Рентгенофлуоресцентный спектрометр для анализа элементного состава движущихся сред

(51) 01 23/223 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ пропускающего излучение,закрепленную с внешней стороны корпуса емкость с анализируемой средой, датчик, сигнализирующий о разрыве слоя материала, отличающийся тем, что в корпусе размещены рентгеновская трубка,датчик,сигнализирующий о разрыве второго слоя материала, не контактирующего с анализируемой средой, измерительная камера, обеспечивающая трехосевую рентгенооптическую схему,продолжением которой является радиатор,выполненный из материала хорошо проводящего тепло, разделяющий корпус на пространство, где расположен высоковольтный генератор,и пространство, где расположен детектор с автономной системой охлаждения на основе эффекта Пельтье, на предварительный усилитель которого надет дополнительный радиатор сложной формы с отверстием, продольным разрезом,стягиваемым винтами, обеспечивающий фиксацию детектора в измерительной камере, горячий контакт системы охлаждения соединен с третьим радиатором, который одновременно является стенкой корпуса, процессор спектрометрических импульсов, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя детектора, автономный анализатор и передняя стенка прибора, выполненная из трех пластин, внешняя из которых снабжена направляющими, а две других втулками, в первой пластине установлена одна пленка, которая зафиксирована второй пластиной, а в третьей - две пленки, контакты датчика, размещены между слоями материала окна и выполнены в виде штыревых электродов, расположенных в нижней части окна.(72) Веригин Александр Александрович Фурсов Андрей Викторович Наумик Александр Иванович Колесников Константин Евгеньевич(54) РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ СПЕКТРОМЕТР ДЛЯ АНАЛИЗА ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ДВИЖУЩИХСЯ СРЕД(57) Изобретение относится к средствам элементного анализа веществ в различных агрегатных состояниях, движущихся в потоке, а именно к рентгенофлуоресцентным спектрометрам,работающим на потоке. Техническим результатом является повышение надежности работы, безопасности, точности и понижения порога обнаружения,усиление помехоустойчивости выходного сигнала и удобство его использования в системах АСУ ТП, уменьшение времени на смену пленки контактирующей с анализируемой средой. Технический результат достигается за счет того,что рентгенофлуоресцентный спектрометр для анализа элементного состава движущихся сред,содержащий полупроводниковый детектор с автономной системой охлаждения на основе эффекта Пельтье, радиатор, спектрометр, датчик,сигнализирующий о разрыве слоя материала установленные в корпусе, имеющем окно, 28376 Изобретение относится к средствам элементного анализа веществ в различных агрегатных состояниях, движущихся в потоке, а именно к рентгенофлуоресцентным спектрометрам,работающим на потоке. Известно устройство для рентгенорадиометрического анализа состава жидких сред, содержащее радионуклидный источник излучения и полупроводниковый детектор с автономной системой охлаждения на основе эффекта Пельтье, установленные в корпусе,закрепленном с внешней стороны емкости с анализируемой средой и имеющем двухслойное окно из материала, пропускающего излучение радионуклидного источника и характеристическое рентгеновское излучение анализируемых элементов,и датчик, сигнализирующий о разрыве слоя материала, контактирующего с анализируемой средой, отличающееся тем, что внутри корпуса в плоскости, перпендикулярной его оси, размещен радиатор из теплопроводящего материала,выполненный в форме пластины с центральным отверстием, между радиатором и корпусом размещена прокладка из твердого электроизоляционного теплопроводящего материала, на радиаторе установлены детектор с системой охлаждения, головная часть которого с бериллиевым окном для регистрации излучения размещены в центральном отверстии радиатора и горячий контакт системы охлаждения соединен с радиатором, цифровой импульсный спектрометр,вход которого соединен с выходом детектора,устройство передачи в управляющий компьютер цифровой информации, вход которого соединен с выходом цифрового спектрометра, а контакты датчика, сигнализирующего о разрыве слоя материала окна, контактирующего с анализируемой средой, размещены между слоями материала окна и выполнены в виде двух металлизированных покрытий в форме двух концентрических окружностей вокруг отверстия на поверхности пластины, изготовленной из диэлектрического материала (Патент РФ 2441221, Кл. 01 23/223,опубл. 27.01.2012.) Недостатком данного устройства является наличие радионуклидного источника, что усложняет меры безопасности при работе с устройством,требует периодической замены источника, с последующим его захоронением, что в свою очередь значительно увеличивает эксплуатационные расходы, недостаточно низкий порог обнаружения определяемых элементов,это связано с использованием радионуклидного источника,имеющего невысокую интенсивность излучения и использование простейшей рентгенооптической схемы. Задача, на решение которой направлено предполагаемое изобретение,заключается в повышении надежности и безопасности использования спектрометра, повышение точности и предела обнаружения элементного анализа,сокращении времени на смену пленки контактирующей с анализируемой средой, в 2 расширении арсенала технических средств в данной области. Техническим результатом является повышение надежности работы, безопасности, точности и понижение порога обнаружения,усиление помехоустойчивости выходного сигнала и удобство его использования в системах АСУ ТП, уменьшение времени на смену пленки, контактирующей с анализируемой средой. Технический результат достигается за счет того,что предлагаемое устройство,рентгенофлуоресцентный спектрометр для анализа элементного состава движущихся сред, содержит полупроводниковый детектор с автономной системой охлаждения на основе эффекта Пельтье,радиатор, спектрометр, датчик, сигнализирующий о разрыве слоя материала установленные в корпусе,имеющем окно,пропускающего излучение,закрепленную с внешней стороны корпуса емкость с анализируемой средой, датчик, сигнализирующий о разрыве слоя материала, отличающееся тем, что содержит в корпусе рентгеновскую трубку с генератором высокого напряжения,датчик,сигнализирующий о разрыве второго слоя материала, не контактирующего с анализируемой средой, при этом внутри корпуса размещена измерительная камера, обеспечивающая трехосевую рентгенооптическую схему, продолжением которой является радиатор, выполненный из материала хорошо проводящего тепло, разделяющий корпус на пространство, где находится высоковольтный генератор, и пространство, где находится детектор,на предварительный усилитель которого надет дополнительный радиатор сложной формы с отверстием, продольным разрезом, стягиваемым винтами, обеспечивающий фиксацию детектора в измерительной камере, с системой охлаждения на основе элемента Пельтье, горячий контакт системы охлаждения соединен с третьим радиатором,который одновременно является стенкой корпуса,процессор спектрометрических импульсов, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя детектора, автономный анализатор,обеспечивающий автоматическую работу спектрометра и позволяющий выдавать концентрацию анализируемых элементов в виде сигнала для систем АСУ ТП без компьютера и передняя стенка прибора, выполненная из трех пластин,внешняя из которых снабжена направляющими а две других втулками, в первой пластине установлена одна пленка, которая фиксируется второй пластиной, а в третьей две пленки, контакты датчика, сигнализирующего о разрыве слоя материала окна третьей пластины,размещены между слоями материала окна и выполнены в виде штыревых электродов,расположенных в нижней части окна. Повышение надежности работы достигается за счет использования трех пленок, защищающих устройство от попадания агрессивной анализируемой среды безопасности - за счет использования рентгеновской трубки, точности и порога обнаружения анализа - за счет использования рентгеновской трубки и трехосевой рентгенооптической схемы усиление помехоустойчивости выходного сигнала и удобство его использования в системах АСУ ТП - за счет автономного анализатора уменьшение времени на смену пленки контактирующей с анализируемой средой - за счет направляющих первой пластины и втулок второй пластины. Устройство поясняется на фиг.1, на которой изображено устройство для рентгенофлуоресцентного анализа состава технологических растворов,пульп,твердых движущихся сред - рентгенофлуоресцентный спектрометр для анализа элементного состава движущихся сред. Рентгенофлуоресцентный спектрометр для анализа элементного состава движущихся сред содержит рентгеновскую трубку с генератором высокого напряжения, собранные в одном корпусе 1, полупроводниковый детектор 2 с автономной системой охлаждения на основе эффекта Пельтье,размещенные в корпусе 3, имеющем трехслойное окно 4 из материала, пропускающего рентгеновское излучение рентгеновской трубки и характеристическое рентгеновское излучение анализируемых элементов,датчик 5,сигнализирующий о разрыве второго слоя материала, не контактирующего с анализируемой средой, при этом внутри корпуса размещена измерительная камера 6,обеспечивающая трехосевую рентгенооптическую схему,продолжением которой является радиатор 7,выполненный из материала хорошо проводящего тепло, разделяющий корпус на пространство, где находится высоковольтный генератор и пространство, где находится детектор, на предварительный усилитель 8 которого надет дополнительный радиатор 9 сложной формы с отверстием, продольным разрезом, стягиваемым винтами, обеспечивающий фиксацию детектора в измерительной камере, с системой охлаждения на основе элемента Пельтье 10, а горячий контакт системы охлаждения соединен с третьим радиатором 3, который одновременно является стенкой корпуса, процессор спектрометрических импульсов 11, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя детектора, автономный анализатор 12, обеспечивающий автоматическую работу спектрометра и позволяющий выдавать концентрацию анализируемых элементов в виде сигнала для систем АСУ ТП без компьютера и передняя стенка прибора выполнена из трех пластин,внешняя из которых снабжена направляющими 13, а две другие втулками 14, в первой пластине 15 установлена одна пленка,которая фиксируется второй пластиной 16 с помощью защелок 19, а в третьей 17 две пленки,контакты датчика 18, сигнализирующего о разрыве слоя материала окна третьей пластины, размещены между слоями материала окна и выполнены в виде штыревых электродов, расположенных в нижней части окна. Устройство работает следующим образом внешняя пластина 15, в отверстие которой укладывается первый слой пленки 4, крепится к емкости с анализируемой средой,пленка фиксируется второй пластиной с помощью защелок 19, что вместе с наличием направляющих валов 13 и втулок 14 обеспечивает быструю замену пленки и прижимается третьей сигналы с автономного анализатора 12 запускают работу спектрометра включают высокое напряжение генератора высокого напряжения 1,подачу электропитания на предварительный усилитель 8, полупроводниковый детектор 2 и систему охлаждения 10, запускают процессор спектрометрических импульсов 11 излучение рентгеновской трубки, двигаясь по каналам измерительной камеры 6, попадает на вторичную мишень и вызывает характеристическое излучение атомов материала вторичной мишени,который подбирается из условия наилучшего возбуждения атомов определяемого элемента характеристическое излучение атомов вторичной мишени по каналам измерительной камеры 6 через трехслойное окно попадает на анализируемую среду, возбуждая рентгеновскую флуоресценцию атомов, составляющих эту среду. Излучение атомов среды через трехслойное окно по каналам измерительной камеры попадает в детектор 2,который регистрирует энергию и количество попавших рентгеновских квантов. Энергия зарегистрированных квантов характеризует элемент,а количество квантов с этой энергией концентрацию атомов этого элемента в среде. Ход лучей в измерительной камере от рентгеновской трубки до вторичной мишени, от вторичной мишени до анализируемой среды и от анализируемой среды до детектора происходит в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, что обеспечивает поляризацию рассеянного излучения,это значительно снижает количество квантов рассеянного излучения, попавших в детектор, то есть снижает фон, а, следовательно, повышает точность и порог обнаружения анализа определяемых элементов. Сигнал с детектора 2 усиливается предварительным усилителем 8 и подается на процессор спектрометрических импульсов 11, где формируется спектр излучения среды. Спектр передается в автономный анализатор 12, где он может храниться и обрабатываться. По спектру рассчитывается концентрация элементов в среде и формируется сигнал 420 мА для систем АСУ ТП без компьютера. Кроме того, концентрация может быть выдана в любом удобном формате для ее дальнейшего использования. В случае разрыва пленки 4, сигнал с контактов датчика 18,сигнализирующего о разрыве слоя материала окна третьей пластины, поступит на автономный анализатор, который выключит электропитание спектрометра и выдаст сигнал аварийной остановки. Предлагаемое техническое решение использовано в поточном аналитическом приборе,предназначенном для анализа технологических растворов танталового производства АО Ульбинский Металлургический Завод, и в ходе 3 эксплуатации получены требуемые точность и порог обнаружения определяемых элементов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Рентгенофлуоресцентный спектрометр для анализа элементного состава движущихся сред,содержащий полупроводниковый детектор с автономной системой охлаждения на основе эффекта Пельтье, радиатор, спектрометр, датчик,сигнализирующий о разрыве слоя материала установленные в корпусе, имеющем окно,пропускающее излучение, закрепленную с внешней стороны корпуса емкость с анализируемой средой,датчик, сигнализирующий о разрыве слоя материала, отличающийся тем, что в корпусе размещены рентгеновская трубка,датчик,сигнализирующий о разрыве второго слоя материала, не контактирующего с анализируемой средой,измерительная камера,радиатор,выполненный из материала хорошо проводящего тепло, разделяющий корпус на пространство, где расположен высоковольтный генератор,и пространство, где расположен детектор с автономной системой охлаждения на основе эффекта Пельтье, на предварительный усилитель которого надет дополнительный радиатор сложной формы с отверстием, продольным разрезом,стягиваемым винтами, обеспечивающий фиксацию детектора в измерительной камере, горячий контакт системы охлаждения соединен с третьим радиатором, который одновременно является стенкой корпуса, процессор спектрометрических импульсов, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя детектора, автономный анализатор и передняя стенка прибора, выполненная из трех пластин, внешняя из которых снабжена направляющими, а две других втулками, в первой пластине установлена одна пленка, которая зафиксирована второй пластиной, а в третьей - две пленки, контакты датчика, размещены между слоями материала окна и выполнены в виде штыревых электродов, расположенных в нижней части окна.