VDI VDE 3519 Blatt 11-2012 Level measurement - Radiometric methods.pdf

1、ICS 17.060, 23.020.10, 55.220 VDI/VDE-RICHTLINIEN Dezember 2012 December 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Fllstandmesstechnik Radiometrische Verfahren Level measurement Radiometric methods VDI/VDE 3519 Blatt 11 / Part 11 Ausg. deutsch/englisc

2、h Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Fachbereich Prozessmes

3、stechnik und Strukturanalyse VDI/VDE-Handbuch Prozessmesstechnik und Strukturanalyse VDI-Handbuch Technische Logistik, Band 4: Schttgut-Frdertechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgaben:05.11.Entwurf,deutsch;VDI/VDE

4、 3519Blatt2:2002-10Zu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772BerlinAlle Rechte vorbehalten / AllrightsreservedVerein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2012Formereditions:05/11 Draft,in German only;VDI/VDE3519Part2:2002-10Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendu

5、ngsbereich . 2 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Formelzeichen und Abkrzungen . 5 5 Radiometrische Verfahren . 6 5.1 Messprinzip 6 5.2 Einsatzbereich 6 5.3 Messverfahren und Messeinrichtungen 7 5.4 Messanordnungen 13 5.5 Messunsicherheiten 18 5.6 Berechnungsbeispiele. 19 Schrifttum 23 Preliminar

6、y note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 3 3 Terms and definitions 3 4 Symbols and abbreviations . 5 5 Radiometric methods . 6 5.1 Measurement principle 6 5.2 Application 6 5.3 Measurement method and measuring devices . 7 5.4 Measurement arrangements . 13 5.5 Measurement uncert

7、ainties 18 5.6 Calculation examples . 19 Bibliography 23 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI/VDE 3519 Blatt 11 / Part 11 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 201

8、2 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Di

9、e Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note

10、The content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either

11、of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Diese Rich

12、tlinie wurde erarbeitet vom Fachaus-schuss Fllstandmesstechnik“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik. Die Richtlinienreihe VDI/VDE 3519 beschreibt die Fllstandmessung von Flssigkeiten und Feststof-fen (Schttgtern). Es werden Erluterungen zur Bewertung der einzelnen Messverfahre

13、n sowie Hinweise fr die geeignete Anwendung der Ver-fahren angegeben. Die Richtlinienreihe besteht aus folgenden Blttern: Blatt 1 Grundlagen Blatt 2 Sichtverfahren Blatt 3 Schwimmerverfahren Blatt 4 Verdrngerverfahren Blatt 5 Bodendruckverfahren Blatt 6 Wgeverfahren Blatt 7 Messen durch Bremsen und

14、Hemmen von Bewegungen Blatt 8 Widerstandsverfahren Blatt 9 Kapazitiv- und Admittanzverfahren Blatt 10 Wrmeableitungsverfahren Blatt 11 Radiometrische Verfahren Blatt 12 Schall- und Ultraschallverfahren Blatt 13 Mikrowellenverfahren Blatt 14 Optische Verfahren Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter

15、 dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3519. Introduction This guideline was prepared by the “level meas-urement” committee of the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control. The series of guidelines VDI/VDE 3519 describes the level measurement of liquids and s

16、olids (bulk solids). It provides information on the assessment of measurement methods and on appropriate appli-cation of these methods. The series of guidelines consists of the following parts: Part 1 Fundamentals Part 2 Visual methods Part 3 Float methods Part 4 Displacer methods Part 5 Ground pres

17、sure methods Part 6 Weighing method Part 7 Measuring by retarding und restricting of movements Part 8 Electrical resistance methods Part 9 Capacitive and admittance methods Part 10 Heat dissipation method Part 11 Radiometric methods Part 12 Sound and ultrasound methods Part 13 Microwave methods Part

18、 14 Optical methods A catalogue of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/3519. 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Richtlinie beschreibt die Fll-standmessung mit radiometrischen Verfahren. Sie gilt nur zusammen mit dem Blatt 1 der Richtlinien-

19、reihe VDI/VDE 3519. 1 Scope This guideline describes level measurements using radiometric methods. It should be read in conjunc-tion with Part 1 of the series of guidelines VDI/VDE 3519. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCo

20、llection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 11 / Part 11 3 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI/VDE 3519 Blatt 1:2012-12 Fllstandmesstech-nik; Grundlagen 2 Nor

21、mative references The following referenced document is indispensa-ble for the application of this guideline: VDI/VDE 3519 Part 1:2012-12 Level measurement; Fundamentals 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die Begriffe nach VDI/VDE 3519 Blatt 1 und DIN 6814-3 sowie folgende Begriffe:

22、 Aktivitt Gre in Bq, die die Anzahl der Kernzerflle pro Zeiteinheit dN/dt angibt und zu jedem Zeitpunkt proportional der Anzahl N der noch vorhandenen instabilen Atome ist: ddNANt= (1) Dabei ist N Anzahl der noch vorhandenen instabilen Atome Zerfallskonstante Anmerkung: Die Maeinheit fr die Aktivitt

23、 im Internationa-len Einheitensystem ist das Becquerel (Bq): 1 Bq = 1 Zerfall/s. quivalentdosis (H) Magebender Wert fr Strahlenschutzberechnun-gen in Sievert (Sv), der durch das Produkt aus der Energiedosis und einem Qualittsfaktor Q, der die unterschiedliche biologische Wirkung verschiede-ner Strah

24、lenarten bercksichtigt, gebildet wird: H = D Q Anmerkung: Die Maeinheit der quivalentdosis ist das Sievert (Sv): 1 Sv = 1 J/kg Fr die verschiedenen Strahlenarten sind zum Beispiel folgen-de Qualittsfaktoren zu bercksichtigen: Beta- und Gammastrahlung Q = 1 Neutronenstrahlung Q = 20 Alphastrahlung Q

25、= 20 Dosisleistung Zeitliche Vernderung dD/dt der Dosis D, welche die Intensitt eines Strahlenfelds an einem be-stimmten Punkt beschreibt und fr Strahlenschutz-berechnungen sowie bei der Berechnung von Strahleraktivitten von Bedeutung ist. Energiedosis Ma fr die Energiebertragung durch die Strah-lun

26、g auf eine bestimmte Menge eines Stoffs. Anmerkung: Die Maeinheit der Energiedosis ist das Gray (Gy): 1 Gy = 1 J/kg. 3 Terms and definitions For the purposes of this guideline, the terms and definitions as per VDI/VDE 3519 Part 1, DIN 6814-3 and the following terms and definitions apply: Activity Qu

27、antity quoted in Bq, which describes the number of nuclear decays per time unit dN/dt and at any point in time is proportional to the number N of unstable atoms still present: ddNANt= (1) where N number of unstable atoms still present decay constant Note: The unit of activity in the International Sy

28、stem is the Becquerel (Bq): 1 Bq = 1 decay/s. Equivalent dose (H) Quantity used in radiation safety calculations, measured in Sievert (Sv), formed as the product of the energy dose and a quality factor Q that takes into account the different biological effects of dif-ferent types of radiation: H = D

29、 Q Note: The unit of equivalent dose is the Sievert (Sv): 1 Sv = 1 J/kg The following quality factors are used for these different types of radiation: beta and gamma rays Q = 1 neutron rays Q = 20 alpha rays Q = 20 Dose rate Time derivative dD/dt of the dose D, which de-scribes the intensity of a ra

30、diation field at a par-ticular point and is important in radiation safety and source activity calculations. Energy dose Quantity describing the energy transfer through radiation to a particular quantity of a substance. Note: The unit of energy dose is the Gray (Gy): 1 Gy = 1 J/kg. B974908A824A6748CA

31、AAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI/VDE 3519 Blatt 11 / Part 11 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Energiedosisleistung ( D) Leistung eines unabgeschirmten Strahlers mit de

32、r Aktivitt A an einem bestimmten Ort (Ortsdosis-leistung), die sich aus der spezifischen Dosisleis-tungskonstante k, sowie aus dem Abstand r zur Strahlenquelle wie folgt berechnet: 2AkDr=(2) mit d /dD Dt=(3) Halbwertsdicke (HWD) Dicke eines Absorbers, bei welcher die Intensitt I0der Strahlung auf di

33、e Hlfte geschwcht wird und die sich nach Gleichung (8) mit I = I0/2 berechnet zu: =2lnHWD (4) Dabei ist Massenschwchungskoeffizient Messstoffdichte Anmerkung: Typische Halbwertsdicken fr Abschirmungsbe-rechnungen sind in Tabelle 2 in Abschnitt 5.6.5 aufgefhrt. Halbwertszeit (HWZ, T) Fr jedes Nuklid

34、charakteristische Gre, die die Zeit angibt, in der die Hlfte der ursprnglich vor-handenen instabilen Atome N0zerfallen ist. Anmerkung: Die zum Zeitpunkt t aktuelle Anzahl der Atome N errechnet sich aus folgendem Zerfallsgesetz: 1/2ln 20eetTtNN= =(5) Fr die Halbwertszeit ergibt sich: 1/2ln 2 0,693HWZ

35、 T= = =(6) Fr die Berechnung der aktuellen Aktivitt A nach Ablauf einer Zeit t aus der ursprnglichen Aktivitt A0eines Strahlers mit bekannter Halbwertszeit gilt folgende Beziehung: 1/2ln 20etTAA=(7) Fr die Berechnung der aktuellen Aktivitt A des fr die Mes-sung bentigten Strahlers muss der durch die

36、 Halbwertszeit bedingte Aktivittsverlust fr eine angemessene Betriebszeit bercksichtigt werden, weil dieser einen Einfluss auf die Messunsicherheit hat. Die verwendeten Messgerte sollten eine geeignete Einrichtung zum Ausgleich des Aktivittsver-lusts besitzen. Ionendosis (J) Direkt als Bezugsnormal

37、angegebene ionisierende Wirkung der Strahlendosis in der Luft in Coulomb pro kg (C/kg). Energy dose rate ( D) Energy dose rate of an unshielded source with an activity A at a particular point (local energy dose rate), is calculated as follows from the specific dose rate constant k and the distance r

38、 from the radiation source: 2AkDr=(2) with d /dD Dt=(3) Half-value thickness (HVT) Thickness of an absorber that reduces the intensity I0of the radiation by half and is calculated using Equation (8), with I = I0/2: 2lnHVT=(4) where mass attenuation coefficient density of the medium Note: Typical hal

39、f-value thicknesses used in shielding calcu-lations are shown in Table 2 in Section 5.6.5. Half-life (HWZ, T) Quantity characteristic of a particular nuclide, equal to the time taken for half the initial number of unstable atoms N0to decay. Note: The number of atoms N that exist at a given time t is

40、 calculated using the decay law: 1/2ln 20eetTtNN= =(5) From which, the half-life is: 1/2ln 2 0,693HWZ T= = =(6) The following relationship can be used to calculate the activity A at a time t from the initial activity A0of a source with a known half-life: 1/2ln 20etTAA=(7) When calculating the activi

41、ty A of the source required for the measurement, the decrease in activity due to the half-life needs to be taken into account to ensure a reasonable service life, since this decrease affects the accuracy. The measuring instrumentation used should have a suitable device to compen-sate for the decreas

42、e in activity. Ionising dose (J) Ionising effect of the radiation dose in air, stated directly as a reference standard in coulomb per kg (C/kg). B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserve

43、d Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 3519 Blatt 11 / Part 11 5 Strahlendosis Vom Nuklid, der Strahleraktivitt, der Wirkung einer eventuell vorhandenen Abschirmung, dem Abstand zum Strahler und von der Einwirkungs-dauer abhngende Wirkung der an einem bestimm-ten Ort auftreffende

44、n Strahlenmenge. Zerfallskonstante () Spezifische Gre eines jeden Nuklids, die das Ma fr die Zerfallswahrscheinlichkeit angibt. Radiation dose Effect of an amount of radiation incident on a specified place, depending on the nuclide, the source activity, the effect of any shielding, the distance from

45、 the source and the exposure time. Decay constant () Quantity specific to a given nuclide, describing the decay probability. 4 Formelzeichen und Abkrzungen Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Benennung Einheit A Aktivitt Bq A

46、0Anfangsaktivitt Bq D Energiedosis Gy DEnergiedosisleistung Gy s1dAAbschirmdicke m dwAbsorptionsweg m dHalbwertsdicke m F Flchenmasse kg m2H quivalentdosis Sv I/I0Strahlungsintensittsverhltnis J Ionendosis C kg1k Dosisleistungskonstante Gy m2N Impulsrate s1R Abstand zur Strahlenquelle m t Zeit s THa

47、lbwertszeit s Dichte des Messstoffs usw. kg m3 Zerfallskonstante s1 linearer Schwchungskoeffizient m1 Massenschwchungskoeffizient m2 kg1 Zeitkonstante s Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet: HWD Halbwertsdicke HWZ Halbwertszeit 4 Symbols and abbrev

48、iations Symbols The following symbols are used throughout this guideline: Symbol Term Unit A activity Bq A0initial activity Bq D energy dose Gy Denergy dose rate Gy s1dAshielding thickness m dwradiation path length m dhalf-value thickness m F mass per unit area kg m2H equivalent dose Sv I/I0radiatio

49、n intensity ratio J ionising dose C kg1k dose rate constant Gy m2N pulse rate s1R distance from source m t time s Thalf-life s density of the medium, etc. kg m3 decay constant s1 linear attenuation coefficient m1 mass attenuation coefficient m2 kg1 time constant s Abbreviations The following abbreviations are used throughout this