CN1127884A - 小感量高精度皮带核子秤 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核物理技术领域，特别涉及于轻重量或小质量的核辐射计量设备，它主要由支架，核辐射探测器，测速机构，二次仪表和低能γ辐射源源室构成，其特征在于所述装有低能γ辐射源的源室固定在支架顶部的中间，在源室下方一定距离处装有皮带，皮带上可装运物料，皮带下设有测速机构，在测速机构下面装有核辐射探测器，从探测器内的前置放大器的电器通过密封板上的电缆插座与支架外的二次仪表连通。本发明的核子秤实现了对轻重量或小质量物料的重量或质量进行计量和控制。
Description
本发明属于核物理领域，特别涉及于一种用于轻重量或小质量测量的核辐射计量设备。
目前，国内外市场上销售的核子秤包括：放射源、A形支架或C形支架、核辐射探测器、测速机构、二次仪表等部件。
放射源无论是点源还是线源，都是使用γ辐射能量为662KeV的137Cs放射源，强度在10-100mCi之间。由于137Cs的辐射能量偏高，且不易防护，因此，在穿透诸如烟草等轻重量或小质量物料时，强度的减弱是很小的，因此，对物料质量厚度变化量的反应极不灵敏，无法对轻物料的重量或小质量进行计量。
核辐射探测器目前使用四种类型：长盖革计数管、闪烁探头、多电极高气压电离室、长正比计数管。这四种探测器对于137Cs放射源都能有较好的响应，使核子秤稳定可靠地工作。但由于其自身的壁较厚，加上外屏蔽套的厚度，使得诸如241Am放射源发射的60KeV低能γ射线不能有效地进入探测器，无法对轻重量或小质量物料进行重量或质量计量。
本发明的目的是要克服现有技术中存在的问题，提出一种小感量高精度皮带核子稃。它采用低能γ辐射源和对低能γ辐射有很高灵敏度的大面积薄窗核辐射探测器，实现对轻重量或小质量物料的重量或质量进行计量和控制。
本发明的小感量高精度皮带核子秤的技术方案是它主要由支架，核辐射探测器，测速机构，二次仪表和低能γ辐射源源室构成，其特征在于所述装有低能γ辐射源的源室固定在支架顶部的中间，在源室下方一定距离处装有皮带，皮带上可装运物料，皮带下设有测速机构在测速机构下面装有核辐射探测器，从探测器由的前置放大器的电气通过密封板上的电缆插座与支架外的二次仪表连通。所述核辐射探测器为大面积薄窗核辐射探测器，它包括左、右端盖，中心电极，陶瓷密封绝缘子，高压电极，入射窗，密封罩，密封板，电缆插座，排气管，前置放大器，保护膜和方形槽，其中的中心电极的两端通过左、右连接杆固定在左、右端盖上，在左、右端盖上分别装有带保护环的陶瓷密封绝缘子和密封罩，在左端盖上还装有排气管，在右密封罩内装有前置放大器，前置放大器的电气连接通过密封板上的电缆插座与二次仪表相接，入射窗与左、右端盖，高压电极固定在一起，整个电离室放在方形槽内，槽的上方安装有防护膜。所述陶瓷密封绝缘子是由电极引出管，上、下绝缘柱，接地保护环和封接环构成，其中的电极引出管固定在上绝缘柱上，保护环固定在下绝缘柱上，上、下绝缘柱的表面涂有防潮涂料，并通过封接环与左、右端盖连接。所述高压电极由左、右侧板和下底板组成，其截面大致呈U形。所述密封板通过密封圈和压紧螺环将前置放大器密封在右密封罩内。所述探测器为圆柱形薄壁电离室或薄壁正比计数管，管壁材料为铝或钛或不锈钢；所述中心电极为一圆柱状电极，如不锈钢管，其有效长度为200-1200mm，所述入射窗为不锈钢或钛箔，其厚度为0.05-0.3，宽度为50-150mm，长度为250-1250mm，常用为厚0.05mm，宽100mm，长500-800mm。在方形槽如电离室之间有填充材料，在电离室内充有惰性气体氙、氩或混合气体。所述低能γ辐射源源室包括辐射源、屏蔽体、屏蔽塞、套筒、推拉杆、活门、前窗、后盖、销钉、锁、锁销、销子和支架，其中的辐射源放置在屏蔽塞前，屏蔽塞通过销钉固定在套筒上，套筒内装有屏蔽体，在套筒后侧设有后盖，而后盖通过螺钉固定在套筒内的屏蔽体上，在套筒前端设有活门和前窗，活门通过装在套筒前两侧的推拉杆进行往复移动，以控制源室活门的开和关，处于套筒后端外侧的销子穿过锁销孔对准套筒上的孔插入屏蔽体，而锁销固定在支架上，销子的另一端装有锁，使源室锁定在支架上。所述套筒是可旋转地装在后盖上，所述推拉杆穿过套筒上的孔为一带窄槽的圆孔，在套筒转动时，推拉杆从圆孔进入窄槽，使活门停止活动。所述源室支架呈∩形，A形或C形。
本发明的要点是提出一种对轻重量或小质量物料重量或质量进行计量和控制的设备，这种设备采用低能γ辐射源和对γ辐射有很高灵敏度的大面积薄窗辐射探测器。本发明还设计了一种结构新颖，安全可靠的放射源源室。
本发明的主要优点在于利用大面积薄窗(或薄壁)核辐射探测器侧出低能γ射线穿透传送带和物料后的减弱强度，即可标出皮带上这时刻物料的质量密度，再用测速传感器测出皮带的速度，经模拟或数字计算得到单位时间物料的流量和被传送物料的总重量。该秤用于轻物料的重量或质量计量和生产过程中的配料控制。
为了进一步说明本发明的核子秤的结构，将参照附图并结合实施例进行具体的描述，其附图有：
图1为本发明的皮带核子秤的结构示意图；
图2、3、4分别为图1所示核子秤的大面积薄窗核辐射探测器的主视、剖视及其陶瓷密封绝缘子的构造图；
图5、6、7、8、9分别为图1所示核子称中和低能γ辐射源源室的仰视、剖视，A-A，B-B及侧视图。
在图1中：
1、放射源 2、∩或A形架
3、大面积薄窗核辐射探测器 4、测速机构
5、二次仪表或处理器 6、低能γ辐射源源室
7、皮带 8、物料
在图2-4中：
9、10、左右端盖 11、12、陶瓷密封绝缘子
13、排气管 14、15、左右密封罩
16、中心电极 17、18、左右连接杆
19、20、左右侧板 21、底板
22、入射窗 23、压框
24、前置放大器 25、螺杆
26、密封板 27、密封圈
28、压紧螺 29、多芯密封插座
30、保护膜 31、方形槽
32、填充材料 33、电极引出管
34、上绝缘柱 35、接地保护环
36、下绝缘柱 37、封接环
38、防潮涂料
在图5-9中：
39、辐射源(或1) 40、屏蔽体 41、屏蔽塞
42、套筒 43、44、推拉杆 45、活门
46、前窗 47、后盖 48、销钉
49、锁销 50、销子 51、锁
52、支架螺栓 53、后盖螺钉 54、支架
本发明采用点源、线探测器方式。放射源1采用能量60KeV的241Am低能γ辐射源，源置于源室6之内，发出的射线通过源室窗口到达轻重量或小质量的物料8，由于γ的能量较低，因此在守过物料8时，尽管物料8(如烟丝)的质量密度很小，质量很轻，但射线仍有较大的衰减。因而在物料质量厚度有较小的变化时，相应的射线强度衰减的变化仍较明显。射线再穿过皮带7到达大面积薄窗核辐射探测器3。该探测器3的截面为长方形，它的长度大于输送皮带7的宽度，使源1发射的射线穿过物料8和皮带7时的任何一端都落在探测器3内，探测器也可以采用圆柱形薄壁电离室或薄壁正比计数管，管壁材料为铝或钛或不锈钢。由于入射窗(或壁)很薄，对射线的衰减就很小，进入电离室内的射线和室壁及所充气体作用，产生次极电子，次极电子在内室气体中运动损失能量，产生电离。正负离子在电场的作用向两极运动，形成与输送物料量有关的电流信号。该信号经过前置放大器放大处理后，与测速机构的速度信号一起进入二次仪表，进行汇总，甄别和处理，从而达到计量或工业控制的目的。本发明把大面积薄窗核辐射测量器设计成截面为方形或长方形，射线的入射窗采用大面积不锈钢或钛箔，以利于低能γ射线的穿透。左右端盖上均有一个带保护的陶瓷密封绝缘子，以降低漏电流对测量精度的影响。为保持电场均匀，中心电极采用圆柱形结构。整个电离室材料均由不锈钢构成。为保持电离室长期稳定的工作，所有焊接，包括不锈钢箔的焊接均采用Ar弧焊接。
在图2中，左端盖9和右端盖10上焊有带保护环的陶瓷密封绝缘子11、12，左端盖9上还焊有排气管13，供抽真空和充气用。左端盖9上还焊有左密封罩14，以防止灰尘和水汽污染陶瓷密封绝缘子11、12。中心电极16是一不锈钢管，它的长度即是电离室的有效长度，范围在200-1200mm，该电极通过左右连接杆17、18与左右端盖9、10焊接，左侧板19，右侧板20和底板21可以是一个整体，也是可以分为三件焊接在一起，入射窗22为厚度0.05-0.3mm的不锈钢箔，宽度50-150mm，长度比中心电极16略长，范围在250-1250mm之间，入射窗22与左右端盖9、10，左右侧板19、20以及压框23用Ar弧焊焊接，右端盖10上面还焊有右密封罩15，罩内装有前置放大器24，它用三根螺杆25固定，前置放大器24的电气连接通过密封板26上的多芯密封插座29与二次仪表连接，密封板26通过密封圈27和压紧螺环28把前置放大器24密封在密封罩15内，以防止水汽和灰尘的进入，整个电离室放在一方形槽31内，槽与电离室之间有填充材料32，槽的上方安装有防尘用的保护膜30。电离室充以惰性气体氙或氩或混合气体。
本发明设计的陶瓷密封绝缘子在上绝缘柱34和下绝缘柱36之间设计有接地保护环35，使高压引起的绝缘漏电流通过保护环35直接短路到地，而不参与信号输出。电极引出管33与上绝缘柱34真空钎焊，保护环35与下绝缘柱36真空钎焊。所有金属件采用可伐合金，绝缘柱34、36表面涂以防潮涂料38，绝缘柱34、36的直径Φ10-25mm，高度8-15mm，这样使绝缘柱34、36有足够的抗冲击和耐电击穿强度。同时具有足够的绝缘电阻。封接环37与左、右端9、10连接。
本发明设计的低能γ辐射源源室的主要特点是：
辐射源39发出的低能γ射线通过屏蔽体40上的约45°角窄缝，活门45和前窗46辐射出源室。当推拉杆43、44作C向运动时，活门45向左移动，由于活门45有足够的屏蔽厚度，切断了辐射通道，使得源室外无辐射，源室处于“关”的状态；相反，当推拉杆43、44作D向运动时，活门45向右移动，则源处于“开”的状态。同时活门45上的45°角斜边和屏蔽体40的45°角窄缝应保持严格一致。因此，源室的“开”和“关”是用推拉方式实现的。
书销钉48顶死屏蔽塞41，使屏蔽塞41和源39在源室倒置时不会掉出。更重要的是在屏蔽体40上装上套筒42后，销钉48就无法后退松开，。因此就将辐射源38锁定在源室之内。
当源室处于“开”或“关”的状态时，旋转套筒42使推拉杆43、44处于套筒42上相对应的C向或D向侧视图中窄槽位置。由于窄槽的宽度小于推拉杆43、44的直径，推拉杆43、44就再也不能作C向或D向运动。因此，利用套筒42就锁定了源室前窗46的“开”或“关”状态。
一旦“开”或“关”的状态确定后，如附图中A-A旋转主视图所示，销子50穿过锁销49孔对准套筒42上的孔深入屏蔽体40，这样套筒42即被锁定。而锁销48又是固定在放置源室的“∩”形(或A形、C形)支架54上，再用锁51将锁销49和销子50与支架54锁死。这样就达到了将源室安全可靠地锁定在固定它的支架54上的目的。用另三个支架螺栓52把源室机械固定在支架54上。后盖螺钉53将后盖47固定在屏蔽体40上。当源室与支架54固定后，改变螺钉53就被压住。在锁51未被打开之前是无法松动后盖螺钉53的。本机构可同时锁定三个部位：其一，旋转套筒42，锁定推拉杆43、44，使源室6呈开或关位置；其二，放射源1装入源室6后用锁钉48将源1的屏蔽塞41固定死，再将套筒42套上，拧上后盖板47，源1就被锁定在源室6内。其三，将套筒42旋转到锁销49位置，套筒42即被锁定，将另一销子50从支架54(或2)上穿过锁销49上的孔，用锁51锁上，就可将源室6锁定在它的支架54(或2)上。
实施例：
如图1-9所示的小感量高精度皮带核子秤，核子秤采用100mCi的241Am低能γ放射源，源置于源室内，当源室处于“关”状态时，室外辐射强度接近本底水平。探测器采用大面积薄窗核辐射探测器，截面为100×100mm，入射窗尺寸为740×100×0.05mm，探测器有效长度为720mm，核子秤在对烟草进行现场秤重计量时，总的精度好于0.05％。
Claims (10)
1、一种小感量高精度皮带核子秤，它主要由支架，核辐射探测器，测速机构，二次仪表和低能γ辐射源源室构成，其特征在于所述装有低能γ辐射源的源室固定在支架顶部的中间，在源室下方一定距离处装有皮带，皮带上可装运物料，皮带下设有测速机构，在测速机构下面装有核辐射探测器，从探测器内的前置放大器的电器通过密封板上的电缆插座与支架外的二次仪表连通。
2、如权利要求1所述的核子秤，其特征在于所述核辐射探测器为大面积薄窗核辐射探测器，它包括左、右端盖，中心电极，陶瓷密封绝缘子，高压电极，入射窗，密封罩，密封板，电缆插座，排气管、前置放大器，保护膜和方形槽，其中的中心电极的两端通过左、右连接杆固定在左、右端盖上，在左、右端盖上分别装有带保护环的陶瓷密封绝缘子和密封罩，在左端盖上还装有排气管，在右密封罩内装有前置放大器，前置放大器的电气连接通过密封板上的电缆插座与二次仪表相接，入射窗与左、右端盖，高压电极固定在一起，整个电离室放在方形槽内，槽的上方安装有防护膜。
3、如权利要求1或2所述的核子秤，其特征在于所述陶瓷密封绝缘子是由电极引出管，上、下绝缘柱，接地保护环和封接环构成，其中的电极引出管固定在上绝缘柱上，保护环固定在下绝缘柱上，上、下绝缘柱的表面涂有防潮涂料，并通过封接环与左、右端盖连接。
4、如权利要求1或2所述的核子秤，其特征在于所述高压电极由左、右侧板和下底板组成，其截面大致呈U形。
5、如权利要求1或2所述的核子秤，其特征在于所述密封板通过密封圈和压紧螺环将前置放大器密封在右密封罩内。
6、如权利要求1或2所述的核子秤，其特征在于所述探测器为圆柱形薄壁电离室或薄壁正比计数管，管壁材料为铝或钛或不锈钢；所述中心电极为一圆柱状电极，如不锈钢管，其有效长度为200-1200mm，所述入射窗为不锈钢或钛箔，其厚度为.05-0.3，宽度为50-150mm，长度为250-1250mm，常用为厚0.05mm，宽100mm，长100-800mm。
7、如权利要求1或2所述的核子秤，其特征在于在方形槽和电离室之间有填充材料，在电离室内充有惰性气体氙、氩或混合气体。
8、如权利要求1所述的核子秤，其特征在于所述低能γ辐射源源室包括辐射源、屏蔽体、屏蔽塞、套筒、推拉杆、活门、前窗、后盖、销钉、锁、锁销、销子和支架，其中的辐射源放置在屏蔽塞前，屏蔽塞通过销钉固定在套筒上，套筒内装有屏蔽体，在套筒后侧设有后盖，而后盖通过螺钉固定在套筒内的屏蔽体上，在套筒前端设有活门和前窗，活门通过装在套筒前两侧的推拉杆进行往复移动，以控制源室活门的开和关，处于套筒后端外侧的销子穿过锁销孔对准套筒上的孔插入屏蔽体，而锁销固定在支架上，销子的另一端装有锁，使源室锁定在支架上。
9、如权利要求1或8所述的核子秤，其特征在于所述套筒是可旋转地装在后盖上，所述推拉杆穿过套筒上的孔为一带窄槽的圆孔，在套筒转动时，推拉杆从圆孔进入窄槽，使活门停止活动。
10、如权利要求1或8所述的核子秤，其特征在于所述源室支架呈∩形，A形或C形。
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1995
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