專利名稱：快中子和γ射線吸收在線水分測量方法和儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核探測技術(shù)應(yīng)用和自動(dòng)化檢測領(lǐng)域，具體涉及一種物料水分在線測量方法和儀表。
現(xiàn)有的在線水分測量技術(shù)有如下幾種(1)紅外線反射比技術(shù)，這種儀器在被測物料表面反光性質(zhì)變化較大時(shí)無法應(yīng)用。
(2)電容和微波技術(shù)，這種儀器測到的不是物料中水分的重量百分比。當(dāng)物料中水分的分布情況發(fā)生變化時(shí)，如物料的顆粒大小、形狀、吸水性等變化時(shí)，會(huì)使測量結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。當(dāng)物料的導(dǎo)電性能較高時(shí)也無法應(yīng)用。
(3)慢中子計(jì)數(shù)法和γ射線散射法聯(lián)合測定密度和含水。這種儀器放射源和探測器均放置在被測物料的同一側(cè)，利用水對快中子的慢化作用，測量生成慢中子的多少來反應(yīng)水分的含量。該方法的不足之處是a.慢中子計(jì)數(shù)和物料中水分之間的關(guān)系為非線性，水分增加時(shí)，慢中子產(chǎn)額增加，但產(chǎn)生的慢中子在到達(dá)探測器之前又被物料吸收，使探測到的慢中子計(jì)數(shù)減少。
b.物料對慢中子的吸收能力受到物料密度和成分變化的影響。
c.雖可用γ散射法測量物料密度進(jìn)行補(bǔ)償，但散射法測密度存在飽和現(xiàn)象(密度或厚度達(dá)到一定值以后，散射計(jì)數(shù)不再變化)和雙值現(xiàn)象(即同一散射計(jì)數(shù)可對應(yīng)兩個(gè)密度值)，從而不能有效地進(jìn)行補(bǔ)償，造成較大的水分測量誤差。
d.物料中水以外的成分發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)造成較大測量誤差。
本發(fā)明的目的在于提供一種檢測動(dòng)態(tài)物料水分的方法和儀表，對現(xiàn)場物料性質(zhì)的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在物料密度、顏色、形狀、粒度、成分等變化時(shí)，能準(zhǔn)確測出物料中所含水分的重量百分比。
本發(fā)明的具體方案包括將快中子源(2)、γ射線源(7)及快中子探測器(4、5)、γ射線探測器(8)相對安裝在被測物料(9)的兩側(cè)并對射線進(jìn)行測量和計(jì)算，其特征在于①首先，對有物料和無物料時(shí)的中子和γ計(jì)數(shù)進(jìn)行測量，得到如下數(shù)椐被物料吸收后的快中子的透射計(jì)數(shù)N1；被物料吸收后的γ射線的透射計(jì)數(shù)N2；無物料時(shí)的γ射線計(jì)數(shù)N10；無物料時(shí)的快中子的計(jì)數(shù)N20；②然后，按下式計(jì)算參數(shù)L2、L1的數(shù)值L2＝Ln(N20)-Ln(N2) (2)L1＝Ln(N10)-Ln(N1) (3)③最后，按下式計(jì)算待測物料的水分?jǐn)?shù)值H
H＝A.L2/L1+B (1)式中A、B均為常數(shù)。
上式中常數(shù)A、B的數(shù)值可由實(shí)際物料的標(biāo)定求得。例如用儀器對5種以上不同水分值的物料進(jìn)行測定，由式(2)和式(3)求出對應(yīng)的L1和L2的數(shù)值，由化驗(yàn)室測得對應(yīng)的水分值，用以上數(shù)據(jù)擬合式(1)，就可得到A、B的數(shù)值。
現(xiàn)有的快中子探測器對快中子選擇性太差，其對慢中子也有相當(dāng)高的探測效率，無法去除慢中子的影響。
為此，本發(fā)明給出了一種快中子和γ射線吸收在線水分測量儀表，具體包括快中子源、γ射線源、高選擇性的快中子探測器、γ射線探測器和主機(jī)，其特征在于放射源和探測器分別相對安裝在被測物料的兩側(cè)。本發(fā)明的測量原理是測量物料對快中子和γ射線的吸收能力。由于物料中水以外的其他不含氫物質(zhì)對快中子沒有吸收能力(只產(chǎn)生彈性散射)，所以本方法測水不受物料性質(zhì)和水以外的其他成分變化的影響。由于物料中各種成分對所選γ射線的質(zhì)量吸收系數(shù)判別很小，用γ射線吸收法測量物料的質(zhì)量厚度具有很好的線性，且不受物料密度和成分變化的影響。
本發(fā)明利用中子變換體、加上鋰玻璃閃爍體和光電倍增管制成高效率、高選擇性的快中子探測器。本探測器對慢中子極不靈敏，測量不受慢中子及其有關(guān)的各種因素的干擾。
本發(fā)明采用快中子吸收和γ射線吸收聯(lián)合測定的方案，在這種方案中，水分子對快中子的吸收具有很好的線性關(guān)系。水對于快中子的吸收能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它物質(zhì)，物料中水以外的其它成分對快中子幾乎沒有吸收能力，且其互相之間的差別很小，所以物料成分變化對水分測量沒有影響。
采用γ射線吸收法可準(zhǔn)確測量物料的質(zhì)量厚度，從而可準(zhǔn)確計(jì)算出物料中水分的重量百分比(水分的確切定義)。而物料的其它性質(zhì)如，成分、密度、形狀、粒度、顏色、吸水性、水的分布情況、導(dǎo)電性能等的變化均不會(huì)對水分測量造成影響。
本發(fā)明對于動(dòng)態(tài)物料的水分檢測具有良好的適應(yīng)性、線性和精度，現(xiàn)場應(yīng)用測水分誤差小于0.5％。當(dāng)現(xiàn)場物料的厚度、密度、形狀、顏色、成分等因素變化時(shí)仍能保證測量精度。利用檢測到的水分值去控制生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中物料水分的自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，給用戶帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明可用于礦山、冶金、建材、煤炭等眾多領(lǐng)域?qū)ι⒀b物料中的水分進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測，以便實(shí)現(xiàn)水分的自動(dòng)調(diào)節(jié)，完成生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。
本發(fā)明有如下附圖

圖1快中子和γ射線吸收在線水分測量儀表示意圖以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明所用儀表由快中子源2、γ射線源8、快中子探測器7、γ射線探測器9和計(jì)算機(jī)10組成，放射源和探測器分別相對安裝在被測物料11的兩側(cè)。
中子源可采用3.7×109～1.85×1010Bq的Am-Be快中子源。中子源周圍用含硼(5％)的石蠟1進(jìn)行屏蔽，快中子由帶準(zhǔn)直孔的聚乙烯旋轉(zhuǎn)體3射出?？熘凶犹綔y器7由鋰玻璃閃爍體5、加上中子變換體4和光電倍增管6而制成，該探測器對慢中子是極不靈敏的。中子變換體4由對慢中子有吸收能力和對快中子有慢化能力的材料制成，它有兩個(gè)功能(1)吸收進(jìn)入探測器的慢中子。(2)將進(jìn)入探測器的(透過物料后剩余的)快中子變換為慢中子，以便被鋰玻璃所探測。探測器周圍用石蠟1對天然本底進(jìn)行屏蔽。γ放射源可采用137Cs，活度范圍為3.7×108～1.1×109Bq。儀器中可采用脈沖幅度甄別技術(shù)，以消除γ射線對中子測量的影響。主機(jī)可采用高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，也可采用單片機(jī)制成智能化主機(jī)。
探測器輸出和射線對應(yīng)的脈沖信號。將此信號送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)首先對脈沖信號進(jìn)行延時(shí)處理，對物料先經(jīng)過的探測器的輸出脈沖進(jìn)行延時(shí)后再進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，延時(shí)間隔等于被測物料經(jīng)過兩個(gè)探測器的時(shí)間差。
計(jì)算機(jī)按照公式(2)、(3)和(1)進(jìn)行運(yùn)算，求出水分值，由計(jì)算機(jī)顯示水分的瞬時(shí)值、動(dòng)態(tài)變化曲線，并輸出和水分對應(yīng)的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號，用于對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)每10分鐘記錄一組測量數(shù)據(jù)，保存在機(jī)內(nèi)，以便隨時(shí)調(diào)出觀看和打印。
以下是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例本實(shí)施例是用于鋼鐵廠皮帶輸送燒結(jié)料的水分的在線檢測。燒結(jié)料是由鐵精粉、焦碳等多種物料混合而成。物料的密度、粒度、堆積形狀、顏色、電導(dǎo)率、厚度等一直在不斷地變化。燒結(jié)料水分的變化嚴(yán)重地影響著煉鐵高爐的燃燒效率，是決定煉鐵工藝產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。若能實(shí)現(xiàn)水分的檢測和自動(dòng)調(diào)節(jié)，會(huì)對煉鐵廠帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
本實(shí)施例采用1.5×1010Bq的Am-Be快中子源和7.4×108Bq的137Cs放射源。由Φ100mm的鋰玻璃閃爍體、Φ100mm的光電倍增管加上中子變換體制成快中子探測器。
主機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PC總線，基本配置為Pentium/166型CPU，主頻166MHz，1.2G硬盤，32M內(nèi)存，14”彩色顯示器。
采用帶光隔離的脈沖計(jì)數(shù)板接收來自探測器的脈沖信號。
用實(shí)際物料標(biāo)定出儀表的公式系數(shù)為A＝49.15B＝-39.55儀表現(xiàn)場測水分誤差小于0.3％?，F(xiàn)場物料的密度、粒度、堆積形狀、顏色、電導(dǎo)率、厚度等對數(shù)的變化對水分測量帶來的誤差可以忽略不計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種快中子和γ射線吸收在線水分測量方法，包括將快中子源(2)、γ射線源(8)及快中子探測器(7)、γ射線探測器(9)相對安裝在被測物料(9)的兩側(cè)并對射線進(jìn)行測量和計(jì)算，其特征在于①對有、無物料時(shí)的快中子和γ射線進(jìn)行測量，得到如下數(shù)椐N1-被物料吸收后快中子的透射計(jì)數(shù)；N2-被物料吸收后γ射線的透射計(jì)數(shù)；N10-無物料時(shí)γ射線計(jì)數(shù)；N20-無物料時(shí)快中子的計(jì)數(shù)；②按下式計(jì)算參數(shù)L2、L1的數(shù)值L2＝Ln(N20)-Ln(N2) (2)L1＝Ln(N10)-Ln(N1) (3)③按下式計(jì)算待測物料的水分?jǐn)?shù)值HH＝A·L2/L1+B (1)式中A、B為常數(shù)。
2.一種快中子和γ射線吸收在線水分測量儀表，包括快中子源(2)、快中子探測器(7)、γ放射源(8)、γ射線探測器(9)和儀表主機(jī)(10)，其特征在于放射源(2、8)和探測器(7、9)分別相對安裝在被測物料(11)的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線水分測量儀表，其特征在于所說的快中子探測器(7)由中子變換體(4)、鋰玻璃閃爍體(5)和光電倍增管(6)組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種物料水分在線檢測儀。利用快中子吸收和γ射線吸收法聯(lián)合測定物料水分和密度,能準(zhǔn)確測出物料中水分的百分比含量。本儀表對現(xiàn)場物料有很強(qiáng)的適應(yīng)能力和良好的在線性度。物料的各種其它性質(zhì)如,成分、密度、形狀、粒度、顏色、吸水性、水的分布情況、導(dǎo)電性能等變化均不會(huì)對水分測量造成影響。本發(fā)明可用于礦山、冶金、建材、煤炭等眾多領(lǐng)域?qū)ι⒀b物料中的水分進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測,以便實(shí)現(xiàn)水分的自動(dòng)調(diào)節(jié),完成生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。特別適合對皮帶輸送機(jī)輸送的物料進(jìn)行在線測量。
文檔編號G01N23/02GK1276528SQ0010976
公開日2000年12月13日 申請日期2000年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月5日
發(fā)明者侯朝勤 申請人:丹東東方測控技術(shù)有限公司, 侯朝勤