輻射探測器,電離室

1、核子秤傳感器的主組成部分是輻射傳感器或叫輻射探測器。由于核子秤采用的是y射線源，因此是y射線電離室。它是探測器中最簡單，問世最早的一種探測器。 .*廣州瑞發(fā)電離室說明書目 錄1 電離室基本工作原理（1）2 電離室飽和特性曲線（2）3 電離室的基本結(jié)構(gòu)（2）4 電離室的主要特性（4）5 電離室使用規(guī)范（5）6 電離室安裝規(guī)范（6）7 電離室常見現(xiàn)象分析（7）8 其它用途的電離室（9）附圖（另編成冊、見5.2.2-92）圖1 電離室基本原則圖2 電離室的電流與外加電壓關(guān)系曲線圖3 電離室的基本結(jié)構(gòu)圖4 金屬熔封陶瓷絕緣子圖5 圓筒形電離室采用保護環(huán)結(jié)構(gòu)圖6 雙絕緣子及保護環(huán)圓筒形電離室結(jié)構(gòu)圖7 電

2、離室電極聯(lián)線圖圖8 電離室安裝必須對準中心區(qū)圖9 放射源與電離室靈敏區(qū)核子秤傳感器的主組成部分是輻射傳感器或叫輻射探測器。由于核子秤采用的是y射線源，因此是y射線電離室。它是探測器中最簡單，問世最早的一種探測器。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，長期工作穩(wěn)定性好，壽命長，使用中無須維修，能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。因此，雖然工業(yè)核儀表所用的輻射傳感器有多種，但是在某些情況下，如軋鋼機用測厚儀，連續(xù)澆注鋼水的鋼水液面控制儀，核子秤和連續(xù)料位計，都使用大體積的電離式。1電離室的基本工作原理電離室是氣體探測器中原理最簡單的。電離室的正常工作是利用電場收集在氣體中直接電離所產(chǎn)生的全部電荷。電離室由兩個基本電極組成，一個

3、是高壓電極，另一個是收集電極，室內(nèi)充有高壓氣體氬氣，外面是一個密封外殼。當入射的y射線射到電離室靈敏體積中，在電極或室壁上打出次級電子（光電子和康普頓電子），次級電子使氣體產(chǎn)生電離，生成正負離子對。當存在電場時（兩個電極加上極化電壓時），離子和電子所呈現(xiàn)的正電荷向陰極的漂移和負電荷向陽極方向漂移構(gòu)成電流。一定體積的氣體受恒定的y射線照射時，離子對的生成率是恒定的。圖1表明了電離室的基本原理，一個密封的氣體容器內(nèi)，有兩個基本電極，當外加電壓時，在兩電極間產(chǎn)生電場。y射線入射到電離室的靈敏體積中，產(chǎn)生離子對，在電場作用下正負離子向相應的電極漂移，在外電路中形成電流。外電路收集到的電流就是電離電流。

4、若n為電離室中的體積元dt內(nèi)單位體積中離子對的產(chǎn)生率，n為靈敏體積v內(nèi)產(chǎn)生的離子對總數(shù)，e為電子電荷。電離室平均電離電流ic就由下式求出： ic = e v ndt= en (1)一定體積的氣體受恒定y射線照射時，產(chǎn)生的電離電流ic正比于該體積內(nèi)離子對的生成率。該離子生成率與入射的y射線強度成正比。因此ic正比于入射的y射線強度。若在外電路串接負載電阻r，則其上面將產(chǎn)生一個電壓信號v： v= icr (2)此信號經(jīng)前置放大器放大后輸出給二次儀表。從（1）和（2）可知，電離室輸出信號正比于電離室處y射線的強度。2電離室飽和特性曲線電離室的外加電壓與收集的電離電流的關(guān)系如圖2所示。當外加電壓從零開

5、始漸漸增加，電流也是漸漸增加。當電壓增加到某一值時，收集的電流就不變。以圖2中1曲線為例。當外加電壓從零到v1值，電流的變化為oa，對應的外加電壓值為v1，電流值為i1，再增加電壓值，電流不增加，好似達到了“飽和”狀況。因此，對應的v1值叫飽和電壓，相應的i1叫飽和電流。從v1往后的電壓區(qū)稱飽和特性區(qū)。電離室工作時，外加電壓應該選在飽和電壓區(qū)，保證收集的電流是飽和電流。為什么在電流一電壓特性曲線的“oa”段是漸漸增加的呢？這是因為在外加電壓形成的電場不夠大，不足以使正負離子很快的向兩電極方向漂移，有一部分在漂移過程中，正負離子相碰又復合成中性的分子了，因此，有一部分離子就損失了。隨著電壓的增加

6、，電場強度增大，這種復合損失就會減少，因此收集電流就隨之增加。當電壓增加到v1時，正負離子對達到全收集，電流達到飽和，不增加。因此只有全收集才能反映信號的正確值。圖3的電離室電流電壓關(guān)系曲線稱為電離室的飽和特性曲線。從這曲線變化可看出電離室的基本特性：（1）飽和電壓值；（2）飽和電流值；（3）飽和特性區(qū)的長度和它的斜度。這幾個基本特性與電離室的設計、材料的選擇、所充氣體的統(tǒng)一計劃與壓力大小，工藝的合理和嚴格都有很大的關(guān)系。性能優(yōu)良的電離室是飽和電壓低，飽和電流大，飽和區(qū)寬和它的斜度小。從使用來看，挑選具有好的特性曲線的電離式是重要的。3電離室的基本結(jié)構(gòu)電離室的結(jié)構(gòu)常見的有平板形和圓筒形。如圖3

7、所示。它的基本組成部分由兩個電極，密封外殼和電極引出的絕緣子，里面充有工作的氣體（氬或其它惰性氣體）。絕緣子和保護環(huán)。由于電離室的電離電流是弱電流約或更小，因此收集這些弱電流是要很注意的。電離室兩個電極要有支承的絕緣子。電極引出線也要有絕緣子和又能密封的部件。這就要注意選擇絕緣子的材料及絕緣子的形狀（結(jié)構(gòu)）設計。它的結(jié)構(gòu)如圖4所示。電極引線極是用于連接電極的。底座是與外殼焊接的。這些所有焊接都是采用氬弧焊來完成。氬弧焊能夠保護焊接處清潔、可靠，它沒有使用焊藥、焊料，焊縫的熱區(qū)不大，不會改變焊縫的金屬結(jié)構(gòu)。收集電極的絕緣性能是很重要的。若有漏電流就會被加到被測的電離電流上去，給信號帶來附加成分，

8、使測量誤差加大。如要測10-12a的電流，要求它的誤差小于1%，加100v時，它要求絕緣電阻達到1016。雖然絕緣材料的體電阻是可以達以到這么高的，但是絕緣子表面由于沾污或吸附了濕氣，總的電阻會呈現(xiàn)出較低。因此在電離室的弱電流測量中常采用保護環(huán)的設計來減少絕緣子漏電的影響。圖5是電離室保護環(huán)結(jié)構(gòu)在圓筒形電離室的示意圖。絕緣子分成上下兩層，下層是保護環(huán)將負高壓極隔開。上層是保護環(huán)與收集極隔開，保護環(huán)接地。高壓的壓降加在下層絕緣子上，有漏電流產(chǎn)生時不經(jīng)過測量儀器，漏電流ia直接入地。上層絕緣子的電壓降是很小，電流計的電壓差是很小的。因而漏電流成分也是很小的。因此保護環(huán)起到了保護作用，防止了漏電流流

9、向收集極。圖6是另一種圓筒形電離室的保護環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。絕緣子底座就是保護環(huán)，它與電離室外殼相聯(lián)，本身接地。外殼起到屏蔽作用，也起到保護環(huán)作用。圖5的電離室外殼是帶電的電極。圖6的電離室外殼不帶電，使用安全可靠。華海公司電離室采用圖6的雙絕緣子保護環(huán)設計。外殼還是密封殼，能承受高氣體壓力的壓力殼，使用中安全可靠。電離室聯(lián)線圖如圖7所示。此圖為頂視圖，排氣管在上方時，左邊為高壓電極、右邊為收集電極。還有兩個m5的螺釘孔，為固定前板的支承用?！皍”形鐵塊固定在m5螺孔中，前放線路板固定在“u”形鐵塊上。使前放輸入端與收集極距離最近，使電極引線最短。同理是使高壓電極引線最短。有利于防止干擾。4電離室的

10、主要特性核子秤電離室除具備一般的探測器特性外，還具有適合于作計量器具所要求的特性。因為它是長而大體積的電離室，它的靈敏度均勻性在計量物料時有著很重要的影響；另外環(huán)境溫度變化對電離室是否引起很大的計數(shù)誤差，這些決定著核子秤能否適應惡劣環(huán)境的使用條件。因此，核子秤電離室的設計，制造過程要考慮以上的問題。另外檢測它的主要特性是否具備了核子秤電離室工作的基本要求也是很重要的。hhd型核子秤電離室系列產(chǎn)品通過了中國計量科學研究院形式定型鑒定，主要特性介紹如下：1.飽和特性：飽和工作電壓選擇300v600v取飽和曲線中的450v的飽和電流值，與285v和630v的飽和電流值相比，其相對差值為s。 hhd9

11、 285v s=1.8010-3 s/(v1-v2)=1.0010-5 630v s=-1.8010-3 s/(v1-v2)=1.0010-52.環(huán)境溫度影響：常溫、高、低溫使用，它的影響用tr來描述。設i1 、i2為溫度為t1與t2時電離室所測電流值，定義tr為下式表示： i2- i1tr=（t2-t2） t2t1 （3） 1設常溫時hhd9電離室其它溫度與它相比如下： 40 tr=1.4610-4(1)60 tr=1.5110-4(1)-10 tr=1.0910-4(1)-25 tr=1.2710-4(1)使用在-2560溫度范圍內(nèi)，tr最大值為1.5110-4(1)3.電離室軸向均勻性（

12、靈敏度軸向均勻性）：對于hhd-9均勻區(qū)長度為81%。4.穩(wěn)定性，測量8小時的穩(wěn)定性：對于hhd-9為0.04%5.本底電流：對于hhd-9為 6.1510-13a6.絕緣電阻：對于hhd-9為 1.5910137.具有抗電磁場干擾能力8.具有抗震能力（其余略）hhd型核子秤電離室獲得國家首次頒發(fā)的核子秤電離室新型計量器具型式批準證書，又獲得國家專利（實用新型專利證書第58682號）。90年獲北京科技進步二等獎。華海公司生產(chǎn)的核子秤配套使用hhd型電離室作輻射探測器，現(xiàn)已經(jīng)廣泛用于全國二十幾個省市的各企業(yè)的各種現(xiàn)場，使用穩(wěn)定可靠，獲得用戶信任和好評。此產(chǎn)品已安排有兩家生產(chǎn)、性能均經(jīng)北京計量局指

13、定北京計量研究所嚴格檢定，都達到了核子秤電離室的技術(shù)要求。5電離室使用規(guī)范了解了電離室的基本原理和基本特性之后，使用時還要按照一定的規(guī)范要求，這樣才能保證電離室正常穩(wěn)定的工作。hhd電離室規(guī)范要求概括如下：(1)電離室的兩個電極絕緣子應特別注意它的絕緣性能，受沾污和受潮是使絕緣子絕緣電阻降低的主要原因。沾污是由塵土和煤灰、油污、焊藥，以及其它的污物所引起。清潔的方法是用干凈的丙酮（ar級）棉球仔細擦洗，多遍擦洗，然后用干棉球擦干，最后用熱吹風機吹干，徹底保證絕緣子干凈且干燥。(2)經(jīng)清洗干燥的電離室，接上前放板后，注意前置室密封蓋板的密封操作：a) 七芯插座橡皮“o”圈擰緊；b) 放好1354

14、橡皮“o”圈入密封槽；c) 蓋板8個m5的螺孔對好，螺釘擰時要使蓋板平行下壓橡皮“o”圈，保證密封圈壓好。操作時注意螺釘不要一次壓到底，而是慢慢的壓，擰螺釘是相對兩邊的次序擰，使蓋板是平行下壓橡皮圈。d) 橡皮圈使用一年以后，若要拆開蓋板，橡皮圈無彈性了，要更新的，才能保證密封。(3)電離室輸出信號不穩(wěn)、有可能是前放引起，也有可能是電離室絕緣性能不良引起，應分別檢查判定原因。電離室的檢查是用1000v或2500v兆歐表（電工使用的搖表，檢查絕緣性能的表）。地線接外殼。高壓極接電離室絕緣子，搖動手柄，（每秒一圈的速度）兆歐表指示應該到，兩個絕緣子都如此檢查一次。達不到要求就按以上（1）的方法處理

15、。一直到絕緣電阻達到要求為止。只要電離室經(jīng)此檢查合格后，接上前放，仍有不穩(wěn)，就更換前放再試試，或者用熱吹風機吹吹各個元件，（注意不能太高溫度）趕潮氣。只要是受潮影響，經(jīng)此步驟處理就必然變好。(4)陶瓷絕緣子一定要防止撞擊、碰敲，突然的沖擊力會使陶瓷損壞。電離室內(nèi)充有高壓氣體，突然的撞擊會引起安全事故產(chǎn)生，一定要注意。(5)電離室在運輸過程中，避免野蠻半年猛摔猛扔包裝箱，以免損壞。6電離室安裝規(guī)范1.電離室的靈敏度體積是電離室接收y射線的主要區(qū)域，它安裝時應與放射沆輻照場對正位置。即放射源中心與電離室靈敏區(qū)中心對準，如圖8所示。2.是否對準應該在安裝前測量好，按計算好的安裝就位。3.放射源的輻射

16、場是否與電離室的安裝相配。最好用劑量儀檢定一下，輻射場分布是否對稱。要保證最佳幾何條件。7電離室使用中常見現(xiàn)象的分析1. 信號在下降：(1)原來很穩(wěn)的信號突然漸漸變?。菏欠裼泻銣仄鞯那胺趴刂凭€路出現(xiàn)故障，致使高阻不在恒溫控制下，漸漸變化，而引起信號變化。為此可驗證：關(guān)閉前放電源，十多分鐘后再開電源，發(fā)現(xiàn)信號從大漸漸變小，就是這種原因造成。這種情況下只好更換前放。觀察一天晝夜的訊號變化，是否有訊號較大的情況；信號下降的速度是否有變化，是否時快時慢,若上述情況，則是與氣溫變化有關(guān)，前放的高阻受溫度影響所致，高阻恒溫壞了，需更換高阻。“a”型支架或電離室安裝不緊，使支架受振動后，電離室位置偏移，造成

17、訊號變小，而且漸漸變小，觀察很明顯。此時應檢查支架和電離室安裝是否牢固。電離室無外因情況，不可能一下就漏氣。而且漏氣的速度能看得出訊號的變化，這種漏氣速度只有在很大時才有可能出現(xiàn)此種現(xiàn)象，沒有外界原因不可能出現(xiàn)此種情況。因此應該排除這種原因，慢漏氣是須另外方法判斷。2.訊號不穩(wěn):(1)開始就不穩(wěn)（指變化量超過精度要求），檢查前放高陰穩(wěn)定性，恒溫控制線路。高壓的穩(wěn)定性和紋波系數(shù)大小。(2)前放本身是穩(wěn)定的，接上去信號仍然不穩(wěn)，可以換另一電離室觀察訊號是否穩(wěn)定。若是穩(wěn)定，就是前放仍有問題。若是不穩(wěn)定的，就是電離室有問題。電離室檢查：用1000v或2500v的高阻表（兆歐表，或叫搖表）檢查兩個絕緣子

18、絕緣電阻,方法:搖表地線電離室外殼(夾在螺釘孔上或排氣管上).另一高壓線接電離室高壓極，搖動搖表的手柄，速度為一圈/秒，搖表電阻值指針應指向，表示合格；同樣檢查收集極絕緣子絕緣電阻，方法同上，高壓線接收集極。也要求達到值才算合格。絕緣子絕緣電阻達不到要求，其原因不外受沾污或受潮。清洗方法：用丙酮棉花仔細擦洗陶瓷絕緣子，然后用干凈棉花球擦干凈。再用熱吹風機的熱風吹干，保證陶瓷絕緣子是干凈而且是干燥的。經(jīng)清洗處理后的陶瓷絕緣子，必須再次檢查絕緣電阻。合格后才能再接前放檢測。只要前放是穩(wěn)定的，電離室陶瓷絕緣子確定受沾污（如受焊油沾污，受灰塵或手沾污等）的，經(jīng)此清洗處理后必定回復原來的穩(wěn)定性能。(3)絕緣子受潮，漏電流的檢查，可以判定絕緣子的受潮情況。在南方潮濕天氣的客觀條件下，因密封不良而使受潮，這時則要設法找出密封不良的原因；再設法用熱風吹干前置室的潮氣，使絕緣電阻恢復才能密封好，再次使用。密封前置室是采用1354的橡皮“o”圈，8個螺釘壓緊，這是保證能密封的，只要在密封前檢查橡皮圈的