用于密度或水平面测量的辐射检测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于测量材料(特别是流体)的水平面的装置，可选地用于计算混合流体系统的密度分布。
【背景技术】
[0002]在W02000/022387中已经描述了密度探查器。该设备包括向布置成一个或多个线性阵列的检测器发射辐射的电离辐射源的线性阵列。当源阵列和一个或多个检测器阵列被布置成使得它们穿过容器中两种或更多种流体之间的界面时，能够根据阵列中各个检测器接收到的辐射的差别识别流体的界面。该设备已经成功地被部署用于储罐和油分离器中。探查设备的一个期望特征是其紧凑的直径，从而允许探查设备通过标准接入端口安装到容器中。在一些情况下，希望进一步减小探查设备的截面，从而能够在端口尺寸或端口周围空间使得安装变得特别困难的情况下进行安装。另外，检测器阵列尺寸的减小允许使用更厚的浸渍管或更厚的绝缘材料。因此，本发明的一个目的是提供一种与已知设备相比检测器阵列相对较小的密度探查器。
【发明内容】
[0003]根据本发明，我们提供了一种用于核装置中的检测器探头，包括安装在电路板上的辐射检测器阵列，其特征在于，所述电路板包括至少两个部分，各个部分与所述阵列的纵轴基本平行地对齐，并且各个部分处于不同的面中。
[0004]根据本发明，我们提供了一种用于测量容器内的一种或多种材料相的密度或水平面的核装置，包括:
[0005](a)电离辐射源的阵列，
[0006](b)至少一个用于检测电离辐射的检测器探头，包括安装在电路板上的辐射检测器的阵列，
[0007](c)电源，以及电子装置，所述电子装置包括控制单元以及信号和数据处理装置，所述信号和数据处理装置使用由检测器响应于从辐射源接收到的辐射而产生的信号来计算材料相的密度分布；电源和电子装置被容纳在外壳中，所述外壳邻近于所述检测器探头而被支撑和安装，
[0008]其特征在于，所述电路板包括至少两个部分，各个部分与所述阵列的纵轴基本平行地对齐，并且各个部分彼此处在不同的面中。
[0009]检测器探头中存在至少两个供电电路，以向检测器提供电力，从而使得控制信号从控制单元传递至检测器，以及把数据信号从检测器携带至信号处理器和数据处理器。供电电路位于电路板(优选为印刷电路板)上。电路板包括至少两个部分，它们可以分开或者沿其长度的至少一部分结合在一起。当电路板结合时，它们可以形成一个角度，例如在大约30度和大约150度之间。在优选的形式中，电路板的各个部分没有沿着它们的整个长度结合。优选地，电路板不是沿着它们长度的任何部分而结合的。更优选地，电路板彼此分开，可选地由一个或多个辐射检测器分开。优选地，两个或更多个电路板部分之间安装有一个或多个辐射检测器。
[0010]优选地，检测器探头是本质安全的。“本质安全”是电子设备领域的标准术语。本质安全的装置打算用于爆炸性或潜在爆炸性的气氛中。在本质安全的电子设备中，电路本身不能引起周围爆炸性气氛的爆炸。本质安全装置指其中所有电路都是本质安全电路的电子设备。本质安全电路是其中在包括正常操作的条件和指定的错误条件下产生的任何火花或任何热效应都不能点燃给定爆炸性气氛的电路。组件的设计和选择以及应用于这种设备的测试标准都由国家和国际标准管理，例如BS EN 60079-11:2012及其相关章节，包括章节O关于在爆炸性气氛中使用的电子设备的总体要求。
[0011]优选地，检测器探头至少遵守该标准的保护水平ib，即被设计为在正常操作以及应用给出最繁重条件的非计数故障的情况下；以及在正常操作以及应用一个计数故障加上应用给出最繁重条件的非计数故障(如BS EN 60079-11:2012第5.3节定义)的情况下在爆炸性气氛中安全使用。计数故障和非计数故障在BS EN 60079011:2012第3.7段定义。最优选地，检测器探头遵守该标准的保护水平ia，即被设计为当电路包含两个计数故障时能够在爆炸性气氛中安全地使用，如BS EN 60079-11:2012第5.2节定义的那样。这种保护是通过使用各种组件和构造方法来实现的，例如该构造方法包括电路部件的间隔为最小间隔距离(如BS EN 60079-11:2012第6.3节“间隔距离”所述)。实现本质安全所需的最小间隔距离影响尺寸，特别是电路板各部分的最小宽度。总的来说，优选电路板尽可能地窄，给出电路设计的限制的目的是检测器探头能够具有尽可能小的截面。但是，总体而言，辐射检测器自身具有特定的直径，提供比辐射检测器的直径更窄的电路板的部分几乎不会得到有益效果。在一个优选的实施例中辐射检测器的直径为15-20mm。优选地，每个电路板的最大宽度不超过40mm，特别地不超过30mm。每个电路板的厚度优选为lmm-3mm。
[0012]电路板的每个部分上可以安装有不同的电子组件和连接。不同类型的组件可以被分组，使得电路板的各个部分载有彼此不同的组件的集合。一个这种部分可以被配置为处理进出检测器的控制信号以及测量信号，而其它部分可以被配置为向检测器提供电力。例如，电路板的一个部分可以载有用于向辐射检测器提供电力的一条或多条高压线缆。电路板的另一部分可以载有在检测器和控制单元和/或信号处理单元之间的低压控制信号和/或数据信号。在与载有低压(〈50V)电路的部分不同的电路板的一个部分上提供高压O50V)电路，有利于探头的设计符合本质安全所需的标准，因为可以达到实现本质安全的标准所规定的电路的最小间隔。
[0013]电路板的各个部分可以通过使用电绝缘材料而彼此电绝缘、与辐射检测器电绝缘、和/或与检测器探头的其它组件电绝缘。检测器探头还可以包括热绝缘件。当设置有热管、加热器或其它热设备来调节检测器探头的温度时，可以在这种设备和检测器探头的需要被该设备加热或冷却的部件之间设置导热材料。例如，当检测器探头易于受到低于电气和/或检测器的最优工作范围的温度的影响时，可以在检测器探头中设置热源(例如电伴随加热)。材料(例如由Bergquist公司提供的Sil-Pad?范围的材料)是导热且电绝缘的，并且可以在检测器探头中使用。
[0014]在本发明的一个优选实施例中，检测器探头还包括伸长的支撑结构，该支撑结构沿着检测器阵列的长度的至少一部分延伸，从而向检测器探头提供额外的强度和硬度。在本发明的一种形式中，伸长的支撑结构包括用作支撑件的杆或盘，优选由例如金属或强化树脂的刚性材料形成。伸长的支撑件优选沿着电路板的至少一个部分的大部分长度延伸。更优选地，伸长的支撑件沿着电路板的至少一个部分的基本上整个长度延伸，使得沿着该电路板部分的基本上整个长度支撑该电路板部分。检测器和电路板优选安装在该支撑件上。当在密度探查设备或辐射源的阵列和检测器探头之间的正确对准影响设备的准确性的设备中使用检测器探头时，该支撑件优选地由膨胀系数与支撑源阵列的辐射源的材料相同的材料形成。以这种方式，检测器阵列响应于其温度变化产生的膨胀和收缩与源阵列的膨胀或收缩一致，使得源和检测器即使遇到温度变化也能保持对准。在该实施例的一种可替换形式中，伸长的结构包括功能设备，例如管路或热管。如果设置管路来承载线缆，则该管路可以被用来形成检测器阵列的支撑结构。
[0015]热管用于把检测器探头的温度维持在期望范围内。在周围温度会超过辐射检测器或其相关联的电气装置的推荐工作温度的情况下使用检测器探头的环境中，这是期望的。设置热管使得热量能够从检测器阵列的较热的部分传导到更冷的位置。可以操作热管以把热量从检测器周围的空间中移除。在本发明的一个实施例中，检测器被安装成与热管热接触。在该实施例中，检测器可以被物理地支撑在热管上，例如使用粘合剂、带、夹具、线缆带或其它连接器的方式。当检测器与热管直接热接触地安装时，能够有效地从检测器移除热量。在本实施例中，检测器优选通过既导热又电绝缘的材料的方式与热管电隔离。这种材料包括油脂、云母和例如Si Ι-Pad?范围的材料的复合材料。电路板的分开的部分可以在检测器和支撑件的外部径向地安装。按照这种方式，可以布置电路板组件，使得它们被支撑件、绝缘件和检测器最大程度地物理上分开。
[0016]检测器探头包括至少一个检测器，用于检测由辐射源发射的电离辐射。所使用的检测器类型可以由熟悉核装置工程的人员选择，考虑到要检测的辐射的性质、要使用检测器的条件，以及要测量的辐射的特性。通常，所使用的检测器是气体电离检测器，例如Geiger MUller管，或包括闪烁晶体和有机闪烁体的闪烁器件。Geiger MUller管是本发明的检测器探头的优选检测器，因为它们的鲁棒性且工作温度的范围宽。检测器探头可以包括一个检测器或超过一个检测器，这取决于检测器探头的用途。当检测器探头被用于水平面测量仪或密度探查装置时，其通常具有至少4个检测器，优选至少10个检测器。在大容器中使用的密度探查装置可以需要包括至少20个检测器(更有选的至少40个检测器，例如大约100个检测器)的检测器探头，它们分开且优选被布置成检测器的线性阵列。当检测器用在水平面测量仪或密度探查装置中时，检测器的尺寸影响水平面检测的精度。因此，在使用多于一个检测器的情况下，根据设计检测器探头的使用需要选择检测器的尺寸和它们的间距。当使用检测器探头来高精度地寻找水平面(包括在密度分布中)时，则优选彼此紧密相邻地设置小检测器。合适的小Geiger MUller管的直径为1mm至25mm，更有选地〈20_。检测器的长度可以为大约25_到>200_。通过把分开的检测器探头中的检测器叠加，可以提高水平面测量仪或密度探查装置的精度。
[0017]包括检测器、电路板和可选的支撑件的检测器探头优选地被保护层(例如塑料管)包围。包括全部可选地被保护层包围的检测器、电路板和可选的支撑件的检测器探头优选地容纳在保护壳体内，该保护壳体优选由牢固且坚硬的材料形成。壳体由对于要被检测器探头的检测器检测的辐射充分透明的材料制成，以便执行其功能。用于壳体的合适的材料是钛，其能够以一定厚度形成得充分坚固，在该厚度下保持对伽马辐射基本透明。在使用时，检测器探头可以放置在汲取管或浸渍管内。检测器探头还可以包括布置在探头的检测器和电子组件以及检测