Фотопреобразователи ионизирующих излучений.

Фотографические детекторы Почернение фотографических слоев (фотопленок) уже в началь­ный период появления рентгенологии использовалось для целей дозиметрии. недостатки этого ме­тода- плохой воспроизводимости и сильной за­висимости от энергии излучения. преимущества фотографического метода -это его сравни­тельная простота, дешевизна и высокая информативность

приме­няют два способа — компенсационный фильтровой метод и метод фильтрового анализа. Первый: при излучениях излучениях с малой энергией повышенная чувствитель­ность эмульсионной пленки ослабляется помещенным пе­ред ней фильтром из свинца, по­скольку этот фильтр предпо­чтительно задерживает мяг­кие составляющие излучения. При помощи таких фильтров можно измерять дозу излу­чения квантов с энергией на­чиная с 50 кэВ и более практически независимо от уровня энергии. При втором из вышеупомянутых методов перед эмульсионной пленкой помещают несколько фильтров различной толщины и возможно из разного материала, чтобы по различному почернению пленки за разными фильтрами можно было судить о виде излучения и о его качестве, т. е. о составе излучения

Диапазон измерения фотографич дозиметрами при ис­п-ии двух или трех фотоэмульсий разл чувств-ти может достигать примерно до 10 мкГй до 10 Гй. Такой диапазон и достигаемая точность оп­ределения дозы примерно ±15 % достаточны для требований до­зиметрии при защите от излучений. Преимуществом фотографи­ческой дозиметрии, которая позволяет определять не только коли­чество излучения, но и его качество, а также судить о направле­нии падения излучения, о распределении экспозиции во времени, о возможных радиоактивных загрязнениях и т. д., считается боль­шой объем информативного содержания.

74. Метод меченых атомов. метод, при которых излучение измеряется не само по себе, а только как мера другой величины. распадающиеся атомы м.быть просто обнаружены средствами техники измерений по возникающему при этом излучению без применения особо чув­ствитаппаратуры,это привело к созданию метода меченых атомов или радиоактивных индикаторов (изотопов). Метод за­ключается в том, что к веществу, за состояниями или измене­ниями состояния которого при технических, биологических и химических процессах нужно качественно и количественно про­следить, подмешивают некоторую определенную (обычно очень небольшую) дозу радиоакт атомов, так что молекулы, за траекториями движения которых нужно следить, как бы «марки­руются». При этом можно воспользоваться радиоактивными изо­топами (радионуклидами) с подходящим периодом полураспада, которые могут быть искусственно получены практически у всех элементов и дают излучение, которое по своему виду и энергии легко и точно обнаруживается средствами техники измерений. Однако примерно из 1500 различных искусственно полученных радиоактивных изотопов практическое значение для метода ме­ченых атомов получили только около 100. Особенно важно то, что атомы, используемые для маркировки вещества или моле­кулы, в физич и хим отношениях ведут себя совер­шенно так, как и обычные нерадиоактивные изотопы соответствую­щих элементов. Следовательно, методом меченых атомов можно не только проследить за сохранением неорганических компонен­тов при физических и химических процессах, но и установить путь органических соединений в сложных биологических процессах, например, усвоение удобрений растениями из почвы, процессах пищеварения, обмена веществ, выделения и секреции у людей и животных и тем самым получить информацию, не достижимую другими средствами даже при использовании гораздо более до­рогостоящих методовисследования.Благодаря высокой чувствительности метода меченых атомов (минимально обнаруживаемая концентрация может доходить до 10^-14 моль/л) при соответствующем выборе радионуклидов, ис­пользуемых для маркировки, можно ограничиться радиацион­ной нагрузкой (получаемой дозой облучения), в том числе и при биологических применениях, как правило, приемлемой, а обычно пренебрежимо малой.

75. Тепловые первичные преобразователи. Исп-ся явление теплопр-ти. Q = где Q — колич тепла, передаваемого за время t через пло­щадь F с градиентом температур : (х перпендикулярен пло­щади F). Знак минус означает, что тепло передается от нагретого тела к более холодному.В дифференциальной форме -dQ/dt = T -это уравнение похоже на закон Ома для электр тока, где dQ/dt является потоком тепла, T соответствует разности по­тен-ов. Величину называют тепловым сопрот-м. Коэффициент теплопровзависит только от вида вещества, передаю­щего тепло. главная величина Вт/м*К. выше у Ме,кот поводят тепло(медь,серебро особенно). Ниже у газов. Поскольку тепл.п.писпольз.для анализа газов,св-ва газов зависят от Р,Т,причем теплопроводность с увелич.Т для так.газов как метан,аммиак. Для инерт.газов может снижаться. Если иметь ввидукинетич теорию теплопр. газов не должна зависеть от давления. Однако различ­ные причины приводят к тому, что при увеличении давления тепло­пров немного увеличивается. Это условие вып-ся при высок.давлении,вышеатмосф. При Р ниже атмос.теплопр.неменяется,молекулмало,расст.большое,они редко соудар-ся.В газовом анализе можно считать, что теплопроводность яв­ляется аддитивным свойством, т. е. = k_{1 1} + k_{2 2}+..+..Где k_1, k₂ ... — мольные концентрации компонентов; — теплопроводности этих компонентов. Измерив теплопроводность смеси и зная теплопроводность чистых компонентов (бинарной) смеси, можно вычислить их концентрации. Однако эту простую зависимость нельзя применять к любой бинарной смеси. Воздушно-вод.паров. поск.они имеют при опред.соотношении. зависимость от с нелинейна и строят град.график.

пламенно-ионизацион­ного анализатора углеводородовПредст.собойгорелку,кот.даетпламя.онараспол.м-ду электродами. При непровод.газе тока нет в цепи.онпоявл.при появлении углеводорода.Пламенно-ионизационный метод основан на измерении ионного тока пламени при сжигании углеводородов с воздухом в электри­ческом поле. Пламя чистого водорода имеет низкую электропро­водность. Введение в пламя углеводородсодержащего газа сильно ее увеличивает. Поток ионов при этом изменяется приблизительно пропорционально числу атомов углерода в молекулах, попадающих в пламя в единицу времени.Измерение ионизации пламени можно использовать особенно для прямого обнаружения углеродсодержащих органических соеди­нений. Этот метод позволяет измерять концентрации от несколь­ких пропромилле до нескольких процентов. Поэтому детекторы ионизации пламени получили широкое распространение в газо­вой хроматографии. Возрастающий интерес к измере­ниям загрязнений окружающей среды и контролю воздуха в произ­водственных помещениях привел к разработке пламенно-иониза­ционных приборов для обнаружения углеводородов в атмосфере. Для контроля чистоты воздуха в области концентраций <1 ррт измеряют поглощение излучения пламенем, в то время как при измерении высоких концентраций, особенно при анализе несгоревших углеводородов в выхлопных газах автомобилей, измеряют интенсивность излучения пламени. Следующей областью приме­нения пламенно-ионизационных детекторов, как датчиков сум­марного содержания углеводородов, является обнаружение опасных концентраций паров растворителей на установках или в по­мещениях, обнаружение утечек и контроль на складах горючего и в трубопроводах

76. Устройство термокондуктометрического детектора. Датчики теплопроводности (термокондуктометрические датчики) состоят из четырех маленьких наполненных газом камер неболь­шого объема с помещенными в них изолированно от корпуса тон­кими платиновыми проводниками одинаковых размеров и с оди­наковым электрическим сопротивлением. Через проводники протекает одинаковый постоянный ток стабильной величины и нагревает их. Проводники — нагревательные эле­менты окружены газом. Две камеры содержат измеряемый газ, другие две — сравнительный газ. Все нагревательные элементы включены в мостик Уитстона, при помощи которого измерениеразности температур порядка 0,01 °С не представляет трудностей. Например в 1 газ инерт.Аргон.во2 анализир.газ или ничего. Если ничего,тосопротив.и отношения плеч моста равны и ток=0.т.к.там все одинаково..среда, ,остывание нити происх с одинак.скоростью,след-но сопрот.одинаково. если в др.газ,тонаруш.баланс за счет того,чтосопрот.нити меняется происх.сигналы в виде пиков.Результирующий ток в измери­тельной диагонали пропорционален концентрации измеряемого газа. Для повышения чувствительности рабо­чую температуру чувствительных элементов следует повышать, однако нужно следить, чтобы сохранилась достаточно большая разность тепло-проводностей газа. Измерительные ячейки промы­шленных термокондуктометрических анализаторов состоят, как правило, из массивного метал­лического корпуса, в котором высверлены измерительные камеры. Этим обеспечиваются равномерное распределение температур и хорошая стабильность градуировки. Так как на показания изме­рителя теплопроводности влияет скорость газового потока, ввод газа в измерительные камеры осуществляют через байпасный канал. Решения различных конструкторов для обеспечения тре­буемого обмена газами приведены ниже. В принципе, однако, исходят из того, что основной газовый поток связан соединитель­ными каналами с измерительными камерами, через которые газ протекает под небольшим перепадом. При этом диффузия и тепло­вая конвекция оказывают решающее влияние на обновление газа в измерительных камерах. Объем измерительных камер мо­жет быть очень малым (несколько кубических миллиметров), что обеспечивает небольшое влияние конвективной теплоотдачи на результат измерения. Для уменьшения каталитического эф­фекта платиновых проводников их различными способами заплавляют в тонкостенные стеклянные капилляры. Для обеспечения стойкости к коррозии измерительной камеры покрывают стеклом все газопроводные части. Это позволяет измерять теплопроводность смесей, содержащих хлор, хлористый водород и другие агрессивные газы. Термокондуктометрические анализаторы с замкнутыми срав­нительными камерами распространены преимущественно в хим-й промышленности. Подбор соответствующего сравнитель­ного газа упрощает калибровку прибора. Кроме того, можно получить шкалу в подавленным нулем. Для уменьшения дрейфа нулевой точки должна быть обеспечена хорошая герметичность сравнительных камер. В особых случаях, например, при сильных колебаниях состава газовой смеси, можно работать с проточными сравнительными камерами. При этом е помощью специального реагента из измеряемой газовой смеси удаляют один из компонен­тов (например, СО_а раствором едкого кали) и затем направляют газовую смесь в сравнительные камеры. Измерительная и сравни­тельная ветви различаются в этом случае только отсутствием од­ного из компонентов. Такой способ часто делает возможным ана­лиз сложных газовых смесей.В последнее время вместо метал-х проводников в ка­честве чувствительных элементов иногда попользуют полупровод­никовые терморезисторы. Преимуществом терморезисторов яв­ляется в 10 раз более высокий по сравнению с металлическими термосопротивлениями темп-й коэф-т сопротив­ления. Этим достигается резкое увеличение чувствительности.

77. Контактные и бесконтактные первичные преобразователи измерения температуры. контактные термометры, отличительной особенностью которых является необходимость теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется. Вторую группу составляют неконтактные термометры, для измерения которыми нет необходимости в тепловом контакте среды и прибора, а достаточно измерений собственного теплового или оптического излучения. Часто такие приборы называют радиометрами. Контактные приборы и методы по принципу действия разделяются на:

а) Термометры контактные волюметрические, в которых измеряется темпер.тела или воздуха.измеряется изменение объема жидкости или газа с изменением температуры.. Распростр.тип колба с жидк.илигазом,заканч.тонким капилляром. Над жидк.вакуумное прост-во,кот заполняется при температ.расшир.жидк. за капилляром шкала в ед.Т. газовые для прецизионных измерений,для высшей точности,т.к в них процесс измен.объема газа описывается ур-ем газового состояния.

б) Термометры дилатометрические, в которых о температуре судят по тепл.расширениютв.тел,особенноМе. В ряде случаев датчиком служит пластинка, изготовленная из двух металлов с разными температурными коэффициентами расширения и изгибающаяся при нагревании или охлаждении.

в) Термопары, представляющие из себя два разнородных, спаянных по концам проводника. При наличии разности температур спаев в термопаре возникает электрический ток, который и служит мерой изменения температуры. Температура измеряется по термоЭДС или по величине силы тока термопары.

г) Термосопротивления - термометры, принципом действия которых является измерения сопротивления проводника с изменением температуры.

Неконтактные методы, в основе которых лежит регистрация собственного теплового или оптического излучения, можно представить следующими направлениями:

а) Радиометрия - измерение температуры по собственному тепловому излучению тел. Для невысоких и комнатных температур это излучение в инфракрасном диапазоне длин волн.

б) Тепловидение - радиометрическое измерение температуры с пространственным разрешением и с преобразованием температурного поля в телевизионное изображение иногда с цветовым контрастом. Позволяет измерять градиенты температуры, температуру среды в замкнутых объемах, например температуру жидкостей в резервуарах и трубах.

в) Пирометрия - измерение температуры самосветящихся объектов: пламен, плазмы, астрофизических объектов. Используется принцип сравнения либо яркости объекта со стандартом яркости (яркостный пирометр и яркостная температура), либо цвета объекта с цветом стандарта (цветовой пирометр и цветовая температура), либо тепловой энергии, излучаемой объектом, с энергией, испускаемой стандартным излучателем (радиационный пирометр и радиационная температура).

78. Термопары, болометры, контактные термометры – металлические, полупроводниковые, пирометры, видиконы и пр. термопара.возможн.регистрацииэлектрич.сигнала,однознач.связан с температурой. Это позвол.изгот. термометры,в кот измеряемой величиной явл.ток или разн.потенциалов. они предст.собойэлектр.контур,образован.двумя проволоками из разл.материаловспаян.м-ду собой. Датчиком излучения служит один спай двух проволок.кот.нагрев под действием излучения.др.спай для сравнения и нах.припост.температуре. при Т своб.концов и Тспая м-дусвоб.концамивозн.напряжениеU=k(T-To) k-коэф.завис от матер. Термрэлектр.эф-т.зеебека. при контакте ме с разной работой выхода из-за диффузии электронов возник.скачокпотенциалов.зависящ.от Т. П.п имеет на входе Т,навых.напряжение. простое устройство.надежное с неб.погреш-ю.малоинерционное. недостатки.необх.использ.усилителей из-за малых напряжений. И необх.обеспеч.пост.температуру холодных спаев.

Болометр. в них повыш.Т из-за поглощ.излучения датчиком измеряется по изменению электр.сопротивления. зависимость нелин.R(T)=R(To)[1+α(T-To)+β ].у мекоэф-т α положит,т.к.приповыш Т возраст.колебаниякристал.реш. увелич.и рассеяние своб.электронов на этих колебаниях,поэтому растет электросопрот. Соврем.болометры на основе Месост.из тонких слоев золота,платины или никеля,напыленных на подложку. Высок.чувствит.облад.полупров.болометры(термисторы),у них температ.коэф-т сопротивления выше,чем у Ме. Сопрот.п/п падает с ростом Т и зависит от Т нелин.,т.к чем выше Т,тем больше электронов оказывается в их зоне проводимости. Для норм.п/п α=const/ ,т.е для повыш чувствит болометра следует охлаждать его до низк.температур. макс.чувствит.для них более В/Вт. Сущ.исверхпроводящ.болометры.в них исп-ся резкое изменение сопрот.в переходной области от обыч.сост.к сверхпроводящему.

Терморезистивныетермометры. исп-сясв-во проводников и п/п менять сопротивл.при изменении Т. Металлич.терм.сопротивления для тв.нелегированныхМе α=0,004 . R2=R1[1+α(T2-T1]. Изменение сопротивления пропорц.разности температур. Наилучш.матер.дляизгот.термометровсопрот.платина. характеристики вход величина-Т, выходная- R.. преимущ.высокая точность. Недостаток.большая инерционность.

Полупроводниковые. Большой отриц.температ.коэф-т омического сопротивления. Сопрот.уменьш.приповыш.Т. благодаря большому удель.сопрот.п/п материалов терморезист.чувствит.эл-ты имеют малые габариты и незначит.аккумулируюттепло.поэтомупименимы для динамич.измерений температур и определения температ.полейпутем измер.вотдельн.точках. перед употреблением прибор должен подверг.старению.

Пирометр — прибор для бесконт измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощн теплового изл-ия объекта измерения преимущ-но в диапазонах инфракризл-я и видимого света.

могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физич взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур.

Видикон - электронно-лучевой прибор с фотопроводящей мишенью, преобразующий оптич изображение в электрич сигнал. В качестве фотопроводящего слоя, обладающего внутренним фотоэффектом, используются кремний, окись свинца, селенид кадмия и др. Часто наименование прибора связано с химич составом фотопроводящего слоя (например, кремникон, плюмбикон, кадмикон)