelijk van de omgevingsomstandigheden, omdat er geen signaalreflectie of meetveldverstoring in het proces optreedt.

Hoge proceszekerheid, zelfs bij agressieve en toxische media
Juist bij zeer agressieve, schurende of giftige media verhoogt de contactloze meting – door de wand van buizen of vaten heen en onafhankelijk van het medium – de veiligheid voor mens en installatie aanzienlijk. Radiometrische meettechniek levert zelfs bij zuren, oplosmiddelen of sterk basisch slib betrouwbare meetwaarden.

Eenvoudige installatie en flexibele retrofitmontage
Radiometrische systemen kunnen zonder aanpassingen en meestal ook zonder procesonderbrekingen in bestaande installaties worden ingebouwd. De detector en de bronhouder worden aan de buitenkant op de buis of het vat gemonteerd. De integratie in bestaande procesregelsystemen vindt plaats via analoge of digitale interfaces. Hiervoor biedt VEGA uitgebreide montagetoebehoren voor alle buisdiameters en vaten, maar ook gedetailleerde dimensioneringsondersteuning en hulp bij het verkrijgen van vergunningen.

Radiometrische meettechniek wordt toegepast zodra conventionele meetmethoden op fysische, chemische of mechanische grenzen stuiten. In de volgende typische toepassingen wordt duidelijk waarom radiometrische metingen in veel branches onmisbaar zijn – of het nu gaat om arbeidsveiligheid, procescontinuïteit of kwaliteit. Terwijl de radiometrie de beperkingen van conventionele meettechniek omzeilt met een fysisch onafhankelijk, van buitenaf werkend principe, moeten capacitieve, hydrostatische en optische sensoren in contact komen met het medium en hebben last van aangroei, schuimvorming of agressieve chemicaliën. Bij stoomvorming, drukschommelingen of sterk absorberende media stuiten radar en ultrasoon op hun grenzen.

Niveaudetectie
In silo's met sterk stuivende of klevende materialen detecteren radiometrische niveauschakelaars betrouwbaar het bereiken van kritieke vulhoogtes, bijvoorbeeld voor overvulbeveiliging of voor een automatisch start-stopsignaal bij transportprocessen.

Niveaumeting
In grote vaten onder druk of thermisch geïsoleerde vaten – bijvoorbeeld in de petrochemie of in energiecentrales – is radiometrische niveaumeting vaak de enige praktische oplossing. Detectoren leveren nauwkeurige meetgegevens over de volledige hoogte van het vat, zonder het proces te onderbreken of het vat te openen.

Dichtheidsmeting
De radiometrische dichtheidsmeting maakt de continue bewaking van vloeistoffen of suspensies direct in leidingen mogelijk. Typische toepassingen zijn concentratiebepaling, fasedetectie of kwaliteitsborging. Aan de hand van fysische parameters maakt de dichtheidsmeting een gerichte procesregeling in reactoren of mengvaten mogelijk.

Dichtheidsprofielmeting en interfacedetectie
Door meerdere reactoren langs een vat te plaatsen, kun je een dichtheidsprofiel opstellen. Dit is vooral bij meerfasige media een voordeel, omdat zo interfaces tussen olie en water of bezinkingsprocessen in zuiveringsbekkens of scheidingskolommen betrouwbaar kunnen worden gedetecteerd.

Massastroommeting
Op transportbanden of in transportschroeven maakt radiometrische meettechniek contactloze massastroommeting mogelijk – ideaal voor schurende of hete materialen zoals erts, cement, kolen of recyclingstoffen. Waar klassieke weegsystemen op transportbanden storingsgevoelig zijn en veel onderhoud vergen, werkt de radiometrische oplossing onafhankelijk van de bandsnelheid, het beladingsprofiel en omgevingsinvloeden.

Conventionele meetprincipes zijn in veel toepassingen efficiënt en kostenbesparend. Onder extreme omstandigheden stuiten ze echter op hun grenzen. De radiometrie is daarom geen ervanging, maar een zeer gespecialiseerde aanvulling binnen de industriële meettechniek.

Radiometrie maakt metingen op "onmeetbare" plaatsen mogelijk en levert een belangrijke bijdrage aan de processtabiliteit, de beschikbaarheid van installaties en de arbeidsveiligheid – of het nu gaat om niveau, dichtheid, schakelpunt, interface of massastroom.

De contactloze werking, de onafhankelijkheid van extreme omgevingsomstandigheden en de hoge meetnauwkeurigheid maken radiometrie onmisbaar voor de moderne industriële meettechniek en voor de beheerders van complexe industriële installaties.

Wie dus te maken heeft met extreme temperaturen, agressieve media of complexe inbouwsituaties, vindt in de radiometrische meettechniek een robuuste, veilige en op lange termijn kostenbesparende oplossing.