核子秤系统在电厂中的应用

　　沈阳热电厂锅炉是旋风液态排渣炉,若要单纯烧煤则灰溶点很高(达1 500℃左右)。为防止流渣结焦,需用石灰石按规定的百分比进行掺烧,降低灰熔点,电厂投入4台核子秤计量煤和配比石灰石。核子秤是一种非接触性在线质量测量仪器,主要计量散装物料(如:煤、石、水泥等)。

　　1　核子秤的构成

　　核子秤是利用物质对γ射线的吸收原理而制成的。系统主要由源部件(γ放射源和防护铅罐)、探头及微机和电源系统构成,如图1所示。

　　1.1　源部件

　　源部件由放射源和源容器组成,如图2所示。放射源为铯—137 (Cs¹³⁷)活度为3.7×10⁹贝可、射线能量0.66 Mev (兆电子伏)半衰期为30年。γ源封装在Φ8×9 mm不锈钢柱内(活性区为Φ5×5 mm),而后装入Φ160×200 mm的铅罐内,保证放射性物质不泄漏,确保使用安全。放射源铅罐为钢壳灌铅,铅厚大于7 mm,放射源用螺钉固定在铅罐的旋转活塞上,当旋转塞处于“开”位置时,γ射线通过准直孔射出,当旋转活塞旋到“关”位置时,γ射线几乎全部被铅罐吸收。

　　1.2　探头

　　探头由电离室、前置放大器及恒温器组成。电离室具有稳定性好、寿命长、扫描宽度大的特点。前置放大器为I/V/I转换型输出0~10 mA电流信号,为减少温度变化的影响,在电离室安装了恒温控制装置。

　　1.3　主机系统

　　主机系统为工业控制微机,有屏幕集中显示和数码显示两大类,一般由微机、显示装置、键盘、打印机、电源组成。主要对来自探头和速度传感器的电信号进行采样,数字滤波、计算、显示并打印。微机可显示输送机负荷、速度、物料流量和累计量,具有空载、超载及累计量定值报警功能、空载电压自动校正功能及放射衰变自动补偿功能,也可以输出控制信号对物料流量及比例进行PID调节。

　　2　核子秤工作原理

　　a.核子秤是通过物质对射线的指数吸收规律进行工作,如图3所示。其公式为

　　式中　I0———空载时射线强度;

　　I———穿过负载时射线强度;

　　μ———物料的质量吸收系数;

　　p———物料的密度;

　　d———物料的厚度。

　　因电离室输出的电压信号U与γ射线强度成正比,公式也可写为

　　式中　U0———空载时信号电压;

　　U1———射线穿透负载后的信号电压。

　　b.由于放射源本身有活度,随着时间衰变(呈指数规律),其变化规律为