本發(fā)明涉及厚度、密度、料位測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集測(cè)厚儀、密度計(jì)和料位計(jì)于一體的測(cè)量裝置及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

測(cè)厚儀、密度計(jì)和料位計(jì)統(tǒng)稱“老三計(jì)”，屬于強(qiáng)度型同位素儀表，其原理都是利用放射源產(chǎn)生的γ射線穿過被測(cè)物質(zhì)時(shí)，射線被不同厚度、密度、高度等介質(zhì)所吸收，測(cè)得因被吸收而衰減的射線強(qiáng)度。厚度越厚、密度越大、高度越高，γ射線被衰減的程度越大，探測(cè)器將接受到的射線轉(zhuǎn)換成與被測(cè)物料厚度、密度、高度成比例關(guān)系的脈沖信號(hào)。這樣，通過脈沖信號(hào)就可以得到所測(cè)物料的厚度、密度、高度等信息。當(dāng)前，我國的核科學(xué)與技術(shù)事業(yè)的發(fā)展呈不斷上升趨勢(shì)，高校核科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，然而用于基礎(chǔ)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)的核儀器儀表十分稀缺，為了滿足射線與物質(zhì)相互作用及核儀表課的實(shí)驗(yàn)需求，設(shè)計(jì)了一種放射源活度小，結(jié)構(gòu)小巧，集測(cè)厚儀、密度計(jì)、料位計(jì)為一體的復(fù)合實(shí)驗(yàn)演示裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種集測(cè)厚儀、密度計(jì)和料位計(jì)于一體的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，可以滿足國內(nèi)高效核科學(xué)與技術(shù)專業(yè)對(duì)核儀表課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的迫切需求，還可以推廣到生產(chǎn)單位，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

集測(cè)厚儀、密度計(jì)和料位計(jì)于一體的測(cè)量裝置，包括中空底座1，設(shè)置在中空底座1中空部位底部的升降平臺(tái)支撐柱7，依次固定在升降平臺(tái)支撐柱7上的帶有刻度尺的圓柱型套筒6、升降平臺(tái)2和方斗狀容器3，所述方斗狀容器3、帶有刻度尺的圓柱型套筒6及升降平臺(tái)2固定在一起，在升降平臺(tái)支撐柱7上同步移動(dòng)；還包括固定在中空底座1上的放射源4和探測(cè)器5，所述放射源4和探測(cè)器5位于方斗狀容器3的兩端且放射源4和探測(cè)器5位于同一水平面上；所述帶有刻度尺的圓柱型套筒6的刻度是這樣標(biāo)注的：當(dāng)容器的底部處于放射源4和探測(cè)器5連線位置時(shí)，表示此時(shí)液面高度為“0”，此時(shí)設(shè)于底座上的高度指針指向刻度尺的0點(diǎn)；當(dāng)容器內(nèi)加入溶液，控制平臺(tái)向下移動(dòng)，當(dāng)液面處于放射源4和探測(cè)器5連線位置時(shí)，平臺(tái)停止移動(dòng)，此時(shí)高度指針?biāo)缚潭燃礊橐好娓叨取?/p>

所述升降平臺(tái)支撐柱7由馬達(dá)控制其升降。

所述放射源4的準(zhǔn)直孔孔徑為1mm。

上述所述集測(cè)厚儀、密度計(jì)和料位計(jì)于一體的測(cè)量裝置的測(cè)量方法，

測(cè)量厚度的方法：在進(jìn)行測(cè)厚儀實(shí)驗(yàn)中，使整個(gè)方斗狀容器3內(nèi)裝滿水，并使放射源4和探測(cè)器5的連線始終處在方斗狀容器3區(qū)域內(nèi)，控制升降平臺(tái)2逐漸上升或逐漸下降時(shí)，方斗狀容器寬度的改變將引起探測(cè)器5的測(cè)得強(qiáng)度發(fā)生相應(yīng)改變；當(dāng)升降平臺(tái)2上升時(shí)，強(qiáng)度增加，意味著厚度減?。划?dāng)升降平臺(tái)2下降時(shí)，強(qiáng)度減小，意味著厚度增加；如此通過探測(cè)器5測(cè)得強(qiáng)度的變化，觀察到厚度的變化，這便起到了厚度儀的作用；根據(jù)公式(1)計(jì)算得到被測(cè)物厚度x為：

$x=-\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_m\mathrm{\ρ}}ln\frac{I}{I_0}---\left(1\right)$

式中：μ_m為被測(cè)物質(zhì)量衰減系數(shù)，ρ為密度，I₀為γ射線初始強(qiáng)度即容器空置時(shí)探測(cè)器測(cè)得的γ射線強(qiáng)度，I為γ射線穿過被測(cè)物厚度x處的射線強(qiáng)度；

方斗狀容器升降產(chǎn)生的厚度差Δx根據(jù)公式(2)計(jì)算得到：

$\mathrm{\Δ}x=\left|\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_m\mathrm{\ρ}}\ln \frac{I_1}{I_2}\right|---\left(2\right)$

式中：μ_m為被測(cè)物量衰減系數(shù)，ρ為密度，I₁、I₂分別代表探測(cè)器5在兩個(gè)不同位置測(cè)得的γ源放射性強(qiáng)度；

測(cè)量密度的方法：控制升降平臺(tái)2的高度不變，向方斗狀容器3內(nèi)內(nèi)的溶液中加入溶質(zhì)，改變?nèi)萜髦性芤好芏?，?dāng)溶液密度發(fā)生變化時(shí)，穿過等厚度的被測(cè)物的γ射線的強(qiáng)度也將發(fā)生變化，探測(cè)器5的測(cè)得的強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，這樣就將容器中密度的微小變化通過探測(cè)器5測(cè)得強(qiáng)度的變化標(biāo)示出來，根據(jù)公式(3)計(jì)算出被測(cè)物密度：

$\mathrm{\ρ}=-\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_{m}x}\ln \frac{I}{I_0}---\left(3\right)$

式中，μ_m為被測(cè)物質(zhì)量衰減系數(shù)，x為被測(cè)物厚度，I₀、I分別為γ射線初始強(qiáng)度與穿過被測(cè)物厚度x處的射線強(qiáng)度；

測(cè)量料位的方法：控制升降平臺(tái)2從底部上升，在未達(dá)到液位前，探測(cè)器5測(cè)得的信號(hào)穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到液位位置時(shí)，由于放射源4與探測(cè)器5間的物質(zhì)發(fā)生變化，探測(cè)器5計(jì)數(shù)會(huì)發(fā)生突變，此時(shí)使升降平臺(tái)2停止上升，從帶有刻度尺的圓柱型套筒6上讀出的刻度即為液位高度。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種集“老三計(jì)”(測(cè)厚儀、密度計(jì)、料位計(jì))功能于一體的簡(jiǎn)單實(shí)用，結(jié)構(gòu)輕巧、成本較低的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，該裝置可以滿足國內(nèi)高效核科學(xué)與技術(shù)專業(yè)對(duì)核儀表課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的迫切需求，還可以推廣到生產(chǎn)單位，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

如圖1所示，本發(fā)明集測(cè)厚儀、密度計(jì)和料位計(jì)于一體的測(cè)量裝置，包括中空底座1，設(shè)置在中空底座1中空部位底部的升降平臺(tái)支撐柱7，依次固定在升降平臺(tái)支撐柱7上的帶有刻度尺的圓柱型套筒6、升降平臺(tái)2和方斗狀容器3，所述方斗狀容器3、帶有刻度尺的圓柱型套筒6及升降平臺(tái)2固定在一起，在升降平臺(tái)支撐柱7上同步移動(dòng)；還包括固定在中空底座1上的放射源4和探測(cè)器5，所述放射源4和探測(cè)器5位于方斗狀容器3的兩端且放射源4和探測(cè)器5位于同一水平面上；所述帶有刻度尺的圓柱型套筒6的刻度是這樣標(biāo)注的：當(dāng)容器的底部處于放射源4和探測(cè)器5連線位置時(shí)，表示此時(shí)液面高度為“0”，此時(shí)設(shè)于底座上的高度指針指向刻度尺的0點(diǎn)；當(dāng)容器內(nèi)加入溶液，控制平臺(tái)向下移動(dòng)，當(dāng)液面處于放射源4和探測(cè)器5連線位置時(shí)，平臺(tái)停止移動(dòng)，此時(shí)高度指針?biāo)缚潭燃礊橐好娓叨取?/p>

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述升降平臺(tái)支撐柱7由馬達(dá)控制其升降。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述放射源4的準(zhǔn)直孔孔徑為1mm。

本發(fā)明測(cè)量方法的基本原理：經(jīng)準(zhǔn)直的γ射線束通過吸收物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度的衰減遵循如下公式：

$I=I_0{e}^{-{\mathrm{\μ}}_m\mathrm{\ρ}x}$

式中I₀為γ射線初始強(qiáng)度(容器空置時(shí)探測(cè)器測(cè)得的γ射線強(qiáng)度)，I為γ射線穿過被測(cè)物厚度x處的射線強(qiáng)度，μ_m為被測(cè)物質(zhì)量衰減系數(shù)，ρ為待測(cè)物密度。測(cè)厚儀原理是：已知穿過物體前γ射線的初始強(qiáng)度值I₀，被測(cè)物的質(zhì)量衰減系數(shù)μ_m以及密度ρ，測(cè)量穿過物體后γ射線的強(qiáng)度I，即可得到被測(cè)物的厚度x；密度計(jì)原理是：已知穿過物體前γ射線的初始強(qiáng)度值I₀，被測(cè)物的質(zhì)量衰減系數(shù)μ_m及厚度x，探測(cè)器測(cè)得穿過物體后γ射線的強(qiáng)度為I，即可算出被測(cè)物的密度ρ；用做料位計(jì)測(cè)量的原理簡(jiǎn)單：物料表面上升至放射源4和探測(cè)器5連線水平位置時(shí)，γ射線強(qiáng)度I將發(fā)生明顯變化，探測(cè)器計(jì)數(shù)率發(fā)生突變，此刻刻度尺讀數(shù)即為待測(cè)物料在容器中的高度。

具體測(cè)量方法：在進(jìn)行測(cè)厚儀實(shí)驗(yàn)中，使整個(gè)方斗狀容器3內(nèi)裝滿水，并使放射源4與探測(cè)器5的連線始終處在方斗狀容器3區(qū)域內(nèi)，控制升降平臺(tái)2逐漸上升或逐漸下降時(shí)，方斗狀容器3寬度的改變將引起探測(cè)器5的測(cè)得強(qiáng)度發(fā)生相應(yīng)改變。當(dāng)升降平臺(tái)2上升時(shí)，強(qiáng)度增加，這意味著厚度減?。划?dāng)升降平臺(tái)2下降時(shí)，強(qiáng)度減小，意味著厚度增加。如此通過探測(cè)器5測(cè)得強(qiáng)度的變化，就可以觀察到厚度的變化，這便起到了厚度儀的作用。根據(jù)公式(1)可以計(jì)算得到被測(cè)物厚度為：

$x=-\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_m\mathrm{\ρ}}ln\frac{I}{I_0}---\left(1\right)$

方斗狀容器升降產(chǎn)生的厚度差Δx根據(jù)公式(2)計(jì)算得到：

$\mathrm{\Δ}x=\left|\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_m\mathrm{\ρ}}ln\frac{I_1}{I_2}\right|---\left(2\right)$

式中，μ_m為被測(cè)物量衰減系數(shù)，ρ為密度，I₁、I₂分別代表探測(cè)器在兩個(gè)不同位置測(cè)得的γ源放射性強(qiáng)度。

在進(jìn)行密度計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制升降平臺(tái)的高度不變，向方斗狀容器3內(nèi)水中加入一定濃度的鹽水，使原來溶液的密度發(fā)生變化，當(dāng)溶液密度發(fā)生變化時(shí)，穿過等厚度的被測(cè)物的γ射線的度也將發(fā)生變化，探測(cè)器5的測(cè)得的強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，這樣就可以將容器中密度的微小變化通過探測(cè)器5測(cè)得強(qiáng)度的變化標(biāo)示出來，這便是密度計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)公式(3)計(jì)算出出被測(cè)物密度：

$\mathrm{\ρ}=-\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_{m}x}ln\frac{I}{I_0}---\left(3\right)$

式中，如前所述μ_m為被測(cè)物質(zhì)量衰減系數(shù)，x為被測(cè)物厚度，I₀、I分別為γ射線初始強(qiáng)度與穿過被測(cè)物厚度x處的射線強(qiáng)度。

在進(jìn)行料位計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制升降平臺(tái)從底部上升，在未達(dá)到液位前，探測(cè)器5信號(hào)穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到液位位置時(shí)，由于放射源4與探測(cè)器5間的物質(zhì)發(fā)生變化，探測(cè)器5計(jì)數(shù)會(huì)發(fā)生突變，此時(shí)使升降平臺(tái)2停止上升，從帶有刻度尺的圓柱型套筒6上讀出的刻度即為液位高度。這便是料位計(jì)的演示實(shí)驗(yàn)的原理。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種集測(cè)厚儀、密度計(jì)、料位計(jì)三種功能于一體的復(fù)合演示實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置具有，結(jié)構(gòu)輕巧、成本較低的特點(diǎn)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。上述的實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。