核輻射物位計(jì)測(cè)量物位的方法

核輻射物位計(jì)測(cè)量物位的方法只要知道超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，便可以根據(jù)傳播時(shí)間來(lái)確定物位。但是聲速還與介質(zhì)的成分、溫度和壓力等因素有關(guān)，因此，很難將聲速看成是一個(gè)不變的恒量。一般要用設(shè)置校正具的方法對(duì)聲速進(jìn)行校正。所謂校正具就是在導(dǎo)聲介質(zhì)中相隔so固定距離安裝一個(gè)由超聲探頭（校正探頭）和反射板組成的測(cè)量裝置，。對(duì)液體介質(zhì)超聲波液位計(jì)而言，校正具應(yīng)安裝在液體介質(zhì)的zui低處，以避免液面反射聲波的影響，同理，對(duì)氣體介質(zhì)超聲波物位計(jì)而言，校正具應(yīng)安裝在容器頂端的氣體介質(zhì)中。如果超聲波脈沖從探頭發(fā)射經(jīng)~時(shí)間后返回探頭，共走過(guò)2sQ距離的校正段，那么實(shí)際聲速化為如果測(cè)量段聲速?與校正段聲速化相等，則根據(jù)式可得：從式中顯然可見(jiàn)，測(cè)液位好變?yōu)闇y(cè)時(shí)間t、t0在測(cè)量時(shí)，聲速沿高度方向是不同的，如沿高度方向被測(cè)介質(zhì)密度分布不均勻或有溫度梯度時(shí)，可采用的浮臂式聲速校正具。該校正具的上端連接一個(gè)浮子，下端裝有轉(zhuǎn)軸，使校正具反射板的位置隨液面變化而升降，使校正探頭與測(cè)量探頭發(fā)射和接收的超聲波所經(jīng)過(guò)的液體的狀態(tài)相近，以消除由于傳播速度的差異而帶來(lái)的誤差。超聲波物位測(cè)量的測(cè)量范圍可從毫米數(shù)量級(jí)到幾十米以上。度在不加校正具時(shí)為1%，加校正具后為0.1%。放射性同位素的原子核在核衰變中放出各種帶有一定能量的粒子或射線的現(xiàn)象稱為核輻射。核輻射放射出的射線有、0、7三種。其中a射線由帶正電的O；粒子組成’P射線由帶負(fù)電的0粒子組成，7射線由中性的光子所組成。目前用于物位測(cè)量?jī)x表中的輻射源（或稱放射源）有鈷c60Q及銫cf7等放射性同位素。這兩種同位素發(fā)射出較強(qiáng)的y射線，而且半衰期（輻射源的強(qiáng)度減至原來(lái)的一半所需要的時(shí)間）較長(zhǎng)。如鈷C6^的半衰期為5.3年，銫cf7的半衰期為33年。7射線與0：射線和0射線相比，受物質(zhì)的吸收較小，能穿過(guò)幾十厘米厚的鋼板或其他固體物質(zhì)，所以7射線在物位檢測(cè)中的應(yīng)用較多。當(dāng)射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，會(huì)被物質(zhì)的原子散射和吸收而損失掉一部分能量。射線在穿過(guò)物質(zhì)層后，其能量強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度呈指數(shù)規(guī)律衰減，可表示為式中，/G為射人介質(zhì)前的射線強(qiáng)度；/為通過(guò)介質(zhì)后的射線強(qiáng)度；A為介質(zhì)對(duì)射線的吸收系數(shù)；H為介質(zhì)的厚度。當(dāng)放射源選定，被測(cè)介質(zhì)已知時(shí)，/0與/都為定值，則介質(zhì)厚度//與穿過(guò)介質(zhì)后的射線強(qiáng)度/的關(guān)系可表示為由此可見(jiàn)，只要能測(cè)知穿過(guò)介質(zhì)后的射線強(qiáng)度/，那么介質(zhì)的厚度即物位F就可求出。不同的介質(zhì)吸收射線的能力是不同的，固體的吸收能力zui強(qiáng)，液體次之，氣體zui弱。核轄射式物位計(jì)由放射源、接收器和顯示儀表三部分組成，其原理框圖如圖5-32所示。放射源和接收器放置在被測(cè)容器兩旁（測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)），顯示儀表可以放在控制室內(nèi)。由放射源放出的射線強(qiáng)度為/0，穿過(guò)容器和被測(cè)介質(zhì)后，由探測(cè)器接收，并把探測(cè)出的射線強(qiáng)度/轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大器放大后送入顯示儀表進(jìn)行顯示。工業(yè)核儀表常用的射線探測(cè)器有閃爍探測(cè)器、電離室探測(cè)器和蓋革計(jì)數(shù)管等。閃爍探測(cè)器的探測(cè)效率高，可以減低儀表放射源的強(qiáng)度，其工作壽命也較長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)年；缺點(diǎn)是成本高，穩(wěn)定性稍差，抗振性差。根據(jù)核輻射檢測(cè)的原理可制成厚度計(jì)、物位計(jì)和密度計(jì)等，也可用來(lái)測(cè)量氣體壓力、分析物質(zhì)成分以及進(jìn)行無(wú)損探傷，應(yīng)用范圍很廣。在放射性同位素的應(yīng)用中，y射線物位計(jì)的應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)且數(shù)量也比較多。它具有如下重要特點(diǎn)：1）可以從容器、罐等密閉裝置的外部以非接觸的方式進(jìn)行測(cè)量。2）不受溫度、濕度、壓力、粘度和流速等被測(cè)介質(zhì)性質(zhì)和狀態(tài)的限制，特別適用于高溫、高壓容器，強(qiáng)腐蝕、劇毒、易爆、易結(jié)晶和沸騰狀態(tài)的介質(zhì)以及高溫熔體等的物位測(cè)量。3）不受溫度、壓力、濕度以及電磁場(chǎng)等環(huán)境因素的影響，故此物位計(jì)可用于惡劣環(huán)境下，且人不常到的地方。4）不僅可以測(cè)量液位，還可以測(cè)量料位。5）可以測(cè)量密度相差很小的兩層介質(zhì)的分界面的位置。6）射線對(duì)人體有害，所以對(duì)它的劑量及使用范圍要加以控制和限制，而且在使用中必頃進(jìn)行防護(hù)。利用核輻射式物位計(jì)測(cè)量物位的方法利用核輻射式物位計(jì)測(cè)量物位的方法有很多種，如圖5-33所示。應(yīng)當(dāng)根據(jù)生產(chǎn)要求、介質(zhì)情況以及容器的具體條件進(jìn)行合理選擇。圖5-33a所示為定點(diǎn)測(cè)量的方法。將放射源和接收器安裝在容器的同一水平面上。由于液體和固體吸收射線的能力遠(yuǎn)比氣體強(qiáng)，因而當(dāng)物位超過(guò)或低于此平面時(shí)，接收器接收到的射線強(qiáng)度會(huì)發(fā)生急劇變化，從而發(fā)出物位控制信號(hào)?？梢?jiàn)，定點(diǎn)測(cè)量的方法是根據(jù)射線是否到達(dá)探測(cè)器來(lái)判斷物位是否超過(guò)設(shè)定的位置。這種測(cè)量方法不是測(cè)量射線的強(qiáng)度，而是測(cè)量射線的有無(wú)，所以受外界條件和被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)、形狀以及內(nèi)壁附著物的影響小，工作穩(wěn)定、可靠。對(duì)于粉粒體或塊狀物料，其物位面往往不是水平的，一般調(diào)整到物料占據(jù)容器截面一半時(shí)發(fā)出信號(hào)。圖5-33b所示為自動(dòng)跟蹤測(cè)量方法。通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)放射源和接收器沿導(dǎo)軌升降，始終保持放射源和接收器在同一水平高度上，并對(duì)液位自動(dòng)跟蹤。因此，它既保持了定點(diǎn)測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)，又可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，而且量程可以很寬，但是由于有可動(dòng)部件，所以其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖5-33c所示為透過(guò)式測(cè)量方法。在射線傾斜或垂直地穿過(guò)容器時(shí)，部分射線被吸收，并且隨著物位的升高，射線被吸收|辱越來(lái)越多。因此根據(jù)接收器接收到的射線強(qiáng)弱程度，便可以表示出物位。此種方法的裝置i于安裝、維護(hù)和調(diào)整。但是，它的測(cè)量范圍較窄，一般為300？500mmo為了測(cè)量變化范圍較大的液位，可采用轄射源多點(diǎn)組合、接收器多點(diǎn)組合或兩者并用的方法，如圖5-33d、e、f所示。它們可以改善線性關(guān)系，但是同時(shí)也增加了安裝和維護(hù)的難度。如果采用線狀放射源，由于放射源均勻地分布在測(cè)量范圍內(nèi)，并且接收器主要接收穿過(guò)氣體的射線，而不受被測(cè)介質(zhì)密度變化的影響，既可適應(yīng)寬量程的需要，又可以改善線性關(guān)系。核輻射式物位計(jì)的使用與防護(hù)工業(yè)核儀表具有廣泛的應(yīng)用前景，由于有些人對(duì)其缺乏了解，往往談核色變。事實(shí)上，核輻射式儀表所用的放射源都是封閉型的，對(duì)于封閉型放射源的防護(hù)是比較簡(jiǎn)單、容易的。例如，在距工業(yè)核儀表0.5m強(qiáng)度zui大點(diǎn)處工作8小時(shí)，所受射線照射劑量小于20mrem，而一次胸部X光透視的射線照射劑量為100？200mrem，一次牙齒透視的射線照射劑量為1500~15000mrem，所以，只要遵守有關(guān)規(guī)定，正確操作，就不必有什么顧慮。在使用工業(yè)核儀表時(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：1）接收器一般在50~60t不能正常工作，因此在高溫環(huán)境下，必須進(jìn)行冷卻。2）對(duì)放射源必須采取嚴(yán)格的防護(hù)措施，遵守安全操作規(guī)程，確保人身安全。圖5-34所示為一種帶有防護(hù)結(jié)構(gòu)的放射源。放射源密封于鉛罐中，僅在發(fā)射一側(cè)圓柱形鉛封頭上有一個(gè)偏心孔，使用時(shí)用手把轉(zhuǎn)動(dòng)鉛封頭讓射線經(jīng)偏心孔透過(guò)鋁板射出，不用時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鉛封頭封住放射源。3）儀表到貨后應(yīng)單獨(dú)妥善保管，不得與易燃、易爆和腐蝕性等物品放在一起。4）安裝地點(diǎn)除從工業(yè)核儀表的要求考慮外，盡量置于其他人員很少接近的地方，并設(shè)置有關(guān)標(biāo)志，安裝地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離人行過(guò)道。5）安裝時(shí)，應(yīng)先安裝有關(guān)機(jī)械部件和探測(cè)器并初步調(diào)校正常，然后再安裝放射源，安裝時(shí)應(yīng)將放射源容器關(guān)閉，使用時(shí)再打開(kāi)。6）檢修時(shí)應(yīng)關(guān)閉放射源容器，需要帶源檢修時(shí)，應(yīng)事先制定操