HT-5001C型同位素料位计的研究与设计

　　0　引言

　　同位素仪表具有非接触性、准确性、灵敏性以及能适应各种复杂环境的优点,在工业领域得到了广泛的应用,尤其在化工、冶炼、发电、石油、煤炭等诸多行业的应用更为普遍。

　　在实际工业生产过程中,往往需要同时对多个点(设备)的料位进行测控,以便于协调生产,这就需要有较高的测控准确性和较高的反应实时性。另外,由于设备的分散布局,有时需要对相距很远的不同设备同时检测,以达到集中测控的目的。近几年全国化工、电力、水泥行业突飞猛进,随着设备的不断更新,料位计的市场需求也越来越大。随着科学技术的不断提高与引进,整个生产系统的集成化程度越来越高,要求数字化的信息处理技术越来越多。目前使用模拟电路处理信息的同位素料位计技术已经不能适应现代化生产的需要。在此情况下,研制生产一种灵敏度高、精确度高、使用寿命长、自动化程度高的新一代智能化仪表(HT-5001C型同位素料位计)积极地参与市场竞争、服务社会是当务之急,有着深远的经济意义和社会意义。

　　1　设计思路

　　1.1　测量原理

　　当γ射线穿过介质时,与物质发生相互作用,射线被吸收而减弱。通过物质前后接收到的计数率遵循以下规律:

　　式中:P为穿过介质后的计数率;P0为穿过介质前即d=0时的计数率;ρ为介质的密度;μm为质量吸收系数;d为射线穿过介质的厚度[1]。

　　由此可见,探测器接收到的γ射线的计数率变化与介质密度、射线过介质的厚度成指数关系。通过比较计算P0与P的值,就可得出被测料位的厚度(高度)。

　　1.2　设计思路

　　同位素仪表一般由放射源、辐射探测器和信号处理输出主机三部分组成。图1为整体设计思路框图。放射源主要是利用其衰变过程中释放出的γ射线,一般选用射线能量较强的⁶⁰Co或¹³⁷Se放射源。辐射探测器的主要作用是把接收到的随被测物体变化的射线信号(γ射线)转换成电脉冲,经前置放大后通过连接电缆把这些脉冲信号输入到主机。主机接收到脉冲信号后,经过放大和滤波整形后把脉冲信号整形成为TTL电平信号,再输入计算机板(模块)进行计数和计算处理,最后给出某一通道的料位信息和控制输出信号。单片机通过对9个通道的循环检测和计算处理,可以实现多通道的并行处理。系统的硬件结构[2]如图2所示。

　　2　具体实施方案

　　2.1　硬件设计

　　2.1.1　探测器设计

　　由于“NaI晶体+光电倍增管”的结构形式有较高的探测效率,因此,探测器也采用这种形式作为射线探测器件。前置放大是一个简单的射极跟随器。整个探头用+12V供电,光电倍增管所需电压由+12V经高压模块转换后提供。探测器最终输出脉冲信号,经电缆线送入主机。探测器电路原理如图3所示。