专利名称：实验室用快速检测卤水中钾浓度的仪表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钾浓度的检测仪表及检测方法，具体说涉及一种实验室用 快速检测卤水中钾浓度的仪表。
背景技术：
在盐湖卤水生产钾肥的过程中，首先需要对浓缩池中的湖水日晒蒸发浓缩为钾 浓度在一定范围内的卤水，因此能够对浓缩池中的卤水的钾浓度进行定期或不定期检 测，对提高生产效率，节约能耗具有重要的意义。另外，从海水中提取淡化水后，剩余部分盐分浓度增加，被称之为“浓盐 水”。目前1万立方米的海水可以产出5千立方米的淡化水，剩余浓盐水含盐量比普通 海水要高出一倍。浓盐水经再提炼可用于生产原盐使用，剩余的卤水部分还可再用于提 取钾、镁等元素，而这些成分可以作为化学肥料的原料应用于农业。目前我国仅青岛一 市，2010年海水淡化的规模就达到每天18万至20万立方米，到2020年海水淡化规模将 达到每天35万至40万立方米。因此，对卤水开发利用过程中的卤水钾浓度进行检测，有着重要的意义。目前 常规的做法是将生产工艺过程中的卤水取样带回实验室，通过各种手段来检测其中的钾 浓度。实验室检测水中钾元素浓度的方法，常用的几种分别为火焰发射光度法、原 子吸收分光光度法、离子色谱法、离子选择电极法等。但是这些方法在操作上都极为繁 琐复杂，耗时也比较长。
发明内容针对现有卤水中钾浓度的仪表存在的缺陷，本实用新型提供一种检测速度快、 检测精度高的检测卤水中钾浓度的仪表。解决上述技术问题所采取的具体技术措施是一种实验室用快速检测卤水中钾 浓度的仪表，其特征是仪表的支架(3)上装有开有方形孔的托盘(4)，在托盘(4)方形 孔一侧置有第一压力传感器(5)，在托盘(4)方形孔另一侧置有第二压力传感器(6)，在 第一压力传感器(5)和第二压力传感器(6)上置有试样容器(1)，试样容器(1)上制有中 空把手(2)，试样容器(1)下部成小方桶状部分则穿过托盘(4)的开孔，在托盘(4)的下 面，置有五个复合探测器，分别为第一复合探测器(8)、第二复合探测器(9)、第三复 合探测器(10)、第四复合探测器(11)、第五复合探测器(12)，复合探测器分别对着试样 容器(1)放置在托盘(4)上时伸进并露出在托盘(4)的下方部分的前、后、左、右的四 个面以及下底面，复合探测器的结构是复合探测器的外壳(21)装有塑料闪烁体(22)、 NaI(Tl)晶体(23)、光电倍增管(24)及探测器电路(25)，在塑料闪烁体(22)的前端覆有 铝膜(26)；在支架(3)上置有压力传感器处理电路(7)，复合探测器及压力传感器处理电 路的信号输出端用屏蔽电缆连接主机(13)。[0008]本实用新型的有益效果由于自然界中存在着大量的高能宇宙射线以及环境辐 射本底，这些都会对单独的Y射线或β射线检测带来干扰，影响测量精度。而本实用新型则采用一定厚度的铅板对NaI (Tl)晶体进行屏蔽，使得NaI (Tl)晶 体接收到的Y射线主要来自探测腔体前方的卤水，减少了宇宙高能射线以及环境辐射本 底对测量的影响。铝膜的作用是将α射线屏蔽掉。而塑料闪烁体对Y射线不敏感，5mm的厚度 足以吸收掉最高能量为1.33MeV的连续能谱β射线的99%，并且几乎对能量为1.46MeV 的、射线不起作用。而NaI(Tl)晶体对、射线则同时具有较高的吸收效率和较好的能 量分辨率。在设计上已经尽可能的避免了 β射线与Y射线对测量的相互之间的干扰。

图1是本实用新型仪表结构示意图。图2是图1的A-A视图。图3是复合探测器结构示意图。图中1试样容器；2把手；3支架；4托盘；5第一压力传感器；6第二压力传 感器；7压力传感器信号处理电路；8第一复合探测器；9第二复合探测器；10第三复合 探测器；11第四复合探测器；12第五复合探测器；13主机；21外壳；22塑料闪烁体； 23NaI(Tl)晶体；24光电倍增管；25探测器电路；26铝膜。
具体实施方式
结合附图详细说明本实用新型的仪表结构。目前，金属钾已发现的同位素从K-32到K-55 —共有25种同位素，但是在自然 条件下存在的钾，有三种同位素，分别是K-39、K-40、K-41。其中K-39和K-41为稳 定性同位素，不具有放射性。而K-40则是非稳定性同位素，能够通过衰变放射出最高能 量为1.33MeV的连续能谱β射线和能量为1.46MeV的、射线。而K_40在天然钾中的 丰度为0.012%，是一个恒定的量。这样我们可以通过测量卤水中的Κ-40的多少，进而 推断出卤水中钾元素的浓度。本实用新型的一种实验室用快速检测卤水中钾浓度的仪表，如图1、图2所示， 试样容器1制成横截面积上大下小的四方桶状，并在上端制有一中空的把手2，当卤水 被注入试样容器1内后，液面升到把手位置后，再多的卤水便会从把手的中空孔洞溢流 出，保证试样容器1内所能盛装的卤水的最大体积是一定的。仪表的支架3上装有开有方形孔的托盘4，托盘所开的方形孔的尺寸正好是容器 1下部的外尺寸，在托盘的方形孔的边缘装有第一压力传感器5和第二压力传感器6。当 容器1放置在托盘4上时，下部刚好可以从方形孔中穿过，容器1上部与下部由于尺寸变 化而形成的小平台刚好压在第一压力传感器5和第二压力传感器6之上。在仪表支架上 固定有压力传感器信号处理电路7。第一压力传感器5和第二压力传感器6输出的是电压信号，其电压伏值与所承受 的压力成正比。压力传感器信号处理电路7通过常规的电压/频率变换电路，分别将第 一压力传感器5和第二压力传感器6输出的电压信号转化为频率与电压成正比关系的脉冲信号，并分别进行累计计数，传输给仪表主机13。在托盘的下面，置有五个复合探测器，分别为第一复合探测器8、第二复合 探测器9、第三复合探测器10、第四复合探测器11、第五复合探测器12。这五个复合探 测器分别对着试样容器1放置在托盘上之后在托盘的下方露出部分的前、后、左、右的 四个面以及下底面。复合探测器的结构如图3所示复合探测器的外壳21为一定厚度的铅制圆筒，目的是为了对环境本底及高能宇 宙射线进行屏蔽。在铅制圆筒的内部，装有塑料闪烁体22、NaI(Tl)晶体23、光电倍增 管24及探测器电路25。在塑料闪烁体22的前端覆有厚度为0.02mm的铝膜26。塑料闪烁体22的厚度 是5mm，在塑料闪烁体22的后端是厚度为5cm的NaI(Tl)晶体23，在NaI(Tl)晶体23 的后端是光电倍增管24，在塑料闪烁体22与NaI(Tl)晶体23之间涂有光学硅油并紧密 接触，在NaI(Tl)晶体23和光电倍增管24之间涂有光学硅油并紧密接触。在塑料闪烁 体22、NaI(Tl)晶体23及光电倍增管24的外部，依照常规方式，由内到外依次包裹有镜 面反光(或白色漫反射)薄膜以及黑色遮光薄膜。在光电倍增管24的后端是探测器电路 25。探测器电路的作用是为光电倍增管提供工作高压以及对光电倍增管输出的信号进行 处理。铝膜的作用是将α射线屏蔽掉。而塑料闪烁体对Y射线不敏感，5mm的厚度 足以吸收掉最高能量为1.33MeV的连续能谱β射线的99%，并且几乎对能量为1.46MeV 的、射线不起作用。而NaI(Tl)晶体对、射线则同时具有较高的吸收效率和较好的能 量分辨率。以上设计保证了复合探测器内，塑料闪烁体主要吸收卤水中K-40辐射的β 射线，NaI(Tl)晶体主要吸收吸收卤水中Κ-40辐射的、射线。塑料闪烁体的发光衰减时间为1 3ns，发光光谱主峰位为423nm ； NaI(Tl)晶 体的发光衰减时间为230ns，发光光谱主峰位为420nm。由于塑料闪烁体和NaI (Tl)晶体 的发光衰减时间差二个数量级，因此可以用一个脉冲形状甄别电路，分辨出该信号对应 的是塑料闪烁体产生的还是NaI(Tl)晶体产生的，同时也能够从对应NaI(Tl)晶体产生的 信号中甄别出哪些对应着由1.46MeV的Y射线作用在NaI (Tl)晶体产生的。探测器电路将对应塑料闪烁体的信号以及1.46MeV的、射线作用在NaI(Tl)晶 体产生的信号分别累计，传输给仪表主机。该探测器电路，可以由行业内人士根据需要 实现的相应功能以及常规的核电子学技术实现具体设计。使用上述实验室用快速检测卤水中钾浓度的仪表的检测方法使用器皿舀取卤水样品，倒入试样容器1内。当倒入的卤水样品的量达到一定 的程度后，开始从把手2中的中空孔洞溢流排走多余的卤水样品。可以通过任意的装置 在把手2的下方盛接，但是该装置不得与把手2相接触，保证试样容器1除与第一压力传 感器5和第二压力传感器6接触外，不与其它任何支撑物接触。当有卤水样品从把手2的中空孔洞中溢流出后，可以操作仪表主机13开始测量。仪表主机通过给第一压力传感器5、第二压力传感器6、压力传感器信号处理电 路7、第一复合探测器8、第二复合探测器9、第三复合探测器10、第四复合探测器11、第五复合探测器12提供电源的方式，使得仪表开始工作。当预先设定的测量时间到后，仪表主机13向压力传感器信号处理电路7、第一 复合探测器8、第二复合探测器9、第三复合探测器10、第四复合探测器11、第五复合探 测器12发出停止测量的命令；压力传感器信号处理电路7将累计的对应第一压力传感器5所承受压力的计数Tl 及对应第二压力传感器6所承受压力的计数T2传输给仪表主机；第一复合探测器8将电路所累计的对应塑料闪烁体接收β射线数量的计数Nl及 对应NaI (Tl)晶体接收到1.46MeVY射线数量的计数Ml传输到仪表主机；第二复合探测器9将电路所累计的对应塑料闪烁体接收β射线数量的计数Ν2及 对应NaI (Tl)晶体接收到1.46MeVY射线数量的计数M2传输到仪表主机；第三复合探测器10将电路所累计的对应塑料闪烁体接收β射线数量的计数Ν3 及对应NaI (Tl)晶体接收到1.46MeVY射线数量的计数M3传输到仪表主机；第四复合探测器11将电路所累计的对应塑料闪烁体接收β射线数量的计数Ν4 及对应NaI (Tl)晶体接收到1.46MeVY射线数量的计数M4传输到仪表主机；第五复合探测器12将电路所累计的对应塑料闪烁体接收β射线数量的计数Ν5 及对应NaI (Tl)晶体接收到1.46MeVY射线数量的计数M5传输到仪表主机；仪表主机根据接收到的计数，通过下式计算卤水中钾元素的浓度g/kg:
权利要求1. 一种实验室用快速检测卤水中钾浓度的仪表，其特征是仪表的支架(3)上装有 开有方形孔的托盘(4)，在托盘(4)方形孔一侧置有第一压力传感器(5)，在托盘(4)方 形孔另一侧置有第二压力传感器(6)，在第一压力传感器(5)和第二压力传感器(6)上置 有试样容器(1)，试样容器(1)上制有中空把手(2)，试样容器(1)下部成小方桶状部分 则穿过托盘(4)的开孔，在托盘(4)的下面，置有五个复合探测器，分别为第一复合 探测器(8)、第二复合探测器(9)、第三复合探测器(10)、第四复合探测器(11)、第五复 合探测器(12)，复合探测器分别对着试样容器(1)放置在托盘(4)上时伸进并露出在托 盘(4)的下方部分的前、后、左、右的四个面以及下底面，复合探测器的结构是复合 探测器的外壳(21)装有塑料闪烁体(22)、Nal(Tl)晶体(23)、光电倍增管(24)及探测器 电路(25)，在塑料闪烁体(22)的前端覆有铝膜(26)；在支架(3)上置有压力传感器处理 电路(7)，复合探测器及压力传感器处理电路的信号输出端用屏蔽电缆连接主机(13)。
专利摘要一种实验室用快速检测卤水中钾浓度的仪表，在仪表支架上装有托盘、压力传感器，在压力传感器上置有试样容器，在托盘的下面，置有复合探测器，复合探测器是由塑料闪烁体、NaI(Tl)晶体、光电倍增管及探测器电路组成，复合探测器及压力传感器的信号输出端连接主机。采用一定厚度的铅板对NaI(Tl)晶体进行屏蔽，使得NaI(Tl)晶体接收到的γ射线主要来自探测腔体前方的卤水，减少了宇宙高能射线以及环境辐射本底对测量的影响。在塑料闪烁体的前端覆有铝膜，铝膜将α射线屏蔽掉。而塑料闪烁体对γ射线不敏感。NaI(Tl)晶体对γ射线则同时具有较高的吸收效率和较好的能量分辨率。避免了β射线与γ射线对测量的相互之间的干扰。
文档编号G01N23/02GK201803960SQ20102055717
公开日2011年4月20日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者于海明, 佟超, 侯朝勤, 刘永超, 吕健, 吴志强, 周洪军, 宋青锋, 尹兆余, 张伟, 李剑锋, 李岩峰, 林春强, 肖宪东, 陈树军, 龚亚林 申请人:丹东东方测控技术有限公司