关于β射线粉尘检测技术的研究

《安全检测技术》

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关于β射线粉尘检测技术的研究

卜志勇

安徽建筑工业学院土木工程学院09安全一班（09201040120）

摘要：本文通过对我国粉尘危害的现状作了简单的介绍，并阐述β射线粉尘检测技术方法的原理、测试系统、应用范围、注意事项等，相对应提出了粉尘危害的解决措施，减少粉尘危害的发生。

关键词：粉尘检测技术 测试系统 粉尘危害 防范措施

前言

粉尘是指悬浮在空气中的同体微粒，是保持地球温度的主要因素之一，大气中过多或过少的粉尘都将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因之一，特别是煤矿粉尘，一方面严重危害工人的身体健康，致使工人患尘肺病；另一方面粉尘浓度过高还潜伏着爆炸的危险。每年因为粉尘灾害而造成的人员伤亡数量极大，也给国家造成了巨大的经济损失。目前，国家环保部和煤矿安全监察局对粉尘危害非常重视，对作业场所的粉尘排放浓度制订了相关标准，严格控制粉尘浓度，以减少粉尘危害。因此，及时有效地对作业场所的粉尘浓度进行检测，能更好地掌握粉尘浓度状况，进行有效的除尘和降尘，对确保人身安全和提高环境质量发挥着极其重要的作用[1]。

一.β射线粉尘检测技术方法的原理

滤膜采样的直接称重法是测尘的基本方法。但该法满足不了自动、连续无人操作以及数据的自动记录和传输的需要。为此，研制了以β射线收为工作原理的大气粉尘自动测定仪, 它能自动连续地监测大气中的总尘质量浓度和工作岗位上的总粉尘质量浓度或呼吸性粉尘浓度。其结果可动态显示、可打印、可复读、可进行故障检测报警等。 一个强度恒定的β源发出的β射线通过介质时, β粒子与介质中的电子相互碰撞损失能量而被吸收。在低能条件下, 吸收程度取决于介质的质量, 与粉尘粒子的粒度、成分、颜色及分散状态等等无关[2]。β射线先后穿过清洁滤纸(未采集尘样)和已采有尘样滤纸(同一滤纸)，根据2次β射线被吸收量的差异来求取环境中粉尘浓度C。

C =AN0㏑ (1) NμV式中 C— 空气中粉尘浓度,mg/ m3; A— 采样面积, cm2; - 1 -

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L— 吸收系数, cm2/ mg; V— 采样体积, m3; N0— 采样前的β计数(表征β射线被吸收量) ; N— 采样后的β计数(表征β射线被吸收量，且与N0计数时间相等)。 β射线测尘仪的工作原理基于公式(1)。应用β射线吸收技术来测量大气中粉尘的质量浓度，其测量结果可与经典的标准方法—称重法等效；它可以减少样品的处理时间和受污染的机会，不会带来人为误差且无误差积累，不需要经常校准和调零,能实现自动连续监测,监测过的样品可以保留，因而得到了比较广泛的应用。 二.β射线粉尘检测技术方法的测试系统

在不同的技术领域里,测试内容、要求、条件和自动测试系统各不相同，但都是利用计算机代替人的测试活动。一般自动测试系统包括控制器、激励源、测量仪表(或传感器)、开关系统、人机接口和被测单元－机器接口等部分。而β射线粉尘检测仪的测试系统由仪器采用AT89C51单片机控制, 由采样单元、控制单元和放射源3个部分组成。仪器结构框图如图1所示：

图一Β射线粉尘检测仪系统的结构

β源采用一般14 C，β射线由G-M计数器(探测器)探测，用滤膜夹将待测滤膜置于放射源与计数器之间进行测量。所得脉冲信号经过放大成形后，经单道脉冲幅度分析器分析，选择对应8射线幅度的电压脉冲信号转变为数字脉冲信号

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[3]。

数字脉冲信号的计数由单片机(微处理器)系统实现。该系统对数据进行处理、显示，并通过其键盘和LCD／LED显示器实现人机对话，满足参数设置与粉尘浓度测量结果输出，即滤膜重量(mg)及粉尘浓度测量数据，可以自动显示在单片机(微处理器)系统的液晶或发光二极管显示器上。 β射线粉尘测量仪系统的工作流程，可分为三个具体步骤：

(1)首先，透过空白滤纸样品介质的β射线，由G—M探测器探测。经过脉冲信号放大成形与单道脉冲幅度分析器后，由单片机(微处理器)系统分析处理，并记录透过空白滤纸样品介质β射线的强度。

(2)在空白滤纸样品测量过程的同时，由单片机(微处理器)系统控制的抽气泵系统，以恒定流量通过采气气路抽入一定量的被采样空气，其气体中颗粒不断吸附在被测滤纸样品面上，其吸附量与控制采样抽气时间有关。

(3)经过一定的采样抽气时间后，对吸附气体颗粒(粉尘)的被测滤纸样品的探测、处理，与透过空白滤纸样品介质β射线强度的测量过程相同。

β射线粉尘测量仪通过以上过程达到空气中粉尘浓度测量目的，是基于β射线吸收法的基本原理。

三.β射线粉尘检测技术方法的应用范围

粉尘含量的测量方法，有重量法、X射线衍射法、光学分光镜法、散射光法、压电天平法、β射线粉尘测量法。 重量法作为粉尘测量的最常见的方法，需配备万分之一至十万分之一的电子天平。虽然测量的精度较高，是粉尘测量的标准方法。但工作程序较多, 耗时较长, 受滤膜阻尘效率、泵的效能、采样时的压力损失、采样气路漏气、分析天平误差等的影响。该法满足不了自动、连续、无人操作以及数据的自动记录和传输的需要。X射线衍射法只能检测大气中游离的二氧化硅，不能进行全面检测。光学分光镜法、散射光法、压电天平法，虽然能够及时测得生产现场的粉尘浓度，但精度均不高，尤其国产仪器误差较大。 β射线粉尘测量法能自动连续地监测大气中的总粉尘质量浓度和工作岗位上的总粉尘质量浓度或呼吸性粉尘浓度，具有重量法、X射线衍射法、光学分光镜法、散射光法、压电天平法等粉尘测量技术无法比拟的优点：它可以直接测出粉尘的质量浓度，而不受粉尘种类、粒度，分散度、形状、颜色、光泽等因素的影响；其测量结果可与经典的标准方法一称重法等效，它可以减少样品的处理时间和受污染的机会；不会带来人为误差且无误差积累，不需要经常校准和调零；能实现自动连续监- 3 -

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测；监测过的样品可以保留。它是粉尘浓度的间接测量方法中较准确的一种。 目前，在煤矿中使用的粉尘测量仪，有全自动式粉尘测试仪、直读式粉尘测试仪、激光式粉尘测试仪、防爆式粉尘测试仪、便携式粉尘测量仪及粉尘采样器六种。从理论上讲，全自动式粉尘测试仪、直读式粉尘测试仪、激光式粉尘测试仪、防爆式粉尘测试仪、便携式粉尘测量仪有很多优点。但前些年国产的直读式测尘仪，由于其测量精度、工作机理等多方面的因素所限制，在煤矿行业得不到推广应用。国内各煤矿目前普遍使用的都是粉尘采样器，粉尘采样器的优点是测量精度较高，理论上能达到±10％，但其缺点也较多，如影响测量精度的因素较多、占用房间和设备较多、采样时间较长、操作程序繁杂、仪器维修量大、花费成本较高等等。国内各煤矿井下粉尘检测点很多，一般都在100个左右，而且按照有关规定，每个测尘点每月要测尘两次，测尘采样、称重、计算等一系列工作相当繁琐；粉尘采样器测尘方法，远远满足不了测尘工作的需要。而β射线煤尘测量仪测值稳定，体积小，重量轻，操作简单，使用方便，更适用于存在易燃易爆可燃性气体混合的煤矿工作环境。 总之，β射线测尘技术用于作业场所的连续和快速测定，其测量范围广，精度及灵敏度均能满足要求，方法简单。但对于含铅等重金属元素的粉尘，测量结果受粉尘成分影响较大。另外，本方法不适用于测量放射性物质的粉尘[4]。 四.β射线粉尘检测技术方法的注意事项

β射线测尘仪在工作过程中，可能受到种种因素的制约而使监测精度受到影响。这些因素或与检测系统有关，或与采集系统有关。我们应了解这些因素产生的原因及带来的不良后果，进而采取相应的措施，提高β 射线测尘仪的监测精度。 4.1注意采样滤纸位移的影响 一般射线测尘仪监测时，采样滤纸要经计数门计数(未采样时，射线β辐射)，再经采样门采样(该滤纸上采集尘样)，返回计数门计数(采样后β射线辐射)的过程，实质是将某一面积的滤纸进行2次Β射线辐射从而求出采样后的粉尘浓度。若这一过程中，滤纸位移误差存在，势必影响测量精度， 故应用机械方法准确定位，保证准确传送滤纸。 4.2 注意β源及检测装置的影响 - 4 -

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在保证β源装入测尘仪中, 在对人体绝对安全的前提下, β源和探测器之间的空气密度的变化会引起β计数频率的变化, 减少空气间隙的长度可以提高精度, 采用参数β粒子探测器可以补偿空气密度变化的影响。β 源和探测器的准直度会对测量结果带来误差, 故使β源和探测器之间具有高准直度, 可使吸收曲线更接近指数规律衰减, 提高测量精度[5]。 4.3注意采样点及采样管的影响 若采样点设置不当, 则采集的空气粉尘样品不能反映大气粉尘的真实情况, 应将采样点设置在粉尘较多的场合, 并且最好实行全方位采集。采集管内粉尘的吸附会使尘样损失, 导致测量结果变低。为此, 要求采样管长度不能超过5 m; 要直, 若有弯管, 则其弯曲半径要大于管径5~10倍;内壁要光滑, 无吸附; 整个采样管路应密封。 4.4注意采样气体体积的影响 一般β射线测尘仪采用过滤方法收集尘样, 流量会随粉尘收集量的增加而减少, 使采集气体体积变小, 从而使测量结果变低。此时可通过流量调节装置使流量保持恒定, 具体可采用具有恒流措施的采样泵。 4.5注意水滴的影响 β射线测尘仪采样过程中, 有可能产生水滴( 直接收集,凝聚, 粒子和滤纸的化学吸收等途径产生) , 对收集的粉尘样品产生影响, 使测量结果产生误差, 故应采取加热或使空气温度保持在露点以上的方法, 减少水滴的影响, 亦可找出相对湿度对测量结果的影响规律, 从而间接消除水滴的影响。 4.6注意Β辐射涨落现象的影响 由于β辐射强度存在涨落现象, 即可能存在2 次β粒子计数的不确定性, 从而产生统计误差, 影响测尘精度。为消除这种影响, 可延长计数时间( 计数时间大于1 min) , 提高计数速率( 频率大于1 kHz)。

4.7注意尘样斑点面积的影响 β射线测尘仪采样完毕,尘样面积应保持不变,若尘样斑点面积发生扩散, 则会使测量结果变化（即第2次计数时尘样标本发生了失真现象）。应确保尘不变形, 面积准确,保证尘样全部落在规定的面积上。

五.粉尘危害的防范对策

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7r3f.html