數(shù)字質(zhì)量厚度傳感器溫度特性分析 2011-06-12 15:22:02來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

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1　引言
目前的電子儀器設(shè)備，主要由電子元器件、半導(dǎo)體器件等組成。這就存在兩個(gè)問(wèn)題：一是很多元器件，尤其是半導(dǎo)體器件受溫度影響很嚴(yán)重，如Pbs等；二是電子元器件都有一個(gè)溫度限制，其可靠性與溫度成反比，超過(guò)這一限制時(shí)，可靠性和平均無(wú)故障時(shí)間將急劇地降低。研究表明，將儀器的溫度循環(huán)故意超過(guò)20℃，其失效率增加8倍［1］。
可見(jiàn)，對(duì)儀器儀表實(shí)施溫度控制在很多情況下是十分必要的。
在造紙過(guò)程中，檢測(cè)紙張定量、水分、灰分的，位于紙機(jī)烘缸之后，此處溫度很高。對(duì)于生產(chǎn)卷煙紙等的紙機(jī)，其尾部未設(shè)冷缸，到傳感器處，紙張的溫度約為65～75℃，儀表的散熱問(wèn)題十分重要［2］。目前，從造紙過(guò)程控制使用的儀表來(lái)看，進(jìn)口儀表幾乎都采用通水冷卻散熱［3］。國(guó)產(chǎn)儀表幾乎未采取任何散熱措施。通水冷卻，對(duì)水溫有一定要求，同時(shí)存在水管密封難、易出水珠、維修維護(hù)難、造價(jià)高等問(wèn)題，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)不便；國(guó)產(chǎn)儀表，性能和可靠性均難滿足要求［2］。
針對(duì)上述情況，通過(guò)對(duì)現(xiàn)代熱控制技術(shù)的分析研究，我們提出了采用熱管與半導(dǎo)體致冷聯(lián)合散熱控溫方案［4］。
2　數(shù)字質(zhì)量厚度傳感器簡(jiǎn)介
數(shù)字核輻射質(zhì)量厚度傳感器，其基本原理如圖1所示。

圖1　數(shù)字式質(zhì)量厚度傳感器基本結(jié)構(gòu)圖

其基本工作原理為：放射源的射線束輻射到被測(cè)物上，除部分被吸收、部分發(fā)生散射外，穿過(guò)被測(cè)物質(zhì)的β射線，輻射到接收器的閃爍體上，閃爍體產(chǎn)生熒光，熒光光子經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換放大，形成脈沖式電子流，再經(jīng)放大整形及驅(qū)動(dòng)，以脈沖形式送至微機(jī)，微機(jī)對(duì)其計(jì)數(shù)，再通過(guò)計(jì)算，便得出被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量厚度。
用于核光變換的閃爍體，其使用溫度應(yīng)在75—80℃以下，否則將影響精度和使用壽命。光電倍增管對(duì)溫度變化也極其敏感，隨溫度升高，光電倍增管的增益減小、信噪比增大、暗電流增大，這些因素都影響傳感器的靈敏度、穩(wěn)定性等。因此光電倍增管最好保持在常溫下工作。高溫環(huán)境下使用時(shí)，可采用熱管和半導(dǎo)體致冷散熱的控溫技術(shù)，試驗(yàn)證明效果非常好。
3　溫度特性分析
β射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于發(fā)生電離和激發(fā)以及韌致輻射，使低能β很快被吸收。對(duì)β譜的主要部分來(lái)說(shuō)，吸收曲線近似為指數(shù)下降：
　　　　I=I0e-μmxm (1)
式中I0、I分別為穿過(guò)xm厚物質(zhì)前、后的β輻射量，μm為質(zhì)量吸收系數(shù)。
0℃時(shí)，空氣密度為1.2929kg/m3。假設(shè)質(zhì)量厚度測(cè)量?jī)x的氣隙高度為12mm。放射源及接收器直徑為40mm。在0～60℃范圍內(nèi)，溫度每變化10℃，空氣密度平均變化約3.3%，氣隙高度為12mm，其空氣等效定量約為1.2929×12=15.6g/m2，氣隙定量變化為15.6×3.3%=0.515g/m2。
可見(jiàn)，氣隙溫度變化對(duì)測(cè)量?jī)x的精度影響很大，可采用測(cè)溫、軟件補(bǔ)償予以消除。
暗電流及熱噪聲除受管子加工制作及原材料影響外，主要受溫度變化影響，其溫度關(guān)系曲線分別如圖2及3所示。