γ射线料位计测量精度的研究和设计

随着科学技术的发展,核技术在工业生产中的应用越来越广泛。在核仪表的应用方面,由于其具有非接触性、准确性、灵敏性、能适应各种复杂环境等优点,在化工、冶炼、电力、水泥、造纸等许多行业应用较为普遍,尤其是化工、水泥行业。但由于射线仪表其本身的特点,在实际应用中很难达到较高的测量精度,一般好于±8%,较好的好于5%以上,因此在测量精度要求较高的情况下,其很难满足要求。我们在研制智能化连续型γ料位计(GD-1型)过程中,通过对影响测量精度因素的分析,采用一些硬件措施和软件方法,显著地提高了射线仪表的测量精度,取得了较满意的测量结果。

1　影响测量精度的因素

1.1　放射源的辐射统计涨落

自然界中放射性同位素的辐射具有统计性,即单位时间内辐射出的射线强度不全相同,但其长期平均数相等。因此对仪表探测器而言,在液位相对稳定的情况下,每一单位时间内检测到的射线强度必定在一定的范围内波动,而不是一个固定不变的值。进一步而言,仪表计算出的液位高度也不会是一个固定值,也必定在一定的范围内波动。此外,当液位发生微弱变化时,譬如3%的液位变化量所引起的仪表计算出的液位高度的变化量,是否仍然在放射源的统计涨落之内呢?这些问题解决的好坏直接影响整个仪表的测量精度。

1.2　测量方法及信号处理方法

放射源辐射出的射线穿透物质时,部分射线将被物质所吸收,穿透后其射线强度与物质的厚度(或高度)之间存在一种对数关系,而不是一种线形关系,因此运用什么样的方法来处理这种关系,对测量的准确性至关重要。在模拟电路中,最好的方法就是采用二级、三级或多级泵电路来分段描述(模拟),取得一个近似的线性关系,其测量精度受到一定限制。采用数字电路同样存在一个处理对数关系的问题,但目前并没有适合这种要求的数字电路(或数字电路组合)。因此,选用单片机通过软件编程来实现此功能不失为一种切实可行的方法。此外,射线探测部件的选取也对测量精度有重要影响。

1.3　外界环境的干扰

仪表运用于工业生产环境,必然要受到外界环境的干扰。大功率电器运行产生的电磁场、同相电源波峰的大小以及放射性的天然本底强弱等因素都对仪表的测量精度产生影响。

2　硬件设计

2.1　核心部件的选取

考虑运行速度、计算能力、功能扩展等因素,主机采用Atmel公司生产的带内部闪速可编可擦除存储器的AT89C4051单片机作为核心部件,运用串行扩展技术,扩展了E2PROM、D/A转换器、数据远程发送器和显示驱动器,这样整个系统就具有电路结构简单、运行速度快、计算能力强、信息流程清晰等特点,更适于使用软件手段来提高测量精度。图1为主机硬件组成图。