海默多相流量計(jì)原理分析課件

海默多相流量計(jì)原理1海默多相流量計(jì)原理1多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——傳統(tǒng)兩相、三相分離器分離計(jì)量方案

1）由兩相、三相分離器對(duì)油井產(chǎn)出三相混合物進(jìn)行氣液或油氣水分離

2）通過(guò)對(duì)分離器內(nèi)儲(chǔ)液段的液位控制，排放液體，進(jìn)行液體、含水率計(jì)量或純油純水計(jì)量

3）通過(guò)對(duì)分離器的壓力控制進(jìn)行氣體排放并對(duì)氣體進(jìn)行計(jì)量

4）由微機(jī)對(duì)以上工作過(guò)程進(jìn)行控制并采集處理數(shù)據(jù)，得到油井油、氣、水產(chǎn)量及有關(guān)測(cè)試參數(shù)。2多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——傳統(tǒng)兩相、三相分離器分離計(jì)量方案

多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——傳統(tǒng)計(jì)量方案的缺點(diǎn)1.有較多的管匯、分離器，工藝復(fù)雜、尺寸大，尺寸問(wèn)題在海洋石油平臺(tái)上尤為突出2.常規(guī)的計(jì)量測(cè)試裝備配套儀表多，儀表標(biāo)定煩瑣，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量高，生產(chǎn)維護(hù)工作量大；

3.控制系統(tǒng)較為復(fù)雜;4.常規(guī)的計(jì)量測(cè)試系統(tǒng)很難處理泡沫原油或難以分離的乳化液引起的相分離問(wèn)題，通常需進(jìn)行化學(xué)或機(jī)械干預(yù)，從而增加費(fèi)用并影響測(cè)量準(zhǔn)確度;3多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——傳統(tǒng)計(jì)量方案的缺點(diǎn)1.有較多的管匯多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)

1.不用相分離，工藝簡(jiǎn)潔，結(jié)構(gòu)緊湊，占空間??；

2.測(cè)量為實(shí)時(shí)、連續(xù)測(cè)量，基本上可無(wú)人值守，不用人員干預(yù)；

3.儀表具有良好的可靠性；

4.適用的準(zhǔn)確度和重復(fù)性；

5.一次投資和維護(hù)費(fèi)用低，在采油生產(chǎn)中，尤其在海洋石油和油井測(cè)試中具有很大的潛在效益。4多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)

1.不用相分離，工藝簡(jiǎn)多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)相分率測(cè)量1.介電相分率測(cè)量法介電相分率測(cè)量包括電容/電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)，與之相關(guān)的還有微波吸收法。利用油水介電常數(shù)區(qū)別較大，測(cè)量一種油水混合液的介電常數(shù)可以確定其含水率。2.伽馬射線法相分率測(cè)量依據(jù)油、水、氣對(duì)伽馬能量的衰減率不同，當(dāng)伽馬射線穿過(guò)油、水、氣混合物時(shí)，由混合物中分子的電子和原子引起衰減，通過(guò)建立相關(guān)方程可以求得混合物的相分率。5多相流測(cè)量技術(shù)回顧

多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)流量（流速）測(cè)量

1.文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)是一種傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)，近年來(lái)被廣泛地應(yīng)用于濕氣計(jì)量和多相流量計(jì)量。文丘里流量計(jì)可以適用于含氣流體和粘性流體的流量測(cè)量，當(dāng)與之配套的相分率儀表測(cè)量出氣體相分率后，可以容易地確定出液體流量2.互相關(guān)法互相關(guān)法就是在一定距離的管段上設(shè)置兩個(gè)傳感器（γ傳感器或電容、微波傳感器），測(cè)量相似流體性質(zhì)變化的特征與頻率，根據(jù)兩個(gè)傳感器對(duì)同一參照物測(cè)量的時(shí)滯，以及傳感器之間的距離，通過(guò)相關(guān)函數(shù)計(jì)算流體的速度。6多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)流量（流速）測(cè)量

1.海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

1.文丘里流量計(jì)2.流型調(diào)整器3.單能伽馬傳感器4.雙能伽馬傳感器5.壓力變送器、溫度變送器6.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成7海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

1.文丘海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

GasFraction(ag):氣相所占截面比GasVolumeFraction(GVF):氣相所占總體積比(工況條件下)WaterLiquidRatio(WLR):水相所占液相比(工況條件下)WLR&BS&W區(qū)別：WLR:工況，BS&W:標(biāo)況8海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

Gas海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型GROSSMULTIPHASEFLOWFlowrates@LineConditionsQoilQwaterQgasFlowConditionerDual-GammaRayRAWLR典型液相PVTDataFlowrates@StandardConditionsQoilQwaterQgasTTPTPressure&TemperatureMeasurementsPVTCalculationsSingle-GammaRayRAαgVenturiDP9海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)GROSSMULTIPHASEFL海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型WLRr=(1-ag)[ro+WLR(rw-ro)]+ag.rgFlowConditionerDUALDPTTInletOutletPTDPDPQmasstotalQoil=(1-GVF).(1-WLR).QtotalQwater=(1-GVF).WLR.QtotalQgas=GVF.QtotalagSINGLE3’’VenturiMeterRARA10海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)WLRr=(1-ag)[ro+WLGROSSFLOW?’’Vent&GasSamplingpointCalibrationPort(Graylock)1’’1/2ValveMAINLYLIQUIDGVF<10%Dual-GammaRaySensorRAGAS4010205060708090302%10%5%-2%-10%-5%15%-15%GVF(%)FunneleffectwithoutFlowConditionerWaterCutAbsoluteError11GROSSFLOW?’’Vent&GasSampl海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

儀表測(cè)量范圍含水率測(cè)量范圍0-100%

含氣率測(cè)量范圍0-90%(可擴(kuò)展到0-98%)

流量測(cè)量范圍8:1(可擴(kuò)展到30:1)典型的測(cè)量準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度重復(fù)性毛液量±5-10%（相對(duì)誤差）±5%

氣量±10%（相對(duì)誤差）±5%

含水率±2%（絕對(duì)誤差）±1%置信度為90%12海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000HG型（高含氣型）氣液兩相旋流分離器渦街流量計(jì)氣路控制閥文丘里流量計(jì)流型調(diào)整器單能伽馬傳感器雙能伽馬傳感器壓力變送器、溫度變送器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成13海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)氣液兩相旋流分離器13海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000HG型（高含氣型）

儀表測(cè)量范圍含水率測(cè)量范圍0-100%

含氣率測(cè)量范圍0-99%

流量測(cè)量范圍15:1

典型的測(cè)量準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度重復(fù)性毛液量±5-10%（相對(duì)誤差）±5%

氣量±10%（相對(duì)誤差）±5%

含水率±2%（絕對(duì)誤差）±1%置信度為90%14海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000HG型（高海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

海默MFM2000LG型（低含氣型）文丘里流量計(jì)雙能伽馬傳感器壓力變送器、溫度變送器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成15海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000LG型（低含氣型）儀表測(cè)量范圍

含水率測(cè)量范圍0-100%

含氣率測(cè)量范圍0-15%

流量測(cè)量范圍8:1典型的測(cè)量準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確度重復(fù)性毛液量±5%（相對(duì)誤差）±2.5%

氣量±10%（相對(duì)誤差）±5%

含水率±2%（絕對(duì)誤差）±1%置信度為90%16海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000LG型（低文丘里流量計(jì)

——工作原理

文丘里流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì)。差壓式流量計(jì)的基本原理是：在充滿流體的圓管中設(shè)置文丘里或噴嘴之類的節(jié)流件，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)，在其上、下游側(cè)就會(huì)產(chǎn)生靜壓力差，該靜壓力差與流過(guò)的流量之間有一個(gè)固定的函數(shù)關(guān)系，只要測(cè)得靜壓力差就可以由流量公式求得流量。17文丘里流量計(jì)

——工作原理

文丘里流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì)文丘里流量計(jì)

——基本計(jì)算公式

差壓式流量計(jì)的基本方程：Qv——體積流量；Qm——質(zhì)量流量；C——流出系數(shù)（Dischargecoefficient）；E——漸進(jìn)速度系數(shù)；d——節(jié)流元件內(nèi)徑（如噴嘴喉部）；ε——流束膨脹系數(shù)，對(duì)于液體ε=1；ρ1——節(jié)流件上游流體工作狀態(tài)下的密度；ΔP—節(jié)流件前后的壓差；β——節(jié)流件內(nèi)徑與測(cè)量管內(nèi)徑之比β=d/D；D——測(cè)量管內(nèi)徑。18文丘里流量計(jì)

——基本計(jì)算公式

差壓式流量計(jì)的基本方程：Qv文丘里流量計(jì)

——差壓式流量計(jì)的組成

1.節(jié)流裝置：即差壓流量計(jì)的流量傳感器；2.取壓系統(tǒng)：由取壓口、引壓管、隔離罐和五閥組構(gòu)成；3.壓差測(cè)量裝備：差壓計(jì)或差壓變送器；4.輔助儀表：壓力、溫度變送器、二次積算儀表等。1.節(jié)流件（文丘里管、文丘里噴嘴）2.上、下游引壓管3.隔離罐4.截止閥5.五閥組6.差壓變送器19文丘里流量計(jì)

——差壓式流量計(jì)的組成

1.節(jié)流裝置：即差壓文丘里流量計(jì)

——在多相流量計(jì)中的應(yīng)用

1.ISO5167--1和GB2624標(biāo)準(zhǔn)是適用于單相流體的差壓式流量計(jì)。差壓式流量計(jì)用于兩相流測(cè)量時(shí)，由于介質(zhì)密度變化、氣液滑差、非均相等因素，影響液體測(cè)量準(zhǔn)確度，尤其是在高含氣工況下尤為突出。2.數(shù)學(xué)模型修正：用于兩相流測(cè)量的差壓式流量計(jì)的修正公式有幾個(gè)，如：Murdock公式，James公式，Smith--leung公式以及林氏公式（林宗虎公式）。以Murdock公式和林氏公式應(yīng)用較好。海默多相流量計(jì)應(yīng)用林氏公式以提高液體測(cè)量準(zhǔn)確度。3.微分原理1).將三相流體微分，在瞬間狀態(tài)下近似作為單相流體2).電子學(xué)系統(tǒng)高速采樣3).適時(shí)計(jì)算20文丘里流量計(jì)

——在多相流量計(jì)中的應(yīng)用

1.ISO5167-什么是伽瑪傳感器

利用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，通過(guò)測(cè)量透射強(qiáng)度或散射強(qiáng)度來(lái)確定樣品的厚度、密度和組份等物理量的裝置透射式散射式21什么是伽瑪傳感器利用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，通過(guò)伽瑪傳感器的基本原理Nx=f（N0，X，ρ，組份…）組份=F（Nx，N0，X，ρ…）Nx—傳感器的輸出N0，X，ρ…—常數(shù)22伽瑪傳感器的基本原理Nx=f（N0，X，ρ，組份…）組原子的結(jié)構(gòu)

原子核：半徑～10cm由質(zhì)子和中子組成

-13Z個(gè)質(zhì)子，每個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量～1.008amu。帶一個(gè)單位的正電荷

N個(gè)中子，每個(gè)中子的質(zhì)量～1.009amu。不帶電荷

電子軌道：半徑～10

cm

-8Z個(gè)電子：每個(gè)電子的質(zhì)量為中子的1/1840。帶一個(gè)單位的負(fù)電荷

原子序數(shù)：Z

質(zhì)量數(shù)：A=Z+Namu：原子質(zhì)量單位，1amu=一個(gè)碳原子質(zhì)量的1/12

23原子的結(jié)構(gòu)原子核：半徑～10cm由質(zhì)子和中子元素與同位素一個(gè)原子的物理和化學(xué)性質(zhì)主要決定于它所含有的質(zhì)子數(shù)，即原子序數(shù)Z。原子序數(shù)相同的原子構(gòu)成一種元素。氫Z=1自然界最重的元素鈾Z=92人工合成元素Z＞92超重元素Z＞100一種元素可以有質(zhì)子數(shù)相同但中子數(shù)不同的若干種原子。它們被稱為該元素的同位素，它們有相同的化學(xué)性質(zhì)但不同的原子核性質(zhì)?！?/p>

氘氕氚元素氫的三種同位素24元素與同位素一個(gè)原子的物理和化學(xué)性質(zhì)主要決定于它所含有的質(zhì)放射性同位素和衰變

一個(gè)原子核的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比N/Z稱為中質(zhì)比。只有中質(zhì)比在一定范圍內(nèi)的原子核才是穩(wěn)定的。，在輕元素區(qū)：N/Z≈1的原子核比較穩(wěn)定到重元素鈾N/Z≈1.5的原子核才是穩(wěn)定的

當(dāng)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比N/Z偏離穩(wěn)定值時(shí)，原子核變得不穩(wěn)定，它們存在一定的時(shí)間后會(huì)自發(fā)地變成另一種穩(wěn)定或比較穩(wěn)定的原子核，同時(shí)發(fā)射射線以釋放多余的能量。，

不穩(wěn)定的原子核稱為放射性同位素。它們自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪环N原子核，同時(shí)放出射線的過(guò)程稱為放射性衰變。，

根據(jù)放射性衰變過(guò)程種放出射線種類的不同，放射性衰變可以分為不同的類型。最常見和最基本的衰變類型是α衰變和β衰變。，

25放射性同位素和衰變一個(gè)原子核的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比N/Zα衰變和β衰變?chǔ)了プ冊(cè)雍嗽谒プ冞^(guò)程中發(fā)射一個(gè)α粒子而蛻變?yōu)榱硪粋€(gè)原子核（子核）

，例：

α粒子由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成。它在穿過(guò)介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離作用，同時(shí)迅速損失能量。它在空氣中的射程約為幾厘米，一張紙即可當(dāng)住α粒子。

，

β衰變?cè)雍嗽谒プ冞^(guò)程中發(fā)射一個(gè)β粒子而蛻變?yōu)榱硪粋€(gè)原子核。，例：

β粒子是高能的電子。它在穿過(guò)介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電離、散射、激發(fā)和引起X射線的發(fā)射等。它在空氣中的射程約為幾米。，26α衰變和β衰變?chǔ)了プ冊(cè)雍嗽谒プ冞^(guò)程中發(fā)射一個(gè)α粒子而蛻變?cè)雍说哪芰繝顟B(tài)

不同的原子核具有不同的能量，它取決于原子核的組成。一個(gè)確定的原子核也可以處在不同的能量狀態(tài)，能量最低的稱為基態(tài)，能量較高的稱為激發(fā)態(tài)。，能量單位：1電子伏特(eV)=爾格，

1keV=1000eV，1MeV=1000keV1.17MeV1.34MeV0.31MeVα5.3MeVEZ衰變綱圖27原子核的能量狀態(tài)不同的原子核具有不同的能量，它取決于原子核γ射線和X射線伽瑪射線和X射線通稱為電磁輻射，它們是一種高能的電磁波，沒(méi)有靜止質(zhì)量、不帶電荷，有很強(qiáng)的穿透能力。，

伽瑪射線是原子核從較高激發(fā)態(tài)跳到較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)時(shí)放出的能量形式，如在衰變綱圖中表示的那樣。，X射線是原子的電子殼層的能量狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)放出的能量形式。這種X射線稱為特征X射線，具有分離的能量。一種具有連續(xù)能量的X射線稱為韌致輻射。，特征射線X韌致輻射28γ射線和X射線伽瑪射線和X射線通稱為電磁輻射，它們是一種高能放射性衰變規(guī)律一個(gè)不穩(wěn)定的原子核從它產(chǎn)生開始到衰變這段時(shí)間的平均值稱為平均壽命。它只決定于這種原子核的不穩(wěn)定的程度而和其他因素?zé)o關(guān)。，

，

當(dāng)大量的不穩(wěn)定原子核集中在一起時(shí)（放射源），每個(gè)原子核的平均壽命相同，但一個(gè)原子核的衰變和其它原子核的存在或衰變無(wú)關(guān)。這種情況稱為統(tǒng)計(jì)無(wú)關(guān)，原子核總數(shù)隨時(shí)間的減少可用指數(shù)規(guī)律來(lái)述描：，

—0時(shí)刻的原子核數(shù)，t—經(jīng)過(guò)的時(shí)間

N

—t時(shí)刻的原子核數(shù)，λ—衰變常數(shù)

放射源在單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子核數(shù)稱為源的活度（強(qiáng)度）。一個(gè)含有N個(gè)原子核的放射源它的活度為：，

，

29放射性衰變規(guī)律一個(gè)不穩(wěn)定的原子核從它產(chǎn)生開始到衰變這段時(shí)間放射源含有放射性同位素、以一定的化學(xué)形態(tài)存在的放射性物質(zhì)即是放射源，它分為開放性的和密閉的兩大類。同位素種類衰變類型、射線及其能量α

5.48MeVγ0.06MeV半衰期

433年強(qiáng)度居里（Ci）=衰變/秒貝克（Bq）=1衰變/秒

,毫居里（mCi）微居里（μCi）兆貝克（MBq）吉貝克（GBq）30放射源含有放射性同位素、以一定的化學(xué)形態(tài)存在的放射性物質(zhì)伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用

伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，是指它在穿過(guò)物質(zhì)時(shí)與其中的電子或原子核發(fā)生的碰撞結(jié)果。有三種相互作用，這就是光電吸收、康普敦散射和電子對(duì)產(chǎn)生。，

光電吸收伽瑪射線與原子的軌道電子發(fā)生碰撞，使電子離開軌道成為自由電子，伽瑪射線損失全部能量而消失。入射光電子光電子的能量：光電吸收發(fā)生的幾率因此，對(duì)能量較低的伽瑪射線和在重物質(zhì)中，光電吸收是伽馬射線與物質(zhì)相互作用的主要形式31伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，是指它

遞給自由電子或原子的外層電子，本身被散射而改變運(yùn)動(dòng)方向。康普敦電子散射康普敦散射在康普敦散射中，伽瑪射線把一部分能量傳入射散射伽瑪射線能量：伽瑪射線散射角的范圍0－180°對(duì)應(yīng)的電子出射角的范圍90°－0在伽瑪射線能量為幾百keV到幾MeV的區(qū)間和在輕的物質(zhì)中，康普敦散射是一種主要的相互作用。，32遞給自由電子或原子的外層電子，本身被散射而

伽瑪射線在原子核附近消失，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)正/負(fù)電子對(duì)。這種過(guò)程只有在伽瑪射線的能量大于1.02MeV（相應(yīng)于兩個(gè)電子的質(zhì)量）時(shí)才能發(fā)生。，每個(gè)電子的動(dòng)能：

電子對(duì)產(chǎn)生電子對(duì)產(chǎn)生的能量閾是1.02MeV，但只有當(dāng)伽瑪射線的能量在幾MeV以上和在重物質(zhì)中，電子對(duì)產(chǎn)生才有可觀的發(fā)生幾率。，33伽瑪射線在原子核附近消失，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)正/負(fù)電伽瑪射線的吸收窄束伽瑪射線吸收物質(zhì)

X定義：在一束伽瑪射線中的任何一個(gè)伽瑪光子，只要經(jīng)受一次相互作用（光電吸收、康普敦散射和電子對(duì)產(chǎn)生）就從射線束中消失。滿足這一條件的測(cè)量安排稱為窄束伽瑪射線。

鉛探測(cè)器

放射源在滿足窄束伽瑪?shù)臈l件下，伽瑪射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度衰減可用下式表示：

，N0—伽瑪束的初始強(qiáng)度

N—伽瑪束穿過(guò)厚度為X的物質(zhì)后的強(qiáng)度μ—線性吸收系數(shù)

X—伽瑪束穿過(guò)的物質(zhì)的厚度34伽瑪射線的吸收窄束伽瑪射線吸收物質(zhì)X定義：在一束伽瑪吸收系數(shù)

吸收系數(shù)μ表示物質(zhì)對(duì)伽瑪射線的吸收能力。μ越大，伽瑪射線穿過(guò)介質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度衰減越大。，從窄束伽瑪射線的定義中可知，伽瑪射線穿過(guò)介質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度衰減是由于三種相互作用造成的，μ是這三種相作用的總和效應(yīng)?！?/p>

吸收系數(shù)μ稱為線性吸收系數(shù)，它的量綱為1/cm。μ值與伽瑪射線的能量、介質(zhì)的化學(xué)組成以及密度有關(guān)。在實(shí)際中，吸收系數(shù)μ可以通過(guò)測(cè)量按下式計(jì)算：35吸收系數(shù)吸收系數(shù)μ表示物質(zhì)對(duì)伽瑪射線的吸收能力。μ越大質(zhì)量吸收系數(shù)當(dāng)采用質(zhì)量吸收系數(shù)時(shí)，伽瑪射線強(qiáng)度的衰減公式變?yōu)椋?，這時(shí)，吸收體的厚度用表示，稱為質(zhì)量厚度，量綱為。，

一種化合物或混合物的質(zhì)量吸收系數(shù)可用下式計(jì)算：，

線性吸收系數(shù)μ與密度之比μ/ρ稱為質(zhì)量吸收系數(shù)，它的量綱為。質(zhì)量吸收系數(shù)與介質(zhì)的密度無(wú)關(guān)。

—第

i種成分的質(zhì)量份額—第

i種成分的質(zhì)量份額36質(zhì)量吸收系數(shù)當(dāng)采用質(zhì)量吸收系數(shù)時(shí)，伽瑪射線強(qiáng)度的衰減公式變伽瑪射線的探測(cè)NaI(Tl)閃爍探測(cè)器的工作原理射線探測(cè)系統(tǒng)的一般組成37伽瑪射線的探測(cè)NaI(Tl)閃爍探測(cè)器的工作原理射線探測(cè)NaI(Tl)探測(cè)器的輸出信號(hào)

NaI(Tl)

探測(cè)器的輸出信號(hào)是電脈沖。這一脈沖信號(hào)包含兩個(gè)信息：伽瑪射線的能量和強(qiáng)度。，

由于探測(cè)過(guò)程的原因，對(duì)單一能量的伽瑪光子得到的脈沖幅度并不完全一樣，而是有一個(gè)分布，稱為能譜。，1.脈沖的幅度正比于伽瑪射線的能量2.脈沖個(gè)數(shù)正比于入射到探測(cè)器上的伽瑪光子數(shù)用NaI(Tl)探測(cè)器測(cè)到的伽瑪射線的能譜計(jì)數(shù)幅度（能量）峰在橫坐標(biāo)上的位置，對(duì)應(yīng)59.5keV光電峰逃逸峰38NaI(Tl)探測(cè)器的輸出信號(hào)NaI(Tl)探測(cè)器的輸出

伽瑪傳感器的結(jié)構(gòu)伽瑪傳感器分為單能伽瑪傳感器和雙能伽瑪傳感器兩種，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上大致相同差別在放射源。，測(cè)量管段探測(cè)器防爆筒多相流密封墊密封墊源倉(cāng)護(hù)罩γ束源源Ag片源Al板60keVX60keV22.5keV39伽瑪傳感器的結(jié)構(gòu)伽瑪傳感器分為單能伽瑪傳

三相介質(zhì)的基本吸收公式探測(cè)器源定義：含氣率含水率根據(jù)伽瑪射線指數(shù)衰減規(guī)律：利用上述定義和導(dǎo)出量：變形后可得：導(dǎo)出量：（GVF）（WC）40三相介質(zhì)的基本吸收公式探測(cè)器源定義：含氣率含水率單能伽瑪傳感器單能伽瑪傳感器在多相流量計(jì)中，主要解決總的三相流中含氣率GVF的測(cè)量。，和分別是水和油的吸收系數(shù)線性吸收系數(shù)在較低的工作壓力下，氣對(duì)伽瑪射線的吸收可以忽略。設(shè)并利用液相厚度的關(guān)系，可得：有了液相厚度即可求出含氣率：。，

通常，在單能伽瑪傳感器中使用源。在這種情況下，必須知道三相介質(zhì)的含水率才能計(jì)算含氣率。如果多相流中不含氣，則液相厚度即是傳感器的通徑。這時(shí)單能傳感器可測(cè)量油水混合介質(zhì)的含水率。41單能伽瑪傳感器單能伽瑪傳感器在多相流量計(jì)中，主要解決總的三雙能伽瑪傳感器雙能伽瑪傳感器是利用具有兩組不同能量的伽瑪束，相當(dāng)于兩個(gè)單能傳感器。這樣可以列出兩個(gè)方程，求解兩個(gè)未知數(shù)：含氣率λ和含水率η。，每道計(jì)數(shù)低能計(jì)數(shù)窗高能計(jì)數(shù)窗低能峰高能峰在雙能伽瑪傳感器中，需要同時(shí)測(cè)量高能伽瑪（60keV）和低能伽瑪（22.5keV）的透射強(qiáng)度。由于NaI（Tl）探測(cè)器的輸出脈沖的幅度正比于伽瑪射線的能量。所以，我們可以根據(jù)脈沖幅度對(duì)高、低能伽瑪射線分別進(jìn)行計(jì)數(shù)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有一塊雙能伽瑪板，通過(guò)對(duì)脈沖按幅度進(jìn)行分類來(lái)完成對(duì)高低能伽瑪?shù)挠?jì)數(shù)。高低能計(jì)數(shù)分布圖42雙能伽瑪傳感器雙能伽瑪傳感器是利用具有兩組不同能量的伽瑪束，雙能伽瑪傳感器對(duì)雙能伽瑪傳感器我們?nèi)约僭O(shè)氣的吸收可以忽略即，和并對(duì)高能和低能分別列出方程：，兩式相除得到：，

式中高能低能最后得到含水率的計(jì)算公式為：，

1.在海默多向流量計(jì)中，含水率的測(cè)量采用取樣的方法；

，2.當(dāng)含氣率比較高時(shí)，雙能傳感器測(cè)量含水率的誤差較大；，

3.雙能傳感器在海默多向流量計(jì)中用來(lái)測(cè)量含水率。

，

43雙能伽瑪傳感器對(duì)雙能伽瑪傳感器我們?nèi)约僭O(shè)氣的吸收可以忽略即伽瑪傳感器的標(biāo)定伽瑪傳感器必須經(jīng)過(guò)標(biāo)定才能使用。標(biāo)定的目的是確定探測(cè)器的輸出的計(jì)數(shù)與被測(cè)量之間的定量關(guān)系，或者說(shuō)是確定含氣率和含水率計(jì)算公式中的常數(shù)。，

在伽瑪傳感器的含氣率和含水率計(jì)算公式中的常數(shù)分為儀表常數(shù)和介質(zhì)常數(shù)。，

，

儀表常數(shù)：、

D介質(zhì)常數(shù)：伽瑪傳感器標(biāo)定的基本操作步驟：②測(cè)量空管計(jì)數(shù)；①準(zhǔn)備油樣和水樣，作為標(biāo)定用的標(biāo)準(zhǔn)樣品；③分別將油樣和水樣灌入到傳感器中，測(cè)量全油計(jì)數(shù)和全水計(jì)數(shù)。，，以上操作均在計(jì)算機(jī)軟件的引導(dǎo)下完成。44伽瑪傳感器的標(biāo)定伽瑪傳感器必須經(jīng)過(guò)標(biāo)定才能使用。標(biāo)定的目的伽瑪傳感器的標(biāo)定

伽瑪傳感器的標(biāo)定是多向流量計(jì)調(diào)試中非常重要的步驟。為了保證標(biāo)定工作的質(zhì)量要注意下事項(xiàng)：，①用于標(biāo)定的油樣和水樣必須要有代表性。它應(yīng)該是從被測(cè)的多相流中分離出來(lái)的單相介質(zhì)。

，②

在標(biāo)定時(shí)所用的標(biāo)準(zhǔn)樣品應(yīng)在和多相流量計(jì)工作相近的溫度下進(jìn)行標(biāo)定。，③將標(biāo)準(zhǔn)樣品灌入道傳感器后，其中不應(yīng)夾帶氣泡。

，

，④在標(biāo)定前應(yīng)檢驗(yàn)多相流量計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)，確認(rèn)伽瑪傳感器的計(jì)數(shù)溫度可靠后在進(jìn)行標(biāo)定。

，

⑤當(dāng)多相流的介質(zhì)的性質(zhì)（油的密度、水的含鹽量等）有較大變化時(shí)，應(yīng)對(duì)伽瑪傳感器重新進(jìn)行標(biāo)定。

45伽瑪傳感器的標(biāo)定伽瑪傳感器的標(biāo)定是多向流量計(jì)調(diào)試中非常重要γ傳感器在多相流測(cè)量中的應(yīng)用文丘里單能伽瑪雙能伽瑪46γ傳感器在多相流測(cè)量中的應(yīng)用文丘里單能伽瑪雙能伽瑪46海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型GROSSMULTIPHASEFLOWFlowrates@LineConditionsQoilQwaterQgasFlowConditionerDual-GammaRayRAWLR典型液相PVTDataFlowrates@StandardConditionsQoilQwaterQgasTTPTPressure&TemperatureMeasurementsPVTCalculationsSingle-GammaRayRAαgVenturiDP47海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)GROSSMULTIPHASEFL謝謝48謝謝48海默多相流量計(jì)原理49海默多相流量計(jì)原理1多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——傳統(tǒng)兩相、三相分離器分離計(jì)量方案

1）由兩相、三相分離器對(duì)油井產(chǎn)出三相混合物進(jìn)行氣液或油氣水分離

2）通過(guò)對(duì)分離器內(nèi)儲(chǔ)液段的液位控制，排放液體，進(jìn)行液體、含水率計(jì)量或純油純水計(jì)量

3）通過(guò)對(duì)分離器的壓力控制進(jìn)行氣體排放并對(duì)氣體進(jìn)行計(jì)量

4）由微機(jī)對(duì)以上工作過(guò)程進(jìn)行控制并采集處理數(shù)據(jù)，得到油井油、氣、水產(chǎn)量及有關(guān)測(cè)試參數(shù)。50多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——傳統(tǒng)兩相、三相分離器分離計(jì)量方案

多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——傳統(tǒng)計(jì)量方案的缺點(diǎn)1.有較多的管匯、分離器，工藝復(fù)雜、尺寸大，尺寸問(wèn)題在海洋石油平臺(tái)上尤為突出2.常規(guī)的計(jì)量測(cè)試裝備配套儀表多，儀表標(biāo)定煩瑣，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量高，生產(chǎn)維護(hù)工作量大；

3.控制系統(tǒng)較為復(fù)雜;4.常規(guī)的計(jì)量測(cè)試系統(tǒng)很難處理泡沫原油或難以分離的乳化液引起的相分離問(wèn)題，通常需進(jìn)行化學(xué)或機(jī)械干預(yù)，從而增加費(fèi)用并影響測(cè)量準(zhǔn)確度;51多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——傳統(tǒng)計(jì)量方案的缺點(diǎn)1.有較多的管匯多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)

1.不用相分離，工藝簡(jiǎn)潔，結(jié)構(gòu)緊湊，占空間小；

2.測(cè)量為實(shí)時(shí)、連續(xù)測(cè)量，基本上可無(wú)人值守，不用人員干預(yù)；

3.儀表具有良好的可靠性；

4.適用的準(zhǔn)確度和重復(fù)性；

5.一次投資和維護(hù)費(fèi)用低，在采油生產(chǎn)中，尤其在海洋石油和油井測(cè)試中具有很大的潛在效益。52多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)

1.不用相分離，工藝簡(jiǎn)多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)相分率測(cè)量1.介電相分率測(cè)量法介電相分率測(cè)量包括電容/電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)，與之相關(guān)的還有微波吸收法。利用油水介電常數(shù)區(qū)別較大，測(cè)量一種油水混合液的介電常數(shù)可以確定其含水率。2.伽馬射線法相分率測(cè)量依據(jù)油、水、氣對(duì)伽馬能量的衰減率不同，當(dāng)伽馬射線穿過(guò)油、水、氣混合物時(shí)，由混合物中分子的電子和原子引起衰減，通過(guò)建立相關(guān)方程可以求得混合物的相分率。53多相流測(cè)量技術(shù)回顧

多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)流量（流速）測(cè)量

1.文丘里流量計(jì)文丘里流量計(jì)是一種傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)，近年來(lái)被廣泛地應(yīng)用于濕氣計(jì)量和多相流量計(jì)量。文丘里流量計(jì)可以適用于含氣流體和粘性流體的流量測(cè)量，當(dāng)與之配套的相分率儀表測(cè)量出氣體相分率后，可以容易地確定出液體流量2.互相關(guān)法互相關(guān)法就是在一定距離的管段上設(shè)置兩個(gè)傳感器（γ傳感器或電容、微波傳感器），測(cè)量相似流體性質(zhì)變化的特征與頻率，根據(jù)兩個(gè)傳感器對(duì)同一參照物測(cè)量的時(shí)滯，以及傳感器之間的距離，通過(guò)相關(guān)函數(shù)計(jì)算流體的速度。54多相流測(cè)量技術(shù)回顧

——多相流量計(jì)流量（流速）測(cè)量

1.海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

1.文丘里流量計(jì)2.流型調(diào)整器3.單能伽馬傳感器4.雙能伽馬傳感器5.壓力變送器、溫度變送器6.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成55海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

1.文丘海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

GasFraction(ag):氣相所占截面比GasVolumeFraction(GVF):氣相所占總體積比(工況條件下)WaterLiquidRatio(WLR):水相所占液相比(工況條件下)WLR&BS&W區(qū)別：WLR:工況，BS&W:標(biāo)況56海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

Gas海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型GROSSMULTIPHASEFLOWFlowrates@LineConditionsQoilQwaterQgasFlowConditionerDual-GammaRayRAWLR典型液相PVTDataFlowrates@StandardConditionsQoilQwaterQgasTTPTPressure&TemperatureMeasurementsPVTCalculationsSingle-GammaRayRAαgVenturiDP57海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)GROSSMULTIPHASEFL海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型WLRr=(1-ag)[ro+WLR(rw-ro)]+ag.rgFlowConditionerDUALDPTTInletOutletPTDPDPQmasstotalQoil=(1-GVF).(1-WLR).QtotalQwater=(1-GVF).WLR.QtotalQgas=GVF.QtotalagSINGLE3’’VenturiMeterRARA58海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)WLRr=(1-ag)[ro+WLGROSSFLOW?’’Vent&GasSamplingpointCalibrationPort(Graylock)1’’1/2ValveMAINLYLIQUIDGVF<10%Dual-GammaRaySensorRAGAS4010205060708090302%10%5%-2%-10%-5%15%-15%GVF(%)FunneleffectwithoutFlowConditionerWaterCutAbsoluteError59GROSSFLOW?’’Vent&GasSampl海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

儀表測(cè)量范圍含水率測(cè)量范圍0-100%

含氣率測(cè)量范圍0-90%(可擴(kuò)展到0-98%)

流量測(cè)量范圍8:1(可擴(kuò)展到30:1)典型的測(cè)量準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度重復(fù)性毛液量±5-10%（相對(duì)誤差）±5%

氣量±10%（相對(duì)誤差）±5%

含水率±2%（絕對(duì)誤差）±1%置信度為90%60海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000型

海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000HG型（高含氣型）氣液兩相旋流分離器渦街流量計(jì)氣路控制閥文丘里流量計(jì)流型調(diào)整器單能伽馬傳感器雙能伽馬傳感器壓力變送器、溫度變送器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成61海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)氣液兩相旋流分離器13海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000HG型（高含氣型）

儀表測(cè)量范圍含水率測(cè)量范圍0-100%

含氣率測(cè)量范圍0-99%

流量測(cè)量范圍15:1

典型的測(cè)量準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度重復(fù)性毛液量±5-10%（相對(duì)誤差）±5%

氣量±10%（相對(duì)誤差）±5%

含水率±2%（絕對(duì)誤差）±1%置信度為90%62海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000HG型（高海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

海默MFM2000LG型（低含氣型）文丘里流量計(jì)雙能伽馬傳感器壓力變送器、溫度變送器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成63海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000LG型（低含氣型）儀表測(cè)量范圍

含水率測(cè)量范圍0-100%

含氣率測(cè)量范圍0-15%

流量測(cè)量范圍8:1典型的測(cè)量準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確度重復(fù)性毛液量±5%（相對(duì)誤差）±2.5%

氣量±10%（相對(duì)誤差）±5%

含水率±2%（絕對(duì)誤差）±1%置信度為90%64海默多相流計(jì)性能及結(jié)構(gòu)

——海默MFM2000LG型（低文丘里流量計(jì)

——工作原理

文丘里流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì)。差壓式流量計(jì)的基本原理是：在充滿流體的圓管中設(shè)置文丘里或噴嘴之類的節(jié)流件，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)，在其上、下游側(cè)就會(huì)產(chǎn)生靜壓力差，該靜壓力差與流過(guò)的流量之間有一個(gè)固定的函數(shù)關(guān)系，只要測(cè)得靜壓力差就可以由流量公式求得流量。65文丘里流量計(jì)

——工作原理

文丘里流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì)文丘里流量計(jì)

——基本計(jì)算公式

差壓式流量計(jì)的基本方程：Qv——體積流量；Qm——質(zhì)量流量；C——流出系數(shù)（Dischargecoefficient）；E——漸進(jìn)速度系數(shù)；d——節(jié)流元件內(nèi)徑（如噴嘴喉部）；ε——流束膨脹系數(shù)，對(duì)于液體ε=1；ρ1——節(jié)流件上游流體工作狀態(tài)下的密度；ΔP—節(jié)流件前后的壓差；β——節(jié)流件內(nèi)徑與測(cè)量管內(nèi)徑之比β=d/D；D——測(cè)量管內(nèi)徑。66文丘里流量計(jì)

——基本計(jì)算公式

差壓式流量計(jì)的基本方程：Qv文丘里流量計(jì)

——差壓式流量計(jì)的組成

1.節(jié)流裝置：即差壓流量計(jì)的流量傳感器；2.取壓系統(tǒng)：由取壓口、引壓管、隔離罐和五閥組構(gòu)成；3.壓差測(cè)量裝備：差壓計(jì)或差壓變送器；4.輔助儀表：壓力、溫度變送器、二次積算儀表等。1.節(jié)流件（文丘里管、文丘里噴嘴）2.上、下游引壓管3.隔離罐4.截止閥5.五閥組6.差壓變送器67文丘里流量計(jì)

——差壓式流量計(jì)的組成

1.節(jié)流裝置：即差壓文丘里流量計(jì)

——在多相流量計(jì)中的應(yīng)用

1.ISO5167--1和GB2624標(biāo)準(zhǔn)是適用于單相流體的差壓式流量計(jì)。差壓式流量計(jì)用于兩相流測(cè)量時(shí)，由于介質(zhì)密度變化、氣液滑差、非均相等因素，影響液體測(cè)量準(zhǔn)確度，尤其是在高含氣工況下尤為突出。2.數(shù)學(xué)模型修正：用于兩相流測(cè)量的差壓式流量計(jì)的修正公式有幾個(gè)，如：Murdock公式，James公式，Smith--leung公式以及林氏公式（林宗虎公式）。以Murdock公式和林氏公式應(yīng)用較好。海默多相流量計(jì)應(yīng)用林氏公式以提高液體測(cè)量準(zhǔn)確度。3.微分原理1).將三相流體微分，在瞬間狀態(tài)下近似作為單相流體2).電子學(xué)系統(tǒng)高速采樣3).適時(shí)計(jì)算68文丘里流量計(jì)

——在多相流量計(jì)中的應(yīng)用

1.ISO5167-什么是伽瑪傳感器

利用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，通過(guò)測(cè)量透射強(qiáng)度或散射強(qiáng)度來(lái)確定樣品的厚度、密度和組份等物理量的裝置透射式散射式69什么是伽瑪傳感器利用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，通過(guò)伽瑪傳感器的基本原理Nx=f（N0，X，ρ，組份…）組份=F（Nx，N0，X，ρ…）Nx—傳感器的輸出N0，X，ρ…—常數(shù)70伽瑪傳感器的基本原理Nx=f（N0，X，ρ，組份…）組原子的結(jié)構(gòu)

原子核：半徑～10cm由質(zhì)子和中子組成

-13Z個(gè)質(zhì)子，每個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量～1.008amu。帶一個(gè)單位的正電荷

N個(gè)中子，每個(gè)中子的質(zhì)量～1.009amu。不帶電荷

電子軌道：半徑～10

cm

-8Z個(gè)電子：每個(gè)電子的質(zhì)量為中子的1/1840。帶一個(gè)單位的負(fù)電荷

原子序數(shù)：Z

質(zhì)量數(shù)：A=Z+Namu：原子質(zhì)量單位，1amu=一個(gè)碳原子質(zhì)量的1/12

71原子的結(jié)構(gòu)原子核：半徑～10cm由質(zhì)子和中子元素與同位素一個(gè)原子的物理和化學(xué)性質(zhì)主要決定于它所含有的質(zhì)子數(shù)，即原子序數(shù)Z。原子序數(shù)相同的原子構(gòu)成一種元素。氫Z=1自然界最重的元素鈾Z=92人工合成元素Z＞92超重元素Z＞100一種元素可以有質(zhì)子數(shù)相同但中子數(shù)不同的若干種原子。它們被稱為該元素的同位素，它們有相同的化學(xué)性質(zhì)但不同的原子核性質(zhì)?！?/p>

氘氕氚元素氫的三種同位素72元素與同位素一個(gè)原子的物理和化學(xué)性質(zhì)主要決定于它所含有的質(zhì)放射性同位素和衰變

一個(gè)原子核的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比N/Z稱為中質(zhì)比。只有中質(zhì)比在一定范圍內(nèi)的原子核才是穩(wěn)定的。，在輕元素區(qū)：N/Z≈1的原子核比較穩(wěn)定到重元素鈾N/Z≈1.5的原子核才是穩(wěn)定的

當(dāng)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比N/Z偏離穩(wěn)定值時(shí)，原子核變得不穩(wěn)定，它們存在一定的時(shí)間后會(huì)自發(fā)地變成另一種穩(wěn)定或比較穩(wěn)定的原子核，同時(shí)發(fā)射射線以釋放多余的能量。，

不穩(wěn)定的原子核稱為放射性同位素。它們自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪环N原子核，同時(shí)放出射線的過(guò)程稱為放射性衰變。，

根據(jù)放射性衰變過(guò)程種放出射線種類的不同，放射性衰變可以分為不同的類型。最常見和最基本的衰變類型是α衰變和β衰變。，

73放射性同位素和衰變一個(gè)原子核的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比N/Zα衰變和β衰變?chǔ)了プ冊(cè)雍嗽谒プ冞^(guò)程中發(fā)射一個(gè)α粒子而蛻變?yōu)榱硪粋€(gè)原子核（子核）

，例：

α粒子由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成。它在穿過(guò)介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電離作用，同時(shí)迅速損失能量。它在空氣中的射程約為幾厘米，一張紙即可當(dāng)住α粒子。

，

β衰變?cè)雍嗽谒プ冞^(guò)程中發(fā)射一個(gè)β粒子而蛻變?yōu)榱硪粋€(gè)原子核。，例：

β粒子是高能的電子。它在穿過(guò)介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電離、散射、激發(fā)和引起X射線的發(fā)射等。它在空氣中的射程約為幾米。，74α衰變和β衰變?chǔ)了プ冊(cè)雍嗽谒プ冞^(guò)程中發(fā)射一個(gè)α粒子而蛻變?cè)雍说哪芰繝顟B(tài)

不同的原子核具有不同的能量，它取決于原子核的組成。一個(gè)確定的原子核也可以處在不同的能量狀態(tài)，能量最低的稱為基態(tài)，能量較高的稱為激發(fā)態(tài)。，能量單位：1電子伏特(eV)=爾格，

1keV=1000eV，1MeV=1000keV1.17MeV1.34MeV0.31MeVα5.3MeVEZ衰變綱圖75原子核的能量狀態(tài)不同的原子核具有不同的能量，它取決于原子核γ射線和X射線伽瑪射線和X射線通稱為電磁輻射，它們是一種高能的電磁波，沒(méi)有靜止質(zhì)量、不帶電荷，有很強(qiáng)的穿透能力。，

伽瑪射線是原子核從較高激發(fā)態(tài)跳到較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)時(shí)放出的能量形式，如在衰變綱圖中表示的那樣。，X射線是原子的電子殼層的能量狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)放出的能量形式。這種X射線稱為特征X射線，具有分離的能量。一種具有連續(xù)能量的X射線稱為韌致輻射。，特征射線X韌致輻射76γ射線和X射線伽瑪射線和X射線通稱為電磁輻射，它們是一種高能放射性衰變規(guī)律一個(gè)不穩(wěn)定的原子核從它產(chǎn)生開始到衰變這段時(shí)間的平均值稱為平均壽命。它只決定于這種原子核的不穩(wěn)定的程度而和其他因素?zé)o關(guān)。，

，

當(dāng)大量的不穩(wěn)定原子核集中在一起時(shí)（放射源），每個(gè)原子核的平均壽命相同，但一個(gè)原子核的衰變和其它原子核的存在或衰變無(wú)關(guān)。這種情況稱為統(tǒng)計(jì)無(wú)關(guān)，原子核總數(shù)隨時(shí)間的減少可用指數(shù)規(guī)律來(lái)述描：，

—0時(shí)刻的原子核數(shù)，t—經(jīng)過(guò)的時(shí)間

N

—t時(shí)刻的原子核數(shù)，λ—衰變常數(shù)

放射源在單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子核數(shù)稱為源的活度（強(qiáng)度）。一個(gè)含有N個(gè)原子核的放射源它的活度為：，

，

77放射性衰變規(guī)律一個(gè)不穩(wěn)定的原子核從它產(chǎn)生開始到衰變這段時(shí)間放射源含有放射性同位素、以一定的化學(xué)形態(tài)存在的放射性物質(zhì)即是放射源，它分為開放性的和密閉的兩大類。同位素種類衰變類型、射線及其能量α

5.48MeVγ0.06MeV半衰期

433年強(qiáng)度居里（Ci）=衰變/秒貝克（Bq）=1衰變/秒

,毫居里（mCi）微居里（μCi）兆貝克（MBq）吉貝克（GBq）78放射源含有放射性同位素、以一定的化學(xué)形態(tài)存在的放射性物質(zhì)伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用

伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，是指它在穿過(guò)物質(zhì)時(shí)與其中的電子或原子核發(fā)生的碰撞結(jié)果。有三種相互作用，這就是光電吸收、康普敦散射和電子對(duì)產(chǎn)生。，

光電吸收伽瑪射線與原子的軌道電子發(fā)生碰撞，使電子離開軌道成為自由電子，伽瑪射線損失全部能量而消失。入射光電子光電子的能量：光電吸收發(fā)生的幾率因此，對(duì)能量較低的伽瑪射線和在重物質(zhì)中，光電吸收是伽馬射線與物質(zhì)相互作用的主要形式79伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用伽瑪射線與物質(zhì)的相互作用，是指它

遞給自由電子或原子的外層電子，本身被散射而改變運(yùn)動(dòng)方向?？灯斩仉娮由⑸淇灯斩厣⑸湓诳灯斩厣⑸渲?，伽瑪射線把一部分能量傳入射散射伽瑪射線能量：伽瑪射線散射角的范圍0－180°對(duì)應(yīng)的電子出射角的范圍90°－0在伽瑪射線能量為幾百keV到幾MeV的區(qū)間和在輕的物質(zhì)中，康普敦散射是一種主要的相互作用。，80遞給自由電子或原子的外層電子，本身被散射而

伽瑪射線在原子核附近消失，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)正/負(fù)電子對(duì)。這種過(guò)程只有在伽瑪射線的能量大于1.02MeV（相應(yīng)于兩個(gè)電子的質(zhì)量）時(shí)才能發(fā)生。，每個(gè)電子的動(dòng)能：

電子對(duì)產(chǎn)生電子對(duì)產(chǎn)生的能量閾是1.02MeV，但只有當(dāng)伽瑪射線的能量在幾MeV以上和在重物質(zhì)中，電子對(duì)產(chǎn)生才有可觀的發(fā)生幾率。，81伽瑪射線在原子核附近消失，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)正/負(fù)電伽瑪射線的吸收窄束伽瑪射線吸收物質(zhì)

X定義：在一束伽瑪射線中的任何一個(gè)伽瑪光子，只要經(jīng)受一次相互作用（光電吸收、康普敦散射和電子對(duì)產(chǎn)生）就從射線束中消失。滿足這一條件的測(cè)量安排稱為窄束伽瑪射線。

鉛探測(cè)器

放射源在滿足窄束伽瑪?shù)臈l件下，伽瑪射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度衰減可用下式表示：

，N0—伽瑪束的初始強(qiáng)度

N—伽瑪束穿過(guò)厚度為X的物質(zhì)后的強(qiáng)度μ—線性吸收系數(shù)

X—伽瑪束穿過(guò)的物質(zhì)的厚度82伽瑪射線的吸收窄束伽瑪射線吸收物質(zhì)X定義：在一束伽瑪吸收系數(shù)

吸收系數(shù)μ表示物質(zhì)對(duì)伽瑪射線的吸收能力。μ越大，伽瑪射線穿過(guò)介質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度衰減越大。，從窄束伽瑪射線的定義中可知，伽瑪射線穿過(guò)介質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度衰減是由于三種相互作用造成的，μ是這三種相作用的總和效應(yīng)?！?/p>

吸收系數(shù)μ稱為線性吸收系數(shù)，它的量綱為1/cm。μ值與伽瑪射線的能量、介質(zhì)的化學(xué)組成以及密度有關(guān)。在實(shí)際中，吸收系數(shù)μ可以通過(guò)測(cè)量按下式計(jì)算：83吸收系數(shù)吸收系數(shù)μ表示物質(zhì)對(duì)伽瑪射線的吸收能力。μ越大質(zhì)量吸收系數(shù)當(dāng)采用質(zhì)量吸收系數(shù)時(shí)，伽瑪射線強(qiáng)度的衰減公式變?yōu)椋海@時(shí)，吸收體的厚度用表示，稱為質(zhì)量厚度，量綱為。，

一種化合物或混合物的質(zhì)量吸收系數(shù)可用下式計(jì)算：，

線性吸收系數(shù)μ與密度之比μ/ρ稱為質(zhì)量吸收系數(shù)，它的量綱為。質(zhì)量吸收系數(shù)與介質(zhì)的密度無(wú)關(guān)。

—第

i種成分的質(zhì)量份額—第

i種成分的質(zhì)量份額84質(zhì)量吸收系數(shù)當(dāng)采用質(zhì)量吸收系數(shù)時(shí)，伽瑪射線強(qiáng)度的衰減公式變伽瑪射線的探測(cè)NaI(Tl)閃爍探測(cè)器的工作原理射線探測(cè)系統(tǒng)的一般組成85伽瑪射線的探測(cè)NaI(Tl)閃爍探測(cè)器的工作原理射線探測(cè)NaI(Tl)探測(cè)器的輸出信號(hào)

NaI(Tl)

探測(cè)器的輸出信號(hào)是電脈沖。這一脈沖信號(hào)包含兩個(gè)信息：伽瑪射線的能量和強(qiáng)度。，

由于探測(cè)過(guò)程的原因，對(duì)單一能量的伽瑪光子得到的脈沖幅度并不完全一樣，而是有一個(gè)分布，稱為能譜。，1.脈沖的幅度正比于伽瑪射線的能量2.脈沖個(gè)數(shù)正比于入射到探測(cè)器上的伽瑪光子數(shù)用NaI(Tl)探測(cè)器測(cè)到的伽瑪射線的能譜計(jì)數(shù)幅度（能量）峰在橫坐標(biāo)上的位置，對(duì)應(yīng)59.5keV光電峰逃逸峰86NaI(Tl)探測(cè)器的輸出信號(hào)NaI(Tl)探測(cè)器的輸出

伽瑪傳感器的結(jié)構(gòu)伽瑪傳感器分為單能伽瑪傳感器和雙能伽瑪傳感器兩種，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上大致相同差別在放射源。，測(cè)量管段探測(cè)器防爆筒多相流密封墊密封墊源倉(cāng)護(hù)罩γ束源源Ag片源Al板60keV