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密度计说明书

HZ－5301B型微机密度计

使用说明书

天华化工机械及自动化研究设计院检测仪表所地址：

兰州市西固区合水北路3号邮编：

730060

联系人：

王成山电话：

（0931）7318089

一、概述

γ射线密度计依据射线穿过物质时的衰减原理，对密闭容器内的工业物料，如钻井固井用泥浆、压裂浆、沙浆，选矿厂或洗煤厂用浮选液，石油化工产品如各种油脂、醇类、等等以及酸、碱、盐等溶液的密度进行在线式测量，作为浓度计测定溶液或混合物的百分浓度配比，作界面仪检测两相分层介质的界面，与流量计配套作质量流量计等。

也可用于食品、医药等其它领域。

γ射线密度计的测量是非接触式的。

无需在被测设备上开孔、打眼、进行改造，安装十分方便。

也不损伤被测介质。

投入使用以后，基本不需要维护。

特别适用于常规仪表不能使用的场所，如高温、高压、强腐蚀、剧毒、多粉尘等恶劣环境。

HZ－5301B型微机γ射线密度计，采用单片机系统处理信号，适应范围更广泛，线性化更好，测量精度更高，使用更可靠。

标定过程简单、易行。

二、主要技术指标

测量范围：

（ρ满度－ρ零点）≥0.05g/cm3

相对精度：

1％满量程

绝对精度：

0.5mg（最佳测量状态下）

被测管径：

φ70～800mm

环境温度：

－20～60℃（探测器）；0～50℃（主机）

防爆等级：

ExdⅡCT5

输出信号：

4位数码显示密度值或浓度值；光柱模拟指示密度值；

0～10mA或4～20mA标准电流输出；2路继电器越限报警输出。

三、测量原理

γ射线密度计的测量原理是，当γ射线穿过被测物质时，其强度随吸收物质的密度（或浓度）作指数规律的变化：

I=I0e－μρd

式中，I0是经过零点物料后测到的射线信号，

I是经过待测物料后测到的射线信号,

μ是被测物料对射线的质量吸收系数，

ρ是被测物料的密度，

d是射线穿过被测物料的距离。

对于确定的测量对象，I0和μ、d都是不变的常量，因此通过测量I，就可以得到被测物料的密度值ρ。

图1是典型测量方式：

图1

放射源和探测器分别安装在被测管道的两侧（根据不同情况，放射源或探测器也可置于被测设备里面）。

当待测物料密度发生变化时，在探测器一方，到达它的射线强度就会随之变化。

探测器的主要组成部分是闪烁晶体、光电倍增管、高压电路、前放电路。

进入探测器里的γ射线被闪烁晶体接收，将它转换成微弱的闪烁光子，再由光电倍增管将它转换成电流脉冲信号，送给前放电路处理（放大、甄别、整形）。

高压电路负责提供光电倍增管工作所必须的直流高压，范围一般在800-1300V。

探测器出来的电脉冲信号经专用电缆送到主机，由主机进行处理，最后给出对应于密度变化的显示信号或者标准电流输出信号。

它的原理框圈如图2。

图2

四、安装及使用

HZ－5301B型微机γ射线密度计，在安装时，主机安装于仪表室里，探测器部分和放射源部分安装在被测管道的两侧，主机和探测器之间用专用电缆连接，最远传输距离500米。

根据不同的测量密度，以及测量精度的不同，对被测管径有相应的要求。

由于测量所需的放射源与被测介质的密度和被测管径的大小紧密相关，为保证以合适的源强进行测量，一般要求，被测介质的零点密度2<ρ0≤2.5g/cm3时，被测管径（内径）d不宜大于250mm；当2.5<ρ0≤3g/cm3时，d不宜大于200mm。

由于测量精度与被测密度的量程和被测管径的大小有关，为保证测量精度，当测量量程0.05<（ρ满－ρ0）≤0.1g/cm3时，被测管径（内径）应大于300mm；当测量量程0.1<（ρ满－ρ0）≤0.3g/cm3时，d应大于200mm；当测量量程0.3<（ρ满－ρ0）≤0.5g/cm3时，d应大于100mm。

1、主机的安装

仪表的主机有盘装式和壁挂式。

盘装式的盘面开孔尺寸：

139×91mm；外形尺寸：

144（宽）×96（高）×400mm（长）。

前面板布置如图3所示。

图3

其中，数码显示管在测量状态下用来显示密度值，也可以显示浓度值，或者按占全量程的百分比显示。

在标定、检验状态下，数码显示管用来显示各个项序号及其参数值。

四个指示灯中，数码管左侧的两个，当仪表处于测量状态时，测量指示灯亮，当仪表处于标定、检验状态时，标检指示灯亮。

数码管右侧的两个指示灯中，当密度超出上限或低于下限时，越限指示灯亮，当出现标定参数设置错误等故障时，故障指示灯亮（详见附录2）。

底下的一排光柱可按照百分比模拟指示密度值占全量程的大小。

仪表后面板的接线布置如图4所示。

图4

其中标准电流的输出，可通过按键设置为0～10mA或4～20mA。

两报警接点，可定为常开，根据需要也可定为常闭。

连向探测器的六个端子中，+15V、－15V供给探测器的工作电源，GY控制探测器中的高压高低，CK是将探测器中的高压经分压后反馈回来，用来监测和调控高压，X是从探测器里传输来的测量信号。

壁挂式的外形尺寸：

220（宽）×320（高）×110mm（厚）。

如图5所示。

图5：

壁挂式主机外形尺寸图

2、探测器与放射源的安装

多数情况下，密度计的探测器和放射源安装在管道的外部进行测量（如图6所示）。

图6密度计放射源与探测器的安装示意

管道安装时，要保证管道的测量部位始终充满物料，安装部位长度应不小于800mm。

放射源和探测器最好安装在垂直或斜向的管道段上，并要求管道里面的物料自下往上流。

若不能满足这样的条件，则需要对管道进行走向改造。

当管径太细时，需要对管道进行扩径（如图7所示）。

图7扩大了管径的安装示意

在管道上安装时，仪表配有安装用附件：

用两段槽钢，内缘切成弧状（与管道外缘匹配），用4根穿心螺栓将其夹紧在被测管道上，放射源和探测器依附于此附件装在被测管道的两侧。

如果是直径超过1米的管道或反应釜之类直径较大的容器，则需要视具体情况，将放射源通过盲管放在容器内部，探测器安装于被测容器外部进行测量，安装方式要视设备情况而定。

放射源封装于密闭的铅容器内，容器上带有开关装置，测量时将开关打在“开”的位置；在运输、拆装或设备需要检修时，将开关打在“关”的位置，放射源便处在完全的密封状态下。

探测器外形如图8所示。

探测器防爆等级为：

ExdⅡCT5。

图8探测器外形示意

探测器内部结构如图9所示。

图9探测器内部结构剖面示意图

1：

橡胶垫圈2：

晶体3：

晶体罩

4：

光电倍增管5：

光电倍增管外筒6：

分压器

7：

前放、高压板8：

接线柱9：

紧固螺钉

10：

探测器盖11：

密封橡胶垫12：

金属垫片

13：

专用电缆14：

电缆压紧螺母

说明：

晶体和光电倍增管为易碎品，发货时单独包装，需到现场再安装。

安装时晶体的玻璃面应朝向光电倍增管；正常的光电倍增管端面为茶褐色，安装时应与晶体的玻璃面紧密接触。

探测器与主机之间用六芯屏蔽电缆连接，电缆外径为8-10mm。

探测器接线时，打开探测器盖，将电缆按图１0所示的顺序穿入接线腔，在接线腔，电缆不要伸出太长，以免接线腔放不下。

屏蔽层处理好，使其不要碰到接线柱。

电缆穿入后，按顺序装入密封垫，拧紧压紧螺母，保证探测器完全密封。

必要时，除用上述方法外，还应采取一些别的措施密封探测器盖。

图１0：

　电缆引入顺序

探测器和主机之间的接线如图11所示。

图11主机与探测器之间接线图

3、控制回路接线

本仪表标准电流信号输出为有源输出，因此在仪表电流输出与计算机或PLC等外接设备连接时，要求外接设备的输入端口为无源输入。

详细控制回路接线如图12所示。

图12

本仪表一经设置与标定（具体的设置与标定方法见附录1），便可投入使用。

正常使用过程中，若遇断电情况，再送电时仪表可自动进入工作状态，无须人为干预。

主机部分标定设置的参数给定以后，不得随意乱动，以免造成系统不能正常工作。

探测器里的光电倍增管及闪烁晶体，属贵重精密器件，安装拆卸时要轻拿轻放。

正常使用时要避免人为撞击探测器，防止重物掉落其上。

因检修需要打开探测器时，必须先关断电源。

本仪表内置射源衰减补偿功能，可以自动修正由于放射源衰减引起的测量误差；具有零点跟踪功能，可以自动消除被测容器（管道）内由于沉积、挂壁而引起的测量误差。

五、放射源的安全使用

1、本仪表使用的放射源，出厂前经相关职能管理部门检测，容器表面及对周围环境的辐射剂量，符合国家规定的安全标准。

2、用户购进含放射性同位素的仪表时，应事先向环保局办理准购批件；并需向环保部门和公安部门分别办理放射性卫生许可证和放射工作登记证。

3、放射源的使用应遵照国标GB4792－84及国务院八九年十月发布的《放射性同位素与射线装置放射防护条例》的有关规定。

4、放射源应设有专职人员管理，严格收发手续，防止差错和丢失事故。

5、废弃不用的放射源，应由专门机构进行处理，用户不得随意处置或者丢弃。

六、订货

1、订货时，用户须填写《HZ－5301B型微机密度计应用条件咨询单》中所列的各项条件（见附录3），以便厂家进行放射源设计和专用电缆的配备。

2、本仪表全套部件包括：

放射源及其屏蔽容器，探测器，主机，专用电缆。

用户可全套定货，也可定购单个部件或零配件。

附录1、设置与标定

拉出表芯，在主电路板上，有四个按键，分别是MOD键、CRW键、INC键、DEC键，位置如图12所示。

图12

MOD键：

仪表共有两个状态：

测量态和标定、检验态。

MOD键用作这两个状态之间的转换。

将仪表置为测量状态时，4位数码管显示测到的密度值，此状态时无需进行按键操作。

当置为标定、检验状态时，可通过CRW键（检查、读、写）、INC键（增加）、DEC键（减小）的配合使用，对各项序号下的参数值进行写入、读出和检查。

操作时，各个项序号及其参数值都通过面板上的4位数码管显示。

CRW键：

用作各项号下参数值的写入、读出和检查。

刚进入标定、检验状态时，4位数码管的前两位，会显示出项序号10，后两位灭灯。

通过压INC键，可使项序号依次增加。

在选定的项序号下，若要观察该项号下的参数值，压一下CRW键，4位数码管就会显示出该参数值，供用户“读出和检查”，若该参数值不需改动，或者是检查完毕，可再压一下CRW键，返回项序号的显示；若需要改动该参数值，可压INC键增大其值或DEC键减小其值，然后再压CRW键返回项序号的显示。

改动后的参数值会取代原来的数值“写入”E2ROM中去，作为今后新的参数值。

返回项序号的显示以后，压INC键增加、或压DEC键减小，到达别的项序号下，再压CRW键，去“读出和检查”或“写入”别的项序号下的有关参数值，操作步骤同上。

INC键和DEC键：

用于配合CRW键选择项序号值或调整参数值。

INC键每压一次，数值增加一，连续压住超过8秒，则数值快速增加；DEC键每压一次，数值减小一，连续压住超过8秒，则数值快速减小。

压住INC键或DEC键，同时再压MOD键时，数值会从高位增加或减少，这样操作会使数值的变化更快一些。

下面所列的是用户可用到的各项号的含义（正体字所写的项号为必须设置或观察的内容；斜体字所写项号的内容，出厂前一般已设好，不要求在现场再行设置，或其显示值仅供参考）：

10：

探测到的脉冲计数率。

20：

指示灯、光柱灯、4位数码管检查。

在此项号下，依次对数码管、4个指示灯、光柱（从左到右）等器件本身的状态好坏进行检查，每压一下INC键，即多亮一位；或压一下DEC键，即少亮一位。

据此检查各光柱灯、指示灯及数码管的各个笔划能否正常发亮。

21：

继电器1、2“吸合/释放”检查。

在此项号下，最右边的数码管可分别给出0，1，2三个显示数字，显示0表示1、2两个继电器全释放，显示1表示仅继电器1吸合，显示2表示仅继电器2吸合。

通过按INC键和DEC键，可分别检查继电器1、2吸合、释放是否正常。

22：

复位。

显示此项序号时，只要再按CRW键，即启动了看门狗电路。

这时4位数码管全亮，若看门狗电路正常，数秒钟后，自动复位，回到标定、自检的初始状态，显示项序号10。

30：

输出信号选档。

通过压INC或DEC键，显示为0时，输出0～10mA信号，显示为1时，输出4～20mA信号。

31：

电流输出零点、满度值设置。

进入此项号时，最左边数码管的底下一笔闪亮一下，此标志表示，该参数是输出信号的零点值，可压INC键或DEC键重新设置；然后压一下CRW键，则最左边数码管的顶上一笔闪亮一下，此标志表示，该参数是输出信号的满度值，压INC键或DEC键重新设置。

最后再压CRW键，返回项序号显示状态。

输出信号零点值和满度值的设置可任意指定。

32：

输出信号验证。

在此项号下，可分别输出并显示0mA、4mA、8mA、12mA、16mA、20mA六个固定值的电流信号，靠压INC键和DEC键切换。

可通过实测输出电流信号，和显示的值比较，以便校准。

也可供用户进行相关的控制调节。

40：

实时钟显示。

进入此项号时，会自动依次显示年，月、日，星期（0代表星期日，1～6分别代表星期一～六），时、分，最后保持显示时、分。

此时若压INC键，则显示分、秒；再压DEC键，又显示时、分。

压CRW键，可返回项序号的显示。

41：

时钟校准。

进入此项号时，先显示年，可压INC和DEC键进行修改；然后压一下CRW键，显示月、日，此时压DEC键使月值减少（1往下减变为12），压INC键使日值增加（31往上增变为1）；然后压CRW键，显示星期，可压INC键和DEC键修改；再压CRW显示时、分，此时压DEC键使时值减小，压INC键使分值增加。

最后再压CRW键，返回项序号的显示。

42：

自动校正日偏差值设置。

对于本仪表的计时和标准时间之间的误差，可通过此项号下的偏差值设置，每日自动修正。

偏差值可在±59秒的范围内设定。

50：

时间常数t值选择。

范围为1～512秒。

51：

测量对象显示形式选择。

根据用户需求，可将测量对象用三种形式显示。

进入此项号下，最右边的数码管分别给出0、1、2三个数字。

为0时，标志测量态下按1位整数、3位小数显示，显示范围：

0.000～9.999；32、52、53、54、60以后各标定项，设置参数时的范围为0.000～9.999（适合于密度值标定）。

为1时，标志测量态下保留1位小数显示，显示范围：

0.0～199.9；32、52、53、54、60以后各标定项，设置参数时的范围为0.00～199.9（适合于浓度值、百分比标定）。

为2时，标志测量态下保留2位小数显示，显示范围：

0.00～99.99，当显示值≥100时，只保留一位小数，范围为100.0～199.9；32、52、53、54、60以后各标定项，设置参数时的范围为0.00～199.9（适合于浓度值、百分比标定）。

压INC键和DEC键可在三者之间进行切换。

52：

光柱零点、满度值设置。

在该项号下，可设置面板上指示光柱的零点值和满度值。

设置方法同项号32。

光柱的零点值及满度值可任意指定。

53：

继电器1报警动作值下限、上限设置。

进入此项号时，最左边数码管的底下一笔亮，可压INC键和DEC健进行继电器1报警下限值的设置；最左边数码管的顶上一笔亮，可进行其报警上限值的设置。

当只需要设置为欠下限报警时，可将其上限值设置为量程满度值；当只需要设置为超上限报警时，可将其下限值设置为量程零点值。

54：

继电器2报警动作值下限、上限设置。

设置方法同53项。

继电器1与2可任意选择其一使用；也可设置为分层次（例如最佳控制范围和安全控制范围）报警方式。

55、零点跟踪参数设置。

在此项号下，压CRW键，右三位数码管显示设置的跟踪时间，单位为秒，范围为0～999，可压INC键和DEC键进行选择。

再压CRW键，右两位数码管显示与零点跟踪有关的参数δ，前面带一“－”号，范围为0～99，压INC键和DEC键进行选择。

零点跟踪的含义是：

在给定的设置时间内，当测到的计数率无一例外，都大于原零点值n0与δ的差时，零点跟踪有效（一旦跟踪有效，则可在项序号55下，第三次压CRW键时，显示出零点跟踪值）。

60：

61：

·多点标定参数。

设置方法见后面例举。

·

99

进行完有关参数的检查或设置以后，要按一下MOD键，返回测量状态，才可进行密度的正常测量。

下面以一个三点式标定（零点、中间某一给定密度值、满度）为例，说明标定过程的操作步骤：

1）、压MOD键，使仪表进入标定、检验状态，显示项序号10。

2）、压CRW键，使4位数码管显示测量到的计数率值ni。

此时要求工艺配合，使被测管道内充满密度零点的物料，记下此时的若干个计数率n零i，取其平均值n零i，记录下来；再使被测管道内充满给定密度值的物料，记下此时的若干个记数率n1i，取其平均值n1i，记录下来。

再使被测管道内充满密度满度的物料，记下此时的若干个记数率n满i，取其平均值n满i，记录下来。

3）、压INC键，使项序号显示60（此项序号对应零点标定值）。

压CRW键，此时4位数码管的显示值为整数，提示此显示内容为计数率值（下同）。

通过压INC健和DEC键，将显示值设定为2）中记录的n零i，再压CRW键，此时4位数码管的显示值有小数，提示此显示内容为物料密度（或浓度、百分比），通过INC键和DEC键，设置物料测量零点的密度值。

再压CRW健，返回项序号60，则零点参数标定完毕。

4）、压INC健，显示项序号61。

压CRW键，4位数码管的显示值为整数，压INC键和DEC键，将显示值设置为2）中记录的n1i。

再压CRW健，4位数码管的显示值有小数，压INC键和DEC键，设置给定的物料密度值。

再压CRW健，退回项序号61。

5）、压INC键，显示项序号62（对于三点标定情形，此项序号对应满度标定值）。

压CRW键，4位数码管的显示值为整数，压INC键和DEC键，将显示值设置为2）中记录的n满i，再压CRW键，此时4位数码管的显示值有小数，压INC键和DEC键，设置物料测量满度的密度值。

再压CRW健，返回项序号62。

6）、压INC键，显示项序号63（对于三点标定情形，此项序号对应标定结束标志）。

压CRW键，4位数码管的显示值为整数，压DEC键，将显示值设置为0000，标志着标定结束。

压CRW健，返回项序号63。

结束标定，压MOD键，到测量态。

这样，全部测量范围内的物料密度变化将通过面板上的4位数码管显示出来，并输出相应的标准电流信号。

更多点数的标定，只是将零点和满度中间的多个标定点，按照ρI由小到大的顺序，依次放在上例中第3）步之后，项序号也依次增加。

上例中第5）、第6）两个步骤相应顺延，到其对应的项序号下标定。

标定完毕后，应将各个标定点ρi对应的ni记录下来，以便下次标定时或检查仪表工作状况时用。

附录2、一般故障判断

仪表在正常使用过程当中，若出现故障，首先应该判断故障出在哪一部分，然后有针对性地进行替换或修理。

首先应该用万用表检查电源板供给主、辅电路板的直流工作电源是否正常，主电路板为+5V一路，辅助电路板为±15V和+5V三路（主电路板的“地”与大地绝缘，辅助电路板的“地”与大地连通）。

在电源正常的基础上，再进行以下内容的检查。

l）、用万用表测量主机后面板端子上CK、GY对GND的电压，正常的CK值在5.0～6.0V之间，GY值在9.0～12.0V之间。

据此可以判断探测器的工作高压值是否正常。

2）、检查项号10下的内容，看是否有计数率显示。

若上述两项检查有误，可认为故障出在探测器部分或者电缆部分。

若上两项检查都正常，则认为故障出在主机部分，可对附录1中所列其它项号下的内容进行针对性检查，看有关参数值是否出现异常，或者对可能的故障现象进行判断。

由标定、检验态刚进入测量态时，若显示板上的故障指示灯亮，最右边的数码管会显示出0～4五个故障标记中的一个。

显示为0，表明己存放的标定参数出错；显示为1，表明光柱、电流输出的零点、满度值，或者是继电器1、2的下限、上限值设置不完全；显示为2，表明标定参数ni及ρi的设置不完全；若显示为4，表明计算值超出了允许的范围。

出现上述故障之一，都需要进入标定、检验态，将有关参数重新设置一遍，使其完备。

如果不属上述软故障，则应考虑更换相应备件。

附录3、HZ－5301B型微机密度计应用条件咨询单

------以下内容请认真核实，仔细填写，以便进行针对性设计

被测物料

名称

密度零点（g/cm3）

密度满度（g/cm3）

物理状态（液态、固态、粘度、腐蚀性等）

温度

压力

被测管道

内径（mm）

壁厚（mm）

材质及密度

被测管道

保温层

厚度（mm）

材质及密度

输出信号（0～10mA或4～20mA）

测量现场与二次表距离（所需电缆）（m）

填表人（签字）

使用单位

（盖章）

备

注