CN1198120C - 利用γ射线测量物位的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用γ射线测量物位的方法，采用以下步骤：在容器外部设定位置测量出容器内待测物料和环境的γ射线水平；定测量到的γ射线水平与容器内物位的对应关系；在容器外部设定位置测量实际的γ射线水平，根据上述标定的γ射线水平与容器内物位的对应关系，得到容器内物料的实际物位。本发明的方法利用被测物料和环境的天然放射性，通过测量容器内不同的物位状态产生的不同的放射性信号来测量物位，不需要另外使用放射性物质作为信号源，不需要进行半衰期校正，测量方便，不会造成环境污染、威胁人体健康。
Description
技术领域
本发明涉及物位测量方法，尤其是指利用被测物料和环境的天然放射性测量物位的方法。
背景技术
在化工、冶金、煤炭、电力等行业，在输送物料的过程中，经常需要测量料斗、料仓中的物位。现有的测量方式例如：一是如图1所示的开关式电离辐射物位计。其测量原理是：当辐射源1发出的射线束穿过容器3的测量位置到达探测器5，测量位置有料4或无料4则被探测器5接收到的信号是不同的，.故可以据此判断测量位置是否有物料；二是如图2、图3、图4所示的连续测量式电离辐射物位计，其测量原理是：当设置于辐射源支架2上的辐射源1发出的射线束穿过容器3中的物料4后，到达探测器支架6上的探测器5或长条型探测器7，物料4的物位不同则被探测器5或长条型探侧器7接收到的信号是不同的，故可以据此判断容器内的物料高度。这些测量方式的共同特点是：采用装有放射性同位素的辐射源作为信号源，忽略物料自身和环境的天然放射性，利用射线柬穿过物料时表现出的衰减规律来测量物位。我国现行的法律法规对放射性物质的使用有严格的规定，而且出于安全的考虑，对放射性物质的管理要求越来越严，其使用多有不便，再者放射性物质若使用不当更有可能污染环境，危害人体健康。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的非接触式物位测量方法，不需要采用装有放射性同位素的辐射源，利用被测物料和环境的天然放射性，通过测量容器内不同的物位状态产生的不同的放射性信号来测量物位。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：在容器外部测量出待测物料和环境的天然放射性，标定出测量到的放射性水平与容器内物位的对应关系，然后通过在容器外部测量放射性水平来测量容器内的物位。
一种利用物料和环境的天然放射性测量物位的方法，采用以下步骤：
(1)在容器外部设定位置测量出待测物料和环境的天然放射性；
(2)标定测量到的放射性水平与容器内物位的对应关系；
(3)在容器外部设定位置测量待测物料和环境的实际放射性水平，根据上述标定的放射性水平与容器内物位的对应关系，得到容器内物料的实际物位。
该步骤(1)可包括：根据物位测量要求及容器的构造和尺寸，设定测量位置；在该设定测量位置安置γ射线探测设备；该步骤(2)可包括：使该射线探测设备相对于该容器保持静止，根据测量精度要求，逐渐改变容器内的物位，分别测量在不同的物位状态下物料和环境的放射性水平；根据测量数据标定放射性水平与容器内物位的对应关系。
利用物料和环境的天然放射性测量物位的方法，可以采用以下步骤：
(1)在容器外部测量出待测物料和环境的天然放射性
选择探测效率较高的γ射线探测设备，在容器外部测量。因为环境的放射性在某种程度上说是不可避免的，测量结果实际上是环境的放射性和物料的放射性综合作用的结果，所以必须要测量待测物料和环境的总体天然放射性水平。待测物料和环境的天然放射性水平越低要求探测设备的探测效率越高，可以根据实际测量情况更换更先进的探测设备；对于相同的测量精度要求，如果探测设备的探测效率越高，测量时间或者称做响应时间就越短。
根据物位测量要求及容器的构造和尺寸，选择测量位置。通常应选在测量量程的中间点。
根据容器的构造和实际情况，选择γ射线探测设备的安装固定方式。通常用支架。如图5所示。
当容器内装满物料和空时，γ射线探测设备应该能够可靠地测量到放射性水平的差异。否则需要延长测量时间，或降低测量精度，或更换更先进的探测设备。
(2)标定测量到的放射性水平与容器内物位的对应关系
根据待测物位的测量精度要求，逐渐改变容器内的实际物位，由空到满，或由满到空。在不同的物位状态下，分别测量物料和环境的放射性水平。如果在允许的时间内，无法可靠地测量到各物位状态下放射性水平的差异，则需要更换更先进的探测设备，或者降低要求(降低测量精度或延长响应时间)。最好多测几次，考察重复测量精度。
根据测量数据标定放射性水平与容器内物位的对应关系。
(3)实际测量物位
在容器外部测量待测物料和环境的放射性水平。
根据标定的放射性水平与容器内物位的对应关系，得到容器内物料的物位。
对于不同的应用场合，比如不同材料、不同结构或不同尺寸的容器，或者不同的被测物料，不同的测量精度或响应时间，都应该重新标定测量关系。对于不同的测量环境的放射性，可以采用屏蔽的办法消除或降低影响。
由于采用了上述方案，本发明的方法不需要另外使用放射性物质作为信号源，测量方便，不会造成环境污染、威胁人体健康。
附图说明
图1为开关式电离辐射物位计示意图。
图2为斜穿式安装的连续测量电离辐射物位计示意图。
图3为上下对穿式安装的连续测量电离辐射物位计示意图。
图4为采用条形探测器和横向对穿式安装的连续测量电离辐射物位计示意图。
图5为采用本文描述的方法的电离辐射物位计的测量示意图。
图6为灰斗灰位实际测量示意图。
图7为标定的物位高度与每秒测得的射线计数关系曲线示意图。
具体实施方式
以下结合本发明在燃煤烟气除尘设备——静电除尘器的灰斗用物位计(简称为灰斗物位计)上的应用，对本发明作进一步的说明。
1、工艺过程要求
静电除尘器在火力发电、冶炼、化肥厂等需要对烟气除尘的领域有广泛的应用。电除尘器是排烟烟道中的一段，其中安装了许多高压电极板，当烟气经过电极板时，烟气中的灰尘被吸附到电极板上，然后经振打掉落到下方的灰斗里。电除尘灰斗用于收集并暂时储存电除尘器除下来的灰。当灰斗内的灰位达到一定高度时，需要及时排除。否则，灰位太高会造成电除尘器的电极板短路，损坏设备。通常，根据报警监测点的位置和灰位上升速度，及允许的最高安全灰位，要求的最长灰位报警延迟时间应在20秒内。如果报警监测点的位置设置太低，会造成设备的频繁运动，加快了磨损并浪费能源。
2、制作NaI(Tl)闪烁探测器作为γ射线探测设备和固定支架
(1)NaI(Tl)闪烁探测器是使用较多的γ射线探测设备。它的探测效率较高，在30％左右。晶体选用3英寸的NaI，在探头的上、下、左、右和后方用10mm厚的铅皮做屏蔽。制作NaI(T1)闪烁探测器的方法是已有公知技术，此不详述。
(2)灰位测量要求的是高灰位报警，选择设定测量位置在灰斗高位。
(3)在灰斗的壁上焊接支架，固定γ射线探测设备。安装方式有许多种，只要使得探测器与被测容器的相对位置保持固定就可以。如图6所示：用支架6固定探测器5，来测量灰斗8内的灰9的物位，将支架6固定在灰斗8壁上或灰斗8附近的固定物体(未示于图)上。探测器5与灰斗8的相对位置要根据工艺过程和实际测量的要求来决定。
(4)当灰斗内装满灰和排空时，该γ射线探测设备在响应时间为20秒时可靠地测量到了放射性水平的差异。部分测量结果如下：
| 灰斗内装满灰时的射线计数 | 灰斗内没有灰时的射线计数 |
| 2753429 | 154225 |
| 2754165 | 154365 |
| 2753675 | 154587 |
| 2753733 | 154399 |
3、标定测量到的放射性水平与灰斗内灰位的对应关系
(1)在静电除尘器正常工作状态下，排空灰斗后关闭排灰阀门，灰斗内灰位开始逐渐升高，由空到满连续变化。同时测量灰斗内灰的放射性水平，每1秒读取一次射线计数。图6为测量示意图，部分数据如下表：
| 射线计数 | 灰位(mm) |
| 7719 | 0 |
| 7740 | 300 |
| 8047 | 600 |
| 9382 | 900 |
| 12980 | 1200 |
| 20574 | 1500 |
| 34391 | 1800 |
| 57154 | 2100 |
| 88535 | 2400 |
| 111194 | 2700 |
| 124936 | 3000 |
| 132480 | 3300 |
| 136048 | 3600 |
| 137367 | 3900 |
| 137668 | 4200 |
| 137688 | 4500 |
应进行不少于3次的测量，求得一组均值；当然若对精度有更高要求也可以测量更多次并按数理方法进行分析处理求取结果。
(2)根据测量数据绘制曲线
依据求得的这一组数据可绘制物位高度与每秒测得的射线计数关系曲线，如图7所示。其中横轴为被测物料的物位高度(h)，纵轴为探测器每秒测得的射线计数(N)。
对于不同的应用场合，比如不同材料、不同结构或不同尺寸的容器，或者不同的被测物料，不同的测量精度或响应时间，都应该重新标定测量关系。对于不同的测量环境的放射性，可以采用屏蔽的办法消除或降低影响。
4、实际灰位测量
在得到上述曲线图或数据表后，就可以开始实际测量灰位。首先，要测量1秒钟灰斗内灰的放射性水平(纵轴数值N)，根据上述曲线图7或数据表，就可以对应得到一个值(纵轴数值h)。h就是灰斗内的灰位。
例如：当测得的N＝134255时，查曲线图或数据表得知对应灰位h在3417mm和3420mm之间。
当测得的N＝10000时，查曲线图或数据表得知对应灰位h在972mm和975mm之间。
当测得的N＝80000时，查曲线图或数据表得知对应灰位h在2313mm和2316mm之间。
当测得的N＝35000时，查曲线图或数据表得知对应灰位h在1809mm和1812mm之间。
Claims (2)
1.一种利用γ射线测量物位的方法，其特征在于采用以下步骤：
(1)在容器外部设定位置测量出容器内待测物料和环境的γ射线水平；
(2)标定测量到的γ射线水平与容器内物位的对应关系；
(3)在容器外部设定位置测量实际的γ射线水平，根据上述标定的γ射线水平与容器内物位的对应关系，得到容器内物料的实际物位。
2.根据权利要求1所述的利用γ射线测量物位的方法，其特征在于：该步骤(1)包括：根据物位测量要求及容器的构造和尺寸，设定测量位置；在该设定测量位置安置γ射线探测设备；该步骤(2)包括：使该γ射线探测设备相对于该容器保持静止，根据测量精度要求，逐渐改变容器内的物位，分别测量在不同的物位状态下物料和环境的γ射线水平；根据测量数据标定γ射线水平与容器内物位的对应关系。
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