核料位开关在密闭容器物位测量中的应用

    1 引 言

    目前国内外对高灰尘密闭容器的物位测量大多采用导波雷达、超声波及射频导纳等。以上形式的物位计普遍存在一个突出问题，即由于灰尘的对波的漫反射，造成物位计无法正确显示密闭容器料仓物料的实际位置，产生误报警。而在现场使用中，通过控制高低料位可很好的实现生产控制。由于核料位开关采用核物理方法实现非接触式测量，传感器本身不受被测介质及环境的影响，从而避免了上述问题，不破坏密闭容器的整体性，易于维护，因而能更好地适应工业现场的要求，保证企业生产的正常运行。

    2 工作原理

    核料位开关是基于不同物质对窄束 γ 射线的不同吸收特性开发的，γ 射线束穿过被测介质按指数规律衰减的原理，即对透过的 γ 射线强弱的检测，可准确判定其料位的变化，直接显示被测工艺参数，其测量原理如图 1 所示。

    其数学表达式为［1］:

    式中: I 为射线被介质吸收后的强度; I0为射线在介质吸收前的强度; μ 为介质的吸收系数; d 为介质的厚度。

    盛装介质的料仓( 灰斗) 内有、无介质时，其射线强度将分别为 I1、I2

    根据式( 1) 得出:

    式中: I1为有介质时的射线强度。

    式中: I2为无介质时的射线强度。

    由于上述公式中 e－μd因子的作用，则 I2＞＞I1，被探测的两种状态下射线的强度转换为电压，然后经电压比较器进行判别，即可准确判断料仓( 灰斗) 料位的高低。

    3 仪表构成

    核料位开关由放射源、放射源容器、探测器及安装支架构成，放射源采用137Cs 射线源，放射源容器主要材料为铅，带射线输出闸门，该容器的主要功能为:①对输出射线进行准直; ②起防护作用，使得容器表面剂量小于 8． 7×10－9Gy; ③便于放射源的安装和维护。探测器采用 NaI 晶体探测器。数据处理部分置于主机内，输入信号及电源通过壳体上的接线端子引入，输出为两路继电器输出，可直接接入自动控制系统或其他报警装置。

    4 温度特性分析

    在被测介质物理条件不变的情况下，核料位开关探测器在工作环境温度变化的情况下，将引起计数率变化，这将加大测量系统的误差。该变化是由电源电压，器件参数，放大器放大倍数等多种因素随温度变化的综合效应引起的，只稳定某一因素或几个因素很难得到好的效果。通过实验发现其温度影响最终反应在脉冲幅度的变化上。实验中利用不同阻值和温度系数的热敏电阻分压提供一个随温度可变的甄别阈进行温度补偿。该方法简单可行，补偿效果较理想: 在 0 ～80℃内，其计数率 I 的变化在 4% 左右，仅占统计误差的万分之六，如图 2、3 所示。