CN102680999B - 静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法，本发明的特点就是设计一种用于静电收集法测氡仪温湿度效应的修正方法，同时应用该方法对静电收集法测氡仪进行实验，得到在不同温湿度即绝对湿度下的温湿度修正因子R值，并通过修正得到转换因子K。测氡仪通过自动温湿度测量和公式（4）计算出绝对湿度值η，由程序自动调用不同温湿度下修正因子的数据库，并判断η所在区间，计算此时的温湿度修正因子，然后再由自动测量程序把R值代入公式（2）和（3）计算就可以得到修正后的氡浓度测量值，从而实现测氡仪的自动温湿度修正。<sub/>

Description

静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法

技术领域

本发明涉及一种静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法，特别是用于环境氡浓度连续测量的温湿度自动补偿方法，以及氡析出率快速测量中的温湿度自动补偿方法。

背景技术

室内外环境、地下空间、铀矿冶生产车间等场所都需要对氡浓度进行监测和控制。

目前使用的测氡仪种类较多，依据测量原理不同可分为：闪烁室法、活性炭法、固体核径迹法、半导体静电收集法、电离室法等；按采样方式可分为被动式和主动式。

闪烁室法具有较高的灵敏度，但需要较长测量时间且易受湿度的影响；活性炭法及固体核径迹法测量周期长、不易自动化，只适合于环境中氡剂量调查；半导体静电收集法需要解决延时及温湿度效应等问题。现有性能较好的测氡仪有Rad7型测氡仪、PQ2000型测氡仪等。但Rad7型测氡仪存在延时效应，特别是在低氡浓度情况下需要较长时间才能满足测量精度需要，需要不时更换干燥管而使得维护麻烦，也限制了测氡仪用于长期无人值守的监测领域，同时干燥管的使用有可能对小体积气体环境的测量对象产生明显影响，如闭环式氡析出率测量时干燥效益会改变氡析出率。PQ2000型测氡仪虽然已很好地解决了无干燥管时湿度效应的问题，但其被动式的测量方式需要较长的测量时间，且延时效应特别明显。

要使测氡仪能同时满足快速、连续且无需使用干燥管的要求，解决半导体静电收集法测氡的温湿度效应问题是首要的。实验证明：静电收集法的收集效率与探测器的种类、收集室的体积、收集电压、气压和²²⁰Rn的影响等有关。但是，在这些条件基本确定的情况下，即针对某一定型的测氡仪而言，其静电收集效率主要受温度和湿度的同时影响。所以，温湿度的影响是静电收集法测氡仪探测效率首要考虑的因素，也是目前的一个难点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种针对静电收集法氡浓度连续测量的温湿度自动补偿方法，该方法不但可以使基于静电收集法的测氡仪摆脱干燥管的限制，而且可以促进建材氡析出率测量技术的进步，大大提高测氡仪测量能力和应用范围。

本发明的技术方案是：一种静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法，基于静电收集法的测氡仪主要是靠收集氡的第一代子体²¹⁸Po，并测量²¹⁸Po所衰变的α粒子脉冲计数来实现连续测氡的，所以，静电收集法的测氡仪的原理公式可以表示为：

$C_{\mathrm{Rn}}=K*\mathrm{\&Delta;}{N}_{218_{\mathrm{Po}}}---\left(1\right)$

式中K为转换因子，

为测氡仪每次探测到²¹⁸Po的净计数；

由于氡衰变的子体²¹⁸Po有90%带有正电荷，而极化的水蒸气分子很容易与其发生作用变成中性粒子²¹⁸Po，从而影响对²¹⁸Po的收集效率，在使用静电收集法测氡的时候必须考虑温湿度效应的影响，当在测量进气端加上干燥管时，测氡仪的探测效率为一个常数，此时实验测量的转换因子为K₀，此时不需要进行温湿度修正，即对应的修正因子R₀=1，R为定义的温湿度修正因子；当去掉干燥管后，随着温湿度的变化，基于静电收集法测量的测氡仪的探测效率也将随之变化，这就要求对仪器的温湿度效应进行修正，为了综合处理温湿度的效应，把对应温度的饱和蒸汽压与相对湿度相乘得到绝对湿度，即把温度和湿度用一个与之紧密关联的绝对湿度来表达，并通过实验获得不同绝对湿度下测氡仪的修正因子R；

在考虑绝对湿度效应之后，得到的转换因子K为：

当在一定温湿度条件下测得²¹⁸Po衰变产生α粒子的净计数ΔN后，则能够计算所测时间段内的氡浓度C_Rn，

$C_{\mathrm{Rn}}=K*{\mathrm{\&Delta;N}}_{{218}_{\mathrm{Po}}}\left(T\right)---\left(3\right)$

本发明的特点就是设计一种用于静电收集法测氡仪温湿度效应的修正方法，同时应用该方法对静电收集法测氡仪进行实验，得到在不同温湿度即绝对湿度下的R值，并通过修正得到K；

温、湿度修正因子R的确定方法如下：

把温度与相对湿度对静电收集法测氡的影响通过一个参数来体现，即把温度和相对湿度用一个与之紧密关联的绝对湿度来表达，并通过实验获得不同绝对湿度η下静电收集法测氡仪的修正因子R，把η-R的曲线关系进行线性分段，然后利用编程方法进行自动数据调用和计算，其具体计算过程如下：

A、在测氡仪的测量室内装入性能优良的温湿度传感器，每个测量周期都自动获取测量室内的温度T和湿度h的数值，并自动查找数据库中温度T最接近的饱和蒸汽压值b， 再通过计算得到测量室内此时的绝对湿度值η，

η=h*b                  （4）。

B、实验证明，探测器的类型、收集室的体积及收集电压等参数确定的测氡仪，其R值与η值均呈现出一种曲线关系，测氡仪需要通过实验得到这种曲线，再根据曲线特征分出n个线性区间，确定特殊点的η₀~η_n和对应的R₀~R_n，并将不同温湿度下的修正因子写入测量程序的数据库中。

C、实际测量中，测氡仪通过自动温湿度测量和公式（4）计算出绝对湿度值η，由程序自动调用不同温湿度下修正因子的数据库，并判断η所在区间，如η₂<η<η₃，计算此时的温湿度修正因子，

$R=R_2+(\mathrm{\&eta;}-{\mathrm{\&eta;}}_2)\&times;\frac{R_3-R_2}{{\mathrm{\&eta;}}_3-{\mathrm{\&eta;}}_2}---\left(5\right)$

然后再由自动测量程序把R值代入公式（2）和（3）计算就可以得到修正后的氡浓度测量值，从而实现测氡仪的自动温湿度修正。

本发明还提供了一种采用静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法对测氡仪参数进行测定的方法及实验装置。

虽然静电收集法测氡仪的R值与η值均呈现出一种曲线关系，但其具体的曲线，分段点的R_n与η_n值，都需要在实验中严格测定，然后编写自动修正程序并固化到测氡仪中，测氡仪必须按照编制的实验大纲要求进行参数测定。

参数测定实验过程中，氡室主体箱体中的氡浓度及温湿度要保持稳定，以保证所采样为氡室的同一区域、浓度相同的氡气。测试时，先对第一测氡仪、第二测氡仪的参数进行设置和调整，保证测量周期一致，然后同步启动第一测氡仪、第二测氡仪进行实验。同时实时记录氡室主体箱体内部的温湿度传感器的显示数据，对该测量时间段的温度、相对湿度和气压进行记录，并观察是否有突变的现象，以便及时调整实验条件。在相对湿度或温度条件不变的情况下完成一组实验数据测试后，再改变温湿度，反复多次进行不同温湿度条件下的测试实验测量。最后进行实验数据处理分析，得到绝对湿度修正因子R-η曲线，并进行线性分段得到η₀~η_n和对应的R₀~R_n，并输入到第一测氡仪、第二测氡仪温湿度自动修正程序的参数中。

上述方法采用的测氡仪参数测定实验装置由氡室主体箱体、PQ2000监测系统、加湿器、加热器、温湿度控制装置、混合箱、气溶胶源、固体氡源、第一调节阀、出气口、第一干燥管、标准测氡装置、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、第五调节阀、第一测氡仪、第二测氡仪和第二干燥管组成。加湿器、加热器安装在氡室主体箱体内，并通过导线与温湿度控制装置连接，由温湿度控制装置控制加湿器和加热器工作，实现氡浓度和温湿度的调节和维持氡浓度的动态稳定。气溶胶源和固体氡源通过管道与混合箱的进气端H1连接，混合箱的出气端H2通过管道与氡室主体箱体进气端D6连接，混合箱的出气端H3通过管道与氡室主体箱体进气端D4连接，PQ2000监测系统通过导线与氡室主体箱体的端口D5连接，第一调节阀的一端连接在混合箱的出气端H2和氡室主体箱体进气端D6之间的管道上，第一调节阀的另一端与出气口连接。

第二调节阀和第三调节阀的一端通过管道与氡室主体箱体出气端D2连接，第二调节阀的另一端通过管道与第一干燥管的进气端连接，第一干燥管的出气端通过管道与标准测氡装置的进气端连接，标准测氡装置的出气端通过管道与氡室主体箱体的进气端D1连接，第三调节阀的另一端通过管道与第四调节阀、第二干燥管的进气端连接，第二干燥管的出气端通过管道与第五调节阀连接，第五调节阀的另一端通过管道与第二测氡仪的进气端连接，第四调节阀的另一端通过管道与第一测氡仪的进气端连接，第一测氡仪的出气端和第二测氡仪的出气端通过管道与氡室主体箱体出进端D3连接。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、该发明可以解决静电收集法测氡仪需要使用并不时更换干燥管的麻烦问题。

2、该发明扩展了静电收集法测氡仪的应用范围，使其满足了用于长期无人值守的监测领域的要求；同时也解决了在氡析出率测量时，因加干燥管会改变析出介质表面的的特性而测不准氡析出率的难题。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

附图1为温湿度修正因子R与绝对湿度的关系曲线；

附图2为测氡仪温湿度修正实验装置的结构示意图。

具体实施方式

一种静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法，基于静电收集法的测氡仪主要是靠收集氡的第一代子体²¹⁸Po，并测量²¹⁸Po所衰变的α粒子脉冲计数来实现连续测氡的，所以，静电收集法的测氡仪的原理公式可以表示为：

$C_{\mathrm{Rn}}=K*{\mathrm{\&Delta;N}}_{{128}_{\mathrm{Po}}}---\left(1\right)$

式中K为转换因子，

为测氡仪每次探测到²¹⁸Po的净计数；

由于氡衰变的子体²¹⁸Po有90%带有正电荷，而极化的水蒸气分子很容易与其发生作用变成中性粒子²¹⁸Po，从而影响对²¹⁸Po的收集效率，在使用静电收集法测氡的时候必须考虑温湿度效应的影响，当在测量进气端加上干燥管时，测氡仪的探测效率为一个常数，此时实验测量的转换因子为K₀ ，此时不需要进行温湿度修正，即对应的修正因子R₀=1，R为定义的温湿度修正因子；当去掉干燥管后，随着温湿度的变化，基于静电收集法测量的测氡仪的探测效率也将随之变化，这就要求对仪器的温湿度效应进行修正，为了综合处理温湿度的效应，把对应温度的饱和蒸汽压与相对湿度相乘得到绝对湿度，即把温度和湿度用一个与之紧密关联的绝对湿度来表达，并通过实验获得不同绝对湿度下测氡仪的修正因子R；

在考虑绝对湿度效应之后，得到的转换因子K为：

K=K₀*R             (2)

当在一定温湿度条件下测得²¹⁸Po衰变产生α粒子的净计数ΔN后，则能够计算所测时间段内的氡浓度C_Rn，

$C_{\mathrm{Rn}}=K*{\mathrm{\&Delta;N}}_{{218}_{\mathrm{Po}}}\left(T\right)---\left(3\right)$

用静电收集法测氡仪温湿度效应的修正方法对静电收集法测氡仪进行实验，得到在不同温湿度即绝对湿度下的R值，并通过修正得到K；

温、湿度修正因子R的确定方法如下：

把温度与相对湿度对静电收集法测氡的影响通过一个参数来体现，即把温度和相对湿度用一个与之紧密关联的绝对湿度来表达，并通过实验获得不同绝对湿度η下静电收集法测氡仪的修正因子R，把η-R的曲线关系进行线性分段，然后利用编程方法进行自动数据调用和计算，其具体计算过程如下：

A、在测氡仪的测量室内装入性能优良的温湿度传感器，每个测量周期都自动获取测量室内的温度T和湿度h的数值，并自动查找数据库中温度T最接近的饱和蒸汽压值b，表1 为不同温度下的饱和蒸汽压，

表1

再通过计算得到测量室内此时的绝对湿度值η，

η=h*b                  （4）

B、实验证明，探测器的类型、收集室的体积及收集电压等参数确定的测氡仪，其R值与η值均呈现出一种曲线关系，测氡仪需要通过实验得到这种曲线，再根据曲线特征分出n个线性区间，确定特殊点的η₀~η_n和对应的R₀~R_n，并将不同温湿度下的修正因子写入测量程序的数据库中，不同温湿度下的修正因子如表2所示；

表2

C、实际测量中，测氡仪通过自动温湿度测量和公式（4）计算出绝对湿度值η，由程序自动调用不同温湿度下修正因子的数据库，并判断η所在区间，如η₂<η<η₃，计算此时的温湿度修正因子，

$R=R_2+(\mathrm{\&eta;}-{\mathrm{\&eta;}}_2)\&times;\frac{R_3-R_2}{{\mathrm{\&eta;}}_3-{\mathrm{\&eta;}}_2}---\left(5\right)$

然后再由自动测量程序把R值代入公式（2）和（3）计算就可以得到修正后的氡浓度测量值，从而实现测氡仪的自动温湿度修正。

本实施例还提供了一种采用静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法对测氡仪参数进行测定的方法及实验装置。

虽然静电收集法测氡仪的R值与η值均呈现出一种曲线关系。但其具体的曲线，分段点的R_n与η_n值，都需要在实验中严格测定，然后编写自动修正程序并固化到测氡仪中。所以，测氡仪必须按照编制的实验大纲要求进行参数测定。

参数测定实验过程中，氡室主体箱体1中的氡浓度及温湿度要保持稳定，以保证所采样为氡室的同一区域、浓度相同的氡气。测试时，先对第一测氡仪17、第二测氡仪18的参数进行设置和调整，保证测量周期一致，然后同步启动第一测氡仪17、第二测氡仪18进行实验。同时实时记录氡室主体箱体1内部的温湿度传感器的显示数据，对该测量时间段的温度、相对湿度和气压进行记录，并观察是否有突变的现象，以便及时调整实验条件。在相对湿度或温度条件不变的情况下完成一组实验数据测试后，再改变温湿度，反复多次进行不同温湿度条件下的测试实验测量。最后进行实验数据处理分析，得到绝对湿度修正因子R-η曲线，并进行线性分段得到η₀~η_n和对应的R₀~R_n，并输入到第一测氡仪17、第二测氡仪18温湿度自动修正程序的参数中。

上述方法采用的测氡仪参数测定实验装置由氡室主体箱体1、PQ2000监测系统2、加湿器3、加热器4、温湿度控制装置5、混合箱6、气溶胶源7、固体氡源8、第一调节阀9、出气口10、第一干燥管11、标准测氡装置12、第二调节阀13、第三调节阀14、第四调节阀15、第五调节阀16、第一测氡仪17、第二测氡仪18和第二干燥管19组成。加湿器3、加热器4安装在氡室主体箱体1内，并通过导线与温湿度控制装置5连接，由温湿度控制装置5控制加湿器3和加热器4工作，实现氡浓度和温湿度的调节和维持氡浓度的动态稳定。气溶胶源7和固体氡源8通过管道与混合箱6的进气端H1连接，混合箱6的出气端H2通过管道与氡室主体箱体1进气端D6连接，混合箱6的出气端H3通过管道与氡室主体箱体1进气端D4连接，PQ2000监测系统2通过导线与氡室主体箱体1的端口D5连接，第一调节阀9的一端连接在混合箱6的出气端H2和氡室主体箱体1进气端D6之间的管道上，第一调节阀9的另一端与出气口10连接。

第二调节阀13和第三调节阀14的一端通过管道与氡室主体箱体1出气端D2连接，第二调节阀13的另一端通过管道与第一干燥管11的进气端连接，第一干燥管11的出气端通过管道与标准测氡装置12的进气端连接，标准测氡装置12的出气端通过管道与氡室主体箱体1的进气端D1连接，第三调节阀14的另一端通过管道与第四调节阀15、第二干燥管19的进气端连接，第二干燥管19的出气端通过管道与第五调节阀16连接，第五调节阀16的另一端通过管道与第二测氡仪18的进气端连接，第四调节阀15的另一端通过管道与第一测氡仪17的进气端连接，第一测氡仪17的出气端和第二测氡仪18的出气端通过管道与氡室主体箱体1出进端D3连接。

本实施例中，第一测氡仪17、第二测氡仪18采用NRL-1型测氡仪，以经过温湿度自动修正的NRL-1型测氡仪为测试对象对本发明方法的实用效果进行了检验。实验结果表明：在1.90－14.91g/m³绝对湿度范围内，得到了NRL-1型测氡仪的探测效率与绝对湿度的关系曲线，依据此关系曲线实现了NRL-1型测氡仪的探测效率的温湿度自动补偿，与加干燥管的测量结果比较，氡浓度的测量结果偏差小于5%。

Claims (2)

1.一种静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法，其特征是：基于静电收集法的测氡仪主要是靠收集氡的第一代子体²¹⁸Po，并测量²¹⁸Po所衰变的α粒子脉冲计数来实现连续测氡的，静电收集法的测氡仪的原理公式可以表示为：

         (1)

式中K为转换因子，

为测氡仪每次探测到²¹⁸Po的净计数；

由于氡衰变的子体²¹⁸Po有90%带有正电荷，而极化的水蒸气分子很容易与其发生作用变成中性粒子²¹⁸Po，从而影响对²¹⁸Po的收集效率，在使用静电收集法测氡的时候必须考虑温湿度效应的影响，当在测量进气端加上干燥管时，测氡仪的探测效率为一个常数，此时实验测量的转换因子为K₀ ，此时不需要进行温湿度修正，即对应的修正因子R₀=1，R为定义的温湿度修正因子；当去掉干燥管后，随着温湿度的变化，基于静电收集法测量的测氡仪的探测效率也将随之变化，这就要求对仪器的温湿度效应进行修正，为了综合处理温湿度的效应，把对应温度的饱和蒸汽压与相对湿度相乘得到绝对湿度，即把温度和湿度用一个与之紧密关联的绝对湿度来表达，并通过实验获得不同绝对湿度下测氡仪的修正因子R；

在考虑绝对湿度效应之后，得到的转换因子K为：

             (2)

当在一定温湿度条件下测得²¹⁸Po衰变产生α粒子的净计数ΔN后，则能够计算所测时间段内的氡浓度C_Rn，

    

  (3)

用静电收集法测氡仪温湿度效应的修正方法对静电收集法测氡仪进行实验，得到在不同温湿度即绝对湿度下的R值，并通过修正得到K；

温湿度修正因子R的确定方法如下：

把温度与相对湿度对静电收集法测氡的影响通过一个参数来体现，即把温度和相对湿度用一个与之紧密关联的绝对湿度来表达，并通过实验获得不同绝对湿度η下静电收集法测氡仪的修正因子R，把η-R的曲线关系进行线性分段，然后利用编程方法进行自动数据调用和计算，其具体计算过程如下：

A、在测氡仪的测量室内装入性能优良的温湿度传感器，每个测量周期都自动获取测量室内的温度T和湿度h的数值，并自动查找数据库中温度T最接近的饱和蒸汽压值b， 再通过计算得到测量室内此时的绝对湿度值η，

                  （4）；

B、实验证明，探测器的类型、收集室的体积及收集电压参数确定的测氡仪，其R值与η值均呈现出一种曲线关系，测氡仪需要通过实验得到这种曲线，再根据曲线特征分出n个线性区间，确定特殊点的η₀~η_n和对应的R₀~R_n，并将不同温湿度下的修正因子写入测量程序的数据库中；

参数测定实验过程中，氡室主体箱体中的氡浓度及温湿度要保持稳定，以保证所采样为氡室的同一区域、浓度相同的氡气；测试时，先对第一测氡仪、第二测氡仪的参数进行设置和调整，保证测量周期一致，然后同步启动第一测氡仪、第二测氡仪进行实验；同时实时记录氡室主体箱体内部的温湿度传感器的显示数据，对该测量时间段的温度、相对湿度和气压进行记录，并观察是否有突变的现象，以便及时调整实验条件；在相对湿度或温度条件不变的情况下完成一组实验数据测试后，再改变温湿度，反复多次进行不同温湿度条件下的测试实验测量；最后进行实验数据处理分析，得到绝对湿度修正因子R-η曲线，并进行线性分段得到η₀~η_n和对应的R₀~R_n，并输入到第一测氡仪、第二测氡仪温湿度自动修正程序的参数中；

C、实际测量中，测氡仪通过自动温湿度测量和公式（4）计算出绝对湿度值η，由程序自动调用不同温湿度下修正因子的数据库，并判断η所在区间，如η₂<η<η₃，计算此时的温湿度修正因子，

          （5）

然后再由自动测量程序把R值代入公式（2）和（3）计算就可以得到修正后的氡浓度测量值，从而实现测氡仪的自动温湿度修正。

2.根据权利要求1所述的一种采用静电收集测氡探测效率的温湿度自动补偿方法，其特征是：上述方法采用的测氡仪参数测定实验装置由氡室主体箱体、PQ2000监测系统、加湿器、加热器、温湿度控制装置、混合箱、气溶胶源、固体氡源、第一调节阀、出气口、第一干燥管、标准测氡装置、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、第五调节阀、第一测氡仪、第二测氡仪和第二干燥管组成；加湿器、加热器安装在氡室主体箱体内，并通过导线与温湿度控制装置连接，由温湿度控制装置控制加湿器和加热器工作，实现氡浓度和温湿度的调节和维持氡浓度的动态稳定；气溶胶源和固体氡源通过管道与混合箱的进气端H1连接，混合箱的出气端H2通过管道与氡室主体箱体进气端D6连接，混合箱的出气端H3通过管道与氡室主体箱体进气端D4连接，PQ2000监测系统通过导线与氡室主体箱体的端口D5连接，第一调节阀的一端连接在混合箱的出气端H2和氡室主体箱体进气端D6之间的管道上，第一调节阀的另一端与出气口连接；

第二调节阀和第三调节阀的一端通过管道与氡室主体箱体出气端D2连接，第二调节阀的另一端通过管道与第一干燥管的进气端连接，第一干燥管的出气端通过管道与标准测氡装置的进气端连接，标准测氡装置的出气端通过管道与氡室主体箱体的进气端D1连接，第三调节阀的另一端通过管道与第四调节阀、第二干燥管的进气端连接，第二干燥管的出气端通过管道与第五调节阀连接，第五调节阀的另一端通过管道与第二测氡仪的进气端连接，第四调节阀的另一端通过管道与第一测氡仪的进气端连接，第一测氡仪的出气端和第二测氡仪的出气端通过管道与氡室主体箱体出进端D3连接。

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