CN2854570Y

CN2854570Y - 流气式正比计数管气体密度监控器

Info

Publication number: CN2854570Y
Application number: CN 200520130927
Authority: CN
Inventors: 戚士元; 陈鹏; 姜文贵; 宋欣; 强声
Original assignee: ZHONGHE SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd TIANJIN
Current assignee: ZHONGHE SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd TIANJIN
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-01-03
Anticipated expiration: 2015-12-27

Abstract

一种流气式正比计数管的气体密度监控器，其特征在于它由CPU监控板和出口压力调节器所组成，CPU监控板上装有气体流量传感器、压力传感器、温度传感器；CPU监控板内部设计有压力、温度、流量检测单元，函数运算单元，通讯存储单元，标准接口。本实用新型的应用解决了流气式正比计数管气体密度不稳定性难题。实时检测温度(T)－压力(P)，根据温度－压力数值，控制气体密度；计算计数管应输出的脉冲幅度。特别适应快计数采样系统，根据脉冲幅度实时修正阈值，提高了原始数据获取精度。

Description

流气式正比计数管气体密度监控器

(一)技术领域：

本实用新型涉及气体探测器，特别是用于流气式正比计数管气体密度稳定的监控器。

(二)背景技术：

气体探测器用于探测射线(如：α、β、γ、X射线)已有悠久的历史和较成熟的技术，正比计数管就是其中的一种。正比计数管有充气和流气两种方式，流气式正比计数管工作时，气体在一定的压力下定向流动。这种方式的缺点在于很难保证正比计数管内气体密度的稳定，导致气体放大倍数不稳定。实践证明，当气体密度变化1％时，可引起输出脉冲幅度变化7％左右。这是使用正比计数管做辐射探测器必须解决的问题。否则，正比计数管输出的脉冲幅度很难和射线能量建立起线性关系。

对于一个密闭的气体系统，根据气态方程理论，其存贮的气体密度表示为：

ρ＝m/v＝(μ/R)·(P/T)

μ/R是气体分子量与气体常数之比，对于确定的气体是一常量。公式表明气体密度正比于气体压力P，反比于气体绝对温度T。如果保持正比计数管内气体密度稳定，应设法实现(P/T)比值保持不变。

理论上分析：正比计数管的气体放大倍数取决于计数管结构，所充气体种类和密度，其气体的密度取决于气体压力和气体温度。当计数管结构和充气种类一定时，我们只探讨压力和温度对气体放大倍数的影响。当入射线首次使气体分子电离后，离子和自由电子在计数管电场作用下加速迁移，自由电子在向阳极丝迁移时，逐渐在电场中获得能量并对气体产生新的电离。新电离后的自由电子亦向阳极丝迁移，将产生第二轮气体分子电离。任意一个自由电子，从它产生的地点，总会向阳极丝迁移，最后消失于阳极。这期间将会发生若干次电离碰撞，每次电离碰撞产生的自由电子在电场的作用下都具有再次使气体分子电离的功能。瞬间自由电子将以2ⁿ速度倍增，指数n表示为初始电离的自由电子平均碰撞次数。这一全过程就是正比计数管气体放大的机理。很显然，气体密度大时(气体温度低或气体压力大)自由电子与气体分子碰撞的几率大，气体放大倍数亦大；相反，则气体放大倍数偏小。工作在正比区域的正比计数管，一次脉冲信号的输出不应超过10⁶-10⁷电子电荷，它们是初始电离和其后多次碰撞的自由电子总和。

实际上，正比计数管气体放大过程远比理论分析复杂得多。据上述理论描述，气体密度减小将导致气体放大系数降低。但是气体密度减小时，会产生自由电子在气体中的平均自由程增加。这一效应会使自由电子的倍增在阳极丝周围形成，而不仅仅在阳极丝一侧产生，在阳极丝周围形成的倍增系数比在阳极丝一侧形成的倍增系数要大得多。所以，气体放大倍数高低，不仅仅取决于气体密度，还应考虑电子倍增的区域效应。我们的实践表明：监控气体密度是必要的，但要真正描述正比计数管输出脉冲幅度与气体压力和温度的关系，应对每个指定的正比计数管进行实测标定，建立正比计数管输出脉冲幅度与参数T/P的函数关系。

(三)发明内容：

本实用新型的目的在于设计一种流气式正比计数管气体密度监控器，它能确保流气式正比计数管的气体密度的稳定，使正比计数管输出脉冲幅度与探测到的射线能量具有良好的线性关系。

本实用新型的技术方案：一种流气式正比计数管的气体密度监控器，其特征在于它由CPU监控板和出口压力调节器所组成，CPU监控板上装有气体流量传感器、压力传感器、温度传感器；CPU监控板内部设计有压力、温度、流量检测单元，函数运算单元，通讯存储单元，标准接口。

上述所说的实现温度、压力、流量、检测的CPU监控板由具有高集成度、多功能的C8051F120单片机做中央处理单元。

上述所说的实时检测正比计数管进、出口的气体压力的压力传感器采用双压力传感器，选用压力传感器为24PC系列表压传感器。

上述所说的实时检测正比计数管进、出口气体温度的温度传感器采用双温度传感器，选用温度传感器为PT100系列温度传感器。

上述所说的出口压力调节器的排气口垂直插入特定液体中，其排气口与液面距离呈可调节结构；或排气口置于气体贮存罐内，微型气泵连接、控制气体贮存罐压力。

上述所说的CPU监控板上有函数运算单元，该单元根据采集到的气体压力(P)和温度(T)数据计算正比计数管在(T/P)参数下输出的脉冲幅度值。

上述所说的CPU监控板上装有计算正比计数管输出脉冲幅度的函数V＝f(T/R)的程序存储器。

本实用新型的原理和工作过程为：根据气态方程理论，通过控制正比计数管内气体压力和温度来稳定气体密度；针对特定的正比计数管和特定的工作气体拟合正比计数管输出脉冲幅度(V)与气体参数(T/P)的函数关系。工作气体通过质量流量传感器进入正比计数管。正比计数管的气体进、出口装有压力传感器和温度传感器用于检测气体的压力和温度。压力的差值应满足预先设定压力(P₀)；温度的差值应小于标准偏差。在正比计数管出口装有出口压力调节器，用于调节出口压力，使计数管内气体压力为设定值(P₀)。气体流量、压力、温度由CPU监控板检测。CPU控制板完成检测、运算和通讯任务。CPU监控板内运算单元计算的脉冲幅度做为快计数器阈值修正的依据。

本实用新型的优越性在于：1、根据正比计数管气体放大机理，充分发挥新型压力、温度传感器高灵敏度的优势，充分利用高集成度、高速运算芯片的多功能优势以及出口压力调节器的高灵敏调节优势，确保流气式正比计数管内工作气体密度的稳定，即气体放大倍数的稳定；2、考虑到正比计数管内气体的初始电离的区域效应，即不同区域初始电离的气体放大倍数的差异，本实用新型建立起正比计数管输出脉冲幅度(V)和参数(T/P)的函数关系，通过对T、P的监测即可计算出在此状态下正比计数管输出的脉冲幅度；3、本实用新型气体密度监控器特别适用于对快速计数采集器的阈值修正，气体密度监控器随时提供脉冲幅度数据，根据脉冲幅度的变化，相应改变阈值的大小，提高数据采集精度。

(四)附图说明：

附图为本实用新型所涉一种流气式正比计数管气体密度监控器的工作框图，其各图框为气体密度监控器的功能电路。

其中：

①为正比计数管工作气体的供气设备，提供气源；

②为气体流量传感器。检测气体的实时流量；

③为正比计数器。接收射线并把射线转变为电信号供给数据采集器；

④⑤为正比计数管进、出口压力传感器。其压差为计数管的气体压力；

⑥为出口压力调节器。根据进、出口压差的变化，调节出口压力使其进、出口压差恒定；

⑦⑧为气体进、出口温度传感器。当小计数系统时，计数管进出口温度不会有明显变化，对大计数系统而言，恒温控制允许有确定的偏差；

⑨为CPU监控板。实时采集温度、压力、流量信息；判断气体压力和温度实时数值，提供出口压力调节器的调节信信息，完成V＝f(T/P)函数运算，提供快计数器阈值的变更信号，完成与上位机通讯等功能；

⑩为标准接口。完成与上位机的通讯；

为多道数据采集器。对正比计数器输出的脉冲，用多地址记录全谱数据，提供峰面积峰位数据；

为快计数采集器。对正比计数器输出的脉冲，获取有效阈值范围内的积分计数。

(五)具体实施方式：

实施例：本实用新型气体密度监控器适用于X射线荧光光谱仪的流气式正比计数管的气体密度监控。它由附图中各实框功能单元组成。

一种流气式正比计数管气体密度监控器，其特征在于：它由气体流量传感器②、正比计数管③、压力传感器④⑤、温度传感器⑦⑧、出口压力调节器⑥和CPU监控板⑨等八个功能块组成。其中CPU监控板设计有：压力、温度、流量检测单元；函数运算单元；通讯存储单元；标准接口等。上述压力传感器④⑤；温度传感器⑦⑧流量传感器②安装在CPU监控板上。

上述所列的气体流量传感器一端接供气系统，另一端经三通接正比计数管入气口和进口压力传感器，实时检测气体流量，由CPU监控板流量检测单元采样，经通讯单元送上位机显示。

上述所列正比计数管的出口，接出口压力调节器和出口压力传感器。进、出口压力传感器由CPU监控板的压力检测单元采样，提供实时压力差。实时压力差与预设压力不相等时，检测单位提供出口压力调整数据，送给出口压力调节器。

上述所列出口压力调节器接收CPU监控板上的压力监测单元发出的调整信息后，自动调节正比计数管出口压力，直至检测单元检测的压力差等于预设压力时停止调整。

上述所列进出口温度传感器，将实时检测气体进、出口的温度，由CPU监控板温度检测单元采样。若温差大于预设值时，经通讯单元向上位机提供报警信息。

上述所列CPU监控板由高速CPU、流量检测单元、压力检测单元、温度检测单元、函数运算单元、通讯存储单元及标准接口组成。其上安装压力、温度、流量传感器。函数运算单元根据检测到的压力、温度数据和预先置入的运算参数计算正比计数管输出的脉冲幅度。采样和计算周期根据需要由上位机选定。

本实用新型气体密度监控器既可和多道数据采集器联用，也可以和快计数采集器联用。

Claims

1、一种流气式正比计数管的气体密度监控器，其特征在于它由CPU监控板和出口压力调节器所组成，CPU监控板上装有气体流量传感器、压力传感器、温度传感器；CPU监控板内部设计有压力、温度、流量检测单元，函数运算单元，通讯存储单元，标准接口。

2、根据权利要求1所述的一种流气式正比计数管的气体密度监控器，其特征在于所说的实现温度、压力、流量、检测的CPU监控板由具有高集成度、多功能的C8051F120单片机做中央处理单元。

3、根据权利要求1所述的一种流气式正比计数管的气体密度监控器，其特征在于所说的实时检测正比计数管进、出口的气体压力的压力传感器采用双压力传感器，选用压力传感器为24PC系列表压传感器。

4、根据权利要求1所述的一种流气式正比计数管的气体密度监控器，其特征在于所说的实时检测正比计数管进、出口气体温度的温度传感器采用双温度传感器，选用温度传感器为PT100系列温度传感器。

5、根据权利要求1所述的一种流气式正比计数管的气体密度监控器，其特征在于所说的出口压力调节器的排气口垂直插入特定液体中，其排气口与液面距离呈可调节结构；或排气口置于气体贮存罐内，微型气泵连接、控制气体贮存罐压力。

6、根据权利要求1所述的一种流气式正比计数管的气体密度监控器，其特征在于所说的CPU监控板上有函数运算单元，该单元根据采集到的气体压力(P)和温度(T)数据计算正比计数管在(T/P)参数下输出的脉冲幅度值。

7、根据权利要求1所述的一种流气式正比计数管的气体密度监控器，其特征在于所说的CPU监控板上装有计算正比计数管输出脉冲幅度的函数V＝f(T/R)的程序存储。