γ射线料位计说明书

γ射线料位计说明书

一、概述

LW-99型料位计是与LWJ-77型及LWJ-84型兼容的计数管型γ射线料位计。LW-99型料位计的机箱和探头与LWJ-77及LWJ-84型相比有了很大的改进。LWJ-77及LWJ-84过去出问题往往是电源，尤其是夏天，天气潮湿，温度高，大功率器件是最易出问题的部件。针对这些问题，在设计时，高压电源及主要部件采用模块设计，变压器选用全密封型，功耗降低了十几倍，整个电路已没有大电流器件；同时防潮性能大大提高。所以可靠性也大大提高了。

LW-99型料位计是用于料位、物位监视的核子仪器，广泛应用于水泥、化工、冶金、炼焦、石油、煤炭、采矿等各类工矿企业及科研部门。尤其在立窑卸料控制已成了必备仪器。γ射线料位计、核子秤、配料系统等产品已成我公司的主导产品。

本仪器是根据放射性同位素放出γ射线通过物料后被吸收减弱程度的不同，对各种形态的物料（可以是固态，液态，粘稠流体等）位置进行非接触监控，当料位高于或低于预定的料位线时，仪器灯光及表头指针给予不同显示，并能送出控制信号供自动控制系统使用。使用γ射线料位计可以控制物料容器在某一料位面上的卸料、进料或两个料位面上的卸料、进料控制。LW-99型只有一块电路板，体积小，重量轻，灵敏度高，反应快，安装方便，不易出毛病，维修量很小；不受高温、高压、强酸、强碱等特殊环境影响，也不会影响物料的正常流程。

二、主要技术指标

1、最低可动作γ射线通量率：＜100个/秒厘米2；

2、指示值建立时间：≤20秒；

3、输出开关信号触点容量（电阻性负载）：AC380V/2.5A；

4、可测容器最大直径：4~10米（视容器壁厚，壳体材料密度及容器内结瘤情况而定）；

5、环境温度：-20~+50℃；

6、使用电源：交流220伏，功率消耗小于20瓦；

7、探头体积：φ60×300mm；

8、放射源有效期：大于30年；

9、传输距离：300米；

10、仪器体积：220宽×165深×110高mm；

11、延时控制：可调范围：0~30秒；

12、成套性：仪表一台，探头一支，放射源一个，电源线一根，四芯电缆一根（20米），说明书一份。

三、工作原理

本机由三部分组成：放射源，探头和仪表，现分述如下：

1、放射源铅罐

本仪器所用放射性同位素铯137(137Cs)能够持续不断地发生原子核衰变，同时向四周放射γ射线。每种放射性同位素都有一定的半衰期，经过一个半衰期，放射源的放射性活度就减少一半（经过两个半衰期，活度将衰变成原来的四分之一）放射性活度与半衰期不受任何物理化学

因素的影响。铯137的半衰期为30年。

放射性活度单位为居里(Ci)，每居里(Ci)放射源在1秒钟有3.7×1010个原子核发生衰变，铯137平均每百次衰变放出85个662kev能量的γ射线，所以1mCi铯137放出γ射线数率N 为：

N=3.7×107×0.85=3.145×107(个/秒毫居里)

由于γ射线向四周发射的几率是一样的，所以m毫居里放射源距R厘米处，垂直于γ射线行进方向单位面积通过的γ射线数，即通量密度（或通量率）为：

N=3.145×107m/(4πR2)≈2.5×106m/R2 (个/秒厘米2)

式中，m为放射性活度，单位毫居里（mCi）。

若R处与放射源之间有阻挡物，射线会场减弱K倍，减弱后的N计算式：

N=2.5×106m/(KR2)

K值因阻挡物密度，厚度及γ射线能量而异。表中列出了137Cs源对几种不同物质的密度ρ，半厚度Δ1/2。当给定阻挡层厚度d(cm)代入上式，可计算出K值。

LW-99料位计灵敏度的下限为100（个/秒厘米2），一般选用N=100―200（个/秒厘米2）为好。利用这些条件可以选择源的活度m。例如，某煤罐壁由厚1.5cm铁制成，外径7米，选择N=161（个/秒厘米2），需选用137Cs源活度为：

=161×23/1.8×7002/(2.5×106)=100(mCi)

若137Cs源选100mCi，当衰减到N=100（个/秒厘米2）时，约使用T年：

T=T1/2Ln(N0/N)/Ln2=30Ln(161/100)/Ln2=21年

式中T1/2为半衰期，137Cs为30年。所以源活度选大些使用年限就长些。一般铅罐设计活度≤200mCi。

放射源置于特制的铅罐中心，铅罐一面有开关，使用时放至“开”位置（注意一定要开到底，用螺丝固定）。这时沿窗口方向射出一束γ射线，而在其它方向则因铅罐的阻挡，只有微量的射线逸出。

2、探头

探头为筒形，铝质外壳，内装有两支J408γ型计数管（每个计数管接收面积约20×2平方厘米）和一个电子元件组成的射极输出器。γ射线穿过计数管时，可产生电脉冲信号，其频率正比于探头处γ射线通量率。探头输出信号需由屏蔽电缆线送到仪表，以防干扰。

3、仪表

仪表的电源部分输出三种直流电压：+24V供探头内射极输出器和仪表的继电器驱动单元使用；+12V供仪表其余部分使用；-400V供探头计数管使用。仪表把探头送来的尖脉冲改变为方形脉冲，脉冲幅度约10V，经f/v变换，送入50μA表头与比较器，比较器比较由f/v转换来的电压信号，当电压高（即料空）时，继电器吸合，常开触点闭合，常闭触点开启；同时，仪

表上的灯光信号亦发生转变（红灯灭，绿灯亮）；当电压低（即料满）时，继电器释放，闭合变常开，开启变常闭；同时，仪表上的灯光信号亦发生转变（红灯灭，绿灯亮）。

由于物料连续变动会造成继电器频繁启动，对继电器及接触器寿命有较大影响，故增加了延时电路，即料满刚下降到空料时或空料刚升到满料时，继电器并不立即动作，而是延时一下再动作，以减少来回翻转次数，延时时间长短，可以调整“延时”电位器。机箱面板上还设有“灵敏度”调整电位器，调整微安表头指针料满料空转换位置。

检验信号单元是一个多谐振荡器，当“工作/检验”转换开关扳至“检验”位置时，探头脉冲断开，振荡器输出脉冲接入，用以检验仪表工作是否正常，振荡器输出脉冲频率约210个脉冲/秒。工作时应扳回“工作”位置。

四、整机校验与使用

出厂前已按以下步骤作了检测。为了安装工作的顺利，安装前也可对仪表进行再校验，校验过程还可增进对仪器的了解，这无疑对安装过程及安装后的调试与使用都是有利的。校验工作可按下列步骤进行：

1、先把“延时”逆时针调至最小。将“工作/检验”开关置于“检验”位置，这时红灯亮，表头指针上升到满格。调节“灵敏度”可以使红灯灭，绿灯亮。再扳回到“工作”，表针逐渐下降，且绿灯灭，红灯亮。随“灵敏度”顺时针转动（灵敏度变高），红绿灯转换的表针位置则变低。一般调至表针位置在30Aμ即可。

2、将“工作/检验”开关反复转换，每次转换前将“灵敏度”电位器置于不同的位置，观察红绿灯转变时表针示值，此值随“灵敏度”电位器位置的不同而不同，则说明主机工作正常。

3、接上探头，利用放射源进行检测：“工作/检验”开关置于“工作”，再将探头远离放射源，仪表表针应有微小读数，这是天然本底照射造成的。

4、将探头贴近放射源罐，表针应上升，且红灯灭，绿灯亮。

5、将源罐开关转到“开”的位置，探头置于距源罐一米以外，正对开口的地方，此时表针应上升，且红灯灭，绿灯亮。在放射源与探头之间放上足够的阻挡物，如砖头，铁块等，这时表针慢慢往下降，绿灯灭红灯亮。

6、将延时电位器调大，把阻挡物拿开，这时表针上升，在延时几秒种后红灯才灭，绿灯亮；放上阻挡物，绿灯灭，红灯亮。若以上检查完全正常，则说明料位计正常，可以进行安装了。

五、安装说明

1、空料和满料时表头显示值的调整：

探头与放射源一般是相对安放于物料容器两侧，如图（一）所示，而料位计仪表则安放在操作室。仪表与探头之间需用四芯电缆连接。安装时使放射源窗口正对探头，放射源罐不一定要绝对水平放置，允许有俯仰角，只要探头恰好处于射线范围既可，放射源扳手不要向上放置，以免进灰。探头可水平放置，也可垂直放置，与放射源连线平行、垂直均可。

当物料高于料位线时，由于物料对射线的阻挡，探头得到的射线数率比料位低于料位线减少K倍，此K值大小取决于物料的密度及射线所穿过物料的厚度。只要K值达到2-3，料位计便能准确显示容器中物料是否高于料位线。“满料”即物料高于料位线。“空料”即低于料位线。

使用时调整“灵敏度”电位器，使“空料”时表针指向40μA以下，“满料”时表针指向20μA以上即可。

图（一）现场安装示意图

探头与放射源安装后，若不论满空料表针均指示很小，则是放射源的中心孔与探头未完全对正；若不论空满料表针均接近于满格（只红灯亮），这应先判断是否是干扰信号造成的，可将放射源关闭，若表头显示值没有显著变化，仍然很大，则说明有干扰；若表头显示值下降很大，则说明放射源太强，应将探头内计数管取出一根；或者加大探头与放射源之间的距离；或在放射源开口处一片一片加5mm左右厚度的铁板，以减少探头处的射线强度，直调到红灯变绿。调整后应把探头和放射源固定，最好做一铁罩罩起，这样即可防灰尘，又可防盗。

2、放射性防护

世界上所有的人每日每时都在接受放射性射线的照射。在人体内及人们生活的环境中到处都存在着微量的天然放射性元素，如碳14，钾40，氡222，锶90，镭226等，它们广泛存在于我们周围的万物之中，甚至我们体内，不断地放射出射线照射人体。来自宇宙的放射线也照射着人体，这些是自然界中固有的。非人为造成的射线照射统称为天然本底照射，地球上各地的宇宙射线强度及土壤，大气中放射性物质的含量是不同的，所以各地的本底照射率亦不同。北京地区每人每年约受到100毫伦的天然本底照射。此外，人们去医院透视，照X光CT，都要受到射线的照射（可称作生活照射）。胸部透视受到的照射率为每秒280毫伦左右，夜光表对手腕的照射率约为每小时1毫伦；电视显像管表面最大照射率约为每小时0.2毫伦（但电视显像管X-射线能量很低，很容易被玻璃及空气吸收）；人体所含钾40对人体的照射约为每天0.15毫伦；饮水的放射性可达到每升10-6毫居,空气的放射性约为每立方米10-7毫居。这些日常生活中不可避免的放射性照射对人体并没有什么影响,需要注意的问题是应避免受到过量照射。“伦琴”为“照射量”单位，“照射量”是度量X射线与γ射线对空气电离作用程度的量。“剂量当量”单位是“雷姆”，“剂量当量”是度量生物组织受到射线损伤程度的量。

将“照射量”折算成计量当量要经过一系例复杂的运算，但对于X射线与γ射线对人体的作用来说，1伦琴大约相当于0.92~0.97雷姆，所以可直接以伦琴数作为雷姆数来估算计量当量值，其误差只有5%左右。铯137照射量计算公式如下（1伦琴=1000毫伦琴）：

3.28mt/(KR2)(伦琴)

式中3.28为每毫居点源在1厘米处每小时的伦琴数；m为放射性强度，单位毫居；t为受照射时间，单位小时；R为与放射源间距，单位厘米；K为中间屏蔽物对射线的减弱倍数。（本

仪器用放射源罐在每个封闭方向上的K值大于1000）。一般使用放射源强度为10~80毫居，常用为30毫居左右。特殊情况才使用强度较大的源，但最大也不超过500毫居。

以放射源强度80毫居，铅罐K=1000为例，在距源罐0.3米以外照射强度便可小于国家规定的一般工作人员和居民的允许值0.2毫伦/小时。（以每天8小时，每月26×8=208小时计算）。

若放射源为500毫居。则上述距离为0.9米。以上是按整个工作日都在放射源旁来计算的。若平均每个工作日只在放射源旁逗留一、二个小时甚至更少，就完全不必考虑安全距离问题。

在放射源窗口所对方向射线较强，以安装距离1.5米，放射源强度80毫居为例计算，在容器内无料情况下。探头处的照射率约为11毫仑/小时，按国家规定放射性工作人员允许剂量标准，在探头处允许逗留的时间为平均每周9小时，这个时间一般是足够完成必须在探头近旁所进行的工作的。（注意若容器内有料，则允许逗留时间更长）。特需供应的高强度源常用于大型贮罐或高温熔炉，这样情况测算探头处的辐射场应考虑容器本身对射线的减弱作用。以安装距离4米，放射源强度500毫居及容器本身减弱系数K=4为例，在容器内无料情况下，探头照射率约为2.6毫伦/小时，这样的照射率按国家规定放射性工作人员允许剂量标准，平均工作日允许逗留时间为7.5小时以上，可以认为允许整个工作日都是在探头处逗留（一般工作人员及居民允许逗留时间平均每周约5小时）。

根据长期动物试验、原子弹受害者健康观察及放射性工作事故等资料，人体一次接受照射量，全身各部分均达到100伦琴时才会产生轻度放射病，而要达到这样数量级的辐照量，只有使用比本仪器的放射源高数万倍的放射源才有可能。

六、使用方法

机箱后面板有CA-6JZ型插座，插座有6个角，左排1、2、3与右排4、5、6与继电器JTX/3Z 两组触点连接，1、2为常开点；2、3为常闭点；4、5为常开点；5、6为常闭点。具体接法视用途而定。图（二）给出了接线方法，供參考。

1、卸料控制：容器物料超出料位线（料满）时，则开动电机卸料，当卸料一段时间，料面低于料位线（空料）时，则控制电机停止卸料。如：水泥厂立窑料封控制即采取此种方法。卸料控制时，把图（二）中A处两根线及B处两根线分别接到机箱CA-6JZ插座的

2、3及5、6两路常闭点上。当满料时启动电机卸料，当空料时断开，停止卸料。

L1

L2

L3

O

图（二）电机控制接线图

2、控制装料：装料控制应把A、B两处两根线分别接到机箱CA-6JZ插座的1、

2及4、5两个常开点上，当空料时启动电机装料，当满料时，停止电机装料，以达到自动装料

目的。

3、两位控制：若容器较高，可以用两台料位计作两位控制，这时图（二）中A、B处两根线分别接到两个仪表上。

（1）卸料控制：让A处作上位机接2、3常闭点，B处作下位机接另一仪表2、3常闭点上。即上位料面满时，启动电机开始卸料；下位料面空时停止卸料。

（2）装料控制：把A、B两处两根线分别接到两个仪表1、2角常开点上，A作为上位机，即上位料面满时，电机停止；B作为下位机，下位料面空时，控制电机启动进行装料。

（3）装卸料控制：把上位机A、B处接仪表1、2角及4、5作进料电机控制；把下位机A、B处接到另一仪表3、4角及5、6角作卸料电机控制。

七、维修

LW-99型料位计在设计中把易出毛病的部分作了改进，尽量选择低功耗件，同时加有可恢复保险丝，防雷压敏电阻，所以LW-99型γ射线料位计很少出毛病。

1、干扰信号调整：若干扰信号过大，可以打开机箱，找到电路板上的电位器W(出厂前调到R2+W=80KΩ，基本达到最大抗干扰值，所以一般不要调)。调节电位器W，电阻越大抗干扰能力越强。

2、灵敏度调整：将机箱面板上的“灵敏度”电位器向顺时针方向旋转灵敏度提高，即红

3、绿灯转换时刻的表针位置向下移动；反之，“灵敏度”电位器向逆时针方向旋转灵敏度降低，即红绿灯转换时刻的表针位置向上移动。一般选择红绿灯转换点在30mA左右比较合适。

若怎麽调“灵敏度”电位器都达不到红绿灯转换点在30mA左右，始终是红灯，说明或者放射源口没有对着探头、或者放射源开关没有打开、或者放射源活度太小、或者计数管老化、或者计数管损坏。

若怎麽调“灵敏度”电位器都达不到红绿灯转换灯点在30mA左右，始终是绿灯，说明放射源过强（可加厚铁板降低强度），或者试验以下机箱是否有问题。

当放射源活度过大或过小时，还可打开机箱，找到电路板上R7三个电阻调整印刷电路板上的跳线，改变灵敏度大小的范围。R7愈小灵敏度愈高。

4、延时调节：打开机箱，找到电路板上的电位器W2，当“延时”电位器顺时针旋转时，延时时间增长。

4、料位计使用的计数管为盖革计数管，型号J408γ，Φ23×230mm，工作电压-400V，只要是这一型号，哪家生产的产品均可。拆装计数管时，应关闭仪表，计数管内与铜皮连接端放在带电缆插座一端，与-400V相连；计数管另一端为信号输出端。请勿把计数管装反。计数管为消耗品，使用一定时间后，灵敏度会逐渐降低，低到一定值，应更换计数管。计数管的寿命109脉冲。

5、接线：LW-99型与LWJ-77型及LWJ-84型机箱和探头接线完全相同。所以两者可以互换。

LW-99型γ射线料位计使用说明书

北京市通想高技术开发公司