γ射線料位計也叫γ射線物位計、γ射線液位計，是利用物料對γ射線的阻擋作用進行物位測量的儀表。除了γ射線料位計，還有中子物位計等用其他類型的射線進行物位測量的儀表，都屬於同位素物位計。同位素物位計也叫放射性同位素料（物）位計、核料位計、放射性料（物）位計、射線料（物）位計、輻射式料位計、射線式料位計、核輻射物位計、射線液位計等，也與γ射線密度計、中子物位計、射線測厚儀等儀表，在口語中被統稱為射線儀表、放射性儀表、輻射式儀表、核儀表、同位素儀表等。
（註：由於中子等其他類型的射線，套用廣泛程度遠小於γ射線，所以有時候γ射線料位計在口語中也被粗略地用如下名詞完全對等替代：射線料位計、射線物位計、射線液位計、放射性料位計、放射性液位計等，而對中子物位計特定稱為“中子物位計”、“中子料位計”、“中子液位計”）
右圖是某廠家料位計系統示意圖。
基本介紹
- 中文名：伽馬射線料位計
- 外文名：γ-ray level Gauge，γ-ray level meter
- 口語別名：射線料位計、核料位計等
- 測量方式：非接觸式，物料對射線的阻擋原理
簡介,工作原理,儀表組成,儀表參數,套用場合,輻射相關知識,供應商,
簡介
γ射線料位計特別適應於高溫、高壓、高腐蝕、高粘度等惡劣條件下料位的測量，被測物質可以為粉末或顆粒固體，也可以為液體。γ射線料位計原理與中子物位計不一樣，一般只用於兩相界面的情況，而不適用於多界面測量情況。
由於其非接觸特性，故而可適應的料倉壓力、物料溫度值、粉塵狀況、粘度、腐蝕性等極端參數都很高，對溫度、壓力、粉塵、粘度、腐蝕的適應性可謂物位儀表中之最。
除此之外還有雷達料位計、超音波物位計等料位計，但其可適應的溫度、壓力、粉塵狀況、粘度、腐蝕性都要大大小於γ射線料位計。
工作原理
γ射線料位計是利用γ射線能夠穿透物質，並在物質中減弱的特徵，對物位進行檢測。基本射線衰減規律遵從下式：
I=I0e-μh
式中：
I0、I是料位高度分別為0和h時探頭處的射線強度（如下圖）；
μ為物料對γ射線的線性吸收係數。
但此種測量方式，在物料高度線性增加時，探頭部位的射線劑量呈指數衰減，物料高度增加到一定值時，放射源在探頭部位的射線劑量基本消失，總劑量接近本底水平。若要在物料高度比較大時也保持探頭部位的射線有一定的劑量，不至於小到接近本底水平，所需放射源的活度很大，帶來防護上的困難，造價也大大增加。此測量方式一般套用在物料高度較小的特殊場合。大多情況下，選用下圖測量方式，圖中，放射源在料倉一側，另一側的探測器探測到的射線總量就可以被換算為物料的變化。
儀表示數的變化可以用百分數表示，下圖中曲線圖就是以儀表顯示的百分數隨實際料位勻速升降變化做出的曲線圖，橫坐標是時間。
也可以用高度表示，比如測量4m到6m，就可以在儀表中設定，量程內料位最低點為4m，量程內料位最高點為6m，顯示在儀表顯示屏上。不同廠家的儀表有不同的設定功能，但原理大體相當。
在標準化大範圍普及的時代，很多化工廠內，對物料基本上都以4-20mA的標準電流表示，儀表輸出4-20mA區間內的電流即可，4mA代表最低物位，20mA代表最高物位。電流信號到達DCS後，可被表示為百分數或高度，最終顯示在螢幕上，DCS內部可以做連鎖觸發設定點。
料位測量中一般有三種不同的配置：
1、 棒探測器和點源
2、 點探測器和棒源
3、 棒探測器和棒源
選用哪種配置取決於幾個因素：
1、測量的幾何形狀；
2、測量的目的；
3、周圍條件；
4、設備所在的空間、資金。
在實際套用中，測量方式的選擇是很講究的，放射源和探測器的位置也不一定是沿著料倉直徑線正對著分布。也有這樣的測量情況：將放射源置於被測料倉內部，此種測量方式，放射源插入料倉的角度、深度都需要考慮各種因素，周密計算後方可確定。
儀表組成
γ射線料位計主要由以下幾部分組成：
（1）放射源及其源容器
放射源一般選用鈷-60（Co）或銫-137（Cs），鈷-60半衰期5.3年，銫-137半衰期30.2年。放射源外形很小，一般用的放射源經過氬弧焊多層密封后，尺寸大小為Φ10×10mm左右，或Φ8×10mm、Φ10×12mm。但為了對射線進行防護，使其通過一個狹小扇區穿過設備，需將放射源放入鉛容器中，鉛容器一般為幾十公斤甚至幾百公斤重。不同廠家的鉛容器，尺寸、形狀、對接法蘭等規格會有不同，鉛容器帶有鎖閉裝置，不用放射源時可以關閉。
對某個特定的被測條件，放射源的選擇需要經過周密計算，才能確定具體類型和活度。計算放射源時，放射源和探測器的安裝位置、射線出射方向、射線扇區大小、被測物料量程、料倉壁厚及材質、料倉內部物料、料倉內部壓力及氣相等都是需要考慮的重要參數。
（2）探測器
探測器也稱探頭、接收器，主要用於探測射線，並將射線產生的光信號轉化為電信號。主流探測器內部主要元器件為：閃爍晶體、光電倍增管、前置電路。也有電離室探測器和計數管探測器，探測效率比較低，市場使用率很小。
射線照射到閃爍晶體上，會產生光子，光子與光電倍增管表面塗的光感材料（稱為光陰級）撞擊，光子的能量被光陰級材料中的電子吸收，電子獲得能量，離開光陰級材料。光電倍增管將光陰極接受到的電子進行倍增後，輸出給前置電路部分進行整形、濾波、運算等處理。
1、NaI晶體屬於無機閃爍體，探測效率高，但單位體積的價格很高，尺寸一般做得較小，用於物位開關或點式探測器測量料位的測量系統中；
2、PVT晶體屬於有機塑膠閃爍晶體，可測量最長3m左右的物位，如果用級聯探測器，長度會達到更長；
3、光纖也屬於有機閃爍晶體，比較柔軟，單根測量長度可達到6-7m。可用於測量不規則形狀料倉的料位，它能使實際料位變化的輸出曲線更具線性，但光纖探測效率很低，相應地所需放射源活度大，對周圍環境輻射影響也大。
前置電路一般包括電壓放大器、射極輸出器（針對閃爍體計數器來說），以放大信號電壓和功率，並使光電倍增管的輸出阻抗與所連線的遠傳輸電纜匹配。
（3）轉換器
轉換器用於將探測器輸出的電信號轉換為觸點信號、或標準電流信號輸出給DCS或其他外圍設備。轉換器一般置於非防爆的機櫃間，轉換器上帶有顯示錶。
當前很多較為先進的儀表會將探測器和轉換器整合為一體，統稱為探測器。這樣，γ射線料位計就包括2個主要部分：放射源、探測器。
儀表參數
不同廠家儀表參數不盡相同，但大體相當。
精確度：最大誤差限1-5%
輸出電流信號：(4～20)mA或(0～10)mA
輸出開關信號：觸點容量AC220V，5A
時間常數：1～60秒可設定。
重複性： ±1.5 % 滿量程。
穩定性： ±1.5 % 滿量程/48小時。
探測器防爆等級： Ex dⅡCT4 或Ex dⅡCT5
工作環境條件： 環境溫度： 探測器 (－20～50)℃， 轉換器 (0～50)℃
相對濕度： 探測器 90 % 以下， 轉換器 90 % 以下
供電：220VAC 或24VDC
國內儀表試驗檢驗標準：GB/T 25845–2010《工業用γ射線料位計》或GB/T 11923-2008《電離輻射物位計》
套用場合
用於對密閉容器中高溫、高壓、高粘度、腐蝕性、沸騰、毒性物料（固態或液態）料位的測量。
主要用於石油化工、煤化工、礦業、火電、鋼鐵、造紙等場合。
特別適用於以下設備物位測量：
煤氣化爐、聚合釜、反應釜、氧化釜、脫氣倉、閃蒸罐、高低壓排放罐、低壓分離器、甲醇分離器、合成塔、吸收塔、汽提塔、氨分離器、冷凝塔、冷交換器、銅洗塔。
輻射相關知識
由於γ射線料位計中的放射源主要釋放γ射線，可對人體造成一定的輻射傷害，實際使用中，需要對輻射知識有所了解，並嚴格遵從國家相關標準。
大劑量的γ射線輻射對人體的傷害有：DNA損傷、細胞損傷、染色體畸變、急慢性放射性疾病、皮膚眼睛體性腺等的破壞，或者是癌症的誘發等。然而，γ射線料位計中使用的放射源一般為IV類、V類放射源（詳見環保總局公告[2005]第62號《關於發布放射源分類辦法的公告》），對人體的傷害很小，平時工作中採取必要的防護措施就無需害怕。
輻射防護三原則為：1、增大距離（儘量遠離放射源操作）；2、採取禁止措施（穿鉛衣、戴牽手套、建立禁止牆等）；3、減少照射時間（操作迅速儘快離去）。
常用國家法規：
國務院449號令[2005]《放射性同位素與射線裝置安全和防護條例》
環保部18號[2011]《放射性同位素與射線裝置安全和防護管理辦法》
國務院562號令[2010]《放射性物品運輸安全管理條例》
環保部11號[2010]《放射性物品運輸安全許可管理辦法》
環保總局第3號[2008]《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》替代原31號令
常用的國家標準：
防護安全方面的標準：GB18871-2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》
GBZ125-2009《含密封源儀表的放射衛生防護要求》
放射源容器標準：GB14052-93 《安裝在設備上的同位素儀表的輻射安全性能要求》
運輸標準：GB11806 -2004 《放射性物質安全運輸規程》
人員健康標準：GBZ 98-2002《放射工作人員健康標準》
供應商
γ射線料位計進口儀表廠商中市場占有率最高的一般有三家：
1、 德國伯托（Berthold）
2、 美國奧瑪特（OHMART）
3、 德國恩特斯豪斯（E+H）
另外還有俄羅斯等國的企業，其市場占有率相對較低。
建國以來，國內開發此類儀表的老牌國有企業有以下幾家：
1、北京市新技術套用研究所（隸屬北京市科學技術研究院）
2、上海原子核研究所（現為“上海套用物理研究所”，隸屬中國科學院）
3、廣東省測試分析研究所（現為“中國廣州分析測試中心”）
4、蘭化公司化工自動化研究所（原為“化工部自動化研究所”，現為“天華化工機械及自動化研究設計院有限公司”）
5、上海吳涇化工廠（現為“上海吳涇化工有限公司”）
上述企業中，有的因各種原因，已不再涉及γ射線料位計的業務。
由於γ射線料位計的特殊性，總需求量並不是很大，又因進口儀表對市場的占有量較大，使得國內γ射線料位計的生產廠家規模都相對較小、產品產量少。單純依靠射線料位計業務使公司生存難以為繼，有的企業會同時經營很多業務，γ射線料位計只作為其業務中的一小部分。此種情況下，對料位計的技術革新、產品質量、售後服務等指標，未免難以顧全。
選擇供貨商時，需考慮供貨商的業績、資質、整體實力，以及後續服務能力等各項因素。由於γ射線料位計行業屬於冷門行業，γ射線料位計的套用範圍比較窄，有些企業從事射線料位計若干年後就退出該行業，不再從事生產和服務，這給這一特種儀表的售後服務工作帶來困難。因此選擇供應商時對此應予以重視。
國內生產射線料位計的代表性廠家有：
1、天華化工機械及自動化研究設計院有限公司
上市公司，原化工部自動化研究所與化工機械研究院合併後改制而成，屬於大型國有企業，旗下有專門做射線料位計及密度計的研究所。市場上在用的主打新產品有TH-2011型γ射線料位計。並另外提供射線密度計、核輻射技術服務、核儀表維護、工業輻射各類技術諮詢及方案與施工。
2、北京樹誠科技發展有限公司
成立於2002年，主要做國內同位素產品、核儀器儀表、輻射劑量校準刻度系統及自動化系統，提供核輻射防護設計、製造及放射性工作場所清理去污、退役的整體解決方案及實施。
3、北京巨源華海核儀表有限公司
1998年成立，從事核儀表 , 電子計算機軟硬體 , 工業控制系統及設備的技術開發 , 技術諮詢 , 技術服務 , 技術轉讓 , 銷售開發後的產品 , 電子計算機及外部設備 , 機械電器設備等。
