核辐射物位计的工作原理与特点

只要知道超声波在介质中的传播速度，便可以根据传播时间来确定物位。但是声速还与介质的成分、温度和压力等因素有关，因此，很难将声速看成是一个不变的恒量。一般要用设置校正具的方法对声速进行校正。

所谓校正具就是在导声介质中相隔so固定距离安装一个由超声探头（校正探头）和反射板组成的测量装置，如图5-30所示。对液体介质超声波液位计而言，校正具应安装在液体介质的zui低处，以避免液面反射声波的影响，同理，对气体介质超声波物位计而言，校正具应安装在容器顶端的气体介质中。

如果超声波脉冲从探头发射经~时间后返回探头，共走过2sQ距离的校正段，那么实际声速化为如果测量段声速„与校正段声速化相等，则根据式可得：从式中显然可见，测液位好变为测时间t、t0

在测量时，声速沿高度方向是不同的，如沿高度方向被测介质密度分布不均匀或有温度梯度时，可采用的浮臂式声速校正具。该校正具的上端连接一个浮子，下端装有转轴，使校正具反射板的位置随液面变化而升降，使校正探头与测量探头发射和接收的超声波所经过的液体的状态相近，以消除由于传播速度的差异而带来的误差。

超声波物位测量的测量范围可从毫米数量级到几十米以上。精确度在不加校正具时为1%，加校正具后为0.1%。

放射性同位素的原子核在核衰变中放出各种带有一定能量的粒子或射线的现象称为核辐射。核辐射放射出的射线有、0、7三种。其中a射线由带正电的O；粒子组成’P射线由带负电的0粒子组成，7射线由中性的光子所组成。

目前用于物位测量仪表中的辐射源（或称放射源）有钴c60Q及铯cf7等放射性同位素。这两种同位素发射出较强的y射线，而且半衰期（辐射源的强度减至原来的一半所需要的时间）较长。如钴C6^的半衰期为5.3年，铯cf7的半衰期为33年。7射线与0：射线和0射线相比，受物质的吸收较小，能穿过几十厘米厚的钢板或其他固体物质，所以7射线在物位检测中的应用较多。

当射线穿过物质时，会被物质的原子散射和吸收而损失掉一部分能量。射线在穿过物质层后，其能量强度随物质层的厚度呈指数规律衰减，可表示为式中，/G为射人介质前的射线强度；/为通过介质后的射线强度；A为介质对射线的吸收系数；H为介质的厚度。

当放射源选定，被测介质已知时，/0与/都为定值，则介质厚度//与穿过介质后的射线强度/的关系可表示为

由此可见，只要能测知穿过介质后的射线强度/，那么介质的厚度即物位F就可求出。不同的介质吸收射线的能力是不同的，固体的吸收能力zui强，液体次之，气体zui弱。

核辖射式物位计由放射源、接收器和显示仪表三部分组成，其原理框图如图5-32所示。放射源和接收器放置在被测容器两旁（测量现场），显示仪表可以放在控制室内。由放射源放出的射线强度为/0，穿过容器和被测介质后，由探测器接收，并把探测出的射线强度/转换成电信号，经放大器放大后送入显示仪表进行显示。

工业核仪表常用的射线探测器有闪烁探测器、电离室探测器和盖革计数管等。闪烁探测器的探测效率高，可以减低仪表放射源的强度，其工作寿命也较长，可达数年；缺点是成本高，稳定性稍差，抗振性差。

根据核辐射检测的原理可制成厚度计、物位计和密度计等，也可用来测量气体压力、分析物质成分以及进行无损探伤，应用范围很广。在放射性同位素的应用中，y射线物位计的应用时间长且数量也比较多。它具有如下重要特点：

1)可以从容器、罐等密闭装置的外部以非接触的方式进行测量。

2)不受温度、湿度、压力、粘度和流速等被测介质性质和状态的限制，特别适用于高温、高压容器，强腐蚀、剧毒、易爆、易结晶和沸腾状态的介质以及高温熔体等的物位测量。

3)不受温度、压力、湿度以及电磁场等环境因素的影响，故此物位计可用于恶劣环境下，且人不常到的地方。

4)不仅可以测量液位，还可以测量料位。

5)可以测量密度相差很小的两层介质的分界面的位置。

6)射线对人体有害，所以对它的剂量及使用范围要加以控制和限制，而且在使用中必顷进行防护。

利用核辐射式物位计测量物位的方法

利用核辐射式物位计测量物位的方法有很多种，如图5-33所示。应当根据生产要求、介质情况以及容器的具体条件进行合理选择。

图5-33a所示为定点测量的方法。将放射源和接收器安装在容器的同一水平面上。由于液体和固体吸收射线的能力远比气体强，因而当物位超过或低于此平面时，接收器接收到的射线强度会发生急剧变化，从而发出物位控制信号。可见，定点测量的方法是根据射线是否到达探测器来判断物位是否超过设定的位置。这种测量方法不是测量射线的强度，而是测量射线的有无，所以受外界条件和被测介质的性质、形状以及内壁附着物的影响小，工作稳定、可靠。对于粉粒体或块状物料，其物位面往往不是水平的，一般调整到物料占据容器截面一半时发出信号。

图5-33b所示为自动跟踪测量方法。通过电动机带动放射源和接收器沿导轨升降，始终保持放射源和接收器在同一水平高度上，并对液位自动跟踪。因此，它既保持了定点测量方法的优点，又可以实现连续测量，而且量程可以很宽，但是由于有可动部件，所以其结构复杂。

图5-33c所示为透过式测量方法。在射线倾斜或垂直地穿过容器时，部分射线被吸收，并且随着物位的升高，射线被吸收|辱越来越多。因此根据接收器接收到的射线强弱程度，便可以表示出物位。此种方法的装置i于安装、维护和调整。但是，它的测量范围较窄，一般为300?500mmo为了测量变化范围较大的液位，可采用辖射源多点组合、接收器多点组合或两者并用的方法，如图5-33d、e、f所示。它们可以改善线性关系，但是同时也增加了安装和维护的难度。如果采用线状放射源，由于放射源均匀地分布在测量范围内，并且接收器主要接收穿过气体的射线，而不受被测介质密度变化的影响，既可适应宽量程的需要，又可以改善线性关系。

核辐射式物位计的使用与防护

工业核仪表具有广泛的应用前景，由于有些人对其缺乏了解，往往谈核色变。事实上，核辐射式仪表所用的放射源都是封闭型的，对于封闭型放射源的防护是比较简单、容易的。例如，在距工业核仪表0.5m强度zui大点处工作8小时，所受射线照射剂量小于20mrem，而一次胸部X光透视的射线照射剂量为100?200mrem，一次牙齿透视的射线照射剂量为1500~15000mrem,所以，只要遵守有关规定，正确操作，就不必有什么顾虑。

在使用工业核仪表时，应该注意以下几点：

1)接收器一般在50~60t不能正常工作，因此在高温环境下，必须进行冷却。

2)对放射源必须采取严格的防护措施，遵守安全操作规程，确保人身安全。图5-34所示为一种带有防护结构的放射源。放射源密封于铅罐中，仅在发射一侧圆柱形铅封头上有一个偏心孔，使用时用手把转动铅封头让射线经偏心孔透过铝板射出，不用时转动铅封头封住放射源。

3)仪表到货后应单独妥善保管，不得与易燃、易爆和腐蚀性等物品放在一起。

4)安装地点除从工业核仪表的要求考虑外，尽量置于其他人员很少接近的地方，并设置有关标志，安装地点应远离人行过道。

5)安装时，应先安装有关机械部件和探测器并初步调校正常，然后再安装放射源，安装时应将放射源容器关闭，使用时再打开。

6)检修时应关闭放射源容器，需要带源检修时，应事先制定操作步骤，动作准确迅速，尽量缩短时间，防止不必要的照射。

7)放射源半衰期以后，需要更换，否则会影响测量精度，更换放射源时，一般请仪表制造厂家或专业单位更换，有条件的单位也可自行更换。

8)废旧放射源的处置，应与当地卫生防护部门，交由专门的放射性废物处理单位处理，用户不得将其作为一般的废旧物资处理，更不能随意乱丢。