化工仪表、电力热控系列培训资料(六)

共同学习、共同提高HBH_XH首发化工仪表、电力热控系列培训资料（六）1化工仪表、电力热控系列培训资料（六）同位素料位计维护与维修第一部分同位素料位计应用概况一、种类：同位素料位计是一种工业检测仪表，主要应用的有三种：料位计、厚度计、密度计。二、应用范围：广泛地应用于化工、矿山、水泥、冶金、化肥、轻纺、食品、电力等部门。三、料位计：料位计应用数量最多，占同位互仪表的70%以上，主要应用于化肥厂，水泥厂、火电厂等。四、料位计的方框图：（1）、放射源和核辐射探测器组成参数变换器，其功能在于把被测量的解电参数X转变成为和被测参数有一定函数关系的电信号I（X）。该信号被加到电转换器的输入端，经电子线路的处理后专变成为能推动二次仪表的电信号I2（X）。参数转换器和电转换器统称为一次仪表。二次仪表为显示仪表，记录仪器、控制仪器或计算机等。五、料位计名称的由来：同位素料位计是同位素工业仪表的一种，更确切的讲应为物位计更合适，因为不管被测对象是料位、液位、或是其他可变物体，都可统归于物体的位置测量。六、同位素料位计的特点：（1）它的检测是非接触式的。（2）可对高压、密封、易燃、强腐蚀等特殊条件下的被测物进行连续自动检测。（3）它能和微机及其他自控设备联网。第二部分：核辐射放射源核辐射探测器二次仪表电转换器XI1(X)I2(X)F(x)参数变换器共同学习、共同提高HBH_XH首发化工仪表、电力热控系列培训资料（六）2一、原子核基础知识：、1、元素和原子核：组成每种元素的基本单元是原子。原子是具有元素一切物性的最小“微核”元素就是所有同种原子的总称。2、放射性同位素：（1）同位素：具有相同质子数不同中子数年的同一种元素的原子，互称为同位素。如：（2）同位素有稳定的和不稳定的两种，不稳定的同位素，在没有任何外因的作用下，原子核的成分或状态会自动变化莫测，在变化的过程中放射出人眼看不见的射线，这种现象称放射现象，这种性能称放射性能，这种变化称为放射性衰变（或放射性蜕变）。而具有放射性能的同位素称为放射性同位素。（3）放射性同位素放射出来的α常见惯的有三种：αβγ。α射线（或称α粒子）是带正电的原子核流。（带两个正电荷）β射线（或称β粒子）是高速运动的电子流。（带一个负电荷）γ射线（或称γ光子）是从原子核中发射出来的电磁波。速度等于光速（3*108米/秒），波长极短。（不带电）3、放射性衰变规律：（1）放射强度：放射性同位素的原子核在单位时间里衰变的数目称为放射性强度。（或放射性活度）单位是居里（CI）。（2）单位换算关系：1居里（Ci）=1000毫居里（mCi）1毫居里（mCi）=1000微居里（μCi）注：新的单位为贝克勒尔（Becquerel），符号：Bq.定义为：每秒一次衰变。（3）半衰期：就是放射性强度衰减一半时所需的时间，符号放射性强度随时间减H1H2H3H氕氘氚CoCo6027Co5927Cs13355CsCsCs1345513755共同学习、共同提高HBH_XH首发化工仪表、电力热控系列培训资料（六）3弱，吸从指数衰减规律：I=I0e-λt注：I0为初始时的放射强度，I为经过时间t后的放射强度。λ称为衰变常数：λ=Ln2/T1/2=0.693/T1/2上式可改写为：I=I0e-0。693t/T1/2（4）几种同常见同位素的半衰期：核素名称元素符号半衰期钴--60Co5.263年氪—85Kr10.76年铯—137Cs30年钡—133Ba10.9年铕—152Eu13.2年镭—226Ra1600年铀—238U45亿年碘--131I8.03天钋—212Po3.04×10-7年碳--14C5760年二、γ射线与物质的相互作用1、γ射线与物质作用的主要效应：（1）光电效应：γ光子穿过物质时，和物质中的原子发生碰撞，它可能把自己的能量交给原子核外的一个电子，这电子脱离原来的轨道而运运，而γ光子本身则被物质吸收，这种效应称为光电效应。。原子γ散射光子e散射电子λ射光子γθφ共同学习、共同提高HBH_XH首发化工仪表、电力热控系列培训资料（六）4（2）散射效应：（3）电子对效应三、常见的γ射线源γ射线性同位素虽然有许多，但是有的半衰期太短，有的来之不易，所以γ射线料位计所用的放射源，目前绝大多数为钴-60或铯-137，钴-60的半衰期为5.263年，铯-137的半衰期为30年。所以，我们所用放射钴-60一般五年，就要换新源。第三章：核辐射探测器一、计数管：1、种类：常用的有J408γ和J306βγ。2、用途：主要用于电厂和水泥厂所用的开关型料位计的探测器。3、工作特性：（1）优点：A灵敏度高，B脉冲幅度大C稳定性高D使用方便，成本低（开关量控制）。（2）缺点：A分辨时间长B探测效率低C有乱真计数。二、闪烁计数器：闪烁计数器包括：闪烁体，光电倍增管，和相应的输出电路。1、闪烁体（1）按化学性质分类，可分为无机的和有机的两大类，按物质形态来分，可分为固体（固体和粉末）、液体、气体、塑料等类型。（2）γ射线料位计中常用的闪烁体为无机闪烁晶体，如碘化钠闪烁晶体或碘化铯闪烁晶体。（3）碘化钠晶体：型号：ST-101发射波长：4100A主要用途：测量γ射线能谱。形状特征：圆柱形、铝盒、铝入射窗。尺寸：φ40χ40（mm）。原子-e电子+e正电子λ射光子γθφ共同学习、共同提高HBH_XH首发化工仪表、电力热控系列培训资料（六）52、光电倍增管：（1）组成部分：光阴极，倍增极，阳极。（2）原理：利用光电效应把入射光转换为光电子，从而把微弱的光转换成电流脉冲。而光电子经倍增管极依次逐级倍增，最后，电子收集在阳极上，产生很大的电流脉冲。（3）暗电流，本底脉冲及噪声：由于光阴极和倍增极的热电子发射，电极间绝缘材料的漏电以及其它一些因素，即使光电倍增管完全不见光，在加上工作电压之后，阴极上仍有微弱电流流过，这微弱电流称为暗电流。暗电流实际上是微小脉冲的累计效果，这种微小电脉冲就是光电倍增管的本底脉冲或称噪声。（4）使用环境：在加上工作电压时，一定不能暴光，否则即烧坏。（5）常用管子：北京管，南京管（GDB-44）（GDB-44）：直径：φ51（mm）长度：110（mm）倍增管：百叶窗式，非聚焦。工作电压：＜1600V。注：（1）北京管与南京管不能互换用，因为它们的管脚顺序虽然一样，但它们的电压分配不同。（2）北京管：从管座底部看由缺口按顺时针方向数为1、2……15。（3）南京管：管脚序号同北京管。14K151M1234567891012A13信号输入11HV820K510K510K510K510K510K510K510K510K510K36KK13820K14121511110293865510K510K510K510K510K510K510K510K510K4636K信号输入7510K270KHVA共同学习、共同提高HBH_XH首发化工仪表、电力热控系列培训资料（六）6第四部分：电子线路γ射线料位计的电子线路一般可分为两个部分：一部分是与γ射线探测器相配合的前置电路；另一部分则为脉冲转换电路，它对前置电路的输出的脉冲信号进行处理，转换为相应的指示或控制信号，线路主要部分如下图：一、基本单元电路1、前置电路：（1）同探测器相配合的，置于主电路前面的电子线路，统称为前置电路。（一般将这部分电路放置在探头内）。（2）与闪烁计数器相配合的前置电路一般包括电压放大器及射极输出器，以放大信号电压和功率，并使光电倍增管的输出阻抗与之所连接的远传电缆匹配，我们所用料位计（FDL-1HT-5001A（B））的前置电路是由两只三极管组成复合跟随器。(3)前置电路的作用(1)对脉冲进行放大(电压或电流)。(2)阻抗匹配,以便远距离传输。2、主放电路：（1）组成：FDL料位计的主放电路是由高速运算放大器FC92组成。HT-5001A（B）的主放电路是由高速运算放大器LM318N组成。（2）作用：它把由探头送来的脉冲信号进行放大。（3）调试：对于FDL-1，调试时，首先应使FC92输出端6脚在静态时应接近0V，若不为0V，应调W2使6脚接近0V。对HT-5001A（B），因LM318N有自调调零γ射线探测器主放幅度甄别器整形器计数率表电路指示电路输出电路报警电路前置电路前置电路直流低压电源直流高压电源市电220V探头主机共同学习、共同提高HBH_XH首发化工仪表、电力热控系列培训资料（六）7功能，故无需调试。3、幅度甄别器：（1）电路：由FC92（LM318N）第6脚来的脉冲信号被送往幅度甄别器。幅度甄别器是由FC81（LM393N）组成的电压比较电路完成。（2）作用：①剔除前级输出脉冲中杂乱的小幅度脉冲（噪声、交流等）起抗干扰作用。②对输入脉冲进行预处理，使输出的脉冲幅度一致。（3）反向输入电压调节电位器（W12.2K）,当前来的脉冲中的小脉冲低于1.3V左右的不能使FC81（LM393N）转,输出为低电平接近0V，只有当脉冲大于1.3V的才能合FC81（LM393N）的输出高电压为2.7V左右，这样才能起到了甄别的作用。因此，应调节W1，使该电压在1.3-1.6V之间才能起到作用。4、整形器：探测器输出的脉冲信号幅度和宽度并不一致。但是对后级的计数率表电路来说，输出脉冲必须是幅度一致和宽度满足一定要求的矩形脉冲，所以必须用整形器来将探测器的输出信号改造成幅度一致的矩形脉冲。（1）电路：FDL型：由T106来完成的。HT-5001A（B）由74LS74（TTL高速D型触发器）来完成的。（2）作用：对脉冲宽度进行处理，以满足后续处理电路的要求。5、计数率表电路：（1）即用直接指示单位时间内脉冲数的电路，称为计数率表电路。该电路也称积分器。（2）作用：①经过整形后的脉冲，通过率表电路转换为直流电压或电流，并指示电表给出相应的指示值。②进行数学运算。（3）线性率表电路：当率表电路所转换成的直流电压或电流参数与脉冲计数率呈线性关系时，就称线性率表电路。共同学习、共同提高HBH_XH首发化工仪表、电力热控系列培训资料（六）8（4）对数率表电路：当直流电压或电流参数同脉冲计数率呈对数关系时，则称对数率表电路。我们所用料位计是采用的对数率表电路。即采用2级二管唧筒式电路完成。因为γ射线料位计中，探测器所接收的γ射线强度往往与物位参数呈对数关系。（5）二极管唧筒式电路：输出电压U0与计数率之间的关系：U0=（Ui-U0）C1*nR，即U0=Ui*C1*nR/（1+C1*nR）说明：①在U0在0—之间变化Ui之间变化，且与N呈线性关系。②U0与N的关系曲线如上图。6、上下限报警电路：（1）电路：报警电路是由F004（LM358）组成的电压比较器，三极管3DG27，继电器与互动电路来完成的。（2）高极：对于高位报警，高限基准，电压将为2V加到F004（LM358）的反相端上，这样当有主机板输出的大于2V的电压加到F004（LM358）的同相端上，则输出高电平大于8V，这样使用期3DG27导通，继电器J动作，输出高位控制信号，并使高位灯亮。（3）低位报警：对于低位报警，低限基准电平约0.5V，加到相应的F004的同相端上，这样当主机板输出小于0.5V的电压加到F004的反相端上时，由于同相端电压高于反相端电压，F004输出高电平大于8V，这样使与之对应的3DG27导通，相应的继电器动作，输出低位控制信号，并使低位灯亮。C1D2UiUoD1C2R0(图a)U0n共同学习、共同提高HBH_XH首发化工仪表、电力热控系列培训资料（六）9当主机板输出电压在0.5V-2V之间时，高低位继电器都不动作，这时中位灯亮。7、低压电源：采用集成稳压电源，三端固定稳压器（LM7812、LM7824、LM7912），其接法如下：8、高压电源：（1）电路：γ射线料位计的高压电源的提供γ射线探测器所需这直流高压。高压的获得是先由直流低压电源经变换器转变成交流高压。然后现经过整流、滤波、获得直流高压输出，我们用的料位计的直流高压电源都是共发射极推挽式变换电路。（2）方框图：（3）直流高压电源稳定原理：（4）变换器：123输入输出