Whitepaper "Radiometrische Messungen – Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Fehler"

Berthold hat das Whitepaper "Radiometrische Messungen - Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Fehler" veröffentlicht, in dem die radiometrischen Messungen erklärt werden und wie Ihr Prozess mit höchster Genauigkeit und Reproduzierbarkeit durchgeführt und die Fehlerquellen minimiert werden können. In dem Beitrag wird erläutert, wie Berthold mit seinen hoch entwickelten radiometrischen Messsystemen Anlagenbetreibern hilft, eine zuverlässige und wiederholbare Messung sicherzustellen.

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Messaufgaben

Kontinuierlicher Füllstand

Während für Grenzschalter und Dichtemessungen die Punkt-zu-Punkt-Anordnung, unter Verwendung von Punktstrahlern und Punktdetektoren, dem Industriestandard entspricht, wird für kontinuierliche Füllstandsmessungen in der Regel mindestens ein stabförmiges Instrument eingesetzt. Wie bereits erwähnt, sind Stabdetektoren sehr anfällig gegenüber der natürlichen Hintergrundstrahlung, sodass die möglichen Fehler, die durch den Nulleffekt verursacht werden, mit Abstand dominieren. Die Empfindlichkeit einer radiometrischen Messung ist nicht automatisch ein Maß für deren Qualität. Es ist offensichtlich, dass der Nulleffekt und seine Schwankungen eine große Rolle spielen und dadurch verursachte Fehler das System dominieren können. Üblicherweise wird davon ausgegangen, dass das Halbieren der Aktivität den gleichen Effekt hat wie das Halbieren der Empfindlichkeit.
Die Halbierung der Empfindlichkeit des Detektors ändert nichts am Gesamtfehler des Systems, vorausgesetzt, dass es kein anderes relevantes Störsignal wie das elektronische Rauschen gibt. Dies kann nur dann gewährleistet werden, wenn das Messgerät auf einem hohen Standard entwickelt und hergestellt wurde. Tatsächlich zeigen Berechnungen, dass das Signal-Rausch-Verhältnis der weitaus bessere Indikator für die Qualität eines Messsystems ist und dieses Verhältnis durch Steuerung des Nulleffekts positiv beeinflusst werden kann. Unsere Lösung für die kontinuierliche Füllstandsmessung

Dichte

Ähnlich wie Grenzschalter sind Dichtemessungen typischerweise Punkt-zu-Punkt-Messungen mit den gleichen Fehlermodi. Bei Dichtemessungen ist es wichtig, sorgfältig auf mögliche Ursachen für systematische Fehler zu achten. Wie bereits erläutert, stellen ausgefeilte Temperatur- und Alterungskompensationen die hohe Reproduzierbarkeit der Messung selbst sicher. Außerdem ist eine ordnungsgemäße Kalibrierung unerlässlich, da Probenahme und Labormessungen die Genauigkeit des Kalibrierwertes beeinflussen können. Bei der Messung selbst ist der statistische Fehler am
dominantesten. In der Praxis stellt eine Dichtemessung hohe Anforderungen an Genauigkeit und Reproduzierbarkeit in einem sehr begrenzten Kalibrierbereich. Typischerweise ist das Verhältnis der Zählrate, gemessen bei der höchsten und der niedrigsten Dichte, klein und daher der akzeptable statistische Fehler recht gering, was die Verwendung ähnlicher Zählraten wie bei einem Grenzschalter verbietet. Um diesen statistischen Fehler zu handhaben ist es hilfreich, eine hohe Zählrate in Kombination mit einer langen Zeitkonstante einzusetzen. Unsere Lösungen für die Dichtemessung

Grenzschalter

Ein Grenzschalter ist eine Punkt-zu-Punkt-Messung unter Verwendung eines Punktstrahlers und eines Punktdetektors. Systematische Fehler können durch entsprechende Sorgfalt bei der Installation und Inbetriebnahme der Messung sehr einfach reduziert werden. Dazu gehört auch die Verwendung der korrekt berechneten Schaltgrenzen. Der wichtigste und dominierende Fehler eines Grenzschalters ist der statistische Fehler. Diese Tatsache wird mittels statistischer Methoden gelöst, z. B. durch Einstellen einer geeigneten Zeitkonstante und Bilden eines vernünftigen Mittelwertes. Durch die Auslegung
des Systems mit einer ausreichend hohen Zählrate und einer ausreichend großen Sigma-Differenz zwischen Leer- und Vollzählung wird ein Fehlschalten verhindert. Die Abbildung zeigt, dass für sichere Schaltvorgänge eine Differenz von mindestens 6σ empfohlen wird. Zählraten, die aufgrund statistischer Schwankungen außerhalb 6σ-Bandes liegen, treten bei 0,0000001973% aller Messungen auf – nur alle 16 Jahre bei Anwendung typischer Detektoreigenschaften. Unsere Lösungen für die Grenzschaltermessung

Graph of reliable switching limints

Schutz vor Umwelteinflüssen

Fremdstrahlungserkennung XIP

In Industrieanlagen werden regelmäßig Schweißnähte an Rohrleitungen auf Risse untersucht. Als Prüfmittel werden häufig Gammastrahler mit sehr hoher Aktivität verwendet. Radiometrische Füllstand- und Dichtemessungen, können aber von dieser Gammastrahlung beeinflusst werden und dadurch zu niedrige Messwerte vortäuschen. Einflussbereiche bis zu mehreren 100 m Entfernung, sind dabei nicht ungewöhnlich. Der Einflussbereich hängt im Wesentlichen von der verwendeten Aktivität des Prüfstrahlers und ob eventuell Gebäude oder Behälter, zwischen der Prüfstelle und der Messstelle, den Einfluss minimieren oder gar abschirmen. Ein verfälschen des Messwertes durch Fremdstrahlung kann aber mit der Funktion XIP von Berthold verhindert werden. Wird Fremdstrahlung erkannt, wird der Messwert solange eingefroren bis keine Fremdstrahlung mehr ansteht. Solange der Messwert eingefroren ist, signalisiert die Messung dann Fremdstrahlung über ein binäres Signal, das die Leitwarte über diesen Betriebszustand informiert. Bleibt zu erwähnen, dass alle Berthold Füllstandmessungen mit XIP ausgestattet sind.

Gasdichtekompensation (GPC)

Verändert sich der Gasdruck in Ihrem Behälter?

Dies kann bei einer radiometrischen Messung den Messwert verfälschen, es sei denn Sie verfügen über eine Gasdichtekompensation von Berthold. Mit dem Feature GPC (Gas Property Compensation) ermittelt eine zweite Messung die aktuelle Gasdichte im Behälter und wirkt dabei kompensierend auf die angeschlossene Füllstandmessung. Somit wird eine Füllstandsmessung realisiert, die auch bei Schwankungen der Gasdichte einen unverfälschten Messwert liefert. Eine Übersicht über unsere kontinuierliche Füllstandmessgeräte finden Sie unter

 

LB 480 SENSseries

Natürliche radioaktive Strahlung (PRC)

Spezielle Applikationen verlangen spezielle Lösungen. Nicht selten komme es vor, dass Produkte an denen der Füllstand gemessen werden soll natürliche Radioaktivität enthalten. So zum Beispiel bei der Verarbeitung von Uranerzen, bei denen der Füllstand an gemahlenen Uranschlamm gemessen wird. Auch bei der Herstellung von Kunststoffen können unter Umständen radioaktive Isotope im Prozessgas enthalten sein. Die im Messgut enthaltene Radioaktivität kann sich störend auf radiometrische Füllstandmessungen auswirken, da das Messgut eine zweite Strahlenquelle darstellt.

Mit der SENSseries LB 480 bietet Berthold nun eine radiometrische Füllstandmessung, die sich vom radioaktiven Messgut nicht beeinflussen lässt. Das Feature PRC (Product Radiation Compensation) sorgt mittels unabhängiger Aktivitätsmessung und integrierter Kompensation für eine zuverlässige, präzise Füllstandmessung.

Wie funktioniert die PRC-Funktion?

Das Feature PRC (Product Radiation Compensation) sorgt mittels unabhängiger Aktivitätsmessung und integrierter Kompensation für eine zuverlässige, präzise Füllstandmessung. Hierbei werden zwei getrennte Detektorsysteme eingesetzt, die simultan den Füllstand und die Strahlung vom Produkt messen. Selbst unter erschwerten Prozessbedingungen kann somit eine hohe Messgenauigkeit sichergestellt werden kann.

Falls der Strahler ausgetauscht werden muss....

Radiometrische Quellen zerfallen mit der Zeit. Das Signal-Rausch-Verhältnis zur natürlichen Hintergrundstrahlung wird also immer schlechter. Haben Sie bereits installierte radiometrische Messungen und stehen Sie vor der Entscheidung die inzwischen schwachen Strahler zu tauschen, kann mit einem PRC-System ein Strahlertausch zunächst vermieden werden. Denn bei der PRC-Messung wird der, bei einem schwachen Strahler immer mehr störende Backgroundeinfluss, einfach abgezogen.