Радиационные приборы. Эксплуатация

2. Необходимость установки определенной экспозиции замеров, которая бы обеспечивала заданную точность измерений. Для определения такой экспозиции нужно иметь хотя бы ориентировочные данные об ожидаемых значениях измеряемых величин. Тогда при заданной погрешности измерений и известном уровне радиационного фона необходимая величина экспозиции текущего и «живого» времени определяется по известным методикам.

3. Влияние на результаты измерения ИИ естественного радиационного фона. Как постоянная составляющая, фон включается в результат любого измерения, и для получения истинных данных из показаний прибора его надо исключать. Поскольку фон подвержен вариациям, его приходится контролировать с заданной периодичностью (проводить дополнительные измерения). Отрицательно сказывается влияние фона и на точности измерений. Например, когда значение измеряемой величины соизмеримо с уровнем фона, среднеквадратическая погрешность результатов измерений увеличивается примерно на 40%. Для снижения влияния фона приходится использовать или схемные, или конструкционные меры защиты, причем масса такой защиты может доходить до десятков тонн.

4. Для измерения спектральных распределений ионизирующих частиц (квантов) по энергии, массе или другим параметрам необходимо использовать достаточно сложную импульсную технику, отвечающую уровню требований к самым современным электронным приборам. В спектрометрах уже нередко используются многоканальные анализаторы импульсов, в которых число каналов измеряется тысячами. При построении таких приборов широко используются большие интегральные схемы, микропроцессоры и другие подобные элементы.

5. Эксплуатационной особенностью РП является использование в них детекторов ИИ, требующих для своей работы высокого напряжения. Для работы сцинтилляционных детекторов с фотоэлектронными умножителями (ФЭУ) требуются напряжения порядка 1 – 2 кВ, для газоразрядных счетчиков – порядка 400 – 1000 В, для ионизационных камер и полупроводниковых детекторов – порядка сотен вольт. Таким образом, при эксплуатации РП необходимо учитывать и их потенциальную электроопасность.

6. В ряде случаев измерениям ИИ должны предшествовать вспомогательные операции по отбору радиоактивных проб и их обработке; наиболее часто с подобной ситуацией приходится сталкиваться при измерении удельной объемной активности (УОА) воздуха и воды, поскольку контролируемые величины оказываются ниже порога чувствительности приборов.

Из других особенностей эксплуатации РП можно отметить трудности, связанные с обеспечением работы спектрометрических германиевых детекторов ИИ, требующих низких температур (чаще всего они работают в атмосфере жидкого азота). Для питания ФЭУ требуется стабилизированное напряжение. Для измерения ионизационных токов должны использоваться специальные измерители слабых токов, которые строятся по особым схемам.

Указанные особенности обусловливают эксплуатационную специфику при измерении ИИ. Свои особенности имеют и операции по калибровке, градуировке, поверке РП, по условиям их хранения, ремонта, транспортирования. Рассмотрению этих особенностей и посвящен данный материал.

ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАДИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ

Эксплуатационные характеристики измерительных приборов – совокупность технических параметров, позволяющих судить о применимости приборов и удобстве работы с ними в различных условиях эксплуатации.

В число этих параметров входят величины, определяющие допустимые внешние воздействия, характеристики качества изготовления прибора (его надежность, приспособленность к ремонту, гарантийный срок использования), удобство выполнения измерений и т. п.

Рабочие условия эксплуатации

Правила эксплуатации измерительных приборов требуют, чтобы они использовались только в регламентированных условиях окружающей среды и только при допустимых уровнях других неблагоприятных воздействий, т.е. лишь в определенных условиях эксплуатации. Выполнение этих требований обеспечивает паспортную точность измерений и стабильную работу прибора в течение всего гарантийного срока его использования.

По природе и характеру внешние факторы, влияющие на работу прибора, можно разделить на четыре основные группы: климатические, механические, электромагнитные и радиационные.

К климатическим относятся факторы, являющиеся климатическими показателями состояния воздушной среды: температура воздуха, влажность и атмосферное давление. В эту же группу включаются такие природные факторы, как дождь, снег, роса, иней, а также загрязненность, запыленность воздуха, содержание в нем микроорганизмов, грибков и т. п.

К механическим факторам относятся транспортная тряска и вибрации, удары при падении и др.; к электромагнитным – внешние электростатические и магнитные поля; к радиационным – ИИ. На приборы воздействует не только окружающая среда, но и тот микроклимат, который они сами создают при работе. Отдельную подгруппу составляют факторы, связанные с обеспечением электропитания прибора от внешних источников.

Влияние внешних условий на работу прибора характеризуют величинами дополнительных погрешностей – изменениями показаний прибора, возникающими при отклонении одного из влияющих факторов от нормального значения или выходе из нормальной области значений. Например, дополнительную температурную погрешность указывают на каждые 10 

С изменения температуры (как правило, она не должна превосходить половины основной погрешности прибора).

Совокупность характеристик внешней среды, в которой должен находиться прибор как во время работы, так и в выключенном состоянии, а также необходимых параметров электропитания прибора называют рабочими условиями его эксплуатации. Рабочие условия эксплуатации определяются диапазоном величин, характеризующих внешние воздействия, для которых нормируется дополнительная погрешность прибора или гарантируется сохранение характеристик в пределах норм, указанных для нормальных условий. Только в этих условиях приборы могут выполнять свои функции измерительных устройств.

Чаще всего РП, используемые для ОРБ, эксплуатируются в полевых условиях (вне помещений) или в закрытых отапливаемых помещениях. В ряде случаев, например при проведении радиационной разведки, приборы эксплуатируются в условиях размещения на транспортных средствах.

Приборы, эксплуатируемые в закрытых отапливаемых помещениях, защищены от влияния низкой температуры и непосредственного воздействия пыли и воды (дождя, брызг, инея), а также от механических воздействий. Однако при транспортировке и переноске они могут подвергаться ударам и вибрациям. Кроме того, в небольших помещениях температура окружающей среды может повышаться из-за выделения тепла самими приборами.

Приборы, эксплуатируемые в полевых условиях, подвержены комплексу климатических воздействий. Это пониженная и повышенная температура окружающей среды, прямое воздействие воды (дождя, инея, росы) и воздуха с повышенной влажностью. Приборы этой группы подвергаются также большим механическим воздействиям, но, как правило, при транспортировке, т.е. в нерабочем состоянии.

Условия эксплуатации приборов, размещаемых на транспортных средствах (автомобили, вертолеты, самолеты, корабли и т.п.), характеризуются повышенными механическими воздействиями, причем как в выключенном, так и во включенном состоянии.

Внешние воздействия заметно усложняются в районах с тропическим климатом, где на приборы может длительное время действовать повышенная температура, а влажность воздуха доходить до 100%. В таких условиях активнее протекают процессы образования грибков, плесени и микроорганизмов как на внешней поверхности приборов, так и внутри них.

При предполагаемом применении измерительных приборов необходимо, прежде всего, проконтролировать соответствие конкретных условий окружающей среды, в которых должны производиться измерения, возможностям прибора по рабочим, допустимым условиям его эксплуатации. Паспортные данные о рабочих условиях эксплуатации являются первейшей эксплуатационной характеристикой прибора. Именно они определяют допустимость использования прибора в конкретных условиях окружающей среды.

Надежность приборов

Второй важнейшей эксплуатационной характеристикой приборов является их надежность. Надежность прибора – свойство (способность) выполнять заданные измерительные функции в определенных условиях эксплуатации в течение установленного времени. Другими словами, за это установленное время изменения метрологических параметров прибора или не должны происходить вовсе, или не выходить за допустимые пределы, регламентированные технической документацией: техническим заданием (ТЗ) или техническими условиями (ТУ).

Надежность – комплексное понятие и, в зависимости от условий эксплуатации приборов и предъявляемых к ним требований, может включать в себя безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность.

Безотказность – основная из характеристик надежности прибора, свойство сохранять состояние работоспособности без вынужденных перерывов (простоев) в работе в заданных условиях эксплуатации. Прибор считается работоспособным, если в данный момент времени он позволяет производить весь предусмотренный технической документацией комплекс измерений с заданной точностью.

Состояние, в котором прибор не удовлетворяет хотя бы одному из зафиксированных в документации требований, считается его неисправностью. Неисправности, приводящие прибор в неработоспособное состояние, называются отказами. Таким образом, не все неисправности (например, дефекты окраски, люфт органов регулирования и т.п.) являются отказами. Подобные неисправности часто называют дефектами.

Эксплуатационную надежность приборов по критерию безотказности принято характеризовать рядом статистических параметров, основными из которых являются вероятность безотказной работы и средняя наработка до отказа.

Исходной величиной для определения этих параметров является распределение плотности вероятности отказов во времени. Это распределение находится по данным опытной длительной эксплуатации достаточно больших партий одинаковых приборов, в ходе которой определяются моменты выхода их из строя. Если в первый момент времени обычно работоспособны все 100% приборов, то через какое-то время (оно может быть и сколь угодно большим) все приборы выйдут из строя. Вероятность безотказной работы прибора определяется как возможность того, что его отказ наступит только по истечении заданного времени.

Второй показатель безотказности – средняя наработка до отказа – определяется величиной математического ожидания времени до появления первого отказа прибора.

Этот показатель называют также средним сроком службы прибора.

В период нормальной эксплуатации средняя частота отказов равна интенсивности отказов.

Долговечность характеризует общий срок эксплуатации прибора. Под долговечностью прибора понимается его свойство сохранять работоспособность при установленной системе ТО и ремонтов до наступления предельного состояния, когда дальнейшая эксплуатация прибора должна быть прекращена. Предельное состояние наступает тогда, когда установленная система ТО и ремонтов не обеспечивает поддержание метрологических параметров на требуемом уровне. Причиной наступления предельного состояния могут быть неустранимые нарушения требований безопасности, уход метрологических параметров за допустимые пределы, резкое снижение эффективности эксплуатации. Долговечность количественно оценивается техническим ресурсом, который оговаривается в технической документации. Ресурс может выражаться в годах, часах, числе включений и т. д. Различают следующие разновидности ресурса: полный, доремонтный (до капитального или среднего ремонта), использованный, остаточный.

Фактическая календарная продолжительность эксплуатации прибора до физического, морального износа или до списания называется сроком его службы. Практический срок службы обычно меньше долговечности прибора. Физический износ возникает из-за нарушения правил эксплуатации прибора, необратимом выходе из строя его элементов и т. п. Моральный износ определяется техническим прогрессом, появлением новых, более современных элементов, изделий и приборов в целом. Для аппаратуры, измеряющей ИИ, период морального износа не превышает десяти лет.

Сохраняемость – свойство прибора сохранять исправное и работоспособное состояние в течение (и после) срока хранения и транспортирования, установленного в технической документации.

В качестве показателей сохранности применяются: вероятность безотказного хранения в течение заданного времени, интенсивность отказов при хранении и среднее время безотказного хранения прибора. Наиболее часто пользуются таким показателем, как среднее время безотказного хранения. Это показатель для приборов, которые при хранении не подвергаются профилактическим мероприятиям.

Ремонтопригодность — свойство прибора, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, отысканию и устранению причин и последствий отказов путем проведения ТО и ремонта. Ремонтопригодность прибора характеризуется затратами труда, времени и средств на поддержание и восстановление его работоспособности.

Для обеспечения требуемого уровня ремонтопригодности и облегчения ремонта используются специальные конструкционные и организационные меры:

– блоки и узлы приборов выполняются взаимозаменяемыми; при этом объем дополнительных регулировок должен быть, по возможности, минимальным;

– заранее облегчается возможность доступа к элементам, деталям и узлам, имеющим наибольшую вероятность выхода из строя (наибольшую интенсивность отказов); для настройки и проверки исправности прибора после ремонта используется стандартная измерительная аппаратура или устройства, входящие в состав прибора;

– выделяются и маркируются контрольные точки электрической схемы, позволяющие проверить работоспособность отдельных узлов и частей прибора;

– в состав прибора включаются контрольные ИИИ для проверки работоспособности прибора вместе с детекторным блоком или генераторы импульсных сигналов для проверки исправности электрических цепей прибора (полностью или части);

– опознавательные надписи узлов прибора и обозначение элементов при его монтаже выполняются такими же, как на принципиальной электрической схеме;

– на выдвижных блоках прибора предусматриваются ручки, облегчающие извлечение блоков из кожуха;

– в комплект прибора включаются соединительные кабели такой длины, которая бы позволяла работать с отдельными блоками, извлеченными из общей стойки (кожуха) прибора;

– для ремонта в комплект поставки входит запасное имущество (ЗИП);

– в инструкции по эксплуатации прибора указывается перечень типовых неисправностей и методов их устранения и другие подобные меры.