CN1152250C - 一种在线水份测量方法和仪表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物料水分在线检测仪。利用快中子吸收和γ射线吸收法联合测定物料水分和密度，能准确测出物料中水分的百分比含量。本仪表对现场物料有很能强的适应能力和良好的在线性度。物料的各种其它性质如，成分、密度、形状、粒度、颜色、吸水性、水的分布情况、导电性能等变化均不会对水分测量造成影响。本发明可用于矿山、冶金、建材、煤炭等众多领域对散装物料中的水分进行在线实时检测，以便实现水分的自动调节，完成生产过程的自动控制。特别适合对皮带输送机输送的物料进行在线测量。

Description

一种在线水份测量方法和仪表

                     技术领域

本发明属于核探测技术应用和自动化检测领域，具体涉及一种物料水份在线测量方法和仪表。

                     背景技术

现有的在线水份测量技术有如下几种：

(1)红外线反射比技术，这种仪器在被测物料表面反光性质变化较大时无法应用。

(2)电容和微波技术，这种仪器测到的不是物料中水份的重量百分比。当物料中水份的分布情况发生变化时，如物料的颗粒大小、形状、吸水性等变化时，会使测量结果产生较大偏差。当物料的导电性能较高时也无法应用。

(3)慢中子计数法和γ射线散射法联合测定密度和含水。这种仪器放射源和探测器均放置在被测物料的同一侧，利用水对快中子的慢化作用，测量生成慢中子的多少来反应水份的含量。该方法的不足之处是：

a.慢中子计数和物料中水份之间的关系为非线性，水份增加时，慢中子产额增加，但产生的慢中子在到达探测器之前又被物料吸收，使探测到的慢中子计数减少。

b.物料对慢中子的吸收能力受到物料密度和成分变化的影响。

c.虽可用γ散射法测量物料密度进行补偿，但散射法测密度存在饱和现象(密度或厚度达到一定值以后，散射计数不再变化)和双值现象(即同一散射计数可对应两个密度值)，从而不能有效地进行补偿，造成较大的水份测量误差。

d.物料中水以外的成分发生变化时，也会造成较大测量误差。

                     发明内容

本发明的目的在于提供一种检测动态物料水份的方法和仪表，对现场物料性质的变化有较强的适应性，在物料密度、颜色、形状、粒度、成分等变化时，能准确测出物料中所含水份的重量百分比。

本发明的具体方案包括将快中子源、γ射线源及快中子探测器、γ射线探测器相对安装在被测物料的两侧并对射线进行测量和计算，其特征在于：

①首先，对有物料和无物料时的中子和γ计数进行测量，得到如下数椐：

  N₁-被物料吸收后γ射线的透射计数；

  N₂-被物料吸收后快中子的透射计数；

  N₁₀-无物料时γ射线计数；

  N₂₀-无物料时快中子的计数；

②然后，按下式计算参数L₂、L₁的数值：

  L₂＝Ln(N₂₀)-Ln(N₂)              (2)

  L₁＝Ln(N₁₀)-Ln(N₁)              (3)

③最后，按下式计算待测物料的水份数值H：

  H＝A·L₂/L₁+B                    (1)

式中A、B均为常数。

上式中常数A、B的数值可由实际物料的标定求得。例如用仪器对5种以上不同水份值的物料进行测定，由式(2)和式(3)求出对应的L₁和L₂的数值，由化验室测得对应的水份值，用以上数据拟合式(1)，就可得到A、B的数值。

现有的快中子探测器对快中子选择性太差，其对慢中子也有相当高的探测效率，无法去除慢中子的影响。

为此，本发明给出了一种快中子和γ射线吸收在线水份测量仪表，具体包括快中子源、γ射线源、高选择性的快中子探测器、γ射线探测器和主机，其特征在于：放射源和探测器分别相对安装在被测物料的两侧。本发明的测量原理是测量物料对快中子和γ射线的吸收能力。由于物料中水以外的其他不含氢物质对快中子没有吸收能力(只产生弹性散射)，所以本方法测水不受物料性质和水以外的其他成分变化的影响。由于物料中各种成分对所选γ射线的质量吸收系数判别很小，用γ射线吸收法测量物料的质量厚度具有很好的线性，且不受物料密度和成分变化的影响。

本发明利用中子变换体、加上锂玻璃闪烁体和光电倍增管制成高效率、高选择性的快中子探测器。本探测器对慢中子极不灵敏，测量不受慢中子及其有关的各种因素的干扰。

本发明采用快中子吸收和γ射线吸收联合测定的方案，在这种方案中，水份子对快中子的吸收具有很好的线性关系。水对于快中子的吸收能力远远大于其它物质，物料中水以外的其它成分对快中子几乎没有吸收能力，且其互相之间的差别很小，所以物料成分变化对水份测量没有影响。

采用γ射线吸收法可准确测量物料的质量厚度，从而可准确计算出物料中水份的重量百分比(水份的确切定义)。而物料的其它性质如，成分、密度、形状、粒度、颜色、吸水性、水的分布情况、导电性能等的变化均不会对水份测量造成影响。

本发明对于动态物料的水份检测具有良好的适应性、线性和精度，现场应用测水份误差小于0.5％。当现场物料的厚度、密度、形状、颜色、成分等因素变化时仍能保证测量精度。利用检测到的水份值去控制生产设备，实现生产过程中物料水份的自动调节，可以保证产品质量，提高生产效率，给用户带来显著的经济效益。

本发明可用于矿山、冶金、建材、煤炭等众多领域对散装物料中的水份进行在线实时检测，以便实现水份的自动调节，完成生产过程的自动控制。

                     附图说明

本发明有如下附图：

图1  快中子和γ射线吸收在线水份测量仪表示意图

                    具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明所用仪表由快中子源2、γ射线源8、快中子探测器7、γ射线探测器9和计算机10组成，放射源和探测器分别相对安装在被测物料11的两侧。

中子源2可采用3.7×10⁹～1.85×10¹⁰Bq的Am-Be快中子源。中子源周围用含硼(5％)的石蜡1进行屏蔽，快中子由带准直孔的聚乙烯旋转体3射出。快中子探测器7由锂玻璃闪烁体5、加上中子变换体4和光电倍增管6而制成，该探测器对慢中子是极不灵敏的。中子变换体4由对慢中子有吸收能力和对快中子有慢化能力的材料制成，它有两个功能：(1)吸收进入探测器的慢中子。(2)将进入探测器的(透过物料后剩余的)快中子变换为慢中子，以便被锂玻璃所探测。探测器周围用石蜡1对天然本底进行屏蔽。γ放射源可采用¹³⁷Cs，活度范围为3.7×10⁸～1.1×10⁹Bq。仪器中可采用脉冲幅度甄别技术，以消除γ射线对中子测量的影响。主机可采用高性能的工业控制计算机，也可采用单片机制成智能化主机。

探测器输出和射线对应的脉冲信号。将此信号送入计算机，计算机首先对脉冲信号进行延时处理，对物料先经过的探测器的输出脉冲进行延时后再进行数学运算，延时间隔等于被测物料经过两个探测器的时间差。

计算机按照公式(2)、(3)和(1)进行运算，求出水份值，由计算机显示水份的瞬时值、动态变化曲线，并输出和水份对应的4～20mA标准信号，用于对生产过程进行控制。计算机每10分钟记录一组测量数据，保存在机内，以便随时调出观看和打印。

以下是本发明的一个具体实施例：

本实施例是用于钢铁厂皮带输送烧结料的水份的在线检测。烧结料是由铁精粉、焦碳等多种物料混合而成。物料的密度、粒度、堆积形状、颜色、电导率、厚度等一直在不断地变化。烧结料水份的变化严重地影响着炼铁高炉的燃烧效率，是决定炼铁工艺产品质量和产量的关键因素。若能实现水份的检测和自动调节，会对炼铁厂带来显著的经济效益。

本实施例采用1.5×10¹⁰Bq的Am-Be快中子源和7.4×10⁸Bq的¹³⁷Cs放射源。由Φ100mm的锂玻璃闪烁体、Φ100mm的光电倍增管加上中子变换体制成快中子探测器。

主机采用工业控制计算机，PC总线，基本配置为：

Pentium/166型CPU，主频166MHz，1.2G硬盘，32M内存，14”彩色显示器。

采用带光隔离的脉冲计数板接收来自探测器的脉冲信号。

用实际物料标定出仪表的公式系数为：

A＝49.15

B＝-39.55

仪表现场测水份误差小于0.3％。现场物料的密度、粒度、堆积形状、颜色、电导率、厚度等对数的变化对水份测量带来的误差可以忽略不计。

Claims (3)

1.一种在线水分测量方法，包括将快中子源(2)、γ射线源(8)及快中子探测器(7)、γ射线探测器(9)相对安装在被测物料(11)的两侧并对射线进行测量和计算，其特征在于：

①对有、无物料时的快中子和γ射线进行测量，得到如下数椐：

  N₁-被物料吸收后γ射线的透射计数；

  N₂-被物料吸收后快中子的透射计数；

  N₁₀-无物料时γ射线计数；

  N₂₀-无物料时快中子的计数；

②按下式计算参数L₂、L₁的数值：

  L₂＝Ln(N₂₀)-Ln(N₂)               (2)

  L₁＝Ln(N₁₀)-Ln(N₁)               (3)

③按下式计算待测物料的水分数值H：

  H＝A·L₂/L₁+B                     (1)

式中A、B为常数。

2.一种在线水分测量仪表，包括快中子源(2)、快中子探测器(7)、γ放射源(8)、γ射线探测器(9)和仪表主机(10)，其特征在于放射源(2、8)和探测器(7、9)分别相对安装在被测物料(11)的两侧。

3.根据权利要求2所述的在线水分测量仪表，其特征在于所说的快中子探测器(7)由中子变换体(4)、锂玻璃闪烁体(5)和光电倍增管(6)组成。

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