專利名稱：一種實時監(jiān)測鹵水中鉀濃度的儀表的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種鉀濃度的檢測儀表，具體說涉及一種用于現(xiàn)場進行實時檢 測鹵水中鉀濃度(g/kg)的儀表。
背景技術(shù)：
在鹽湖鹵水生產(chǎn)鉀肥的過程中，首先需要對濃縮池中的湖水日曬蒸發(fā)濃縮為鉀 濃度在一定范圍內(nèi)的鹵水，因此能夠?qū)饪s池中的鹵水的鉀濃度進行實時監(jiān)測，對提高 生產(chǎn)效率，節(jié)約能耗具有重要的意義。另外，從海水中提取淡化水后，剩余部分鹽分濃度增加，被稱之為“濃鹽 水”。目前1萬立方米的海水可以產(chǎn)出5千立方米的淡化水，剩余濃鹽水含鹽量比普通 海水要高出一倍。濃鹽水經(jīng)再提煉可用于生產(chǎn)原鹽使用，剩余的鹵水部分還可再用于提 取鉀、鎂等元素，而這些成分可以作為化學肥料的原料應用于農(nóng)業(yè)。目前我國僅青島一 市，2010年海水淡化的規(guī)模就達到每天18萬至20萬立方米，到2020年海水淡化規(guī)模將 達到每天35萬至40萬立方米。因此，對鹵水開發(fā)利用過程中的鹵水鉀濃度的實時監(jiān)測，有著重要的意義。但 是目前常用的分析鹵水中鉀濃度的方法多為重量法、容量法或用離子選擇電極、原子吸 收等儀表進行分析，但是這些方式都需要把鹵水取樣帶回實驗室后才能進行分析，手續(xù) 煩瑣，獲得結(jié)果時間長，不能滿足對鹵水中鉀濃度的實時監(jiān)測。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有鹵水中鉀濃度的儀表及檢測方法存在的缺陷，本實用新型提供一種檢 測速度快、檢測精度高的實時監(jiān)測鹵水中鉀濃度的儀表。解決上述技術(shù)問題所采取的具體技術(shù)措施是一種實時監(jiān)測鹵水中鉀濃度的儀 表，其特征是在探測腔體⑴的中間位置安裝有NaI(Tl)閃爍體探測器(2)，在NaI(Tl) 閃爍體探測器(2)的周圍均勻?qū)ΨQ置有四個β蓋革-彌勒計數(shù)器，分別為第一 β蓋 革-彌勒計數(shù)器(4)、第二 β蓋革-彌勒計數(shù)器(5)、第三β蓋革-彌勒計數(shù)器(6)、第 四β蓋革-彌勒計數(shù)器(7)，在NaI (Tl)閃爍體探測器(2)上裝有一端封閉圓筒狀的鉛制 屏蔽⑶，在探測腔體⑴的前端，裝有溫度傳感器(8)，在探測腔體⑴的后端，裝有 防水接頭(9)，防水接頭引出電纜，電纜另一端連接儀表主機(10)。本實用新型的有益效果由于自然界中存在著大量的高能宇宙射線以及環(huán)境輻 射本底，這些都會對單獨的Y射線或β射線檢測帶來干擾，影響測量精度。而本實用新型則采用一定厚度的鉛板對NaI(Tl)閃爍體探測器進行屏蔽，使得 NaI(Tl)閃爍體探測器探測到的Y射線主要來自探測腔體前方的鹵水，減少了宇宙高能 射線以及環(huán)境輻射本底對測量的影響。同樣地，由于需要分析的β射線為最高能量為1.33MeV的連續(xù)能譜β射線， 因此對β探測器的射線能量分辨能力要求不是很高，僅要求計數(shù)即可，故此選用造價便宜的β蓋革-彌勒計數(shù)器便可以滿足應用的要求，降低儀表的造價。并且本實用新型所選用的β蓋革-彌勒計數(shù)器對Y射線不敏感，僅對帶電粒子 敏感，而α射線在固體物質(zhì)中的射程一般只有幾微米，完全可以被探測腔體屏蔽，保證 了自然界中α射線對本儀表的測量沒有影響；而且最高能量為1.33MeV的連續(xù)能譜β射 線的穿透能力要大大低于能量為1.46MeV的Y射線，因此當探測腔體完全浸入鹵水后， 即便不用鉛對β蓋革-彌勒計數(shù)器屏蔽，也可保證β蓋革-彌勒計數(shù)器所測量到的射線 計數(shù)主要來自于鹵水中Κ-40所輻射出的β射線，達到了減少宇宙高能射線以及環(huán)境輻射 本底對測量影響的目的。采用聚四氟乙烯材質(zhì)來制作探測腔體，則能更好地避免了鹵水對儀表表面的腐 蝕，延長儀表的使用壽命。

圖1是本實用新型的儀表結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A視圖及與儀表主機的連接示意圖；圖3是采用兩個β蓋革-彌勒計數(shù)器的儀表結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1探測腔體；2NaI(Tl)閃爍體探測器；3鉛制屏蔽；4第一 β蓋革-彌勒 計數(shù)器；5第二 β蓋革-彌勒計數(shù)器；6第三β蓋革-彌勒計數(shù)器；7第四β蓋革-彌 勒計數(shù)器；8溫度傳感器；9防水接頭；10主機。
具體實施方式
結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的儀表結(jié)構(gòu)。目前，金屬鉀已發(fā)現(xiàn)的同位素從Κ-32到Κ-55 —共有25種同位素，但是在自然 條件下存在的鉀，有三種同位素，分別是Κ-39、Κ-40、Κ-41。其中Κ-39和Κ-41為穩(wěn) 定性同位素，不具有放射性。而Κ-40則是非穩(wěn)定性同位素，能夠通過衰變放射出最高能 量為1.33MeV的連續(xù)能譜β射線和能量為1.46MeV的、射線。而K_40在天然鉀中的 豐度為0.012%，是一個恒定的量。這樣我們可以通過測量鹵水中的Κ-40的多少，進而 推斷出鹵水中鉀元素的濃度來。一種實時監(jiān)測鹵水中鉀濃度的儀表，如圖1，圖2所示探測腔體1為聚四氟乙 烯制成，外觀為圓柱體形狀，在探測腔體1的中間位置安裝有NaI (Tl)閃爍體探測器2， NaI(Tl)閃爍體探測器2具體所包含的NaI(Tl)晶體、光電倍增管、電源電路、信號處理 電路等，已經(jīng)為行業(yè)內(nèi)人士所共知。NaI(Tl)閃爍體探測器2的功能為當γ射線被NaI(Tl)晶體接收到，使 NaI(Tl)晶體受激產(chǎn)生熒光；該熒光被第一光電倍增管接收到并將之轉(zhuǎn)化為電信號，該電 信號為幅度與入射Y射線能量成一定線性關系的脈沖信號；當該脈沖信號傳輸?shù)叫盘柼?理電路后，被甄別出對應能量為1.46MeVY射線的脈沖信號，并每秒進行累計計數(shù)，該 計數(shù)率的多少，反映了 NaI(Tl)晶體在該秒內(nèi)接收到的1.46MeVY射線的強度。該計數(shù) 率信號最終被電纜傳輸給儀表的主機(10)。NaI(Tl)閃爍體探測器2的電源電路、信號 處理電路可由具有相關核電子學知識的行業(yè)內(nèi)人士，根據(jù)所需要實現(xiàn)的具體功能所設計 生產(chǎn)。[0020]在NaI(Tl)閃爍體探測器2的周圍均勻?qū)ΨQ安置著四個β蓋革-彌勒計數(shù)器， 分別為第一 β蓋革-彌勒計數(shù)器4、第二 β蓋革-彌勒計數(shù)器5、第三β蓋革-彌勒 計數(shù)器6、第四β蓋革-彌勒計數(shù)器7，β蓋革-彌勒計數(shù)器所具體包含的β蓋革-彌 勒管、電源電路、計數(shù)電路等，已經(jīng)為行業(yè)內(nèi)人士所共知。β蓋革-彌勒計數(shù)器的作用是將β蓋革-彌勒管所接收到的β射線的個數(shù) 進行每秒累計。該結(jié)果最終由電纜傳輸給儀表的主機(10)。 β蓋革-彌勒計數(shù)器的電 源電路、計數(shù)電路可由具有相關核電子學知識的行業(yè)內(nèi)人士，根據(jù)所需要實現(xiàn)的具體功 能所設計生產(chǎn)。在NaI(Tl)閃爍體探測器2的周圍，除了 γ探測器前端的位置，包裹有一定厚 度、成一端封閉圓筒狀的鉛制屏蔽3，用來屏蔽自然界中的高能宇宙射線，減少自然界中 高能宇宙射線對測量精度的影響。在探測腔體1的前端，裝有溫度傳感器8，溫度傳感器8的檢測溫度的部分，裸 露于探測腔體表面。在探測腔體1的后端，裝有防水接頭9，有電纜從防水接頭引出，為NaI(Tl) 閃爍體探測器2、第一 β蓋革-彌勒計數(shù)器4、第二 β蓋革-彌勒計數(shù)器5、第三β 蓋革-彌勒計數(shù)器6、第四β蓋革-彌勒計數(shù)器7、溫度傳感器8提供工作電源，并將 NaI(Tl)閃爍體探測器2、第一 β蓋革-彌勒計數(shù)器4、第二 β蓋革-彌勒計數(shù)器5、第 三β蓋革-彌勒計數(shù)器6、第四β蓋革-彌勒計數(shù)器7、溫度傳感器8的信號傳輸給儀 表主機10。該電纜的選型，可以由行業(yè)內(nèi)人士根據(jù)需要傳輸?shù)碾娫措妷?、電流以及信?的性質(zhì)，依據(jù)常規(guī)的選型原則進行。使用上述實時監(jiān)測鹵水中鉀濃度的儀表的檢測方法可以通過各種固定設施，將探測腔體1置于鹵水中，要求鹵水完全沒過探測腔 體1，且探測腔體1的前端朝向下方或側(cè)方。NaI(Tl)閃爍體探測器2從接收到的全部的γ射線中甄別出屬于Κ-40的能量為 1.46MeV的Y射線來，并對數(shù)量進行累計，將每秒的計數(shù)率N實時的通過電纜傳輸?shù)街?機10。第一 β蓋革-彌勒計數(shù)器4將探測到的β射線進行計數(shù)，并通過電纜將每秒的 計數(shù)率Ml傳輸?shù)街鳈C10。第二 β蓋革-彌勒計數(shù)器5將探測到的β射線進行計數(shù)，并通過電纜將每秒的 計數(shù)率Μ2傳輸?shù)街鳈C10。第三β蓋革-彌勒計數(shù)器6將探測到的β射線進行計數(shù)，并通過電纜將每秒的 計數(shù)率Μ3傳輸?shù)街鳈C10。第四β蓋革-彌勒計數(shù)器7將探測到的β射線進行計數(shù)，并通過電纜將每秒的 計數(shù)率Μ4傳輸?shù)街鳈C10。溫度傳感器8將檢測到的溫度T以電子信號的方式通過電纜傳輸?shù)街鳈C10。主機10首先根據(jù)判斷溫度傳感器8將檢測到的溫度T是否低于4°C，若溫度T 低于4°C，則通過下式計算鹵水中鉀濃度濃度
Al-N2 +Bl-M2 +Cl-N-M+ Dl-N+ El-M+ Fl P =
GlT2 +HI-T + II[0035]若溫度T等于或高于4°C，則通過下式計算鹵水中鉀濃度濃度
Al-N2 +B2-M2 +C2-N-M + D2-N + E2-M + F2P 二---；
Gl-T1 +H2-T + I2式中P為鹵水中鉀的濃度；T為溫度傳感器8檢測到的溫度；N為NaI(Tl) 閃爍體探測器2傳輸給主機10的計數(shù)率；M為第一 β蓋革-彌勒計數(shù)器4、第二 β蓋 革-彌勒計數(shù)器5、第三β蓋革-彌勒計數(shù)器6、第四β蓋革-彌勒計數(shù)器7傳輸?shù)街?機10的計數(shù)率的算術(shù)平均值，即M = (Μ1+Μ2+Μ3+Μ4) +4。Al、Bi、Cl、DU EU FU GU HU Il為公式的待定系數(shù)，可通過在鹵水
溫度低于4°C的條件下，大量地取樣，采用常規(guī)的非線性回歸擬合來獲得。A2、B2、C2、D2、E2、F2、G32、H2、12為公式的待定系數(shù)，可通過在鹵水
溫度等于或高于4°C的條件下，大量地取樣，采用常規(guī)的非線性回歸擬合來獲得。本實施例采用四個β蓋革-彌勒計數(shù)器，β蓋革-彌勒計數(shù)器的數(shù)量進行適當 增減，也能達到相同的檢測目的。探測腔體的外觀形狀亦可隨之做適當修改。如圖3所示，即為探測腔體的外觀形狀是橢圓柱體，采用兩個β蓋革-彌勒計 數(shù)器形式的結(jié)構(gòu)示意圖。當采用β蓋革-彌勒計數(shù)器的數(shù)量發(fā)生變化時，計算公式的形式無須變化，僅 其中變量M的來源做適當修改
1 “M =--YMi
η μ其中η為所采用的β蓋革-彌勒計數(shù)器的總個數(shù)，Mi為第i個β蓋革-彌勒 計數(shù)器傳輸?shù)街鳈C的計數(shù)率。具體應用實例探測腔體為聚四氟乙烯制成，外觀為圓柱體形狀圓柱狀；NaI(Tl)閃爍體探測器的前端，距離探測腔體的外表面為3_ ；NaI(Tl)閃爍體探測器中的NaI (Tl)晶體尺寸為直徑10cm、厚度10cm，光電倍 增管采用北京濱松光子技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的CR165，電源電路及信號處理電路由專 業(yè)生產(chǎn)廠家訂制；β蓋革-彌勒計數(shù)器及NaI (Tl)閃爍體探測器由專業(yè)生產(chǎn)廠家訂制；NaI(Tl)閃爍體探測器外面包裹的鉛制屏蔽厚度為3mm ；通過固定設施，將探測腔體前端向下的置于鹵水中，并且鹵水完全沒過探測腔 體。經(jīng)過大量地取樣與化驗對照，根據(jù)取樣時鹵水溫度依照是否低于4°C將數(shù)據(jù)分為 二組，將其中低于4°C的那組數(shù)據(jù)通過非線性回歸擬合算法，得到相關系數(shù)如下Al = 0.2563 ； Bl = 0.7227 ； Cl = -1.3465 ； Dl = 11.3986 ； El = -3.5578 ； Fl =2.4347 ； Gl = -0.1039 ； Hl = 4.2873 ； Il = 1.8763。類似的，將其中等于或高于4°C的另一組數(shù)據(jù)通過非線性回歸擬合算法，亦可得 到相關系數(shù) A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2、H2、12。
權(quán)利要求1. 一種實時監(jiān)測鹵水中鉀濃度的儀表，其特征是在探測腔體(1)的中間位置安裝 有Nal(Tl)閃爍體探測器(2)，在Nal(Tl)閃爍體探測器(2)的周圍均勻?qū)ΨQ置有四個3 蓋革-彌勒計數(shù)器，分別為第一 0蓋革-彌勒計數(shù)器(4)、第二 0蓋革-彌勒計數(shù)器 (5)、第三3蓋革-彌勒計數(shù)器(6)、第四3蓋革-彌勒計數(shù)器(7)，在Nal(Tl)閃爍體 探測器⑵上裝有一端封閉圓筒狀的鉛制屏蔽⑶，在探測腔體⑴的前端，裝有溫度傳 感器(8)，在探測腔體(1)的后端，裝有防水接頭(9)，防水接頭(9)引出電纜，電纜另 一端連接儀表主機(10)。
專利摘要一種實時監(jiān)測鹵水中鉀濃度的儀表，在探測腔體裝有NaI(Tl)閃爍體探測器、β蓋革-彌勒計數(shù)器，及溫度傳感器。NaI(Tl)閃爍體探測器、β蓋革-彌勒計數(shù)器和溫度傳感器的信號傳輸端連接儀表主機。本實用新型所選用的β蓋革-彌勒計數(shù)器對γ射線不敏感，僅對帶電粒子敏感，因此當探測腔體完全浸入鹵水后，即便不用鉛對β蓋革-彌勒計數(shù)器屏蔽，也可保證β蓋革-彌勒計數(shù)器所測量到的射線計數(shù)主要來自于鹵水中K-40所輻射出的β射線，達到了減少宇宙高能射線以及環(huán)境輻射本底對測量影響的目的。并且使用β蓋革-彌勒計數(shù)器降低儀表的造價。
文檔編號G01N23/02GK201803959SQ20102055717
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者叢浩杰, 佟超, 侯朝勤, 吳志強, 周洪軍, 張偉, 張健, 李劍鋒, 李巖峰, 楊學謙, 肖憲東, 茍強源, 趙龍, 陳樹軍, 魏曉云, 龔亞林 申請人:丹東東方測控技術(shù)有限公司