摘 要: 针对物位计普遍存在着灰尘对波的漫反射而导致误判断这一突出问题，在研究了 仪表的构成与工作原理基础上，利用 γ 射线穿透的方法设计了测量密闭容器物位测量方案。该设计方案在物位测量领域有着较大的应用前景。
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。
5 测量方案设计
5． 1 小于 36m3密闭容器物位的测量方案设计
对于小型密闭容器，一般采用“一源两点”的测量方法［2］，即用一个放射源两个探测器，这时需要对放射源容器的放射孔进行特殊处理，根据现场高低料位的高度差，计算出放射源容器准直孔的楔形开度，如图 4 所示，即:
5． 2 大于 36m3型密闭容器物位的测量方案设计
大型密闭容器，一般采用“两源两点”的测量方法［3，4］，即在每个放射源上都安装一个探测器，放射源容器的准直孔使用普通的圆形准直孔。根据现场高低料位的高度，安装放射源及探测器，如图 5 所示。
在上述两种安装方式的高低料位标定中，首先向密闭容器中装入被测物料，当低料位探测器检测到的放射源的计数值不再变化或变化很小时，说明物料已完全覆盖了低料位的位置，这时对低料位进行标定，置入低料位计数值。当高料位计数值开始减小时，逐渐加入物料，当高料位计数值趋于稳定时，说明物料已达到了高料位区域，这时对高料位进行标定，输入高料位计数值，完成标定。
6 结 论
该方案设计完全满足生产现场的使用要求，同时也降低了密闭容器物位测量的成本，为企业的高效安全生产提供了保证。
参考文献:
［1］ 丁福荣． 辐射物理［M］． 北京: 北京大学出版社，2004．
［2］ 复旦大学． 原子核物理实验方法［M］． 北京: 原子能出版社，1982．
［3］ 王汝赡． 辐射测量与防护［M］． 北京: 原子能出版社，2001．
［4］ 李北城． 高参数密闭容器液位非接触测量装置［J］． 自动化技术与应用，2008( 5) : 103－106．
本文作者：李小强，贾德强
