用于密度或水平面測量的輻射檢測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于測量材料(特別是流體)的水平面的裝置，可選地用于計(jì)算混合流體系統(tǒng)的密度分布。
【背景技術(shù)】
[0002]在W02000/022387中已經(jīng)描述了密度探查器。該設(shè)備包括向布置成一個(gè)或多個(gè)線性陣列的檢測器發(fā)射輻射的電離輻射源的線性陣列。當(dāng)源陣列和一個(gè)或多個(gè)檢測器陣列被布置成使得它們穿過容器中兩種或更多種流體之間的界面時(shí)，能夠根據(jù)陣列中各個(gè)檢測器接收到的輻射的差別識別流體的界面。該設(shè)備已經(jīng)成功地被部署用于儲(chǔ)罐和油分離器中。探查設(shè)備的一個(gè)期望特征是其緊湊的直徑，從而允許探查設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)接入端口安裝到容器中。在一些情況下，希望進(jìn)一步減小探查設(shè)備的截面，從而能夠在端口尺寸或端口周圍空間使得安裝變得特別困難的情況下進(jìn)行安裝。另外，檢測器陣列尺寸的減小允許使用更厚的浸漬管或更厚的絕緣材料。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種與已知設(shè)備相比檢測器陣列相對較小的密度探查器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明，我們提供了一種用于核裝置中的檢測器探頭，包括安裝在電路板上的輻射檢測器陣列，其特征在于，所述電路板包括至少兩個(gè)部分，各個(gè)部分與所述陣列的縱軸基本平行地對齊，并且各個(gè)部分處于不同的面中。
[0004]根據(jù)本發(fā)明，我們提供了一種用于測量容器內(nèi)的一種或多種材料相的密度或水平面的核裝置，包括:
[0005](a)電離輻射源的陣列，
[0006](b)至少一個(gè)用于檢測電離輻射的檢測器探頭，包括安裝在電路板上的輻射檢測器的陣列，
[0007](c)電源，以及電子裝置，所述電子裝置包括控制單元以及信號和數(shù)據(jù)處理裝置，所述信號和數(shù)據(jù)處理裝置使用由檢測器響應(yīng)于從輻射源接收到的輻射而產(chǎn)生的信號來計(jì)算材料相的密度分布；電源和電子裝置被容納在外殼中，所述外殼鄰近于所述檢測器探頭而被支撐和安裝，
[0008]其特征在于，所述電路板包括至少兩個(gè)部分，各個(gè)部分與所述陣列的縱軸基本平行地對齊，并且各個(gè)部分彼此處在不同的面中。
[0009]檢測器探頭中存在至少兩個(gè)供電電路，以向檢測器提供電力，從而使得控制信號從控制單元傳遞至檢測器，以及把數(shù)據(jù)信號從檢測器攜帶至信號處理器和數(shù)據(jù)處理器。供電電路位于電路板(優(yōu)選為印刷電路板)上。電路板包括至少兩個(gè)部分，它們可以分開或者沿其長度的至少一部分結(jié)合在一起。當(dāng)電路板結(jié)合時(shí)，它們可以形成一個(gè)角度，例如在大約30度和大約150度之間。在優(yōu)選的形式中，電路板的各個(gè)部分沒有沿著它們的整個(gè)長度結(jié)合。優(yōu)選地，電路板不是沿著它們長度的任何部分而結(jié)合的。更優(yōu)選地，電路板彼此分開，可選地由一個(gè)或多個(gè)輻射檢測器分開。優(yōu)選地，兩個(gè)或更多個(gè)電路板部分之間安裝有一個(gè)或多個(gè)輻射檢測器。
[0010]優(yōu)選地，檢測器探頭是本質(zhì)安全的?！氨举|(zhì)安全”是電子設(shè)備領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語。本質(zhì)安全的裝置打算用于爆炸性或潛在爆炸性的氣氛中。在本質(zhì)安全的電子設(shè)備中，電路本身不能引起周圍爆炸性氣氛的爆炸。本質(zhì)安全裝置指其中所有電路都是本質(zhì)安全電路的電子設(shè)備。本質(zhì)安全電路是其中在包括正常操作的條件和指定的錯(cuò)誤條件下產(chǎn)生的任何火花或任何熱效應(yīng)都不能點(diǎn)燃給定爆炸性氣氛的電路。組件的設(shè)計(jì)和選擇以及應(yīng)用于這種設(shè)備的測試標(biāo)準(zhǔn)都由國家和國際標(biāo)準(zhǔn)管理，例如BS EN 60079-11:2012及其相關(guān)章節(jié)，包括章節(jié)O關(guān)于在爆炸性氣氛中使用的電子設(shè)備的總體要求。
[0011]優(yōu)選地，檢測器探頭至少遵守該標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)水平ib，即被設(shè)計(jì)為在正常操作以及應(yīng)用給出最繁重條件的非計(jì)數(shù)故障的情況下；以及在正常操作以及應(yīng)用一個(gè)計(jì)數(shù)故障加上應(yīng)用給出最繁重條件的非計(jì)數(shù)故障(如BS EN 60079-11:2012第5.3節(jié)定義)的情況下在爆炸性氣氛中安全使用。計(jì)數(shù)故障和非計(jì)數(shù)故障在BS EN 60079011:2012第3.7段定義。最優(yōu)選地，檢測器探頭遵守該標(biāo)準(zhǔn)的保護(hù)水平ia，即被設(shè)計(jì)為當(dāng)電路包含兩個(gè)計(jì)數(shù)故障時(shí)能夠在爆炸性氣氛中安全地使用，如BS EN 60079-11:2012第5.2節(jié)定義的那樣。這種保護(hù)是通過使用各種組件和構(gòu)造方法來實(shí)現(xiàn)的，例如該構(gòu)造方法包括電路部件的間隔為最小間隔距離(如BS EN 60079-11:2012第6.3節(jié)“間隔距離”所述)。實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全所需的最小間隔距離影響尺寸，特別是電路板各部分的最小寬度?？偟膩碚f，優(yōu)選電路板盡可能地窄，給出電路設(shè)計(jì)的限制的目的是檢測器探頭能夠具有盡可能小的截面。但是，總體而言，輻射檢測器自身具有特定的直徑，提供比輻射檢測器的直徑更窄的電路板的部分幾乎不會(huì)得到有益效果。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中輻射檢測器的直徑為15-20mm。優(yōu)選地，每個(gè)電路板的最大寬度不超過40mm，特別地不超過30mm。每個(gè)電路板的厚度優(yōu)選為lmm-3mm。
[0012]電路板的每個(gè)部分上可以安裝有不同的電子組件和連接。不同類型的組件可以被分組，使得電路板的各個(gè)部分載有彼此不同的組件的集合。一個(gè)這種部分可以被配置為處理進(jìn)出檢測器的控制信號以及測量信號，而其它部分可以被配置為向檢測器提供電力。例如，電路板的一個(gè)部分可以載有用于向輻射檢測器提供電力的一條或多條高壓線纜。電路板的另一部分可以載有在檢測器和控制單元和/或信號處理單元之間的低壓控制信號和/或數(shù)據(jù)信號。在與載有低壓(〈50V)電路的部分不同的電路板的一個(gè)部分上提供高壓O50V)電路，有利于探頭的設(shè)計(jì)符合本質(zhì)安全所需的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)榭梢赃_(dá)到實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的電路的最小間隔。
[0013]電路板的各個(gè)部分可以通過使用電絕緣材料而彼此電絕緣、與輻射檢測器電絕緣、和/或與檢測器探頭的其它組件電絕緣。檢測器探頭還可以包括熱絕緣件。當(dāng)設(shè)置有熱管、加熱器或其它熱設(shè)備來調(diào)節(jié)檢測器探頭的溫度時(shí)，可以在這種設(shè)備和檢測器探頭的需要被該設(shè)備加熱或冷卻的部件之間設(shè)置導(dǎo)熱材料。例如，當(dāng)檢測器探頭易于受到低于電氣和/或檢測器的最優(yōu)工作范圍的溫度的影響時(shí)，可以在檢測器探頭中設(shè)置熱源(例如電伴隨加熱)。材料(例如由Bergquist公司提供的Sil-Pad?范圍的材料)是導(dǎo)熱且電絕緣的，并且可以在檢測器探頭中使用。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，檢測器探頭還包括伸長的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)沿著檢測器陣列的長度的至少一部分延伸，從而向檢測器探頭提供額外的強(qiáng)度和硬度。在本發(fā)明的一種形式中，伸長的支撐結(jié)構(gòu)包括用作支撐件的桿或盤，優(yōu)選由例如金屬或強(qiáng)化樹脂的剛性材料形成。伸長的支撐件優(yōu)選沿著電路板的至少一個(gè)部分的大部分長度延伸。更優(yōu)選地，伸長的支撐件沿著電路板的至少一個(gè)部分的基本上整個(gè)長度延伸，使得沿著該電路板部分的基本上整個(gè)長度支撐該電路板部分。檢測器和電路板優(yōu)選安裝在該支撐件上。當(dāng)在密度探查設(shè)備或輻射源的陣列和檢測器探頭之間的正確對準(zhǔn)影響設(shè)備的準(zhǔn)確性的設(shè)備中使用檢測器探頭時(shí)，該支撐件優(yōu)選地由膨脹系數(shù)與支撐源陣列的輻射源的材料相同的材料形成。以這種方式，檢測器陣列響應(yīng)于其溫度變化產(chǎn)生的膨脹和收縮與源陣列的膨脹或收縮一致，使得源和檢測器即使遇到溫度變化也能保持對準(zhǔn)。在該實(shí)施例的一種可替換形式中，伸長的結(jié)構(gòu)包括功能設(shè)備，例如管路或熱管。如果設(shè)置管路來承載線纜，則該管路可以被用來形成檢測器陣列的支撐結(jié)構(gòu)。
[0015]熱管用于把檢測器探頭的溫度維持在期望范圍內(nèi)。在周圍溫度會(huì)超過輻射檢測器或其相關(guān)聯(lián)的電氣裝置的推薦工作溫度的情況下使用檢測器探頭的環(huán)境中，這是期望的。設(shè)置熱管使得熱量能夠從檢測器陣列的較熱的部分傳導(dǎo)到更冷的位置?？梢圆僮鳠峁芤园褵崃繌臋z測器周圍的空間中移除。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，檢測器被安裝成與熱管熱接觸。在該實(shí)施例中，檢測器可以被物理地支撐在熱管上，例如使用粘合劑、帶、夾具、線纜帶或其它連接器的方式。當(dāng)檢測器與熱管直接熱接觸地安裝時(shí)，能夠有效地從檢測器移除熱量。在本實(shí)施例中，檢測器優(yōu)選通過既導(dǎo)熱又電絕緣的材料的方式與熱管電隔離。這種材料包括油脂、云母和例如Si Ι-Pad?范圍的材料的復(fù)合材料。電路板的分開的部分可以在檢測器和支撐件的外部徑向地安裝。按照這種方式，可以布置電路板組件，使得它們被支撐件、絕緣件和檢測器最大程度地物理上分開。
[0016]檢測器探頭包括至少一個(gè)檢測器，用于檢測由輻射源發(fā)射的電離輻射。所使用的檢測器類型可以由熟悉核裝置工程的人員選擇，考慮到要檢測的輻射的性質(zhì)、要使用檢測器的條件，以及要測量的輻射的特性。通常，所使用的檢測器是氣體電離檢測器，例如Geiger MUller管，或包括閃爍晶體和有機(jī)閃爍體的閃爍器件。Geiger MUller管是本發(fā)明的檢測器探頭的優(yōu)選檢測器，因?yàn)樗鼈兊聂敯粜郧夜ぷ鳒囟鹊姆秶鷮挕z測器探頭可以包括一個(gè)檢測器或超過一個(gè)檢測器，這取決于檢測器探頭的用途。當(dāng)檢測器探頭被用于水平面測量儀或密度探查裝置時(shí)，其通常具有至少4個(gè)檢測器，優(yōu)選至少10個(gè)檢測器。在大容器中使用的密度探查裝置可以需要包括至少20個(gè)檢測器(更有選的至少40個(gè)檢測器，例如大約100個(gè)檢測器)的檢測器探頭，它們分開且優(yōu)選被布置成檢測器的線性陣列。當(dāng)檢測器用在水平面測量儀或密度探查裝置中時(shí)，檢測器的尺寸影響水平面檢測的精度。因此，在使用多于一個(gè)檢測器的情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)檢測器探頭的使用需要選擇檢測器的尺寸和它們的間距。當(dāng)使用檢測器探頭來高精度地尋找水平面(包括在密度分布中)時(shí)，則優(yōu)選彼此緊密相鄰地設(shè)置小檢測器。合適的小Geiger MUller管的直徑為1mm至25mm，更有選地〈20_。檢測器的長度可以為大約25_到>200_。通過把分開的檢測器探頭中的檢測器疊加，可以提高水平面測量儀或密度探查裝置的精度。
[0017]包括檢測器、電路板和可選的支撐件的檢測器探頭優(yōu)選地被保護(hù)層(例如塑料管)包圍。包括全部可選地被保護(hù)層包圍的檢測器、電路板和可選的支撐件的檢測器探頭優(yōu)選地容納在保護(hù)殼體內(nèi)，該保護(hù)殼體優(yōu)選由牢固且堅(jiān)硬的材料形成。殼體由對于要被檢測器探頭的檢測器檢測的輻射充分透明的材料制成，以便執(zhí)行其功能。用于殼體的合適的材料是鈦，其能夠以一定厚度形成得充分堅(jiān)固，在該厚度下保持對伽馬輻射基本透明。在使用時(shí)，檢測器探頭可以放置在汲取管或浸漬管內(nèi)。檢測器探頭還可以包括布置在探頭的檢測器和電子組件以及檢測