Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
Целью предлагаемых ниже примеров является иллюстрация разработки моделей радиоизотопных приборов для расчета составляющих погрешностей измерения, обусловленных различными дестабилизирующими факторами. Поскольку основные источники нестабильности и, соответственно, погрешности связаны с ПП, то в примерах будут использованы результаты, полученные при оценки погрешности преобразования сигналов для счетного режима работы ПП.
Пример 11.6. Ослабление потока ионизирующего излучения, проходящего через изделие толщиной х, описывается формулой (геометрия узкого пучка):
Nx[x(t)] = Nx0exp [\ipp(t)X] = ЛГх0exp [VixX(Ol (1)
где Nx0 — поток излучения, падающий на измеряемое изделие, или поток при толщине х = 0; \іх, Цр — линейный и объемный коэффициенты поглощения излучения, зависящие от энергии излучения и материла изделия.
При изменении толщины и/или плотности изделия поток ионизирующего излучения будет изменяться в соответствии с (1), что и регистрируется измерительной аппаратурой. Если изделие движется, то изменение его толщины и/или плотности по длине будет развернуто во времени. На этом принципе основана работа мно-
350
гих радиоизотопных толщиномеров и плотномеров изделий и материалов. При измерении толщины изменение плотности, химического состава или структуры материала изделия будет вносить дополнительную погрешность, обусловленную влиянием нестабильности этих неинформативных параметров. Если стоит задача измерения плотности материала, то изменение толщины является неинформативным параметром и источником дополнительной погрешности.
Поток ионизирующего излучения (рис. 11.14), характеризуемый средней скоростью счета и энергией гамма-излучения E0, попадает на чувствительную поверхность детектора ионизирующего излучения Д5. Для того чтобы измерение осуществлялось на заданной площади изделия, в приборе имеется коллимационная система (КС) — это часть конструкции СИ, ограничивающая угол зрения, под которым чувствительная часть детектора (датчик) «видит» объект измерения. Излучение, сформированное КС и прошедшее измеряемое изделие, в детекторе преобразуется в электрические импульсы частотой N, которые при токовом режиме включения детектора интегрируются на интегрирующей ЛС-це-почке (штриховая линия), при счетном режиме суммируются счетчиком (Сч) за время Т. Показывающее устройство (ПУ) представляет результат измерения у (t) в единицах толщины изделия.
Модель преобразования радиационного сигнала, а также основные источники помех (шумов) и дестабилизирующих факторов, искажающих результат измерения, представлены на рис. 11.15.
x(t)
Рис. 11.14. Схема радиоизотопного прибора измерения толщины изделия
5 Для упрощения анализа предполагается, что энергетический спектр гамма-излучения E(t) = 2?05(/), т.е. состоит из частиц одной энергии (моноэнергетичен).
351
Рис. 11.15. Модель для расчета погрешностей радиоизотопного прибора: ANx, A(NxQ0), AN, Ay — генераторы погрешностей, обусловленных характеристиками предшествующих преобразователей и воздействием дестабилизирующих факторов (Sx, ?к, Л Г, AUn, ?пу)
Преобразователь Kx осуществляет преобразование изменения измеряемой величины X в среднее число частиц ионизирующего излучения NxQ в соответствии с формулой (1). Если определяется изменение толщины Ax(O относительно среднего значения X и Ах(/)«х, то зависимость ANx(t) =/ [Ax(Z)] может быть заменена линейной зависимостью
ANx(t) *-IXxN-Ax (t), (2)
где N- соответствует х. При этом коэффициент преобразования Kx будет иметь вид
дх
и принимается постоянным в диапазоне x±Ax(t). В противном случае для определения Kx необходимо пользоваться градуировоч-ной зависимостью.
Преобразователь KK(t) учитывает усреднение Nx(t) в поле зрения КС. Выделение KK(t) в отдельный преобразователь сделано для удобства анализа динамической погрешности. Его функции по ослаблению потока ИИ учтены преобразователем Kx.
При движении изделия ИПХ КС, выполняющей операцию скользящего усреднения, можно представить в виде
1
-, |/|<Ак,
(4)
О, |/|>Д
К'
352
где 2ДК — временная развертка КС по ее длине, 2АК = lK/v, /к — длина КС в направлении движения изделия; v — скорость движения.
Преобразователь отражает преобразование энергии частиц ИИ в импульсы заряда на выходе детектора. Например, для полупроводникового детектора Kjx = #/єд и для сцинтилляционного счетчика Ад = ЄіА^єсвєФК (см. примеры 11.1 и 11.2).
Преобразователь АуД отражает преобразование импульса заряда в импульс напряжения (тока) на входе усилителя, усиление этого сигнала импульсным усилителем с коэффициентом усиления Ky и дискриминацию потока импульсов по амплитуде с порогом En, превышающим уровень шумов. Сигналом на выходе амплитудного дискриминатора является пуассоновский поток электрических импульсов одинаковой амплитуды, средняя скорость счета которого равна N.
Преобразователь Kcli(t) осуществляет интегрирование числа импульсов за время T0. ИПХ и АФХ этого преобразователя можно представить в виде
Преобразователь Кпу осуществляет преобразование сигнала интегратора к виду, удобному для восприятия оператором (представление показаний в виде числа, перемещение стрелки показывающего прибора).
