數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

隨著科技的不斷發展，物位計在工業生產過程中得到了廣泛應用，核物位計具有不與被測物料介質進行無損測量的物點，故廣泛應用于火力發電廠的除塵器灰斗、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境的工業現場，具有較強的測量優勢。

文章介紹的產品是依據現場的控制要求及應用需求，在測量數據的傳輸和處理中采用了分布式對象的設計方式，將料位監控儀表從現場DCS控制柜中分離出來單獨進行操作，提高系統的抗干擾能力，減少傳輸誤差，提高現場儀表的內部功能和可靠性，同時設計有輻射源容器遠端開關控制功能，可提高生產效率，降低生產風險，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

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

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

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，實現顯示驅動控制、按鍵輸入、參數掉電保存等功能。主控制器主要是顯示通道計數和控制輸出報警，對通道閾值的設定參數進行修改、存儲。

3.3.2 數據顯示：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總線數據傳送協議。

3.3.4 計數器電路擴展：二次儀表采用雙通路設計，而89C52單片機的內部計數器是有限的，故擴展了1片8253（3路16位）硬件計數器。輸入信號整形電路是為了保證長線傳輸的可靠性，對探頭來的脈沖信號進行預處理。

控制系統組成如圖1所示：

4 技術特點

數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；可針對現場應用進行參數標定，具有數碼顯示，參數調整方便。

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

4.3 采用電改寫E2PROM外存、參數固化在芯片內數據永不丟失。

4.4 二次儀表設有數據掉電保護功能，儀表失電再供電自動轉入測量狀態。

4.5 提供雙路繼電器輸出及串行數據通訊接口，便于上位機進行控制連接，實現工業過程控制。

4.6 該儀表可根據現場的實際應用情況，采用如機箱式、壁掛式及控制柜固定形式進行安裝，可根據現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，已經在火力發電廠得到應用和檢驗，并取得了十分滿意的效果。

參考文獻

[1]劉貴明.無損檢測技術[M].北京：國防工業出版社，2006.

[2]周明德.微型計算機接口電路及應用[M].北京：清華大學出版社，1987.

[3]丁富榮，等.輻射物理[M].北京：北京大學出版社，2004.