核子仪的标准计数 检定 对比试验 2008

核子密度仪的标准计数、检定和对比试验核子仪准确测量的基础标准计数检定现场校准或对比试验标准化计数StandardizationCounting核子仪使用的放射源每天都在衰减。这种衰减会改变计数率和材料密度和含水量之间的关系。为了修正这种衰减，仪器使用实际检测获得的射线计数与在参比标准上获得的射线计数率进行比较，而获得计数比来计算材料的密度和湿度。这个参比标准通常叫做标准计数块。在标准计数块上进行的测试获得标准射线计数的过程叫做标准化计数。射线计数比与密度和湿度的关系密度（d）与射线计数比（r）的函数关系：d=Bln(A/(r-C))。A：补偿系数，B：斜率，C：曲率。湿度（m）与射线计数比（r）的函数关系：m=Ar-B。A：斜率，B：截距。r=计数比，现场检测射线计数/标准化射线计数。标准计数块为一小型的长方体塑料块，简称标准块。标准块的密度和含有的氢元素都是稳定不变的。标准块厚度为7.6厘米，面积相当于核子仪底座的面积。每台核子仪都有一块自己对应的标准块。标准块可同时用来进行密度和水分标准化计数。标准计数与仪器工作状态的关系仪器如果能够进行正常的标准计数说明仪器的工作状态良好。如果仪器的标准计数异常，说明仪器不能进行正常的检测。如果仪器不能进行标准计数，仪器必然也不能进行现场检测。正常的标准化计数结果需要满足以下两个条件。１．上一次的标准计数值与本次的标准计数值要接近．２．仪器显示的标准计数密度Xi值和水分Xi值都要在0.75-1.25之间。标准化计数需要每天进行或每当检测环境发生变化时都需要进行新的标准化计数。仪器将使用最新进行的标准计数用于计算检测结果。检定或校准标定(Calibration)核子仪是利用同位素射线来检测材料的密度和湿度的。在射线计数数量与标准密度和湿度值之间建立对应关系的过程叫做检定。检定是核子仪准确检测材料的实际密度和湿度的基础。如果仪器没有检定，仪器进行检测时，将只能以射线计数数目的多少来代表检测结果的高低，这只是一个相对值，还需要借助其它密度和湿度检测方法，才能确定实际的材料密度和湿度。这也是早期的核子检测技术的应用方法，所以那时核子法被称作间接的密度和湿度检测方法。检定的概念检定是指用核子仪对一系列标准的密度材料和湿度材料进行检测，将材料的标准密度和湿度与仪器的射线计数率之间建立对应关系，这些对应关系通常以检定曲线的方式存储于仪器中。仪器的检定关系由密度检定和湿度检定两部分组成。对应于仪器的每一个检测深度，都各有一条适用这个检测深度的检定曲线。每台核子仪的放射源的活度、射线探测器的效率和制造工艺等都不是完全一样的，所以每台仪器都有一组适用于本台仪器的检定关系。检定的意义核子仪经过正确的检定后，在射线计数与密度和湿度之间建立了完整的正确的对应关系，仪器在实际检测时就可以准确地检测和计算出单位为g/cm3的材料的实际密度和湿度。其检测的准确度可以到达这样的标准：仪器在标准材料上的检测结果不超出标准密度值（或含水量值）±16千克/立方米。检测结果可以直接用于施工质量控制和工程验收。检定块——标准材料块。对仪器进行新的检定需要一整套有准确量值的密度和湿度材料块（检定块或标定块）。标定块的密度值和湿度值在限定的环境条件下永久不变，所有检定块的密度值和湿度值的准确度为±0.2%。标定块制作材料制作材料的精度、均匀度和材料块的稳定性、体积等各方面必须满足要求。最成功的用于生产标准密度材料块的材料是铝、镁、花岗石等。由于土工材料的密度和水分含量容易受环境等因素的影响，检定块的专业生产厂家通常使用镁、铝等金属材料代替土工材料制造标定块。但是标定块上标明的密度和水分含量值应该是与土工材料等效的量值，而不是制造标定块的金属材料的自身密度和水分量值。因为核子仪的射线在金属材料中和土工材料中的放射、碰撞和吸收等效应是不同的。检定块-标准密度湿度值一套用于检定的密度材料块必须能够做出实用、可靠的涵盖实际检测可能遇到的所有的密度范围的检定曲线。检定块一般由一块低密度块、一块中密度块、一块高密度块和一块水分块组成。低、中、高密度块的标准密度分别为（举例说明）：1.717克/立方厘米，2.148克/立方厘米，2.609克/立方厘米（举例说明）。检定块尺寸三块密度块的外观尺寸相同，为：长61厘米×宽46厘米×高36厘米。水分块的外观尺寸为：长46厘米×宽41厘米×高41厘米。密度块的上表面中部有两个超过三十多厘米深的测量孔。连体检定块仪器检定的方法和内容仪器在标准材料上为建立检定所需要的计数率的数据读取方法和步骤与在施工现场进行实际检测时完全一样。在每一块标准密度块上必须获得足够多的数据以保证仪器检定的计数精度值至少达到施工现场检测要求的精度值的二分之一。检定时，核子仪置于检定块的上面，用仪器在所有的密度和水分块上依次在每个测试深度上进行检测，经检定程序计算后，获得总共26个检定参数。CPNInternational,Inc.CALIBRATIONSERIALNO:2103MODEL:MC4C-13DDENSITYSTANDARDCOUNT:36310DATE:940712CALIBRATIONDATE:940712-----COUNTAT--------DEPTH107.2133.6164.3---A------B-----C---------lb/ft^3------BS2486818698138121.8842867.52434.13393AC4923637044269003.5651781.13358.12311212031487758601859.4594787.68365-.141134109341742934762811.9801466.12905.01882682174513982980013.7543851.22988.07577853821306801668314.117841.4207.08366103261217447918814.062334.26359.07383121920510033550712.7288929.44298.07024AWHERE:DENSITYINlb/ft^3=B*Ln(---------)R-CCOUNTR=RATIO=---------------STDCNTMOISTURESTANDARDCOUNT:10610DATE:940712CALIBRATIONDATE:940712---COUNTAT----0.038.0---A------B------lb/ft^3---494663468.8472.62218WHERE:MOISTUREINlb/ft^3=(A*R)-B检定设施检定设施必须严格按照标准建设。ASTM标准D7013《建立浅层核子湿密度仪检定设施的标准指导》检定标准和规程ASTM标准D6938和ASTMD2950、C1040等标准。JJG1023-2007《中国人民共和国国家计量检定规程-核子密度及含水量测量仪》JJG128-91（铁道）《核子湿度、密度测试仪检定规程》JJG（交通）068-2006《中国人民共和国交通部门计量检定规程-核子密度仪》合格检定的仪器的检测准确度核子仪检定后，在标准材料块上的检测结果与标准密度值的关系为±16kg/m3(±1.0lb/ft3)。检定验证需要达到的标准核子仪进行检定验证时，如果在标准材料块上的检测结果与标准密度值的关系为±32kg/m3(±2.0lb/ft3)。那么证明仪器的检定符合检测要求，不需要进行新的检定。检定和检定验证的周期任何时候，如果发现不能满足规定的检定验证限值，必须进行检定以重新建立检定曲线、表或当量系数。仪器出厂时，或现存仪器经过可能影响仪器结构的维修后，必须进行检定。每一台核子仪在出厂时，都应该已经检定过了。但是同位素的衰减、主要配件的更换、电子器件的老化等因素都有可能影响射线计数与检测指标的关系。所以通常每隔一年就应该对仪器的检定进行验证或重新建立新的检定关系。检定资质检定可以由生产厂家、使用者或独立的服务机构进行。除了购置符合检定规程要求的检定块，建立符合规范的检定设施，具备必要的检定软件并对检定人进行充分的技术培训后，还需要向检定主管部门-国家技术监督检验检疫总局或各省局申请核子仪的检定资质。自制材料块用户自己用土壤、石块、混凝土或其它工程材料制作的质地均匀、重现性好的材料块可以用于验证，但通常难以到达可以用于检定仪器的要求。可以用分层压实的方法在一定体积的容器中，用现场材料自制材料块，根据材料块的重量和体积计算平均密度。但是，必须非常谨慎地确定材料块的密度值，并使随着时间而产生的密度和含水量的变化达到最小。用于检定验证的材料块的密度值和湿度值的准确度为±0.5%。错误的检定块我国国内一些小的仪器厂商模仿专业厂家用金属材料制作检定块，但这些标定块标明的密度却直接是金属材料的自身密度。因为要确定金属材料的密度与土工材料的等效密度、与标准密度材料进行量值传递以及确定材料的均匀性和量值的不确定度等方面都是很难的。用这样的标定块对仪器进行所谓的检定后，仪器可以直接检测制作标定块的金属材料的密度，但用于土工材料的检测时，检测结果就是错误的。检定块的校准对用于检定和检定验证的材料块的密度值进行重新建立或验证的周期应该不超过5年。对于那些用土壤、混凝土或整块岩石制作，其密度值和含水量可能随时间发生潜在变化的材料块，密度值重新建立或验证的周期应该不超过12个月。自制的检定块的密度值和含水量值重新建立或验证的周期应该不超过12个月。检定设施的建立核子密度检测仪必须在符合规范的检定设施中进行检定以保证检定正确和保证不同的仪器的检测结果的重复性。由于仪器含有放射性同位素，在仪器检定时，必须清除来自环境的影响，其它仪器必须得到控制。可以根据需要检定的仪器的数量建立一个或多个检定区。检定设施的建立必须符合标准。目前国际上权威的有关检定设施建立的标准为ASTMD7013-04标准：建立浅层核子湿密度仪检定设施的标准指导StandardGuideforNuclearSurfaceMoistureandDensityGaugeCalibrationFacilitySetup现场校准和对比试验核子仪通过测试试样中含有的所有元素的原子量的总和来计算材料的总密度，所以密度测试不受被测试材料的粒度、级配、均匀度，以及物理状态、化学成分等方面的影响。通常情况下核子仪密度检测结果不需要进行校正。所以，如果使用的仪器检定合格，对于常规的土工材料，或同一种材料不同的配比，都可以使用仪器直接检测密度，完全不需要进行现场对比或校正。核子仪通过测量材料中含有的氢原子测量湿度，在常规的土工材料中，大多数氢原子存在于自由水中。蛇纹石、黏土、有机体和石灰等含有超出常规数量的结合氢，测试这些材料，可以采用其它可靠的水分方法与核子仪的测试结果进行对比，误差较大时进行校正。所以，对核子仪的检测结果进行现场对比和校正，主要是针对水分检测。对比试验由于对一些不确定因素的疑虑和历史等各个方面的原因，我国的一些行业标准要求使用核子仪时，无论是密度测试还是湿度测试，对于任何被测试材料，都要求使用传统的密度、湿度测试方法对核子仪的测试进行对比试验或用现场材料制作标定块对仪器检测检测结果进行校正。而且被测试材料发生变化后，或者同一种材料的组成成分发生变化后，都需要进行新的对比试验。对仪器的检定要求反而很少，甚至完全没有要求。对水分检测来说，有时这种做法试验是必要的，但仪器依然需要先进行检定；对于密度来说，这完全是本末倒置。而且许多规范对试验试样的获取方法、对比试验的具体程序等方面没有具体和正确的规定。不同领域，不同的技术人员按照自己的理解进行的对比试验往往各不相同，其中很多情况都是不正确的。甚至将本来正确的检测结果校正得不正确了。进行对比试验，必须注意两个问题如需进行对比试验，必须根据被检测材料选择适当的正确的方法与核子仪进行对比。进行对比试验时，