基于輻射的水準(zhǔn)儀與聲波頻率型液位計(jì)

一整類液位儀表裝置基于材料反射或吸收輻射的傾向。對(duì)于連續(xù)水平測(cè)量儀，較常用的輻射類型是雷達(dá)微波，超聲波和核。光電磁輻射也可以使用，但這已經(jīng)找到了主要的方法

點(diǎn)開關(guān)應(yīng)用將在下一章中討論。

基于輻射的液位計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是沒有活動(dòng)部件，并且能夠在不與過程流體物理接觸的情況下檢測(cè)水平。因?yàn)樗鼈儗?shí)際上可以通過固體罐壁“看到”，核輻射計(jì)可能是非接觸式傳感的終極。因?yàn)樗鼈冃枰�伽馬輻射源并且相對(duì)昂貴，所以核計(jì)量器通常被認(rèn)為是較后的水平計(jì)。

雷達(dá)和微波爐

1925年，美國海軍的A. Hoyt Taylor和Leo Young使用雷達(dá)（RAdio Detection and Ranging）來測(cè)量地球電離層的高度。到1934年，他們正在為海軍艦艇開發(fā)雷達(dá)。1935年，英格蘭的羅伯特沃森瓦特使用雷達(dá)探測(cè)飛機(jī)。第一批雷達(dá)液位傳感器于1976年推出，但直到十年后它們才具有經(jīng)濟(jì)競爭力。

雷達(dá)信號(hào)和微波都以光速傳播，但它們的頻率（FM無線電廣播頻率從88到108 MHz，而微波范圍從1-300 GHz）和它們的功率水平（雷達(dá)大約0.01 mW）區(qū)分開來。  cm 2，而微波范圍為0.1-5mW  cm 2）。由于微波工作在更高的能量水平，它們可以承受比雷達(dá)型傳感器更多的涂層。

雷達(dá)傳感器包括發(fā)射器，天線，帶信號(hào)處理器的接收器和操作員界面。變送器安裝在容器頂部。它的固態(tài)振蕩器發(fā)出電磁波（使用選定的載波頻率和波形），向下瞄準(zhǔn)油箱中過程流體的表面。使用的頻率通常為10 GHz。

信號(hào)由拋物面碟形天線或喇叭型天線（圖9-1A）輻射到處理液表面（圖1B）。一部分被反射回天線，在那里它被收集并路由到接收器。這里，微處理器計(jì)算飛行時(shí)間并計(jì)算水平。飛行時(shí)間是雷達(dá)脈沖的傳輸和返回回波的接收之間的時(shí)間段。它由雷達(dá)探測(cè)器確定，雷達(dá)探測(cè)器同時(shí)暴露于發(fā)射和反射信號(hào)。檢測(cè)器輸出基于差異。頻率調(diào)制（FM）信號(hào)的變化范圍為0到200 Hz，因?yàn)榈竭^程流體表面的距離在0到200英尺之間變化。由于這種測(cè)量發(fā)生在頻域，因此它可以合理地避免噪聲干擾。

蒸汽空間的深度（基準(zhǔn)點(diǎn)與水箱中的水平之間的距離，在圖9-1B中標(biāo)識(shí)為“d”）由飛行時(shí)間（t）和光速（c = 186,000）計(jì)算得出英里秒）：

通過計(jì)算總罐高（E）和蒸汽空間深度（d）之間的差值來計(jì)算水平（圖9-1B中的L）：

知道蒸汽的信號(hào)速度（c）和介電常數(shù)（dc）（即蒸汽相對(duì)和反射電磁波的相對(duì)能力），可以計(jì)算出雷達(dá)波傳播速度（V）：

天線設(shè)計(jì)和安裝

兩種常用的天線是喇叭和拋物面天線。當(dāng)雷達(dá)液位計(jì)發(fā)出信號(hào)時(shí)，微波散開。天線直徑越大，發(fā)散角越小，信號(hào)強(qiáng)度越大（圖9-1A）。較小天線的缺點(diǎn)包括較高的光束擴(kuò)散和相應(yīng)增加的來自罐內(nèi)障礙物的反射的可能性。從積極的方面來說，發(fā)射的光束更有可能被反射回探測(cè)器。因此，傳感器的對(duì)準(zhǔn)并不重要。

大型天線可產(chǎn)生更集中的信號(hào)，有助于消除平面和水平金屬表面的噪聲干擾。另一方面，它們更容易因湍流或傾斜表面的不需要的反射而產(chǎn)生誤差。安裝在水箱外部的完全隔離天線（圖9-2和9-4）提供密封和隔熱。如果天線位于過程密封下方，則它暴露在過程蒸汽中，但具有更強(qiáng)的信號(hào)幅度和更高工作壓力的適應(yīng)性。

接觸式和非接觸式雷達(dá)

非接觸式雷達(dá)測(cè)量儀使用脈沖雷達(dá)波或頻率調(diào)制連續(xù)波（FMCW）。首先，發(fā)送短時(shí)雷達(dá)脈沖，并使用渡越時(shí)間計(jì)算目標(biāo)距離。FMCW傳感器發(fā)出連續(xù)的頻率調(diào)制信號(hào)，通常是連續(xù)（線性）斜坡。頻率

傳輸和接收之間的時(shí)間延遲引起的差異表示距離。

雷達(dá)梁可以穿透塑料和玻璃纖維; 因此，非接觸式雷達(dá)應(yīng)變計(jì)可通過密封與工藝蒸汽隔離。密封件可以位于拋物面圓盤上方（圖9-1A），也可以完全隔離傳感器（圖9-2A）。梁的低功率允許安全地安裝在金屬和非金屬容器中。當(dāng)工藝材料易燃或變臟以及蒸汽空間的成分或溫度變化時(shí)，可以使用雷達(dá)傳感器。

接觸式雷達(dá)測(cè)量儀將一根脈沖沿線傳送到汽 - 液界面。在那里，介電常數(shù)的突然變化導(dǎo)致信號(hào)被部分反射。然后測(cè)量飛行時(shí)間（圖9-2B）。未反射的部分移動(dòng)到探頭的末端并提供零電平參考信號(hào)。接觸式雷達(dá)技術(shù)可用于液體和粒度較大為20毫米的小顆粒固體顆粒。

反射型微波開關(guān)測(cè)量反射信號(hào)幅度的變化（圖9-3A）。空氣和蒸汽由于其低介電常數(shù)而返回一小部分信號(hào)，而高介電材料（如水）幾乎返回所有信號(hào)。更靈敏的開關(guān)可以區(qū)分具有低至0.1介電常數(shù)差異的液 - 液或液 - 固界面。如果顆粒直徑小于0.1英寸（大于發(fā)生過量的光束散射），則可以測(cè)量低介電材料，如塑料顆粒（電介質(zhì)1.1）。

斷路器開關(guān)將微波束從發(fā)射器發(fā)送到位于水箱另一側(cè)的接收器。當(dāng)光束被阻擋時(shí)，信號(hào)會(huì)減弱（圖9-3B）。斷路器對(duì)準(zhǔn)并不重要，分離距離可達(dá)100英尺。

反射和光束斷路器微波開關(guān)通常用于希望不穿透罐的應(yīng)用中。這些非侵入式傳感器通過塑料，陶瓷或玻璃窗或玻璃纖維或塑料罐壁發(fā)送電磁無線電波。

優(yōu)點(diǎn)和局限

處理材料的反射特性影響返回的雷達(dá)信號(hào)強(qiáng)度。雖然液體具有良好的反射特性，但固體卻沒有。雷達(dá)可以檢測(cè)到一層輕微灰塵或通風(fēng)泡沫下的液位，但如果灰塵顆粒尺寸增大，或者如果泡沫或灰塵變厚，它將不再檢測(cè)液位。相反，將測(cè)量泡沫或灰塵的水平。

內(nèi)部管道，天線上的沉積物，多次反射或來自墻壁的反射都會(huì)干擾雷達(dá)傳感器的正常操作。其他干擾源是鼠洞和固體橋接，以及成角度過程

可以將雷達(dá)波束反射離開接收器的材料表面。

與其他輻射反射傳感器相比，雷達(dá)具有一些優(yōu)點(diǎn)。例如，超聲波傳感器受蒸汽空間的組成影響。另一方面，超聲波傳感器在臟污應(yīng)用中表現(xiàn)更好，或在顆粒尺寸大于20毫米時(shí)表現(xiàn)更好。

超聲波液位計(jì)

超聲波液位計(jì)的起源可以追溯到用于通過發(fā)射空殼測(cè)量井深度并測(cè)量回波返回的紅外測(cè)量儀。用于海軍導(dǎo)航的SONAR探測(cè)器也早于該原理的工業(yè)應(yīng)用。

可聽聲音的頻率范圍為9-10 kHz，略低于工業(yè)級(jí)應(yīng)變計(jì)使用的20-45 kHz范圍。超聲波脈沖的速度隨著其行進(jìn)的物質(zhì)和該物質(zhì)的溫度而變化。這意味著如果聲速用于測(cè)量水平（距離或位置），則必須知道其行進(jìn)的物質(zhì)，并且必須測(cè)量和補(bǔ)償其溫度變化。

在室溫下，大氣中的聲速為340米秒或762英里小時(shí)。在相同溫度下，超聲波脈沖以1,496米秒或3,353英里小時(shí)的速度穿過水。如果空氣加熱到100°C，聲速會(huì)升至386 m  s。實(shí)際上，聲速與溫度的平方根成正比。在接近環(huán)境溫度下，每增加1°C，速度上升0.6 m  s，相當(dāng)于增加0.18％°C。

超聲波液位開關(guān)（點(diǎn)傳感器）通過檢測(cè)超聲波振蕩的衰減或通過檢測(cè)超聲波脈沖的吸收或傳輸來操作。超聲波液位變送器通過發(fā)出超聲波脈沖并測(cè)量接收反射回波所需的時(shí)間來測(cè)量實(shí)際距離。

超聲波傳感器

產(chǎn)生超聲波脈沖的換能器通常是壓電的，盡管過去也使用靜電單元。靜電傳感器由薄而柔韌的鍍金塑料薄膜構(gòu)成，在鋁制背板上伸展，并由片簧固定。這種設(shè)計(jì)用于早期的寶麗來自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)，仍然在清潔環(huán)境中使用。壓電換能器利用

陶瓷或聚合物晶體以其固有頻率振動(dòng)。這些裝置堅(jiān)固耐用，可承受1200 psig的沖洗壓力，符合NEMA-6P（IEC IP67）標(biāo)準(zhǔn)。

通常，換能器的直徑越大，范圍越長，頻率越低。這是因?yàn)椋�在釋放超聲波脈沖之后，換能器需要時(shí)間來振動(dòng)。振蕩頻率與元件的直徑成反比，因此較小直徑的換能器元件產(chǎn)生較高的頻率。標(biāo)準(zhǔn)傳感器的光束角約為8°，NPT中的連接尺寸介于2.5和2.5之間，適用于-20至60°C（-30至140°F）的工作溫度。精度通常在全范圍的0.25-0.5％之內(nèi)，較高可達(dá)30英尺。輸出通常為4-20 mA，具有12安培的繼電器輸出。

電平變送器配置

超聲波液位傳感器組件可由單獨(dú)的發(fā)射器和接收器元件組成（圖9-4A）。然而，大多數(shù)情況下，單個(gè)傳感器以規(guī)則的間隔開啟和關(guān)閉以監(jiān)聽反射回波（圖9-4A）。當(dāng)安裝在水箱頂部時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到蒸汽空間的深度。為了確定液體的體積，需要準(zhǔn)確了解罐的橫截面形狀。

如果需要直接測(cè)量液柱的高度，可將傳感器安裝在水箱底部（圖9-4A）。但是，這種配置會(huì)使換能器暴露在過程流體中，并限制了維護(hù)的可及性。或者，換能器可以安裝在容器底部壁的外側(cè)，但是超聲波脈沖很可能通過罐壁的吸收和分散效應(yīng)而大大削弱（圖9-4A）。

由大顆粒和硬顆粒組成的滯留，未攪拌的液體和固體是良好的反射器，因此是超聲波物位測(cè)量的良好候選者。絨毛，泡沫和松散的污垢是不良的反射器，并且蒸氣空間中的灰塵，霧氣或濕氣傾向于吸收超聲波脈沖。超聲波信號(hào)也被距離衰減。如果44-kHz聲波在干燥，清潔的環(huán)境空氣中傳播，則每米行進(jìn)距離的聲功率會(huì)下降1-3分貝（dB）。因此，重要的是，尤其是在測(cè)量更大的深度時(shí)，換能器會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈且聚焦良好的超聲波脈沖（圖9-4B）。

還希望表面平坦且垂直于聲波。在液位應(yīng)用中，瞄準(zhǔn)角必須在垂直方向的2度范圍內(nèi)。如果表面被攪動(dòng)或傾斜（如在固體的情況下），則回聲可能被分散。因此，關(guān)鍵

成功的超聲波液位傳感器裝置是仔細(xì)分析油箱內(nèi)容物的反射，傳播和吸收特性。

當(dāng)檢測(cè)兩種液體之間的界面時(shí)，例如鹽丘儲(chǔ)存井中的碳?xì)浠�合物鹽水界面，換能器下降到井底。超聲波脈沖通過重鹽水層向上發(fā)送到界面。回波返回所需的時(shí)間表示接口的位置（圖9-4C）。

特殊功能

大多數(shù)現(xiàn)代超聲波儀器包括溫度補(bǔ)償，數(shù)據(jù)處理濾波器和響應(yīng)時(shí)間，有些甚至提供自校準(zhǔn)。圖9-5顯示了一個(gè)固定的目標(biāo)組件，它提供了一個(gè)點(diǎn)參考，可以自動(dòng)重新校準(zhǔn)水平傳感器。可以通過探測(cè)管中的校準(zhǔn)脊提供多個(gè)校準(zhǔn)目標(biāo)。這可以保證在30米的距離內(nèi)測(cè)量精度在5毫米以內(nèi)。

智能單元可以執(zhí)行自動(dòng)自校準(zhǔn)或?qū)⑶蛐危�不�?guī)則或水平圓柱形油箱中的液位轉(zhuǎn)換為實(shí)際體積。它們還可以用于多槽或多筒倉安裝，通過多路復(fù)用，可以降低獲得液位測(cè)量的單位成本。

液位開關(guān)

當(dāng)足以檢測(cè)特定高度處是否存在水平時(shí)，可以考慮阻尼或吸收型液位開關(guān)。在阻尼設(shè)計(jì)中，壓電晶體以其共振頻率振動(dòng)傳感器面。當(dāng)探頭面浸沒在過程流體中時(shí)，振動(dòng)會(huì)受到抑制。如圖9-3A所示，這些開關(guān)可安裝在油箱外部或內(nèi)部，液面上方或下方。探頭可以是水平的或垂直的。這些開關(guān)僅限于清潔液體裝置，因?yàn)橥繉涌梢砸种普駝?dòng)。固體可能無法提供足夠的阻尼效果來驅(qū)動(dòng)開關(guān)。

在吸收型液位開關(guān)中，一個(gè)壓電晶體用作發(fā)射器而另一個(gè)壓電晶體用作接收器。當(dāng)它們之間的間隙充滿液體時(shí)，聲波從一個(gè)晶體傳遞到另一個(gè)晶體。然而，當(dāng)蒸汽填充間隙時(shí)，超聲波脈沖不會(huì)到達(dá)

接收器。晶體可以安裝在罐的相對(duì)側(cè)上，包含在叉形傳感器的指狀物中，或者位于水平或垂直探針中的一個(gè)或多個(gè)0.5英寸間隙的兩側(cè)。當(dāng)工藝流體是污泥或漿料時(shí)，希望在發(fā)射器和接收器之間提供大的間隙，以確保當(dāng)水平下降時(shí)粘性或涂層流體將完全從間隙中排出。

這些開關(guān)的典型精度為12英寸或更高。NPT連接尺寸為34英寸。工作溫度范圍為40-90°C（100至195°F）（特殊裝置的讀數(shù)較高可達(dá)400°C  750°F），工作壓力可達(dá)1000 psig。標(biāo)準(zhǔn)輸出是5或10安培雙刀雙擲（DPDT）繼電器，但也使用電壓和電流輸出。

可以通過在水平面下方以10°角插入吸收（間隙）探針來測(cè)量清潔液體之間界面的存在或不存在。在這種配置中，只要探頭浸入重液或輕液中，超聲脈沖就會(huì)到達(dá)接收器。然而，當(dāng)界面移動(dòng)到間隙中時(shí)，它被反射掉并且不會(huì)到達(dá)接收器。

當(dāng)要檢測(cè)污泥或漿料界面時(shí)或者當(dāng)感興趣的是光層厚度時(shí)，可以將超聲波間隙傳感器連接到浮子上。只要兩層的吸收特性不同，傳感器將發(fā)信號(hào)通知該層是否比期望的更厚或更薄。

核級(jí)傳感器

1898年，居里夫人通過觀察某些元素自然發(fā)出能量來發(fā)現(xiàn)鐳。她將這些發(fā)射伽馬射線命名為。伽瑪射線表現(xiàn)出神秘的特性 - 它們可以通過看似堅(jiān)固，難以穿透的大量物質(zhì)。然而，在該段落中，伽馬射線失去了一些強(qiáng)度。可預(yù)測(cè)地，射線受到物體的比重和總厚度以及伽馬射線源和探測(cè)器之間的距離的影響。

例如，圖9-6顯示，如果來自銫137的輻射穿過3英寸厚的鋼制物體，92％的輻射能量將被吸收，只有8％將被傳輸。因此，如果觀察者可以保持除厚度常數(shù)之外的所有變量，則可以使用伽馬傳輸量來測(cè)量物體的厚度。假設(shè)源和探測(cè)器之間的距離沒有改變，可以精確測(cè)量厚度（水平），或者，如果厚度是固定的，則可以精確測(cè)量處理材料的密度。

輻射源

當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到工業(yè)環(huán)境時(shí)，核級(jí)傳感器的開發(fā)就開始了。這需要設(shè)計(jì)和制造合適的探測(cè)器和放射性同位素的大規(guī)模生產(chǎn)。兩者都發(fā)生在20世紀(jì)50年代。

核輻射的穿透力由其光子能量識(shí)別，以電子伏特（eV）表示并與波長相關(guān)（圖9-7）。用于物位測(cè)量的較常見同位素是銫137，其光子能級(jí)為0.56 MeV。偶爾使用的另一種同位素是鈷60，其能級(jí)為1.33MeV。雖然這種較高能量輻射的較大穿透力一開始看起來很有吸引力，但是它的半衰期也較短。當(dāng)任何同位素衰變時(shí)，它會(huì)失去力量 - 失去一半力量所需的時(shí)間稱為半衰期。

Cobalt 60的半衰期為5。3年。這意味著，在5。3年內(nèi)，100毫居里（mCi）鈷60源的活性將降至50 mCi。（一個(gè)mCi定義為1毫克鐳226的活度。）當(dāng)用于液位測(cè)量時(shí)，源強(qiáng)度的連續(xù)損失不僅需要連續(xù)補(bǔ)償，而且較終（在鈷60的情況下，約為5）年），必須更換源。這不僅意味著購買新貨源的費(fèi)用，而且還意味著處理舊貨源的費(fèi)用。

相比之下，33年的半衰期

銫137足夠長，使得源可能比該過程更長久。另一種可能性是技術(shù)進(jìn)步將比探測(cè)器衰減的速率更快地增加探測(cè)器的靈敏度。這為用戶提供了更換或升級(jí)探測(cè)器的選項(xiàng)，同時(shí)保持信號(hào)源在未來的位置。

輻射安全

核管理委員會(huì)（NRC）將核輻射計(jì)的距離為12英寸，將輻射強(qiáng)度限制在每小時(shí)較多5毫升（mr  hr）。如果更多，該區(qū)域需要發(fā)布輻射區(qū)域。距離12英寸是至關(guān)重要的，因?yàn)檩椛鋸?qiáng)度會(huì)減小距離的倒數(shù)平方。核級(jí)應(yīng)變計(jì)的大小可以使探測(cè)器的輻射強(qiáng)度超過所需的較小值，但較大值低于5 mr  hr。對(duì)于離子室檢測(cè)器，較小值為1 mr  hr。對(duì)于Geiger-Mueller開關(guān)，它是0.5 mr  hr。對(duì)于閃爍探測(cè)器，它是0.1-0.2毫升小時(shí)。因?yàn)楹藨?yīng)變計(jì)基本上是測(cè)量液體上方的蒸汽空間，隨著水箱中水位的升高，探測(cè)器的強(qiáng)度下降。當(dāng)水箱滿時(shí)，輻射強(qiáng)度幾乎為零。

當(dāng)用作罐液位傳感器時(shí)，輻射必須在到達(dá)檢測(cè)器之前通過幾層材料。在探測(cè)器處，較大輻射必須小于某個(gè)安全極限（例如5 mr  hr），以避免需要“張貼”。可以使用其他標(biāo)準(zhǔn)，例如將每年劑量保持在5 rems（倫琴+當(dāng)量+人）下。如果有人在一年中接觸到輻射，這樣的劑量將由暴露于0.57 mr  hr強(qiáng)度的輻射產(chǎn)生，而如果操作員僅暴露40小時(shí)周，則5 rem  yr將對(duì)應(yīng)于如果在工作區(qū)暴露于2.4小時(shí)小時(shí)，則會(huì)收到此人。由于輻射暴露的總壽命劑量確實(shí)很重要（較多250雷姆），5 rem  yr的可接受性或任何其他限制也是年齡的函數(shù)（圖9-8）。

這可以通過一個(gè)例子來說明：

來源大小調(diào)整

10 mCi銫137的點(diǎn)源（銫137的源常數(shù)K = 0.6）安裝在具有12英寸鋼壁的高壓水箱中（圖9-9）。通常，需要滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：首先，當(dāng)水平從0-100％上升時(shí)，探測(cè)器的輻射強(qiáng)度必須下降至少50％。第二個(gè)也是更重要的標(biāo)準(zhǔn)是探測(cè)器的較大輻射劑量（當(dāng)水箱為空時(shí)）不得超過安全限值（例如，2.4 mr  hr）。然而，它必須超過1.0毫升小時(shí)才能啟動(dòng)預(yù)期的離子室檢測(cè)器。

首先，在探測(cè)器處計(jì)算空氣強(qiáng)度（D a，mr  hr），用于源和接收器之間沒有槽的情況。假設(shè)距離（d）為48：

由于除了水箱之外，所有方向都屏蔽了水源，因此在水箱排空時(shí)，在探測(cè)器附近工作的操作員將獲得較大劑量。兩個(gè)12英寸的鋼壁將D a（圖1中1英寸鋼的透射率為49％）降低到0.49×2.6 = 1.27毫升小時(shí)。這低于允許的較大值但高于檢測(cè)器所需的較小值。

當(dāng)水箱裝滿時(shí)，輻射路徑中30英寸水的存在將使該較大強(qiáng)度降低至0.045 mr  hr（0.035 x 1.9 = 0.045）。這種強(qiáng)度降低遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過敏感測(cè)量所需的50％下降。請(qǐng)注意，如果使用Geiger-Mueller探測(cè)器，源尺寸可能減半。閃爍探測(cè)器將光源尺寸減小5至10倍。

通過將探頭尖端中的源定位在水箱內(nèi)并使其相對(duì)靠近墻壁移動(dòng)，也可以減小水源尺寸。當(dāng)要測(cè)量大的電平范圍時(shí)，可以使用條形源代替點(diǎn)源。大多數(shù)核級(jí)應(yīng)變計(jì)的準(zhǔn)確度約為范圍的1％。如果需要計(jì)算精度，則源和探測(cè)器都可以連接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁帶上并定位在水平面上（如果水箱含有兩種液體，則位于界面水平）。

幸運(yùn)的是，今天的計(jì)算機(jī)可以很容易地處理幾何和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的任何組合的數(shù)字和公式。較大的挑戰(zhàn)不是計(jì)算，而是獲得計(jì)算的準(zhǔn)確輸入。因此，非常重要的是，您的船舶的墻壁材料，厚度，其他油箱組件，如擋板，攪拌器葉片或夾克，以及所有距離都要準(zhǔn)確確定。簡而言之，核計(jì)量安裝的性能很大程度上取決于對(duì)安裝細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確了解。

探測(cè)器選項(xiàng)

較簡單和較古老的輻射探測(cè)器是Geiger-Muller管。這種樂器通常用Geiger計(jì)數(shù)器識(shí)別，當(dāng)暴露于輻射時(shí)會(huì)產(chǎn)生響亮且戲劇性的咔噠聲。該探測(cè)器的工作部件是金屬圓柱體，其作為電極之一并且充滿惰性氣體。中心下方的細(xì)線作為另一個(gè)電極。玻璃蓋是

用作絕緣體，并且施加幾乎足以引起電極之間電流流動(dòng)的高壓（700-1000伏直流電）。當(dāng)管暴露于伽馬輻射時(shí)，氣體電離并且電離的粒子將電流從一個(gè)電極傳送到另一個(gè)電極。伽馬輻射到達(dá)管中的氣體越多，產(chǎn)生的脈沖就越多。產(chǎn)生的脈沖速率由相關(guān)的電子電路計(jì)數(shù)，該電路以每秒脈沖進(jìn)行測(cè)量。

如果在輻射強(qiáng)度指示高或低水平條件時(shí)校準(zhǔn)接合或脫離繼電器，則該探測(cè)器可用作液位開關(guān)。GM管探測(cè)器只能用作單點(diǎn)探測(cè)裝置。其優(yōu)點(diǎn)包括成本相對(duì)較低，體積小，可靠性高。

離子室檢測(cè)器是連續(xù)水平裝置。它是一個(gè)直徑為4到6英寸的管子，長達(dá)20英尺，充滿了加壓到幾個(gè)大氣壓的惰性氣體。將小偏壓施加到沿離子室中心插入的大電極。當(dāng)伽馬能量撞擊腔室時(shí)，隨著惰性氣體被電離，檢測(cè)到非常小的信號(hào)（以皮安為單位測(cè)量）。該電流與檢測(cè)器接收的伽馬輻射量成比例，被放大并作為電平測(cè)量信號(hào)傳輸。

在物位測(cè)量應(yīng)用中，離子室將接收較多的輻射，因此，當(dāng)電平較低時(shí)，其輸出將是較高的。隨著水平的上升和更大量的被測(cè)量吸收更多的伽馬輻射，探測(cè)器的輸出電流按比例減小。當(dāng)檢測(cè)器電流輸出較高時(shí)，系統(tǒng)被校準(zhǔn)為讀取0％電平。設(shè)置100％電平以匹配輸出電流的較低值。通常可以使用線性化軟件來校正兩者之間的非線性。該軟件可以校正水箱內(nèi)部或外部的蒸汽盤管，攪拌器葉片，擋板，加強(qiáng)環(huán)，夾套和其他部件的影響。

閃爍計(jì)數(shù)器檢測(cè)器比離子室靈敏5至10倍。它們也花費(fèi)更多，但許多用戶愿意接受增加的費(fèi)用，因?yàn)樗�允許他們使用更小的源尺寸或獲得更靈敏的量具。當(dāng)伽馬能量撞擊閃爍體材料（熒光體）時(shí)，它被轉(zhuǎn)換成由光子（光粒子）組成的可見閃光。

隨著伽馬輻射強(qiáng)度的增加，這些光子的數(shù)量增加。光子穿過透明的塑料閃爍體介質(zhì)到達(dá)光電倍增管，光電倍增管將光子轉(zhuǎn)換成電子。輸出與撞擊閃爍體的伽馬能量成正比。

閃爍體有多種形狀，尺寸和長度可供選擇。較新的一種是光纖電纜，通過在光纖束中安裝更多燈絲，可以提高探測(cè)器的靈敏度。光纖電纜的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它以長的長度制造，足夠柔韌以適應(yīng)容器的幾何形狀。這簡化了球形，圓錐形或其他形狀奇特的容器中水平的測(cè)量。

核應(yīng)用

當(dāng)沒有其他任何東西可以工作時(shí)，或者當(dāng)傳統(tǒng)水平傳感器所需的過程穿透對(duì)人類生命，對(duì)環(huán)境造成風(fēng)險(xiǎn)或者可能對(duì)財(cái)產(chǎn)造成重大損害時(shí)，通常會(huì)考慮輻射計(jì)。由核子測(cè)量儀測(cè)量的液體和散裝固體是較危險(xiǎn)，高壓，有毒，腐蝕性，爆炸性和致癌物質(zhì)。由于核應(yīng)變計(jì)通過油箱壁“看到”，因此可以在過程運(yùn)行時(shí)進(jìn)行安裝和修改 - 無需昂貴的停機(jī)時(shí)間或偶然釋放。

由于核傳感器的安裝需要核管理委員會(huì)（NRC）許可證，因此相關(guān)程序旨在確保安裝是安全的。查看放射性測(cè)量的安全性方面的較佳方式是比較明確定義和理解的風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)是通過將操作員暴露于輻射而不是在危險(xiǎn)過程中具有不可靠或不準(zhǔn)確的讀數(shù)水平的可能更大的風(fēng)險(xiǎn)來進(jìn)行的。

隨著探測(cè)器變得更加敏感并且受到計(jì)算機(jī)的輔助，輻射源尺寸和產(chǎn)生的輻射水平繼續(xù)下降。因此，這些儀器的安全性可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而持續(xù)改善。