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专利号: 2018113592015
申请人: 衡阳师范学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.开环式自适应测量水中镭浓度的方法,基于开环式自适应测量水中镭浓度的装置,该装置包括水样测量瓶、瓶盖、进气管套、出气管套、进气管、出气管、气泵、测氡仪、流量计及三通电磁阀;

进气管套及出气管套分别安装在瓶盖上,进气管插在进气管套上,出气管插在出气管套上,出气管通过软管与气泵的进气端连接,气泵的出气端通过软管与三通电磁阀的进气端连接,三通电磁阀的第一出气端通过软管与测氡仪的进气端连接,三通电磁阀的第二出气端与大气环境相通,测氡仪的出气端通过软管与流量计连接;

其特征是,包括测量过程和计算过程,其具体步骤如下:一、测量过程

A、将开环式自适应测量水中镭浓度的装置放置在恒温的环境,并测量环境温度;

B、将待测水样倒入水样测量瓶内,并盖紧瓶盖,进气管的出气口在待测水样内并靠近水样测量瓶的瓶底,出气管的进气口位于待测水样液面上;

C、打开三通电磁阀的第二出气端,关闭三通电磁阀的第一出气端,启动气泵,控制气泵的流率,使得空气通过进气管进入待测水样 中鼓泡,同时将待测水样 中的氡携带出来,通过出气管进入气泵进入三通电磁阀,然后从三通电磁阀的第二出气端进入大气环境,由于气泵的流率非常大,气泵启动5‑30分钟后,能够认为气路中氡的浓度为0;

D、关闭三通电磁阀的第二出气端,打开三通电磁阀的第一出气端,通过获取流量计读数来控制气泵调小流率,流率低于步骤C中的流率,使得空气通过进气管进入待测水样 中鼓泡,同时将待测水样 中的氡携带出来,通过出气管进入气泵进入三通电磁阀,然后从三通电磁阀的第一出气端进入测氡仪后,再通过流量计进入大气环境;

二、计算过程

根据环境温度、待测水样的体积、气泵的流率以及测氡仪的读数计算水样中的镭浓度;

待测水样中的氡来源于水中镭的衰变,设待测水样的体积为V,水中镭活度为ARa,则水中镭浓度CRa为:CRa=ARa/V      (1)

水中氡浓度C’Rn的变化规律为:

dC'Rn/dt=CRaλRn‑LCRn/V      (2)式中λRn是氡的衰变常数,CRn是开环气路水样测量瓶中氡的浓度,L为气泵的流率;

根据测量时的温度可以查表得到水样中氡与气态氡平衡时的浓度比X,有:C'Rn(t)=XCRn(t)     (3)将式(3)代入式(2)得:

式(4)的解为:

对式(5)中的 可以按泰勒级数展开保留一次项,式(5)能简化为:由于气路管道的空隙体积非常小,能够忽略,测氡仪的测量腔内的氡浓度C1(t)为:V1为测氡仪的测量腔的体积,式(7)的解为:

对 按泰勒级数展开,保留二次项,式(8)能够变化为:能够近似认为测氡仪内测量室内氡浓度按式(8)或式(9)变化,测氡仪测量前几个测量周期的氡浓度变化规律,利用数据拟合,得到水中镭浓度CRa的近似值。

2.如权利要求1所述的开环式自适应测量水中镭浓度的方法,其特征是,在计算过程中,根据环境温度、待测水样的体积、气泵的流率以及测氡仪的读数计算水样中的镭浓度;

待测水样中的氡来源于水中镭的衰变,设待测水样的体积为V,水中镭活度为ARa,则水中镭浓度CRa为:CRa=ARa/V      (1)

水中氡浓度C’Rn的变化规律为:

dC'Rn/dt=CRaλRn‑LCRn/V      (2)式中λRn是氡的衰变常数,CRn是开环气路水样测量瓶中氡的浓度,L为气泵的流率;

根据测量时的温度可以查表得到水样中氡与气态氡平衡时的浓度比X,有:C'Rn(t)=XCRn(t)     (3)将式(3)代入式(2)得:

假设测氡仪测量腔内氡浓度大于C0,测氡仪就能够较准确的测量氡浓度;当测氡仪浓度趋于恒定时, 式(4)变化为:根据式(10)和C0的值,确定使得测氡仪测量腔内氡浓度大于C0时气泵流率L1的大小,将气泵的流率调节到L1,气泵在流率为L1的情况下运行一段时间,就能够使得测氡仪测量腔内氡浓度趋于恒定且大于C0,根据式(10)较准确的计算出水中镭浓度。