CN100439879C - 一种用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法，适用在被测物料和环境的天然放射性都相对γ射线探测设备的灵敏度太弱或被测物料和环境的天然放射性都相对γ射线探测设备灵敏度较强，但是放射性水平比较相近的两种情况下。包括以下步骤：a.选择一种辅助材料安装在被测量容器的适当位置，以增加或屏蔽环境γ放射性水平；b.标定出测量到的γ放射性水平与容器内被测量物的高度的对应关系曲线；c.根据实际测量到的放射性水平和标定好的对应关系曲线得到实际物位。本发明通过测量γ放射性水平的变化来测量物位变化，不需要专门的放射源，测量方便，不会造成环境污染、威胁人体健康。

Description

一种用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法

技术领域

本发明是一种用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法，涉及核子料位计，特别涉及被测物料及周围环境的γ放射性差异很小时的非接触式物位测量方法。

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，在特殊工况下，如高温、高压、低温、高粘性、易燃、易爆、强腐蚀、高速落料情况时测量容器中的物料位置需要采用完全的非接触式方法及其装置。

现有的测量方式例如：

一是如图1所示的开关式电离辐射料位计，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γ射线探测设备5或长条型γ射线探测设备7。在测量位置有料或无料状态下，被γ射线探测设备接收到的信号是不同的，故可以据此判断测量点处是否有物料，进而确定被测量容器内物料的高度；

二是如图2、图3、图4、图5所示的连续测量式电离辐射料位计，其测量原理是：当辐射源1发出的射线束穿过容器3中的物料4后，到达γ射线探测设备5或长条型γ射线探测设备7。当物料4的料位不同时，被γ射线探测设备5或长条型γ射线探测设备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。

上述两种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放射源，忽略物料自身和环境的天然放射性，利用射线束穿过物料时表现出的衰减规律来测量料位。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。

本发明人于2003年3月14日在申请号为03115824.2的发明专利申请中提出了一种“利用射线测量物位的方法”。如图6、图7所示，它是通过直接测量物位变化引起的测量点处的放射性水平的差异来测量料位的无放射源核子料位计。然而，该方法和装置不能够用于以下情况：a)在被测物料和环境天然γ放射性相对于γ射线探测设备的灵敏度而言都太弱；b)在被测物料和环境的天然γ放射性相对于γ射线探测设备灵敏度而言都较强，且放射性水平比较相近，由于物位变化引起的测量点处的放射性水平的差异非常小，而无法实现测量。

发明内容

为了解决目前料位测量方法及其装置存在的上述问题，本发明提出了一种用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法。

本发明的技术特征是：针对不同的测量环境，先用辅助材料增加或屏蔽环境γ放射性水平，然后标定出测量到的γ放射性水平与容器内被测量物的高度的对应关系曲线，最后根据实际测量到的放射性水平和标定好的对应关系曲线得到实际物位。

依照上述特征，当被测物料和环境的天然放射性相对γ射线探测设备的灵敏度而言都很弱时，本发明用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法，可以采用以下步骤实现：

1、选择辅助材料：

选择能被γ射线探测设备探测到的有微弱γ放射性的普通材料作为辅助材料做放射源，所述含有微弱γ放射性的普通材料的放射性的半衰期越长越好，越稳定越好，如果半衰期比较短，需要对测量的结果加半衰期矫正。有微弱γ放射性的普通材料可以是，但不仅仅是：大理石、水泥、煤灰。

2、安装辅助材料：

根据被测容器的结构、尺寸、材质和被测物料的性质以及环境的放射性情况，选择一种有微弱γ放射性的普通材料作为辅助材料，如所选材料为非固态物可制作辅助材料容器，用于盛放所述的辅助材料。辅助材料或辅助材料容器安装在被测容器相对γ射线探测设备的另一侧。选择这种有微弱γ放射性的普通材料作为辅助材料是为了增加被测容器附近环境的γ放射性水平。

所述辅助材料及容器可以是短小的，也可以是长条型的，应根据测量要求选择合适的。

3、选择并固定γ射线探测设备：

根据物位测量要求以及选择的辅助材料不同，选择探测效率较高的γ射线探测设备，设在被测容器安装辅助材料的相对另一侧，根据物位测量要求及辅助材料的选择情况，选择测量位置和γ射线探测设备的安装的方式。

被测容器的尺寸越大、壁厚越厚，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γ射线探测设备；对于相同的测量精度要求，如果探测设备的探测效率越低，选择的辅助材料的放射性就要求越高、数量就需要得越多。

4、标定：

测量到的γ射线放射性水平与容器内物位的对应关系：使γ射线探测设备相对于被测容器保持静止，根据被测物位的测量精度要求，逐渐改变被测容器内的物位，由空到满，或由满到空。在不同的物位状态下，分别测量其γ射线放射性水平。根据测量数据标定放射性水平与被测容器内物位的对应关系曲线。对于不同的应用场合，比如不同材料、不同结构、不同尺寸的被测容器、不同的被测物料，不同的环境放射性、不同的测量精度和响应时间，都应该重新标定对应关系曲线。

5、实际测量料位：

根据测量要求选择γ射线探测设备和辅助材料容器，在被测容器安装辅助材料相对的另一侧，测量γ射线放射性水平。根据测量到的放射性水平和标定的对应关系曲线，得到容器内物料的料位。

依照上述特征，当被测物料和环境的天然放射性相对γ射线探测设备的灵敏度而言都较强，且放射性水平比较相近时，用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法，可以采用以下步骤实现：

1、选择辅助材料：

选择自身放射性水平比较低、对γ射线有较好屏蔽作用的材料作为辅助材料，尽量屏蔽环境射线对被测量容器的干扰。对放射性有屏蔽作用的材料可以包括，但不仅仅包括：铅板、铁板。

2、安装辅助材料：

根据具体被测容器的结构、材质、尺寸的要求，用辅助材料制作合适的屏蔽体。该辅助材料制作的屏蔽体安装在被测容器相对γ射线探测设备的另一侧。屏蔽体的作用是屏蔽掉环境天然放射性的干扰，然后以被测量物料作为放射源。

3、选择并固定γ射线探测设备：

根据物位测量要求以及选择的辅助材料不同，选择探测效率较高的γ射线探测设备，在安装辅助材料制作的屏蔽体的相对被测容器的另一侧，测量放射性水平。根据物位测量要求及辅助材料的选择情况，选择测量位置和γ射线探测设备的安装的方式。

4、标定：

测量到的γ射线放射性水平与容器内物位的对应关系。使γ射线探测设备相对于被测容器保持静止，根据被测物位的测量精度要求，逐渐改变被测容器内的物位，由空到满，或由满到空。在不同的物位状态下，分别测量其γ射线放射性水平。根据测量数据标定放射性水平与被测容器内物位的对应关系曲线。对于不同的应用场合，比如不同材料、不同结构、不同尺寸的被测容器、不同的被测物料，不同的环境放射性、不同的测量精度和响应时间，都应该重新标定对应关系曲线。

5、实际测量料位：

根据测量要求选择γ射线探测设备，在被测容器的一侧，测量γ射线放射性水平。根据测量到的放射性水平和标定的对应关系曲线，得到容器内物料的料位。

本发明的非接触式测量物位的方法，采用普通材料作为放射源或者是屏蔽掉环境天然放射性的干扰以被测量物料作为放射源，测量方便，不会造成环境污染、威胁人体健康。采用的普通材料不需要放射源生产厂家生产；不需要环保部门做放射性监测就可以销售、购买；不需要《放射性使用许可证》就能够使用；不需要专业的放射性操作人员就能安装、维护。

附图说明

图1是开关式电离辐射料位计示意图。

图2是斜穿式安装的连续测量电离辐射料位计示意图。

图3是上下对穿式安装的连续测量电离辐射料位计示意图。

图4是采用条形γ射线探测设备和点状放射源、横向对穿式安装的连续测量电离辐射料位计示意图。

图5是采用条形γ射线探测设备和线状放射源、横向对穿式安装的连续测量电离辐射料位计示意图。

图6、图7是通过直接测量物位变化引起的测量点处的放射性水平的差异来测量料位的无源核子料位计。

图8是本发明的第一实施例的示意图。是在被测物料和环境天然放射性相对于γ射线探测设备的灵敏度而言都太弱情况下，在安装γ射线探测设备的容器的相对另一侧安装有微弱γ放射性的普通材料，测量料位的开关式测量示意图。

图9是在被测物料和环境天然放射性相对于γ射线探测设备的灵敏度而言都太弱情况下，在安装γ射线探测设备的容器的相对另一侧安装有微弱γ放射性的普通材料，测量料位的连续测量示意图。

图10是在被测物料和环境天然放射性相对于γ射线探测设备的灵敏度而言都太弱情况下，在安装γ射线探测设备的容器的相对另一侧安装有微弱γ放射性的普通材料，测量料位的采用条形γ射线探测设备的续测量示意图。

图11本发明的第二实施例的示意图。是在被测物料和环境的天然放射性相对γ射线探测设备灵敏度而言都很强时，选择自身放射性水平比较低、对γ射线有较好屏蔽作用的辅助材料，测量料位的开关式测量示意图。

图12是在被测物料和环境的天然放射性相对γ射线探测设备灵敏度而言都很强时，选择自身放射性水平比较低、对γ射线有较好屏蔽作用的辅助材料，测量料位的连续测量示意图。

图13是在被测物料和环境的天然放射性相对γ射线探测设备灵敏度而言都很强时，选择自身放射性水平比较低、对γ射线有较好屏蔽作用的辅助材料，测量料位的采用条形γ射线探测设备的续测量示意图。

图14是第一实施例标定的料位高度与每秒测得的γ射线计数关系曲线示意图。

图15是第二实施例标定的料位高度与每秒测得的γ射线计数关系曲线示意图。

图16是第三实施例的示意图。是在被测物料和环境的天然放射性相对γ射线探测设备灵敏度而言都很强时，选择铅做辅助材料，测量输灰器灰位的实施例的测量示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，参照附图对本发明作进一步的描述：

图中，1：辐射源；2：辐射源安装支架；3：被测容器；4：物料；5：射线探测设备；6：射线探测设备支架；7：长条型射线探测设备；8：有微弱放射性的普通材料；9：装有微弱放射性的普通材料的辅助材料容器；10：用辅助材料制作的屏蔽体。

实施例一：

如被测容器3为化工厂里的一个全封闭金属反应罐，物料4为内部有强腐蚀性的液体，还是高温高压环境。由于不允许在罐上开孔，必须要用非接触式方式测量。以前都是用核子料位计，必须要有放射源。采用本发明可以去掉放射源，只是用普通材料水泥来代替，就可以实现液位测量。

按本发明的技术特征，针对被测物料和环境的天然放射性相对γ射线探测设备的灵敏度而言都很弱时，本发明用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法，可以采用以下步骤：

1、选择有微弱γ放射性的普通材料

如图8、9、10所示，由于该反应罐所处测量环境的放射性水平和被测液体的放射性水平都非常弱，所以要选择有微弱γ放射性的普通材料8作为辅助材料。本实施例选择水泥作为辅助材料。辅助材料得选择以γ射线探测设备能适应为准。

2、制备辅助材料容器

如图8、9、10所示，反应罐(被测容器3)是圆柱体，并且坐落一定高度的底座上。用有机玻璃做成的桶作为盛放辅助材料容器并固定在反应罐的相对γ射线探测设备的另一侧。在该辅助材料容器9内装满水泥后，用有机玻璃板和硅胶密封上口。

在不影响其他设备检修、操作的前提下，使得该辅助材料容器与反应罐的距离尽可能近。

3、在被测量容器相对的另一侧固定γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7。

如图8、9、10所示，选择探测效率较高的γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7，在反应罐的与所述辅助材料容器9固定位置相对的一侧的外壁上固定该γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7，安装固定方式参考所述γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7生产商提供的说明书，以现有技术安装。

4、标定测量到的放射性水平与反应罐内物位的对应关系

逐渐改变反应罐内的实际物位，由空到满，在不同的液位状态下，用所述γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7分别测量其放射性水平。根据测量数据标定放射性水平与容器内物位的对应关系形成对应关系曲线，如图14所示。

5、实际测量物位

根据标定对应关系曲线和实际测量到的反应罐外的放射性水平，确定反映罐内的实际物位。

实施例二：

按本发明的技术特征，针对被测物料和环境的天然放射性相对γ射线探测设备的灵敏度而言都较强，且放射性水平比较相近时，用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法，可以采用以下步骤：

1、选择有屏蔽作用的材料作为辅助材料

如图11、12、13所示，由于测容器3所处测量环境的天然放射性相对γ射线探测设备的灵敏度而言都较强，且放射性水平比较相近时，选择自身放射性水平比较低、对γ射线有较好屏蔽作用的材料作为辅助材料，尽量屏蔽环境射线的干扰。对放射性有屏蔽作用的材料可以包括，但不仅仅包括：铅板、铁板。铅板或铁板的厚度和尺寸以γ射线探测设备能适应为准。

2、制备辅助材料

如图11、12、13所示，被测容器3是圆柱体，并且坐落一定高度的底座上。根据具体被测容器的结构、材质、尺寸的要求，用辅助材料制作合适的屏蔽体。在被测容器相对安装γ射线探测设备的另一侧安装该辅助材料制作的屏蔽体。

在不影响其他设备检修、操作的前提下，使得该辅助材料与测容器3的距离尽可能近。

3、在被测量容器相对的另一侧固定γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7。

如图11、12、13所示，选择探测效率较高的γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7，在反应罐的与所述辅助材料容器9固定位置相对的一侧的外壁上固定该γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7，安装固定方式参考所述γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7生产商提供的说明书，以现有技术安装。

4、标定测量到的放射性水平与反应罐内物位的对应关系

逐渐改变反应罐内的实际物位，由空到满，在不同的液位状态下，用所述γ射线探测设备5或长条型射线探测设备7分别测量其放射性水平。根据测量数据标定放射性水平与容器内物位的对应关系形成对应关系曲线。如图15。

5、实际测量物位

根据标定对应关系曲线和实际测量到的反应罐外的放射性水平，确定反映罐内的实际物位。

实施例三

再参照图16，本发明在某工厂的输灰器(被测容器3)上的应用，具体说明实施过程。

1、现场测量环境：

被测容器3是一输灰器，直径大约1米，上半部分是圆柱体，下半部分是圆锥体。需要测量输灰器内的灰位(物料4)。测量点在圆柱体的一半高度处。□射线探测设备5选用高灵敏度的射线探测器。

通过现场测量，发现当灰位变化时，测量到的辐射强度变化不大，原因是透过输灰器到达探测器的环境辐射和输灰器内灰的辐射对探测器的贡献相当。

2、制作屏蔽材料

(1)用2毫米的铅板做成高1米、直径1米的半圆柱形屏蔽体；按照输灰器下半部分锥体形状，也做个半锥体的屏蔽体10。

(2)在输灰器上，在安装探测器的对侧，固定做好的屏蔽体10。

3、标定测量到的放射性水平与输灰器内不同灰位(物料4)的对应关系

由于该输灰器对测量精度的要求并不高，所以大约每100毫米的灰位变化测量一组数据。结果如下：

灰位(米)	放射性水平(CPS)
		0.1	34
0.2	34
		0.3	34
0.4	35
		0.5	38
0.6	41
		0.7	45
0.8	50
		0.9	57
1.0	64
		1.1	70
1.2	75
		1.3	78
1.4	81

2、实际灰位测量

在得到上述数据表后，就可以开始实际测量灰位。例如，当探测器测得的放射性水平68CPS时，查数据表得知对应灰位在1.0m和1.1m之间。

Claims (3)

1.一种用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法，其特征在于包括以下步骤：

a.选择一种辅助材料，并把所述辅助材料安装在被测量容器的适当位置，以增加或屏蔽环境γ放射性水平；

b.标定出测量到的γ放射性水平与容器内被测量物的高度的对应关系曲线；

c.根据实际测量到的γ放射性水平和标定好的对应关系曲线得到实际物位。

2.一种用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法，其特征在于包括以下步骤：

a1.选择有微弱γ放射性的普通材料作为辅助材料代替放射源；

b1.将辅助材料设置在被测容器的一侧；

c1.选择能测量出辅助材料的微弱γ放射性的γ射线探测设备，安装在被测量容器的相对辅助材料的另一侧；

d1.标定：标定出测量到的γ射线放射性水平与容器内物位的对应关系曲线；

e1.测量料位：测量γ射线放射性水平，根据测量到的放射性水平和标定的对应关系曲线，得到容器内物料的料位。

3.一种用辅助材料代替放射源的非接触式物位测量方法，其特征在于包括以下步骤：

a2.选择自身放射性水平比较低、对γ射线有较好屏蔽作用的材料作为辅助材料；

b2.安装辅助材料：

根据具体被测容器的结构、材质、尺寸的要求，用辅助材料制作合适的屏蔽体，并安装在被测容器的一侧；

c2.选择能测量出容器内被测物料的微弱γ放射性的γ射线探测设备，安装在被测容器的相对安装辅助材料的另一侧；

d2.标定：标定出测量到的γ射线放射性水平与容器内物位的对应关系曲线；

e2.测量料位：测量γ射线放射性水平，根据测量到的放射性水平和标定的对应关系曲线，得到容器内物料的料位。

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