CN113375757B - 一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，涉及容器中物料的物位测量领域，所述方法包括步骤S1：获取基准物料的辐射量I_m与基准物料体积v的关系；S2：获取被测物料体积V与基准物料体积v的关系；S3：获取容器内被测物料体积V与物料高度h的关系；S4：获取基准物料的辐射量差值ΔI_t与基准物料温度差值Δt的关系；S5：获取最终辐射量I与辐射量I_m、辐射量差值ΔI_t的关系，并且对最终辐射量I进行环境辐射校正；S6：基于S1～S5获取不同基准物料温度差值Δt的条件下，最终辐射量I与被测物料高度h的关系。本发明解决了现有方法对容器中物料的物位测量存在的辐射危害、测量不准确等缺陷。

Description

一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法

技术领域

本发明涉及容器中物料的物位测量领域，特别是涉及一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法。

背景技术

在化工、冶金、煤炭、电力等行业，普遍需要测量容器中物料的物位。现有的物位测量方法主要包括三种：1.通过放射辐射源和传感器进行物位测量，即通过采用有放射性同位素的辐射源作为信号源，并且通过传感器进行信号采集，根据信号采集时间计算物位；2.通过超声波进行物位测量，即通过采用超声波发生器作为信号源，并且采用超声波接收器进行信号采集，根据信号采集时间计算物位；3.通过机械量具进行物位测量，即通过物理接触，获取接触位置反馈，实现物位测量。

上述方法存在以下缺陷：

(1)采用方法1进行物位测量时，由于辐射源对人体健康危险较大；并且当辐射源使用不当时，会污染环境。

(2)采用方法2进行物位测量时，由于超声波遇到粉尘和不规则形状被测物体时容易测量不准确；并且方被测物的容器形状不规则时，会存在测量盲区。

(3)采用方法3进行物位测量时，由于机械量具在复杂环境中易磨损易毁坏，因此易受到干扰导致测量不准确。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，现有方法对容器中物料的物位测量存在的辐射危害、测量不准确等缺陷。

本发明提供本发明提供一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：在相同温度条件下，应用康普顿响应原理，测量不同体积基准物料的辐射量后进行曲线拟合，获取曲线拟合参数，并且基于曲线拟合参数获取基准物料的辐射量I_m与基准物料体积v的关系；

S2：获取被测物料体积V与基准物料体积v的关系；

S3：根据容器形状进行数学建模，获取容器内被测物料体积V与物料高度h的关系；

S4：在相同体积条件下，应用康普顿响应原理，测量不同温度基准物料的辐射量后进行曲线拟合，获取曲线拟合参数，并且基于曲线拟合参数获取基准物料的辐射量差值ΔI_t与基准物料温度差值Δt的关系；

S5：获取最终辐射量I与辐射量I_m、辐射量ΔI_t的关系，并且对最终辐射量I进行环境辐射校正；

S6：基于S1～S5获取不同基准物料温度差值ΔI_t的条件下，最终辐射量I与被测物料高度h的关系。

于本发明的一实施例中，所述步骤S1具体为：

S1.1：在相同温度条件下，应用康普顿响应原理，测量不同体积基准物料的辐射量I_m；

S1.2：确定不同体积基准物料的辐射量I_m的曲线拟合公式；

S1.3：将不同体积基准物料的辐射量I_m代入曲线拟合公式，获取曲线拟合参数；

S1.4：基于曲线拟合参数，获取辐射量I_m与基准物料体积v的关系式。

于本发明的一实施例中，所述步骤S2中被测物料体积与基准物料体积v的关系式为：

V＝Kv

其中，K为被测物料的换算系数。

于本发明的一实施例中，所述步骤S3容器形状包括倒锥体、球体、长方体以及正方体。

于本发明的一实施例中，所述步骤S4具体为：

S4.1：在相同体积条件下，应用康普顿响应原理，测量不同温度基准物料的辐射量差值ΔI_t；

S4.2：确定不同温度基准物料的辐射量差值ΔI_t的曲线拟合公式；

S4.3：将不同温度基准物料的辐射差值量ΔI_t代入曲线拟合公式，获取曲线拟合参数；

S4.4：基于曲线拟合参数，获取辐射量差值ΔI_t与基准物料温度差值Δt的关系式。

于本发明的一实施例中，所述步骤S5中进行环境辐射校正后最终辐射量I的关系式为：

I＝I_m+ΔI_t+I_b

其中，I_b为环境影响的辐射量。

于本发明的一实施例中，所述环境影响的辐射量I_b是通过实际测量获得，即当容器中无任何物料时，应用康普顿响应原理，测量的辐射量。

于本发明的一实施例中，所述步骤S6步骤为：

S6.1：将辐射量I_m与基准物料体积v的关系式代入被测物料体积V与基准物料体积v的关系式，获取被测物料体积V与辐射量I_m的关系式；

S6.2：将被测物料体积V与辐射量I_m的关系式代入容器内被测物料体积V与物料高度h的关系式，获取辐射量I_m与物料高度h的关系式；

S6.3：将辐射量I_m与物料高度h的关系式、辐射量差值ΔI_t关于基准物料温度差值Δt的关系式、环境影响的辐射量I_b代入最终辐射量I的关系式I＝I_m+ΔI_t+I_b，获取不同基准物料温度差值Δt的条件下，最终辐射量I与物料高度h的关系。

如上所述，本发明的一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，具有以下有益效果：本发明利用被测物料的天然放射性以及曲线拟合，能够快速准确测量容器中物料的物位，不会造成人体健康伤害，不会污染环境。

附图说明

图1显示为本发明实施例中公开的最终辐射量I与被测物料高度h的关系曲线图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：在相同温度条件下，应用康普顿效应原理，测量不同体积基准物料的辐射量后进行曲线拟合，获取曲线拟合参数，并且基于曲线拟合参数获取基准物料的辐射量I_m与基准物料体积v的关系；

其中，所述步骤S1具体为：

(1)在相同温度条件下，应用康普顿效应原理，测量基准物料体积为v₁，v₂，v₃对应的辐射量I_m1，I_m2，I_m3，其中，基准物料体积测量越多，获取的拟合曲线越接近实际情况，并且在测量获取的辐射值I_m可通过多次测量取平均值方法提高测量的可靠性；

(2)本发明以多项式曲线拟合为例进行说明，确定不同体积的基准物料的辐射量I_m的曲线拟合公式I_m＝a₀v²+a₁v+a₂；

(3)将基准物料体积v₁，v₂，v₃和对应的辐射量I_m1，I_m2，I_m3代入曲线拟合公式，获取曲线拟合参数a₀，a₁，a₂；

(4)基于曲线拟合参数，获取辐射量I_m与基准物料体积v的关系式①：

I_m＝a₀v²+a₁v+a₂

其中，I_m为辐射量，v为基准物料体积，a₀，a₁，a₂为曲线拟合参数。

S2：获取被测物料体积V与基准物料体积v的关系；

其中，所述步骤S2中被测物料体积V与基准物料体积v的关系式②：

V＝Kv

其中，V为被测物料体积，K为被测物料的换算系数，v为基准物料体积。

本发明主要应用于煤炭行业，因此被测物料是国内不同地方煤炭燃烧后的粉煤灰的辐射值。因此，被测物料的换算系数K基本变化不大，实际应用中取K＝1，其它被测物料可根据实际应用确定被测物料的换算系数K的数值。

S3：根据容器形状进行数学建模，获取容器内被测物料体积V与物料高度h的关系；

本发明以锥形为进行说明，容器内被测物料体积V与物料高度h的关系式③为：

V＝1/3πh³cot²θ

其中，V为被测物料的体积，h为物料高度，θ为锥形容器斜角角度；

具体的，所述容器形状包括倒锥体、球体、长方体以及正方体等，当采用其他形状的容器时，相应替换关系式③；

S4：在相同体积条件下，应用康普顿效应原理，测量不同温度基准物料的辐射量后进行曲线拟合，获取曲线拟合参数，并且基于曲线拟合参数获取基准物料的辐射量差值ΔI_t与基准物料的温度差值Δt的关系；

其中，所述步骤S4具体为：

(1)在相同体积条件下，应用康普顿效应原理，测量基准物料温度与参考温度的温度差值为Δt₁，Δt₂，Δt₃对应的辐射量与基准温度下测量的辐射量差值ΔI_t1，ΔI_t2，ΔI_t3，其中，参考温度选用25℃(不限于25℃，根据实际情况进行调整)。

(2)本发明以多项式曲线拟合为例进行说明，确定不同温度的辐射量差值ΔI_t的曲线拟合公式ΔI_t＝b₀Δt²+b₁Δt+b₂；

(3)将不同温度基准物料的辐射量差值ΔI_t代入曲线拟合公式，获取曲线拟合参数；

(4)基于曲线拟合参数，获取辐射量差值ΔI_t与基准物料的温度差值Δt的关系式④：

ΔI_t＝b₀Δt²+b₁Δt+b₂

其中，ΔI_t为当前温度测量辐射量与基准温度测量辐射量的辐射量差值，Δt为基准物料温度与参考温度的温度差值，b₀，b₁，b₂为曲线拟合参数。

S5：获取最终辐射量I与辐射量I_m、辐射量差值ΔI_t的关系，并且对最终辐射量I进行环境辐射校正；

其中，进行环境辐射校正后最终辐射量I的关系式⑤为：

I＝I_m+ΔI_t+I_b

其中，I_b为被测容器周边环境影响的辐射量，通过实际测量获得，即当容器中无任何物料时，应用康普顿效应原理，测量的辐射量。

S6：基于S1～S5获取不同基准物料温度t的条件下，最终辐射量I与被测物料高度h的关系；

其中，所述步骤S6步骤为：

(1)将辐射量I_m与基准物料体积v的关系式①代入被测物料体积V与基准物料体积v的关系式②，获取被测物料体积V与辐射量I_m的关系式⑥；

(2)将被测物料体积V与辐射量I_m的关系式⑥代入容器内被测物料体积V与物料高度h的关系式③，获取辐射量I_m与物料高度h的关系式⑦；

(3)将辐射量I_m与物料高度h的关系式⑦、辐射量差值ΔI_t关于基准物料温度差值Δt的关系式④、环境影响的辐射量I_b代入最终辐射量I的关系式⑤，获取不同基准物料温度差值Δt的条件下，最终辐射量I与物料高度h的关系。

实施例一

(1)本发明在25℃温度条件下，应用康普顿效应原理，多次测量基准物料体积v分别为1m³、2m³、3m³的粉煤灰的辐射量I_m1，I_m2，I_m3，如表一所示：

表一

将测量的辐射量I_m1，I_m2，I_m3和对应的体积代入辐射量I_m与基准物料体积v的关系式I_m＝a₀v²+a₁v+a₂；计算获得曲线拟合参数a₀＝0.5、a₁＝97.7、a₂＝1.2，因此，I_m＝0.5v²+97.7v+1.2；

(2)本发明待测物料是国内不同地方煤炭燃烧后粉煤灰的辐射值，因此，被测物料的换算系数K基本变化不大，K＝1，因此V＝v；

(3)锥形容器内被测物料体积V与物料高度h的关系式为：

V＝1/3πh³cot²θ

(4)在150℃环境下，温度对辐射值影响较小，因此ΔI_t＝0

(5)根据实际测量获取环境影响的辐射量I_b＝1221；

(6)最终辐射量I＝I_m+ΔI_t+I_b＝0.5v²+97.7v+1.2+1221＝0.5v²+97.7v+1222.2；

由于v＝V＝1/3πh³cot²θ，因此I＝0.5(1/3πh³cot²θ)²+97.7(1/3πh³cot²θ)+1222.2

当锥形容器斜角角度θ＝70°时，获取最终辐射量I与高度h的曲线关系，如图1所示，其中，最终辐射量I与高度h的对应数值，如表二所示：

最终辐射值I(per)	高度h(m)
		1452	2.56
1541	2.85
		2080	3.93
2482	4.44
		4013	5.67
4978	6.19
		7033	7.01
7589	7.19

表二

综上所述，本发明利用被测物料的天然放射性以及曲线拟合，能够快速准确测量容器中物料的物位，不会造成人体健康伤害，不会污染环境。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：在相同温度条件下，应用康普顿效应原理，测量不同体积基准物料的辐射量后进行曲线拟合，获取曲线拟合参数，并且基于曲线拟合参数获取基准物料的辐射量I_m与基准物料体积v的关系；

S2：获取被测物料体积V与基准物料体积v的关系；

S3：根据容器形状进行数学建模，获取容器内被测物料体积V与物料高度h的关系；

S4：在相同体积条件下，应用康普顿效应原理，测量不同温度基准物料的辐射量后进行曲线拟合，获取曲线拟合参数，并且基于曲线拟合参数获取基准物料的辐射量差值ΔI_t与基准物料温度差值Δt的关系；

S5：获取最终辐射量I与辐射量I_m、辐射量差值ΔI_t的关系，并且对最终辐射量I进行环境辐射校正；

S6：基于S1～S5获取不同基准物料温度差值ΔI_t的条件下，最终辐射量I与被测物料高度h的关系。

2.根据权利要求1所述的一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：

S1.1：在相同温度条件下，应用康普顿效应原理，测量不同体积基准物料的辐射量I_m；

S1.2：确定不同体积基准物料的辐射量I_m的曲线拟合公式；

S1.3：将不同体积基准物料的辐射量I_m代入曲线拟合公式，获取曲线拟合参数；

S1.4：基于曲线拟合参数，获取辐射量I_m与基准物料体积v的关系式。

3.根据权利要求2所述的一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，其特征在于：所述步骤S2中被测物料体积与基准物料体积v的关系式为：

V＝Kv

其中，K为被测物料的换算系数。

4.根据权利要求3所述的一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：

S4.1：在相同体积条件下，应用康普顿效应原理，测量不同温度基准物料的辐射量的辐射量差值ΔI_t；

S4.2：确定不同温度基准物料的辐射量差值ΔI_t的曲线拟合公式；

S4.3：将不同温度基准物料的辐射量差值ΔI_t代入曲线拟合公式，获取曲线拟合参数；

S4.4：基于曲线拟合参数，获取辐射量差值ΔI_t与基准物料温度差值Δt的关系式。

5.根据权利要求4所述的一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，其特征在于：所述步骤S5中进行环境辐射校正后最终辐射量I的关系式为：

I＝I_m+ΔI_t+I_b

其中，I_b为环境影响的辐射量。

6.根据权利要求5所述的一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，其特征在于：所述环境影响的辐射量I_b是通过实际测量获得，即当容器中无任何物料时，应用康普顿效应原理，测量的辐射量。

7.根据权利要求6所述的一种应用曲线模拟和核辐射原理测量物位的方法，其特征在于：所述步骤S6步骤为：

S6.1：将辐射量I_m与基准物料体积v的关系式代入被测物料体积V与基准物料体积v的关系式，获取被测物料体积V与辐射量I_m的关系式；

S6.2：将被测物料体积V与辐射量I_m的关系式代入容器内被测物料体积V与物料高度h的关系式，获取辐射量I_m与物料高度h的关系式；

S6.3：将辐射量I_m与物料高度h的关系式、辐射量差值ΔI_t关于基准物料温度差值Δt的关系式、环境影响的辐射量I_b代入最终辐射量I的关系式I＝I_m+ΔI_t+I_b，获取不同基准物料温度差值Δt的条件下，最终辐射量I与物料高度h的关系。

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