在线式液位测量仪表的系统设计

　　1　引言

　　在石墨电极生产过程中,需要对分时注入浸渍容器中的高温高压沥青和冷却水的输液管线进行动态液位监测,确保输液管线内只能存在一种介质。传统的监测方法多采用浮子装置,浮子需紧密接触液体并由管线外的浮子连动部件将浮子的当前位置传送给接收装置,实现液位报警,这种方法不可避免地产生误报。γ射线探测技术具有非接触测量的优势,同时结合单片机的实时监测分析功能,可以在线监测生产过程,根据设定的报警液位进行报警处理。现场人员能够及时,准确地掌握生产数据,正确地指导生产和设备维修,提高产品质量和浸渍容器的运行水平,避免事故,为企业带来巨大的经济效益和社会效益。

　　2　系统的工作原理

　　这种测量仪表的基本工作原理主要利用了γ射线透射的有关性质。

　　射线源产生γ射线,射线穿过物质时,将与物质原子发生光电效应,康普顿效应和电子效应。射线与物质原子间只要发生一次碰撞就会偏离原来的入射方向(即被吸收),同一能量的γ射线在不同物质中的吸收系数不同。当一束初始强度为N0的γ射线穿过厚度为x的介质(分时输入管道中的高温高压沥青和冷却水)时,它的强度衰减为N,可由下式表示:

式中:N0为管线中没有介质时探测到的γ线的初始强度;N为γ射线穿过介质厚度为x后探测到的强度;μ为介质对γ射线的吸收系数。

　　μ值与γ射线的能量和介质的成份有关,μ值越大,表示介质对γ射线的吸收越强,反之,则弱。当被测介质的吸收系数不变且为已知值时,介质的厚度(液位x)可由下式求出:

　　在实际的生产过程中,根据操作流程,控制注入管线的介质。这样就可以由上式精确地测得管道中介质的液位。由单片机系统显示,报警控制电路将报警信号进行光电指示,开关量输出并传输给PLC装置,实现液位测量监控,正确指导生产。

　　3　仪表硬件构成

　　仪表主要由两部分组成:γ射线探测部分和单片微机测控部分。γ射线探测部分完成对输液管线内的液位探测;单片微机测控分完成对探测液位的计算与报警控制。系统硬件构成如图1所示。

　　γ射线探测器由碘化钠闪烁体、光电倍增管及附属电路构成。当射线与闪烁体作用时使闪烁体发生闪光现象,这种光通常都很微弱并且持续时间很短,难以用肉眼观测,所以要用光电倍增管把光放大并转换成电脉冲,然后由放大器对电脉冲进行放大,测量电路对电脉冲进行测量,从而达到探测射线的目的。

　　当射线照射闪烁体时,射线的能量使晶体原子中的电子激发而逸出产生光子,碘化钠闪烁体转换来的光子打到光电倍增管的光阴极上,可从光阴极上打出电子,电子就在光电倍增管高压所形成的电场中形成电流而被阳极收集起来,电流在光电倍增管负载电阻上产生信号压降输出。输出信号由前置放大器传送给单片微机接口电路,接口电路将输入信号与后续电路隔离,放大整形为标准TTL信号,由8031单片机计数电路获取。