中型氡室温湿度智能控制系统设计

    1 引 言

    能够模拟井下和地表环境条件计量标准和实验设施, 其中模拟条件包括大致的氡浓度、氡子体浓度及状态、气溶胶浓度及粒径分布、温度湿度和风流速度, 这样的实验装置称为氡室( Radon Chamber)[1]。使用氡室可以对广泛使用的各种测氡仪器进行刻度、性能测试, 并进行氡的控制实验。温湿度对测氡仪器影响是巨大的, 有实验数据表明, 温度升高10℃, 相对湿度变化 30%RH, 仪器的偏差将达到40%。这就会导致标定结果的不准确, 这是在氡室仪器标定过程中是不允许的。而且国家有关标准规定,氡室的温湿度应该在- 5℃到+40℃内可控, 在测氡仪的标定过程中应使用常温标定。因此研究中小型氡室的温湿度监测控制系统是非常必要的。

    2 中小型氡室结构原理图及问题的出现

    下图为小型氡室的结构原理图。

    该氡室工作原理如下: 将密封了一段时间的液体镭源( 碳酸钡镭) 通过冒泡的方式, 将溶解于液体中的氡气吹入到氡主箱体中, 液体镭源, 主箱体构成一个循环系统, 经过约 3h 后, 整个系统内氡浓度基本达到一致。

    在小型氡室系统中, 整个主体箱体积约 0.2m³,两个风扇的功率为 25W, 风扇旋转导致空气对流,使整个主体箱中氡浓度保持一致, 但这也引起一个重要的问题: 主体箱内温度上升。同时还存在另外一个重要问题: 随着气泵将液体源中的氡气吹入主体箱, 同时也将水蒸气带入到整个系统中, 使得整个氡室湿度增大。

    该氡室使用固体镭源, 工作原理与小型氡室基本一样。将密封了一段时间的固体镭源通过流气的方式, 将氡气引入到主体箱。经过约 5h 后, 整个系统内氡浓度基本达到一致。

    在该中型氡室实体结构中, 氡室体积约为 1m³,没有完善混合( 过渡) 箱及温度、湿度控制部分。这样的缺点在于:

    ①温度上升严重。氡在主箱体中的均匀分布只要靠两个大功率风扇的搅动引发的空气对流, 风扇发热; 空气对流摩擦, 空气与箱壁之间的碰撞摩擦;金属箱壁与外界热交换。这些都引起了氡室主体箱内部温度。

    ②湿度大。主要是由于空气引入, 氡室开始密封运行时的起始湿度为大气湿度。由于氡室所处的环境条件, 一般大气湿度为 70%RH 左右。

    很多测氡仪器工作条件要求就是明确指出温度需要在 40℃以下, 湿度在 25%RH 以下仪器工作才是正常的。

    为了验证温湿度是否对测氡仪器测量结果有影响，在该中型氧室进行了一系列的实验。其中一组试验: 密封固体镭源 1080h 后, 再将氡气引入氡室进行循环测量。监测仪器记录数据如下: