Prinsip Kerja, Aplikasi, dan Keuntungan Radiometrik Level Sensor

Radiometrik Level Sensor menggunakan sumber radioaktif yang memancarkan sinar gamma yang dilemahkan saat melewati materi. Teknologi ini membutuhkan sumber dan sensor yang diatur agar sinar gamma melewati tangki. Sinar gamma akan sedikit banyak dilemahkan tergantung pada ketinggian produk di dalam tangki. Keuntungan utama dari jenis sensor ini adalah dapat digunakan untuk semua aplikasi. Ini memungkinkan pengukuran non-kontak dan non-intrusif.

Pengukuran level berkelanjutan dan deteksi level titik dalam cairan dan padatan curah dengan perangkat Gamma, Radiometrik Level Sensor dengan wadah sumber dan Gammapilot memberikan nilai pengukuran yang andal di mana prinsip pengukuran lainnya tidak dapat digunakan lagi karena kondisi proses yang ekstrem atau karena kondisi mekanis, geometrik, atau konstruksi. Perangkat gamma dibuat untuk deteksi level titik non-kontak, level kontinu, antarmuka, dan pengukuran densitas dalam cairan, padatan, suspensi, atau lumpur.

Dengan perangkat pengukuran radiometrik, empat tugas pengukuran (level kontinu, level titik, kepadatan, dan antarmuka) dapat diselesaikan, bahkan dalam kondisi proses yang ekstrem. Radiasi dari wadah sumber gamma dipancarkan hampir tidak dilemahkan dalam satu arah saja, dan teredam di semua arah lainnya.

Baca Juga : Jenis Level Gauge Pada Industri

Prinsip Kerja Radiometrik Level Sensor

Cara Kerja Radiometrik Level Sensor bersumber dari gamma, isotop cesium atau kobalt, memancarkan radiasi gamma yang dilemahkan saat melewati bahan. Efek pengukuran dihasilkan dari penyerapan radiasi oleh produk yang akan diukur yang disebabkan oleh perubahan level. Sistem pengukuran terdiri dari sumber, wadah sumber dan pemancar kompak sebagai penerima.

Radiometrik Level Sensor bekerja tanpa kontak dan tidak mengganggu. Karena komponen dipasang di dinding luar, mereka tidak bersentuhan dengan bahan yang diukur dan karenanya tidak terkena keausan. Radiasi gamma, dipancarkan dari sumber terlindung dilemahkan saat melewati kapal. Redaman ini diukur dengan detektor yang sangat sensitif, dipasang di sisi berlawanan dari kapal. Karena jenis radiasi dan geometri pengukuran konstan, redaman hanya akan dipengaruhi oleh perubahan level.

Pengukuran level yang terus menerus menggunakan medan radiasi di seluruh rentang pengukuran. Jika level naik dalam kisaran medan radiasi, redaman menjadi lebih kuat dan akibatnya detektor mengukur lebih sedikit radiasi. Dengan cara ini, level dapat dipantau dengan andal – terlepas dari tekanan, suhu, viskositas, warna, dan semua sifat kimia. Ada kemungkinan berbeda bagaimana medan radiasi terbentuk. Baik detektor batang atau sumber batang digunakan; kadang-kadang paling bermanfaat untuk menggunakan keduanya dalam kombinasi.

Baca Juga : Prinsip Kerja Sensor Konduktivitas

Dasar Dasar Radioaktivitas

Radioaktivitas secara kasar dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, masing-masing dipancarkan oleh peluruhan isotop radioaktif:

• radiasi alfa : radiasi partikel berupa nukleon helium (partikel alfa)
• radiasi beta: radiasi partikel unsur dalam bentuk elektron dan/atau positron (partikel beta)
• radiasi gamma: gelombang elektromagnetik berenergi tinggi mirip dengan gelombang radio dan cahaya

Dengan tingkat radiometrik dan pengukuran kepadatan, hanya radiasi gamma yang digunakan. Radiasi alfa dan beta tidak cukup kuat untuk menembus material padat, tetapi energi tinggi dan panjang gelombang frekuensi tinggi dari gelombang gamma memancar melalui material di jalur berkas. Ketika sinar gamma melewati materi, tingkat penyerapan sebanding dengan ketebalan lapisan, kepadatan bahan, penampang penyerapan bahan, dan energi gelombang.

Dengan demikian, penyerapan dan energi merupakan faktor utama yang mempengaruhi ukuran sumber yang dibutuhkan dan kualitas pengukuran radiometrik. Isotop industri yang umum digunakan dalam aplikasi radiometrik adalah cesium-137 (Cs-137) dan kobalt-60 (Co-60). Kedua isotop berbeda dalam atribut fisiknya, dengan cesium memiliki waktu paruh yang lebih lama tetapi energi radiasi gamma yang dipancarkan lebih rendah. Cobalt-60 memiliki waktu paruh yang lebih pendek dengan energi yang lebih tinggi.

Dalam deteksi tingkat radiometrik atau sistem pengukuran kepadatan, sumber eksternal memancarkan radiasi yang melewati kapal dan diukur oleh detektor eksternal.

Baca Juga : Prinsip Kerja Pengukuran Konduktif Level

Waktu paruh adalah lamanya waktu yang dibutuhkan sumber untuk meluruh hingga mencapai setengah dari aktivitas yang dihasilkan oleh isotop asli. Waktu paruh Cs-137 adalah 30,17 tahun, dan Co-60 adalah 5,2 tahun. Biasanya, Cs-137 digunakan dalam aplikasi industri, karena memerlukan lebih sedikit perawatan (yaitu, mengganti sumber) dan aktivitas atau kekuatannya cukup untuk sebagian besar aplikasi. Dalam kasus khusus, Co-60 mungkin diperlukan untuk memancar melalui bahan tebal atau cairan berdensitas tinggi. Rumus menentukan ukuran sumber, dengan mempertimbangkan apa pun di jalur pancaran (dinding bejana, insulasi, koil pemanas, dan penghalang) dan jarak dari sumber ke detektor.

Perhitungannya menggunakan persamaan berikut:

P =  F_a · F_s · F_i
_________________

     K

di mana:

P = aktivitas sumber yang diperlukan dalam mCi

K = koefisien isotop (K = 3,55 untuk Cs-137 dan 13,2 untuk Co-60)

Fa = r2, di mana r mengacu pada jarak dari sumber ke detektor

Fs = absorpsi, bergantung pada densitas material dan ketebalan material pada lintasan balok

Fi = sensitivitas detektor

Baca Juga : Prinsip Kerja Float Level Switch

Elemen Gamma

Tingkat gamma atau sistem densitas tipikal terdiri dari empat bagian: sumber radioaktif, pemegang sumber, detektor, dan braket untuk memasang komponen ke bejana atau pipa proses. Fungsi pemegang sumber (gambar 3) hanyalah untuk menahan sumber radioaktif dengan cara yang aman. Penahan sumber adalah wadah timah dengan potongan slot untuk mengarahkan gelombang gamma menuju proses. Sudut pancaran melalui slot biasanya memiliki lebar sekitar 6 derajat dan tinggi 5, 20, atau 40 derajat. Ini berarti tingkat radiasi sangat rendah pada pemegang sumber kecuali seseorang secara langsung berada di jalur pancaran.

Meskipun tidak dianjurkan, seseorang harus duduk di dudukan sumber selama dua setengah jam untuk menerima dosis radiasi yang sama seperti terbang dari New York ke Miami dengan pesawat terbang. Jalur sinar harus dilindungi atau disaring untuk mencegah seseorang secara tidak sengaja mendapatkan jari atau tangan di jalur sinar ini. Sesuai pedoman Komisi Pengaturan Nuklir, pemegang sumber harus memiliki mekanisme rana yang dapat dikunci untuk memblokir radiasi, atau mekanisme untuk memutar sumber menjauh dari bukaan. Ini membuat penahan sumber aman, memungkinkan personel pemeliharaan melakukan pekerjaan di dalam kapal dan memasang atau melepas penahan sumber. Detektor (gambar 4) telah banyak berubah selama beberapa tahun terakhir dan menjadi jauh lebih sensitif dan responsif.

Tujuan dari detektor adalah untuk mendeteksi dan mengukur jumlah radiasi yang diterima. Dalam sistem gamma yang lebih tua, ruang ion biasanya digunakan dalam aplikasi kepadatan. Detektor modern menggunakan sensor tabung sintilator. Tabung sintilator menyerap foton gamma dan mengubahnya menjadi pulsa cahaya. Pulsa cahaya ini membuat fotoelektron di katoda foto, di mana mereka dikalikan dan diubah menjadi pulsa listrik. Pulsa atau hitungan ini menentukan berapa banyak radiasi yang diterima oleh detektor. Dengan tabung detektor kilau yang terbuat dari kristal natrium iodida (NaI) atau plastik PVT, energi yang dibutuhkan untuk membuat pengukuran yang akurat menjadi minimal. Misalnya, pipa slurry 18 inci mungkin memerlukan sumber Cs-137 250 mCi agar memiliki aktivitas yang cukup untuk jenis detektor ion yang lebih lama agar berfungsi.

Baca Juga : Pengertian, Prinsip Kerja, dan Aplikasi Sensor Level Hidrostatik

Dengan detektor tabung kilau, sumber 30-mCi Cs-137 menangani aplikasi yang sama. Radiasi yang berkurang memastikan keselamatan orang yang bekerja di area tersebut, dan detektornya jauh lebih stabil bahkan dengan perubahan suhu yang besar. Detektor kilau fleksibel menawarkan pemasangan yang mudah tetapi mungkin tidak sesensitif sintilator kaku. Dalam aplikasi kepadatan, semakin tinggi tingkat hitungan, semakin rendah kepadatannya. Dalam aplikasi level, hal yang sama berlaku, semakin tinggi tingkat hitungan, semakin rendah level di bejana proses. Detektor berisi pemancar yang mengubah laju hitungan menjadi sinyal keluaran HART 4-20 mA untuk dikirim ke sistem kontrol atau pemantauan.

Output Fieldbus Profibus PA atau FOUNDATION mungkin juga tersedia. Dengan detektor sintilator yang lebih sensitif saat ini, seringkali dimungkinkan untuk memperpanjang umur sistem gamma. Detektor gaya lama membutuhkan lebih banyak energi, mereka cenderung tidak bekerja dengan andal karena sumbernya mendekati waktu paruh. Detektor gaya sintilator memperpanjang umur sumber, menghilangkan kebutuhan untuk membeli sumber baru dan biaya membuang sumber lama. Seperti yang telah dibahas, sumber radioaktif meluruh pada tingkat tertentu. Dalam sistem gamma yang lebih tua, kalibrasi yang sering diperlukan untuk mengkompensasi penurunan aktivitas sumber.

Detektor saat ini memiliki kompensasi peluruhan sumber bawaan. Mereka secara otomatis mengkompensasi pembusukan, mengurangi persyaratan kalibrasi dan biaya pemeliharaan. Beberapa detektor menggunakan tabung Geiger-Mueller untuk deteksi radiasi. Unit-unit ini tidak sesensitif detektor tabung sintilator, tetapi mereka bekerja dengan baik untuk deteksi tingkat titik dan biaya lebih murah.

Baca Juga : Prinsip Kerja, Aplikasi, dan Kelebihan Optical Level Sensor

Interferensi Luar

Radiasi dari sumber eksternal dapat menjadi masalah utama untuk sistem berbasis gamma. Radiasi eksternal dapat berasal dari bahan radioaktif dalam media proses, perangkat pemancar gamma lainnya, atau pengujian radiografi. Kilang, pabrik petrokimia, dan pabrik kimia berat dapat melakukan pengujian radiografi rutin pada pipa dan kapal untuk memastikan integritasnya. Setiap kali teknisi melakukan rontgen pada pipa atau bejana, ada gelombang besar radiasi latar belakang.

Output dari detektor berbasis gamma di pabrik kemungkinan besar akan terpengaruh. Peningkatan radiasi latar belakang ditangkap oleh detektor gamma, menyebabkan pemancar melaporkan tingkat yang jauh lebih rendah daripada yang sebenarnya ada. Hal ini dapat menyebabkan gangguan besar dalam proses dan dapat menimbulkan risiko keamanan.

Di masa lalu, tanaman akan mencoba untuk melindungi detektor gamma atau menempatkan loop kontrol secara manual selama pengujian radiografi untuk menghindari gangguan proses. Saat ini, modulator gamma dapat menghilangkan masalah apa pun dari radiasi eksternal.

Modulator gamma dipasang di antara pemegang sumber dan proses. Ini terdiri dari dua batang penyerap yang berputar dengan kecepatan tetap langsung di jalur sinar gamma. Ketika batang penyerap sejajar dengan sinar gamma, mereka melemahkan energi gamma sehingga tidak ada energi yang mencapai detektor, dan detektor gamma membaca radiasi latar belakang. Saat batang penyerap berputar sejajar dengan jalur sinar gamma, sinar gamma melewati antara batang penyerap dan melanjutkan ke bejana proses dan detektor.

Detektor dikonfigurasi untuk mencari energi gamma termodulasi ini. Secara internal, ia mengurangi pembacaan radiasi latar belakang ketika modulator dalam posisi terbuka. Dengan demikian, nilai yang dihasilkan tidak terpengaruh oleh radiasi latar.

Sistem gamma modern untuk pengukuran level atau densitas dapat diandalkan, akurat, dan aman—dan sering kali berfungsi dalam aplikasi level dan densitas di mana solusi lain tidak. Pengguna akhir perlu memastikan pemasok mereka mengetahui tentang persyaratan lisensi gamma dan dapat memberikan dukungan gamma penuh untuk fasilitas Anda.

Baca Juga : Prinsip Kerja Radar Level Sensor Tanpa Kontak

Cara Memilih Radiometrik Level Sensor

Dalam semua proses industri yang menggunakan reservoir, silo atau tangki penyimpanan, Anda perlu mengetahui tingkat elemen yang disimpan, atau setidaknya dapat mendeteksi tingkat yang signifikan (yaitu tangki penuh atau kosong). Inilah gunanya sensor dan detektor level. Meskipun kedua istilah ini mungkin tampak seperti sinonim, kedua perangkat pada dasarnya berbeda: sementara detektor menunjukkan apakah level telah mencapai ketinggian tertentu, sensor memberikan pengukuran ketinggian level secara terus menerus. Oleh karena itu, detektor digunakan untuk mengelola peringatan atau setpoint level. Ada beberapa teknologi pengukuran yang tersedia untuk sensor dan penting untuk memilih teknologi yang paling sesuai untuk aplikasi yang dimaksud.

Untuk memilih teknologi yang paling sesuai dengan proses Anda, penting untuk mengetahui sifat produk yang akan diukur. Apakah itu cair, pasta atau padatan lepas? Jika cairan, apakah ada busa di permukaan cairan? Teknologi pengukuran level dapat dibagi menjadi dua kelompok: kontak dan non-kontak. Teknologi non-kontak lebih sesuai untuk digunakan di lingkungan ekstrem atau dengan produk agresif. Pengukuran tingkat non-kontak juga memiliki keuntungan bahwa tidak ada risiko mencemari produk.

Seperti halnya sensor lainnya, rentang pengukuran sangat penting dan perhatian harus diberikan untuk mempertimbangkan posisi sensor dalam kaitannya dengan produk. Misalnya, jika Anda memasang sensor di bagian atas silo dan ada jarak 1 meter antara sensor dan tinggi maksimum produk di silo, Anda harus mempertimbangkan pengukur ini saat mengevaluasi rentang level yang akan diukur.

Baca Juga : Definisi, Cara Kerja, dan Aplikasi Ultrasonic Level Sensor

Penting untuk memilih sensor level yang tahan terhadap tekanan dan suhu kondisi proses dan memiliki sinyal keluaran yang kompatibel dengan sistem pengukuran: keluaran analog atau digital; dengan atau tanpa tampilan; keluaran relai; dll. Berikut adalah tabel informasi yang dimiliki radiometrik level sensor :

Aplikasi Radiometrik Level Sensor

Instrumen tingkat/densitas radiometrik atau gamma paling sering digunakan dalam aplikasi di mana teknik pengukuran lainnya gagal karena suhu atau tekanan ekstrem, media beracun, geometri kompleks bejana atau pipa dengan persyaratan pemasangan yang sulit, viskositas tinggi, perubahan perilaku fluida, atau abrasif atau korosif sifat media proses.

Baca Juga : Definisi, Cara Kerja, dan Keunggulan Capacitive Level Sensor

Contoh aplikasi untuk pengukuran tingkat radiometrik

• Kolom Distilasi (Pengukuran level dan tekanan di unit distilasi)
• Coke Drums (Kepadatan, pengukuran level, dan deteksi level titik dalam coke drums)
• Urea Reboiler (Pengukuran level dan deteksi level titik di reboiler selama distilasi urea)
• Tangki penyimpanan untuk cairan yang sangat beracun (Pengukuran level dan deteksi level titik di media yang sangat beracun)

Kelebihan Radiometrik Level Sensor

• Sangat akurat dan dapat diandalkan
• Tidak ada keausan
• Tidak ada perawatan yang diperlukan setiap saat
• Tidak terpengaruh oleh suhu, tekanan, debu, warna, konduktivitas, atau sifat kimia dari bahan yang diukur
• Berlaku secara universal di semua jenis kapal, tanpa modifikasi rencana
• Pengukuran non-kontak dari luar
• Untuk tugas pengukuran ekstrem di mana prinsip lain tidak dapat digunakan lagi
• Wadah sumber dengan sakelar hidup/mati manual atau pneumatik dan gembok, kunci silinder atau baut pengunci untuk memperbaiki posisi sakelar

Batasan Radiometrik Level Sensor

• Teknologi mahal & Harga Mahal
• Diperlukan perawatan rutin
• Sumber Radiasi yang digunakan untuk pengukuran level.

Baca Juga : Teknologi untuk Mengukur Gas Oksigen

Kesimpulan

Dari artikel yang sudah kami bahas diatas yaitu “Prinsip Kerja, Aplikasi, dan Keuntungan Radiometrik Level Sensor” dapat ditarik disimpulkan, yaitu :

• Radiometrik Level Sensor menggunakan sumber radioaktif yang memancarkan sinar gamma yang dilemahkan saat melewati materi. Teknologi ini membutuhkan sumber dan sensor yang diatur agar sinar gamma melewati tangki.
• Radiometrik Level Sensor bekerja tanpa kontak dan tidak mengganggu. Karena komponen dipasang di dinding luar, mereka tidak bersentuhan dengan bahan yang diukur dan karenanya tidak terkena keausan.
• Instrumen tingkat/densitas radiometrik atau gamma paling sering digunakan dalam aplikasi di mana teknik pengukuran lainnya gagal karena suhu atau tekanan ekstrem, media beracun, geometri kompleks bejana atau pipa dengan persyaratan pemasangan yang sulit, viskositas tinggi, perubahan perilaku fluida, atau abrasif atau korosif sifat media proses.
• Banyak keunggulan yang diberikan dari Radiometrik Level Sensor, namun semakin banyaknya fitur yang ditawarkan membuat harga jualnya yang mahal dan membutuhkan perawatan secara berkala.

Sumber : instrumentationtools.com | blog.isa.org | www.directindustry.com | www.endress.com | www.vega.com