核子皮带秤误差分析及应用前景

　　1　前　言

　　固体物料的秤量多年来一直沿用电子皮带秤,但由于其受皮带张力、刚度、抖动、跑偏等因素影响,在实际应用中很难保障测量精度,而且维护量大、安装不便,因而不太受用户欢迎。核子皮带秤是八十年代初在我国开始应用,由于其采用非接触式测量方式,可以克服电子皮带秤的很多缺点,因而发展很快,现已成为固体物料秤量的重要方式之一。

　　2　工作原理

　　核子皮带秤是一种放射性同位素仪表,它是利用物质对穿过它的γ射线有一定的吸收能力这一物理原理而设计的。根据核物理学可知:

　　式中:I———物质吸收后的γ射线强度;

　　I ₀———物质吸收前的γ射线强度;

　　μ _m———物质对γ射线的质量吸收系

　　数;

　　ρ———吸收物质的密度;

　　d———吸收物质的厚度。

　　若设输送机皮带宽度为a,长度为l的皮带上的物料质量为m,则密度ρ=madl代入(1)式得:

　　对一特定的输送机,特定的射源和特定的物料,a和μ _m都是常数,,代入(2)式,两边取对数,则可求出单位皮带长度上的物料质量P:

　　若γ射线探测器给出正比于γ射线强度的电压信号U,则(3)式可写成:

　　式(4)、(5)、(6)就是核子皮带秤设计依据公式。式中k值可通过实物标定获得,不同的物料k值不同,这在误差分析部分还将谈到。

　　3　系统组成

　　核子皮带秤一般由射源、γ射线探测器、测速装置、支架和主机等五部分组成。其结构示意图见图1。

　　(1)γ放射源。γ放射源一般采用铯-137(Cs137),其特点是半衰期较长(30年),射线能量适中(0·660Mev)。射源强度一般在百毫居左右,射源封装在铅罐内,安装在支架上部。

　　(2)支架。支架的作用主要是将γ射源与探测器牢固地连在一起,以保证射源与探测器不含有相对位移。

　　(3)探测器。探测器的作用是把γ射线强度转换成与之成正比的电信号。电离室、盖格记数管、闪烁记数器均可作为γ射线的探测器。由于电离室具有长期稳定性好、寿命长、结构简单、体积可做得很大等特点,因而目前国内外的核子皮带秤主要采用电离室探测器。

　　电离室是充满气体的圆柱形容器。内有两个绝缘得很好的电极。两电极施加几百伏(一般500伏)的直流电压。当有γ射线打在电离室上,从其壁中和气体上打出能量较高的二次电子(次级电子),二次电子对气体产生电离作用,在集电极上形成与射线强度成正比的电离电流,该电流非常弱,一般为10-9~10-12A数量级,经前置放大器变换成电压信号。