化工儀表、電力熱控系列培訓(xùn)資料

1、化工儀表、電力熱控系列培訓(xùn)資料（六）同位素料位計維護與維修第一部分同位素料位計應(yīng)用概況一、種類：同位素料位計是一種工業(yè)檢測儀表，主要應(yīng)用的有三種：料位計、厚度計、密度計。二、應(yīng)用范圍：廣泛地應(yīng)用于化工、礦山、水泥、冶金、化肥、輕紡、食品、電力等部門。三、料位計：料位計應(yīng)用數(shù)量最多，占同位互儀表的70恕上，主要應(yīng)用于化肥廠，水泥廠、火電廠等。四、料位計的方框圖：參數(shù)變換器（1）、放射源和核輻射探測器組成參數(shù)變換器，其功能在于把被測量的解電參數(shù)X轉(zhuǎn)變成為和被測參數(shù)有一定函數(shù)關(guān)系的電信號I（為。該信號被加到電轉(zhuǎn)換器的輸入端，經(jīng)電子線路的處理后專變成為能推動二次儀表的電信號I2（X）。參數(shù)轉(zhuǎn)換器和電轉(zhuǎn)

2、換器統(tǒng)稱為一次儀表。二次儀表為顯示儀表，記錄儀器、控制儀器或計算機等。五、料位計名稱的由來：同位素料位計是同位素工業(yè)儀表的一種，更確切的講應(yīng)為物位計更合適，因為不管被測對象是料位、液位、或是其他可變物體，都可統(tǒng)歸于物體的位置測量。六、同位素料位計的特點：（1）它的檢測是非接觸式的。（2）可對高壓、密封、易燃、強腐蝕等特殊條件下的被測物進行連續(xù)白動檢測。（3）它能和微機及其他白控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。第二部分：核輻射、原子核基礎(chǔ)知識：、1、元素和原子核：組成每種元素的基本單元是原子。原子是具有元素一切物性的最小“微核”元素就是所有同種原子的總稱。(1)2、放射性同位素:同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)年的同

3、一種元素的原子，互稱為同位素。如:1H6027CO13355Cs2H笊CoCs3H5927CO1345513755CsCs(2)同位素有穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的兩種,不穩(wěn)定的同位素，在沒有任何外因的作用下，原子核的成分或狀態(tài)會白動變化莫測，在變化的過程中放射出人眼看不見的射線，這種現(xiàn)象稱放射現(xiàn)象，這種性能稱放射性能，這種變化稱為放射性衰變（或放射性蛻變）。而具有放射性能的同位素稱為放射性同位素。（3）放射性同位素放射出來的a常見慣的有三種：aa射線（或稱a粒子）是帶正電的原子核流。（帶兩個正電荷）3*108米/6射線（或稱6粒子）是局速運動的電子流。（帶一個負電荷）丫射線（或稱丫光子）是從原子核中發(fā)射

4、出來的電磁波。速度等于光速（秒），波長極短。（不帶電）3、放射性衰變規(guī)律:（1）放射強度：放射性同位素的原子核在單位時間里衰變的數(shù)目稱為放射性強度。（或放射性活度）單位是居里（CI）。（2）單位換算關(guān)系：1居里（Ci）=1000毫居里（mCi）1毫居里（mC。=1000微居里（1Ci）注：新的單位為貝克勒爾（Becquerel）,符號：Bq.定義為：每秒一次衰變。（3）半衰期：就是放射性強度衰減一半時所需的時間，符號放射性強度隨時間減化工儀表、電力熱控系列培訓(xùn)資料（六）2弱，吸從指數(shù)衰減規(guī)律:0e注：Io為初始時的放射強度，I為經(jīng)過時間t后的放射強度。入稱為衰變常數(shù)：入=Ln2/Ti/2=0.

5、693/T1/2上式可改寫為：I=Ioe-0693t/T1/2（4）幾種同常見同位素的半衰期:核素名稱兒系句p半衰期鉆-60Co5.263年氟一85Kr10.76年錮一137Cs30年鑰一133Ba10.9年鑰一152Eu13.2年鐳一226Ra1600年鈾一238U45億年碘-131I8.03天針一212Po3.04X10-7年碳-14C5760年二、丫射線與物質(zhì)的相互作用1、丫射線與物質(zhì)作用的主要效應(yīng):（1）光電效應(yīng)：丫光子穿過物質(zhì)時，和物質(zhì)中的原子發(fā)生碰撞，它可能把白己的能量交給原子核外的一個電子，這電子脫離原來的軌道而運運，而丫光子本身則被物質(zhì)吸收，這種效應(yīng)稱為光電效應(yīng)。入射光子Y原子

6、oY散射光子e散射電子（2）散射效應(yīng):（3）電子對效應(yīng)三、常見的丫射線源-e電子+e正電子丫射線性同位素雖然有許多，但是有的半衰期太短，有的來之不易，所以丫射線料位計所用的放射源，目前絕大多數(shù)為鉆-60或錮-137，鉆-60的半衰期為5.263年，錮-137的半衰期為30年。所以，我們所用放射鉆-60一般五年，就要換新源。第三章：核輻射探測器一、計數(shù)管：1、種類：常用的有J408丫和J3066丫。2、用途：主要用于電廠和水泥廠所用的開關(guān)型料位計的探測器。3、工作特性：（1）優(yōu)點：A靈敏度高，B脈沖幅度大C穩(wěn)定性高D使用方便，成本低（開關(guān)量控制）。（2）缺點：A分辨時間長B探測效率低C有亂真計數(shù)

7、。二、閃爍計數(shù)器:閃爍計數(shù)器包括：閃爍體，光電倍增管，和相應(yīng)的輸出電路。1、閃爍體（1）按化學(xué)性質(zhì)分類，可分為無機的和有機的兩大類，按物質(zhì)形態(tài)來分，可分為固體（固體和粉末）、液體、氣體、塑料等類型。（2）丫射線料位計中常用的閃爍體為無機閃爍晶體，如碘化鈉閃爍晶體或碘化錮閃爍晶體。碘化鈉晶體：型號：ST-101發(fā)射波長：4100A主要用途：測量丫射線能譜。形狀特征：圓柱形、鋁盒、鋁入射窗。尺寸：440x40(mm2、光電倍增管：(1) 組成部分：光陰極，倍增極，陽極。(2) 原理：利用光電效應(yīng)把入射光轉(zhuǎn)換為光電子，從而把微弱的光轉(zhuǎn)換成電流脈沖。而光電子經(jīng)倍增管極依次逐級倍增，最后，電子收集在陽極

8、上，產(chǎn)生很大的電流脈沖。(3) 暗電流，本底脈沖及噪聲：由于光陰極和倍增極的熱電子發(fā)射，電極間絕緣材料的漏電以及其它一些因素，即使光電倍增管完全不見光，在加上工作電壓之后，陰極上仍有微弱電流流過，這微弱電流稱為暗電流。暗電流實際上是微小脈沖的累計效果，這種微小電脈沖就是光電倍增管的本底脈沖或稱噪聲。(4) 使用環(huán)境：在加上工作電壓時，一定不能暴光，否則即燒壞。常用管子：北京管，南京管(GDB-44(GDB-44:直徑：§51(mm長度：110(mm倍增管：百葉窗式，非聚焦。工作電壓：v1600M注：(1)北京管與南京管不能互換用，因為它們的管腳順序雖然一樣，但它們的電壓分配不同。(2

9、) 北京管：從管座底部看由缺口按順時針方向數(shù)為1、215。14820K510K510K510K510K510K510K510K510K510K11113HV信號輸入（3）南京管：管腳序號同北京管131412JL1511110J6A84270K36K4820K510K510K510K510K510K510K510K510K510K510KV5HV第四部分：電子線路丫射線料位計的電子線路一般可分為兩個部分：一部分是與丫射線探測器相配合的前置電路；另一部分則為脈沖轉(zhuǎn)換電路，它對前置電路的輸出的脈沖信號進行處理，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的指示或控制信號，線路主要部分如下圖：Y射線探測器前置電路主放幅度甄別器整形器-

10、x-計數(shù)率表電路i1*主機指示電路輸出電路直癰wfi高壓w電源電源市電220V一、基本單元電路1、前置電路：（1）同探測器相配合的，置于主電路前面的電子線路，統(tǒng)稱為前置電路。（一般將這部分電路放置在探頭內(nèi)）。（2）與閃爍計數(shù)器相配合的前置電路一般包括電壓放大器及射極輸出器，以放大信號電壓和功率，并使光電倍增管的輸出阻抗與之所連接的遠傳電纜匹配，我們所用料位計（FDL-1HT-5001A（B）的前置電路是由兩只三極管組成復(fù)合跟隨器。前置電路的作用（1）對脈沖進行放大（電壓或電流）。（2）阻抗匹配，以便遠距化工儀表、電力熱控系列培訓(xùn)資料（六）6離傳輸。2、主放電路：(1) 組成：FDL料位計的主放

11、電路是由高速運算放大器FC92組成。HT-5001A(B)的主放電路是由高速運算放大器LM318魁成。(2) 作用：它把由探頭送來的脈沖信號進行放大。調(diào)試：對于FDL-1,調(diào)試時，首先應(yīng)使FC92輸出端6腳在靜態(tài)時應(yīng)接近0V,若不為0V,應(yīng)調(diào)W2使6腳接近0V。對HT-5001A(B),因LM318NW白調(diào)調(diào)零功能，故無需調(diào)試。3、幅度甄別器：(1) 電路：由FC92(LM318N第6腳來的脈沖信號被送往幅度甄別器。幅度甄別器是由FC81(LM393N組成的電壓比較電路完成。(2) 作用：剔除前級輸出脈沖中雜亂的小幅度脈沖(噪聲、交流等)起抗干擾作用。對輸入脈沖進行預(yù)處理，使輸出的脈沖幅度一致

12、。(3) 反向輸入電壓調(diào)節(jié)電位器(W12.2K)，當(dāng)前來的脈沖中的小脈沖低于1.3V左右的不能使FC81(LM393N轉(zhuǎn)，輸出為低電平接近0V,只有當(dāng)脈沖大于1.3V的才能合FC81(LM393N的輸出高電壓為2.7V左右，這樣才能起到了甄別的作用。因此，應(yīng)調(diào)節(jié)W1使該電壓在1.3-1.6V之間才能起到作用。4、整形器：探測器輸出的脈沖信號幅度和寬度并不一致。但是對后級的計數(shù)率表電路來說，輸出脈沖必須是幅度一致和寬度滿足一定要求的矩形脈沖，所以必須用整形器來將探測器的輸出信號改造成幅度一致的矩形脈沖。(1) 電路：FDL型：由T106來完成的。HT-5001A(B)由74LS74(TTL高速D

13、型觸發(fā)器)來完成的?；x表、電力熱控系列培訓(xùn)資料(六)7(2) 作用：對脈沖寬度進行處理，以滿足后續(xù)處理電路的要求。5、計數(shù)率表電路：(1) 即用直接指示單位時間內(nèi)脈沖數(shù)的電路，稱為計數(shù)率表電路。該電路也稱積分器。作用：經(jīng)過整形后的脈沖，通過率表電路轉(zhuǎn)換為直流電壓或電流，并指示電表給出相應(yīng)的指示值。進行數(shù)學(xué)運算。(2) 線性率表電路：當(dāng)率表電路所轉(zhuǎn)換成的直流電壓或電流參數(shù)與脈沖計數(shù)率呈線性關(guān)系時，就稱線性率表電路。(3) 對數(shù)率表電路：當(dāng)直流電壓或電流參數(shù)同脈沖計數(shù)率呈對數(shù)關(guān)系時，則稱對數(shù)率表電路。我們所用料位計是采用的對數(shù)率表電路。即采用2級二管唧筒式電路完成。因為丫射線料位計中，探測器所

14、接收的丫射線強度往往與物位參數(shù)呈對數(shù)關(guān)系。(4) 二極管唧筒式電路：UiC1D2kji-4-D1-C2RUoU0（圖a）0輸出電壓U0與計數(shù)率之間的關(guān)系：U0=(U-U°)C*nR,即L0=Ui*Ci*nR/(1+Ci*nR)說明：在U在0之間變化U之間變化，且與N呈線性關(guān)系。U0與N的關(guān)系曲線如上圖。6、上下限報警電路：(1) 電路：報警電路是由F004(LM358組成的電壓比較器，三極管3DG27繼電器與互動電路來完成的。(2) 高極：對于高位報警，高限基準(zhǔn)，電壓將為2V加到F004(LM358的反相端上，這樣當(dāng)有主機板輸出的大于2V的電壓加到F004(LM358的同相端上，則輸

15、出高電平大于8V,這樣使用期3DG2得通，繼電器J動作，輸出高位控制信號，并使高位燈亮。(3) 低位報警：對于低位報警，低限基準(zhǔn)電平約0.5V,加到相應(yīng)的F004的同相端上，這樣當(dāng)主機板輸出小于0.5V的電壓加到F004的反相端上時，由于同相端電壓高于反相端電壓，F(xiàn)004輸出高電平大于8V,這樣使與之對應(yīng)的3DG27II通，相應(yīng)的繼電器動作，輸出低位控制信號，并使低位燈亮。當(dāng)主機板輸出電壓在0.5V-2V之間時，高低位繼電器都不動作，這時中位燈亮。7、低壓電源：采用集成穩(wěn)壓電源，三端固定穩(wěn)壓器(LM7812LM7824、LM7912,其接法如下：1輸入LM78XX*輸出輸入2LM79124輸出

16、|,T21|18、周壓電源：(1) 電路：丫射線料位計的高壓電源的提供丫射線探測器所需這直流高壓。高壓的獲得是先由直流低壓電源經(jīng)變換器轉(zhuǎn)變成交流高壓。然后現(xiàn)經(jīng)過整流、濾波、獲得直流高壓輸出，我們用的料位計的直流高壓電源都是共發(fā)射極推挽式變換電路。(2) 方框圖：A直流高壓輸出直流低壓穩(wěn)壓電路U（氐變換器高壓整流濾波電路(3) 直流高壓電源穩(wěn)定原理:(4) 變換器:直流高壓電源中的變換器通常選用變壓器耦合的間歇振蕩電路。電路如二、整機電路實例(見附圖)第五部分故障檢修-、儀器故障的判斷方法：1、安裝在現(xiàn)場的儀器，如果在使用中表針突然指示到100VA以上位置，將液位放下來，表針不能隨之下降，即可以

17、認為儀器發(fā)生了故障。2、正在使用的料位計指示不能隨液位變化而變化時，可用調(diào)零電位器將表針調(diào)在中間某一位置，然后卸下探頭，使之靠近或遠離放射源，如表針有明顯變化(靠近一一指針下移，遠離一一指針上移)，說明儀表工作正常；如表針無任何變化，則表明儀器發(fā)生了故障。3、由于任何地方都存在著本底射線，因此在儀表室或辦公室可采用下列方法判斷儀表工作是否正常：先取下儀器探頭用調(diào)零電位器將表針指示調(diào)在中間某一固定位置，然后接上探頭開機，如表針指示向零的方向打去，說明儀表工作正常；如果表針仍指示到原來位置，則表明儀表故障。4、接好儀表探頭后開機，觀察表針有無輕微的擺動；如有，儀表正常，如無任何擺動，則為儀表故障。

18、5、接好探頭開機，對儀表進行調(diào)零。若將表頭指示調(diào)在0pA時，調(diào)零電位器的指示大于1,儀表工作正常；如調(diào)零電位器的指示為零，說明儀表發(fā)生了故障。根據(jù)以上判斷，確認儀表故障時，就需打開儀表，借助萬用表等工具、儀器對儀表進行檢查，找出故障元件。二、主機故障的判斷與檢修：1、若儀器停止工作，可用備用探頭試，若它們不能工作，則說明主機故障。2、加入振蕩信號，表針無變化，說明主機故障。加振蕩信號的方法：(1) 用一表筆或?qū)Ь€一端串一1000P/160V的電容，制作一根振蕩信號通路。(2) 振蕩信號源：工作中的3AD50C(3AD6C的發(fā)射極(C極)即管子外殼。(3) 注入方法：a、先將微安表調(diào)到70pA處

19、，將振蕩信號注入BG3(3DK,的基極，如表針迅速向下偏移，說明此點以后電路工作正常，故障在此點以前。b、等表針返向原處后，在T076輸入端（3腳）或LM358的輸入端（5腳）如表針迅速向下打，說明T076（LM358）工作正常，故障在此以前；反之,在測量T076（LM358）供電正常時，表明T076（LM358）損壞。c、用振蕩信號注入法檢查高速電壓比較器FC81（LM393注入LM393的輸入端（3腳）。d、將振蕩信號注入FC92（LM318輸入端（2腳），即C9之前，如表針有反應(yīng)，說明主機板工作正常。無反應(yīng)時，用萬用表測量FC92（LM318的輸入端（6腳），如測得電壓與其正常工作時的電

20、壓0V相差很大，且調(diào)整電位器W2（指FDL型）無法使輸出電壓為0V時，表時FV92（LM310損壞。e、在主機板的輸入端注入信號，如表頭有反應(yīng)，說明主機板正常，故障在于電纜線或探頭。（主機板的信號通入C9輸入，所以注入信號時，就加在C9之前即可。3、低壓電源的測試：（1）測試值高于正常值時，穩(wěn)壓塊擊穿。（2）測試值低于正常值時，去掉負載（主機板和報警板）后，若能恢復(fù)正常，說明負載出現(xiàn)故障，否則穩(wěn)壓器擊穿。甚至還要檢查整流后的電壓是否正常。4、高壓電源的檢修：（1）測得高壓為0V（振蕩電路故障）。測LM317的2腳電壓主是否在10V左右；若有，說明振蕩電路停振，（3AD50C或振蕩線圈壞）否則，

21、說明LM317壞。（2）測得高壓為1700V左右：LM317電路故障。若LM317的2腳電壓有17V左右，則LM317電路故障，貝ULM317壞或調(diào)節(jié)元件（W16R79變質(zhì)或開路）故障。（3）測得高壓為500V左右：信壓電路故障。信壓電路由D31,D32,C53,C54和R83組成，(對DFL型)結(jié)HF-5001A(B)型，信壓電路由D15,D16,C32,C33和R68組成。(這些元件可能擊穿，變質(zhì)或開路)。高壓時有時無：可能是C53(0.022訴F/2KV擊穿，對HT型是C32(0.01頭F/2KV9以至于造成R83或(R68)開路;也可能是振蕩線圈燒壞。5、檢查主機板故障：(1) 利用加

22、振蕩信號的方法，對每一個集成塊進行個檢查。(2) 如調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，表針不隨之變化，說明IC4,IC5(即LM350壞。6、報警板故障檢修：(1) 表頭指示在80咖上，而高燈不亮，測F004的(6)腳或LM339的(14)腳輸出電壓是否在10V以上；若指示低于80卿9F004的(6)腳或LM339的(14)腳輸出電壓是否在-10V以下；若是，則三極管BG6(3DG27壞，否則F004或LM339壞。(2) 表頭指示在20%下，而低燈不亮(與上同)。三、探頭故障檢修：1、高壓分壓電路故障：一般是電阻燒壞或變質(zhì)。2、前置放大電路故障，穩(wěn)壓管D1和BG1BG2易出現(xiàn)故障。(1) D1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：是由

23、2DW23如2DW23輛個管子組成。(2) BG1和BG2各極電壓分配：BG1VB=-2V,VC=-11.7V,VE=-1.4VBG2:VB=-1.4V,VC=-11.5V,VE=-0.8V3、光電倍增管故障：光電倍增管陰極應(yīng)為茶色，若變?yōu)榘咨礊閾p壞。4、晶體故障：晶體本無色透明，若變質(zhì)，即為損壞。四、特殊故障：1、高壓線漏電，造成表殼帶電，儀表指示時準(zhǔn)時不準(zhǔn)，這種現(xiàn)象是由于高壓通過屏蔽線傳至儀表外殼造成的，可把高壓信號線上的屏蔽線斷開來解決。2、主機板插件接觸不良時，(無負壓)，會使表針固定指示某一位置。3、報警板上F004的腳所接1000P電容漏電時，輸出電壓最高僅可達2V左右，引起指

24、示燈轉(zhuǎn)不靈。4、電位器W1調(diào)整不變或阻值變化時，會引起FC92振蕩，從而出現(xiàn)極強的信號。5、高壓輸出不穩(wěn)時，會引起表針異常抖動或擺動。第六部分：安裝方式與放射源強度計算一、安裝方式：1、決定安裝方式時應(yīng)考慮的因素。(1) 當(dāng)物位變化時，相應(yīng)的射線輻射強度應(yīng)用足夠的變化量。(2) 放射源的強度要盡可能選得小一些以利于防護。且必須對放射源采取妥善的安全防護措施。(3) 要維護，檢修方便。(4) 對置于露無的設(shè)備，要加強對探頭的防水，防暴曬措施。2、常米用的安裝方式舉例:(2)連續(xù)測量型：連續(xù)測量型安裝方式，適用于對被測設(shè)備內(nèi)可變物料位置在某一高度范圍內(nèi)進行白動檢測與連續(xù)指示。二、放射源強度計算：設(shè)

25、放射源與探測器之間的距離為L(m)。丫射線通過材料密度為訴,厚度為d時的減弱倍數(shù)為K(V,d)n為脈沖計數(shù)率，脈沖數(shù)/秒。n本為探測的本底計數(shù)率，脈沖數(shù)/秒。探測器的測量系數(shù)為K源強度寬裕系數(shù)為E放射源的強度為I則：I=(n+2n本)*L2*Kk(八d)弋.說明：(1)探測系數(shù)K:當(dāng)探測效率門以百分數(shù)表示時：K=4兀/3.7X103g門s其中，g是放射源每次衰變時丫光子孫拉額，對6°Co,g=2;137Cs,g=0.85(2) S:探測器有效探測面積(cmi)減弱倍數(shù)k(V,d):當(dāng)丫射線穿過多層不同材料組成的設(shè)備時，設(shè)備層物質(zhì)的厚度及線性減弱系數(shù)分別為d1h,d2號則總減弱倍數(shù)為：k(d)=k1(d1,P1)*k2(d2,2)*.源強寬裕系數(shù)為E:選取E值的大小與放射源的半衰期，放射源設(shè)計使用年限及計算中所取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有關(guān)，E值不必取得過大，對Co-60取1.5-2也就差不多了。計數(shù)率n對于NaI:n本=100個/秒。n查表附表：探測器的測量系數(shù)K(mCi/m2)/(脈沖數(shù))探測元件K丫源J3066丫J408丫NaI430X25440X40450X50Co-608X10-37X10-3-31.5X10-一-46.75X10-一-44.3X10Cs-137一一-21.25X10-一-21.34X10-33