數(shù)字式核子物位計的應用研究

摘 要：文章詳細介紹一種利用核物理測量進行研制的核子物位計。重點闡述該核物位計的工作原理、測量方案、系統(tǒng)組成及工作特點，已通過實驗室測試，并取得較好的效果。

關鍵詞：核物位計；料位測量；單片機

引言

隨著科技的不斷發(fā)展，物位計在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛應用，核物位計具有不與被測物料介質(zhì)進行無損測量的物點，故廣泛應用于火力發(fā)電廠的除塵器灰斗、煤化工和石化等領域的反應器進行物位控制，特別是如有毒性氣體、腐蝕性液體以及高壓高溫等惡劣環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場，具有較強的測量優(yōu)勢。

文章介紹的產(chǎn)品是依據(jù)現(xiàn)場的控制要求及應用需求，在測量數(shù)據(jù)的傳輸和處理中采用了分布式對象的設計方式，將料位監(jiān)控儀表從現(xiàn)場DCS控制柜中分離出來單獨進行操作，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，減少傳輸誤差，提高現(xiàn)場儀表的內(nèi)部功能和可靠性，同時設計有輻射源容器遠端開關控制功能，可提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)風險，使該套控制裝置具有更好的開放性和集成能力，提高核料位計的市場競爭力。

1 測量原理

該裝置是根據(jù)介質(zhì)對射線的吸收原理進行研制而成的，其吸收規(guī)律符合比爾定律，即γ射線束穿過吸收物質(zhì)后，其射線強度將按指數(shù)規(guī)律進行衰減，可表述為如下函數(shù)：

2 測量方案

3 組成單元

該裝置由輻射源及輻射源容器、蓋革管探測器、二次儀表、控制柜體等組成。

3.1 輻射源及容器

輻射源采用密封137Csγ射線點源，射源置于ф8mm×9mm不繡鋼殼體內(nèi)保護，射線能量661Kev，強度1.5×109Bq，半衰期30年；輻射源容器由鉛和鑄鐵外殼構成，通過電動控制輻射源的開與關。該容器主要功能為：（1）輸出準直射線。（2）便于放射源的固定、安裝，以及放射源的保護、開關。

3.2 蓋革管探測器

探測器由GM計數(shù)管組成，探測器采用型號為J408γ蓋革計數(shù)管， GM計數(shù)管具有輸出信號大，功耗低，適應環(huán)境溫、濕度范圍寬，體積小，造價低等特點。鹵素GM計數(shù)管具有較長的壽命，長期存放后這些計數(shù)管仍能保持良好的性能，計數(shù)管的這些特點能夠滿足環(huán)境輻射連續(xù)監(jiān)測的需要。

3.3 二次儀表

二次儀表主要由主控制器，放大電路，顯示驅(qū)動、掉電保護、通訊接口等組成。

3.3.1 主控制器：以單片機為核心，控制外部功能，實現(xiàn)顯示驅(qū)動控制、按鍵輸入、參數(shù)掉電保存等功能。主控制器主要是顯示通道計數(shù)和控制輸出報警，對通道閾值的設定參數(shù)進行修改、存儲。

3.3.2 數(shù)據(jù)顯示：利用PS7219芯片進行顯示控制，該芯片自己帶有時鐘，不需要外擴元器件，方便于與單片機連接。

3.3.3 掉電保護：采用電擦除可編程串行存儲芯片24c512，該芯片價格便宜、操作性好、外擴電路簡易、體積較少，可進行自定時周期編程，支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。

3.3.4 計數(shù)器電路擴展：二次儀表采用雙通路設計，而89C52單片機的內(nèi)部計數(shù)器是有限的，故擴展了1片8253（3路16位）硬件計數(shù)器。輸入信號整形電路是為了保證長線傳輸?shù)目煽啃裕瑢μ筋^來的脈沖信號進行預處理。

控制系統(tǒng)組成如圖1所示：

4 技術特點

數(shù)字式核子物位計的主要特點有：

4.1 儀表采用SMT貼裝工藝設計，抗干擾能力強；可針對現(xiàn)場應用進行參數(shù)標定，具有數(shù)碼顯示，參數(shù)調(diào)整方便。

4.2 采用GM計數(shù)管進行探測器設計，在設計過程中加入倍頻放大電路，可降低輻射源使用強度，安裝調(diào)試方便。

4.3 采用電改寫E2PROM外存、參數(shù)固化在芯片內(nèi)數(shù)據(jù)永不丟失。

4.4 二次儀表設有數(shù)據(jù)掉電保護功能，儀表失電再供電自動轉(zhuǎn)入測量狀態(tài)。

4.5 提供雙路繼電器輸出及串行數(shù)據(jù)通訊接口，便于上位機進行控制連接，實現(xiàn)工業(yè)過程控制。

4.6 該儀表可根據(jù)現(xiàn)場的實際應用情況，采用如機箱式、壁掛式及控制柜固定形式進行安裝，可根據(jù)現(xiàn)場測量點的多少自行組合安裝，設計了輻射源容器遠程控制功能。

5 結束語

數(shù)字式核子物位計利用核物理測量原理進行設計，非接觸測量形式進行物位測量，結構簡單，抗干擾能力強，維護量小。該儀表降低了使用放射源的劑量，已經(jīng)在火力發(fā)電廠得到應用和檢驗，并取得了十分滿意的效果。

參考文獻

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