基于輻射的水準(zhǔn)儀與聲波頻率型液位計(jì)

一整類液位儀表裝置基于材料反射或吸收輻射的傾向。對(duì)于連續(xù)水平測量儀，較常用的輻射類型是雷達(dá)微波，超聲波和核。光電磁輻射也可以使用，但這已經(jīng)找到了主要的方法

點(diǎn)開關(guān)應(yīng)用將在下一章中討論。

基于輻射的液位計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是沒有活動(dòng)部件，并且能夠在不與過程流體物理接觸的情況下檢測水平。因?yàn)樗鼈儗?shí)際上可以通過固體罐壁“看到”，核輻射計(jì)可能是非接觸式傳感的終極。因?yàn)樗鼈冃枰�伽馬輻射源并且相對(duì)昂貴，所以核計(jì)量器通常被認(rèn)為是較后的水平計(jì)。

雷達(dá)和微波爐

1925年，美國海軍的A. Hoyt Taylor和Leo Young使用雷達(dá)（RAdio Detection and Ranging）來測量地球電離層的高度。到1934年，他們正在為海軍艦艇開發(fā)雷達(dá)。1935年，英格蘭的羅伯特沃森瓦特使用雷達(dá)探測飛機(jī)。第一批雷達(dá)液位傳感器于1976年推出，但直到十年后它們才具有經(jīng)濟(jì)競爭力。

雷達(dá)信號(hào)和微波都以光速傳播，但它們的頻率（FM無線電廣播頻率從88到108 MHz，而微波范圍從1-300 GHz）和它們的功率水平（雷達(dá)大約0.01 mW）區(qū)分開來。  cm 2，而微波范圍為0.1-5mW  cm 2）。由于微波工作在更高的能量水平，它們可以承受比雷達(dá)型傳感器更多的涂層。

雷達(dá)傳感器包括發(fā)射器，天線，帶信號(hào)處理器的接收器和操作員界面。變送器安裝在容器頂部。它的固態(tài)振蕩器發(fā)出電磁波（使用選定的載波頻率和波形），向下瞄準(zhǔn)油箱中過程流體的表面。使用的頻率通常為10 GHz。

信號(hào)由拋物面碟形天線或喇叭型天線（圖9-1A）輻射到處理液表面（圖1B）。一部分被反射回天線，在那里它被收集并路由到接收器。這里，微處理器計(jì)算飛行時(shí)間并計(jì)算水平。飛行時(shí)間是雷達(dá)脈沖的傳輸和返回回波的接收之間的時(shí)間段。它由雷達(dá)探測器確定，雷達(dá)探測器同時(shí)暴露于發(fā)射和反射信號(hào)。檢測器輸出基于差異。頻率調(diào)制（FM）信號(hào)的變化范圍為0到200 Hz，因?yàn)榈竭^程流體表面的距離在0到200英尺之間變化。由于這種測量發(fā)生在頻域，因此它可以合理地避免噪聲干擾。

蒸汽空間的深度（基準(zhǔn)點(diǎn)與水箱中的水平之間的距離，在圖9-1B中標(biāo)識(shí)為“d”）由飛行時(shí)間（t）和光速（c = 186,000）計(jì)算得出英里秒）：

通過計(jì)算總罐高（E）和蒸汽空間深度（d）之間的差值來計(jì)算水平（圖9-1B中的L）：

知道蒸汽的信號(hào)速度（c）和介電常數(shù)（dc）（即蒸汽相對(duì)和反射電磁波的相對(duì)能力），可以計(jì)算出雷達(dá)波傳播速度（V）：

天線設(shè)計(jì)和安裝

兩種常用的天線是喇叭和拋物面天線。當(dāng)雷達(dá)液位計(jì)發(fā)出信號(hào)時(shí)，微波散開。天線直徑越大，發(fā)散角越小，信號(hào)強(qiáng)度越大（圖9-1A）。較小天線的缺點(diǎn)包括較高的光束擴(kuò)散和相應(yīng)增加的來自罐內(nèi)障礙物的反射的可能性。從積極的方面來說，發(fā)射的光束更有可能被反射回探測器。因此，傳感器的對(duì)準(zhǔn)并不重要。

大型天線可產(chǎn)生更集中的信號(hào)，有助于消除平面和水平金屬表面的噪聲干擾。另一方面，它們更容易因湍流或傾斜表面的不需要的反射而產(chǎn)生誤差。安裝在水箱外部的完全隔離天線（圖9-2和9-4）提供密封和隔熱。如果天線位于過程密封下方，則它暴露在過程蒸汽中，但具有更強(qiáng)的信號(hào)幅度和更高工作壓力的適應(yīng)性。

接觸式和非接觸式雷達(dá)

非接觸式雷達(dá)測量儀使用脈沖雷達(dá)波或頻率調(diào)制連續(xù)波（FMCW）。首先，發(fā)送短時(shí)雷達(dá)脈沖，并使用渡越時(shí)間計(jì)算目標(biāo)距離。FMCW傳感器發(fā)出連續(xù)的頻率調(diào)制信號(hào)，通常是連續(xù)（線性）斜坡。頻率

傳輸和接收之間的時(shí)間延遲引起的差異表示距離。

雷達(dá)梁可以穿透塑料和玻璃纖維; 因此，非接觸式雷達(dá)應(yīng)變計(jì)可通過密封與工藝蒸汽隔離。密封件可以位于拋物面圓盤上方（圖9-1A），也可以完全隔離傳感器（圖9-2A）。梁的低功率允許安全地安裝在金屬和非金屬容器中。當(dāng)工藝材料易燃或變臟以及蒸汽空間的成分或溫度變化時(shí)，可以使用雷達(dá)傳感器。

接觸式雷達(dá)測量儀將一根脈沖沿線傳送到汽 - 液界面。在那里，介電常數(shù)的突然變化導(dǎo)致信號(hào)被部分反射。然后測量飛行時(shí)間（圖9-2B）。未反射的部分移動(dòng)到探頭的末端并提供零電平參考信號(hào)。接觸式雷達(dá)技術(shù)可用于液體和粒度較大為20毫米的小顆粒固體顆粒。

反射型微波開關(guān)測量反射信號(hào)幅度的變化（圖9-3A）�？諝夂驼羝�由于其低介電常��(shù)而返回一小部分信號(hào)，而高介電材料（如水）幾乎返回所有信號(hào)。更靈敏的開關(guān)可以區(qū)分具有低至0.1介電常數(shù)差異的液 - 液或液 - 固界面。如果顆粒直徑小于0.1英寸（大于發(fā)生過量的光束散射），則可以測量低介電材料，如塑料顆粒（電介質(zhì)1.1）。

斷路器開關(guān)將微波束從發(fā)射器發(fā)送到位于水箱另一側(cè)的接收器。當(dāng)光束被阻擋時(shí)，信號(hào)會(huì)減弱（圖9-3B）。斷路器對(duì)準(zhǔn)并不重要，分離距離可達(dá)100英尺。

反射和光束斷路器微波開關(guān)通常用于希望不穿透罐的應(yīng)用中。這些非侵入式傳感器通過塑料，陶瓷或玻璃窗或玻璃纖維或塑料罐壁發(fā)送電磁無線電波。

優(yōu)點(diǎn)和局限

處理材料的反射特性影響返回的雷達(dá)信號(hào)強(qiáng)度。雖然液體具有良好的反射特性，但固體卻沒有。雷達(dá)可以檢測到一層輕微灰塵或通風(fēng)泡沫下的液位，但如果灰塵顆粒尺寸增大，或者如果泡沫或灰塵變厚，它將不再檢測液位。相反，將測量泡沫或灰塵的水平。

內(nèi)部管道，天線上的沉積物，多次反射或來自墻壁的反射都會(huì)干擾雷達(dá)傳感器的正常操作。其他干擾源是鼠洞和固體橋接，以及成角度過程

可以將雷達(dá)波束反射離開接收器的材料表面。

與其他輻射反射傳感器相比，雷達(dá)具有一些優(yōu)點(diǎn)。例如，超聲波傳感器受蒸汽空間的組成影響。另一方面，超聲波傳感器在臟污應(yīng)用中表現(xiàn)更好，或在顆粒尺寸大于20毫米時(shí)表現(xiàn)更好。

超聲波液位計(jì)

超聲波液位計(jì)的起源可以追溯到用于通過發(fā)射空殼測量井深度并測量回波返回的紅外測量儀。用于海軍導(dǎo)航的SONAR探測器也早于該原理的工業(yè)應(yīng)用。

可聽聲音的頻率范圍為9-10 kHz，略低于工業(yè)級(jí)應(yīng)變計(jì)使用的20-45 kHz范圍。超聲波脈沖的速度隨著其行進(jìn)的物質(zhì)和該物質(zhì)的溫度而變化。這意味著如果聲速用于測量水平（距離或位置），則必須知道其行進(jìn)的物質(zhì)，并且必須測量和補(bǔ)償其溫度變化。

在室溫下，大氣中的聲速為340米秒或762英里小時(shí)。在相同溫度下，超聲波脈沖以1,496米秒或3,353英里小時(shí)的速度穿過水。如果空氣加熱到100°C，聲速會(huì)升至386 m  s。實(shí)際上，聲速與溫度的平方根成正比。在接近環(huán)境溫度下，每增加1°C，速度上升0.6 m  s，相當(dāng)于增加0.18％°C。

超聲波液位開關(guān)（點(diǎn)傳感器）通過檢測超聲波振蕩的衰減或通過檢測超聲波脈沖的吸收或傳輸來操作。超聲波液位變送器通過發(fā)出超聲波脈沖并測量接收反射回波所需的時(shí)間來測量實(shí)際距離。

超聲波傳感器

產(chǎn)生超聲波脈沖的換能器通常是壓電的，盡管過去也使用靜電單元。靜電傳感器由薄而柔韌的鍍金塑料薄膜構(gòu)成，在鋁制背板上伸展，并由片簧固定。這種設(shè)計(jì)用于早期的寶麗來自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)，仍然在清潔環(huán)境中使用。壓電換能器利用

陶瓷或聚合物晶體以其固有頻率振動(dòng)。這些裝置堅(jiān)固耐用，可承受1200 psig的沖洗壓力，符合NEMA-6P（IEC IP67）標(biāo)準(zhǔn)。

通常，換能器的直徑越大，范圍越長，頻率越低。這是因?yàn)�，在釋放超聲波脈沖之后，換能器需要時(shí)間來振動(dòng)。振蕩頻率與元件的直徑成反比，因此較小直徑的換能器元件產(chǎn)生較高的頻率。標(biāo)準(zhǔn)傳感器的光束角約為8°，NPT中的連接尺寸介于2.5和2.5之間，適用于-20至60°C（-30至140°F）的工作溫度。精度通常在全范圍的0.25-0.5％之內(nèi)，較高可達(dá)30英尺。輸出通常為4-20 mA，具有12安培的繼電器輸出。

電平變送器配置

超聲波液位傳感器組件可由單獨(dú)的發(fā)射器和接收器元件組成（圖9-4A）。然而，大多數(shù)情況下，單個(gè)傳感器以規(guī)則的間隔開啟和關(guān)閉以監(jiān)聽反射回波（圖9-4A）。當(dāng)安裝在水箱頂部時(shí)，傳感器會(huì)檢測到蒸汽空間的深度。為了確定液體的體積，需要準(zhǔn)確了解罐的橫截面形狀。

如果需要直接測量液柱的高度，可將傳感器安裝在水箱底部（圖9-4A）。但是，這種配置會(huì)使換能器暴露在過程流體中，并限制了維護(hù)的可及性�；蛘�，換能器可以安裝在容器底部壁的外側(cè)，但是超聲波脈沖很可能通過罐壁的吸收和分散效應(yīng)而大大削弱（圖9-4A）。

由大顆粒和硬顆粒組成的滯留，未攪拌的液體和固體是良好的反射器，因此是超聲波物位測量的良好候選者。絨毛，泡沫和松散的污垢是不良的反射器，并且蒸氣空間中的灰塵，霧氣或濕氣傾向于吸收超聲波脈沖。超聲波信號(hào)也被距離衰減。如果44-kHz聲波在干燥，清潔的環(huán)境空氣中傳播，則每米行進(jìn)距離的聲功率會(huì)下降1-3分貝（dB）。因此，重要的是，尤其是在測量更大的深度時(shí)，換能器會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈且聚焦良好的超聲波脈沖（圖9-4B）。

還希望表面平坦且垂直于聲波。在液位應(yīng)用中，瞄準(zhǔn)角必須在垂直方向的2度范圍內(nèi)。如果表面被攪動(dòng)或傾斜（如在固體的情況下），則回聲可能被分散。因此，關(guān)鍵

成功的超聲波液位傳感器裝置是仔細(xì)分析油箱內(nèi)容物的反射，傳播和吸收特性。

當(dāng)檢測兩種液體之間的界面時(shí)，例如鹽丘儲(chǔ)存井中的碳?xì)浠�合物鹽水界面，換能器下降到井底。超聲波脈沖通過重鹽水層向上發(fā)送到界面�；夭ǚ祷厮�需的時(shí)間表示接口的位置（圖9-4C）。

特殊功能

大多數(shù)現(xiàn)代超聲波儀器包括溫度補(bǔ)償，數(shù)據(jù)處理濾波器和響應(yīng)時(shí)間，有些甚至提供自校準(zhǔn)。圖9-5顯示了一個(gè)固定的目標(biāo)組件，它提供了一個(gè)點(diǎn)參考，可以自動(dòng)重新校準(zhǔn)水平傳感器�？梢酝ㄟ^探測管中的校準(zhǔn)脊提供多個(gè)校準(zhǔn)目標(biāo)。這可以保證在30米的距離內(nèi)測量精度在5毫米以內(nèi)。

智能單元可以執(zhí)行自動(dòng)自校準(zhǔn)或?qū)⑶蛐�，不�?guī)則或水平圓柱形油箱中的液位轉(zhuǎn)換為實(shí)際體積。它們還可以用于多槽或多筒倉安裝，通過多路復(fù)用，可以降低獲得液位測量的單位成本。

液位開關(guān)

當(dāng)足以檢測特定高度處是否存在水平時(shí)，可以考慮阻尼或吸收型液位開關(guān)。在阻尼設(shè)計(jì)中，壓電晶體以其共振頻率振動(dòng)傳感器面。當(dāng)探頭面浸沒在過程流體中時(shí)，振動(dòng)會(huì)受到抑制。如圖9-3A所示，這些開關(guān)可安裝在油箱外部或內(nèi)部，液面上方或下方。探頭可以是水平的或垂直的。這些開關(guān)僅限于清潔液體裝置，因?yàn)橥繉涌梢砸种普駝?dòng)。固體可能無法提供足夠的阻尼效果來驅(qū)動(dòng)開關(guān)。

在吸收型液位開關(guān)中，一個(gè)壓電晶體用作發(fā)射器而另一個(gè)壓電晶體用作接收器。當(dāng)它們之間的間隙充滿液體時(shí)，聲波從一個(gè)晶體傳遞到另一個(gè)晶體。然而，當(dāng)蒸汽填充間隙時(shí)，超聲波脈沖不會(huì)到達(dá)

接收器。晶體可以安裝在罐的相對(duì)側(cè)上，包含在叉形傳感器的指狀物中，或者位于水平或垂直探針中的一個(gè)或多個(gè)0.5英寸間隙的兩側(cè)。當(dāng)工藝流體是污泥或漿料時(shí)，希望在發(fā)射器和接收器之間提供大的間隙，以確保當(dāng)水平下降時(shí)粘性或涂層流體將完全從間隙中排出。

這些開關(guān)的典型精度為12英寸或更高。NPT連接尺寸為34英寸。工作溫度范圍為40-90°C（100至195°F）（特殊裝置的讀數(shù)較高可達(dá)400°C  750°F），工作壓力可達(dá)1000 psig。標(biāo)準(zhǔn)輸出是5或10安培雙刀雙擲（DPDT）繼電器，但也使用電壓和電流輸出。

可以通過在水平面下方以10°角插入吸收（間隙）探針來測量清潔液體之間界面的存在或不存在。在這種配置中，只要探頭浸入重液或輕液中，超聲脈沖就會(huì)到達(dá)接收器。然而，當(dāng)界面移動(dòng)到間隙中時(shí)，它被反射掉并且不會(huì)到達(dá)接收器。

當(dāng)要檢測污泥或漿料界面時(shí)或者當(dāng)感興趣的是光層厚度時(shí)，可以將超聲波間隙傳感器連接到浮子上。只要兩層的吸收特性不同，傳感器將發(fā)信號(hào)通知該層是否比期望的更厚或更薄。

核級(jí)傳感器

1898年，居里夫人通過觀察某些元素自然發(fā)出能量來發(fā)現(xiàn)鐳。她將這些發(fā)射伽馬射線命名為。伽瑪射線表現(xiàn)出神秘的特性 - 它們可以通過看似堅(jiān)固，難以穿透的大量物質(zhì)。然而，在該段落中，伽馬射線失去了一些強(qiáng)度�？深A(yù)測地，射線受到物體的比重和總厚度以及伽馬射線源和探測器之間的距離的影響。

例如，圖9-6顯示，如果來自銫137的輻射穿過3英寸厚的鋼制物體，92％的輻射能量將被吸收，只有8％將被傳輸。因此，如果觀察者可以保持除厚度常數(shù)之外的所有變量，則可以使用伽馬傳輸量來測量物體的厚度。假設(shè)源和探測器之間的距離沒有改變，可以精確測量厚度（水平），或者，如果厚度是固定的，則可以精確測量處理材料的密度。

輻射源

當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到工業(yè)環(huán)境時(shí)，核級(jí)傳感器的開發(fā)就開始了。這需要設(shè)計(jì)和制造合適的探測器和放射性同位素的大規(guī)模生產(chǎn)。兩者都發(fā)生在20世紀(jì)50年代。

核輻射的穿透力由其光子能量識(shí)別，以電子伏特（eV）表示并與波長相關(guān)（圖9-7）。用于物位測量的較常見同位素是銫137，其光子能級(jí)為0.56 MeV。偶爾使用的另一種同位素是鈷60，其能級(jí)為1.33MeV。雖然這種較高能量輻射的較大穿透力一開始看起來很有吸引力，但是它的半衰期也較短。當(dāng)任何同位素衰變時(shí)，它會(huì)失去力量 - 失去一半力量所需的時(shí)間稱為半衰期。

Cobalt 60的半衰期為5。3年。這意味著，在5。3年內(nèi)，100毫居里（mCi）鈷60源的活性將降至50 mCi。（一個(gè)mCi定義為1毫克鐳226的活度。）當(dāng)用于液位測量時(shí)，源強(qiáng)度的連續(xù)損失不僅需要連續(xù)補(bǔ)償，而且較終（在鈷60的情況下，約為5）年），必須更換源。這不僅意味著購買新貨源的費(fèi)用，而且還意味著處理舊貨源的費(fèi)用。

相比之下，33年的半衰期

銫137足夠長，使得源可能比該過程更長久。另一種可能性是技術(shù)進(jìn)步將比探測器衰減的速率更快地增加探測器的靈敏度。這為用戶提供了更換或升級(jí)探測器的選項(xiàng)，同時(shí)保持信號(hào)源在未來的位置。

輻射安全

核管理委員會(huì)（NRC）將核輻射計(jì)的距離為12英寸，將輻射強(qiáng)度限制在每小時(shí)較多5毫升（mr  hr）。如果更多，該區(qū)域需要發(fā)布輻射區(qū)域。距離12英寸是至關(guān)重要的，因?yàn)檩椛鋸?qiáng)度會(huì)減小距離的倒數(shù)平方。核級(jí)應(yīng)變計(jì)的大小可以使探測器的輻射強(qiáng)度超過所需的較小值，但較大值低于5 mr  hr。對(duì)于離子室檢測器，較小值為1 mr  hr。對(duì)于Geiger-Mueller開關(guān)，它是0.5 mr  hr。對(duì)于閃爍探測器，它是0.1-0.2毫升小時(shí)。因?yàn)楹藨?yīng)變計(jì)基本上是測量液體上方的蒸汽空間，隨著水箱中水位的升高，探測器的強(qiáng)度下降。當(dāng)水箱滿時(shí)，輻射強(qiáng)度幾乎為零。

當(dāng)用作罐液位傳感器時(shí)，輻射必須在到達(dá)檢測器之前通過幾層材料。在探測器處，較大輻射必須小于某個(gè)安全極限（例如5 mr  hr），以避免需要“張貼”。可以使用其他標(biāo)準(zhǔn)，例如將每年劑量保持在5 rems（倫琴+當(dāng)量+人）下。如果有人在一年中接觸到輻射，這樣的劑量將由暴露于0.57 mr  hr強(qiáng)度的輻射產(chǎn)生，而如果操作員僅暴露40小時(shí)周，則5 rem  yr將對(duì)應(yīng)于如果在工作區(qū)暴露于2.4小時(shí)小時(shí)，則會(huì)收到此人。由于輻射暴露的總壽命劑量確實(shí)很重要（較多250雷姆），5 rem  yr的可接受性或任何其他限制也是年齡的函數(shù)（圖9-8）。

這可以通過一個(gè)例子來說明：

來源大小調(diào)整

10 mCi銫137的點(diǎn)源（銫137的源常數(shù)K = 0.6）安裝在具有12英寸鋼壁的高壓水箱中（圖9-9）。通常，需要滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：首先，當(dāng)水平從0-100％上升時(shí)，探測器的輻射強(qiáng)度必須下降至少50％。第二個(gè)也是更重要的標(biāo)準(zhǔn)是探測器的較大輻射劑量（當(dāng)水箱為空時(shí)）不得超過安全限值（例如，2.4 mr  hr）。然而，它必須超過1.0毫升小時(shí)才能啟動(dòng)預(yù)期的離子室檢測器。

首先，在探測器處計(jì)算空氣強(qiáng)度（D a，mr  hr），用于源和接收器之間沒有槽的情況。假設(shè)距離（d）為48：

由于除了水箱之外，所有方向都屏蔽了水源，因此在水箱排空時(shí)，在探測器附近工作的操作員將獲得較大劑量。兩個(gè)12英寸的鋼壁將D a（圖1中1英寸鋼的透射率為49％）降低到0.49×2.6 = 1.27毫升小時(shí)。這低于允許的較大值但高于檢測器所需的較小值。

當(dāng)水箱裝滿時(shí)，輻射路徑中30英寸水的存在將使該較大強(qiáng)度降低至0.045 mr  hr（0.035 x 1.9 = 0.045）。這種強(qiáng)度降低遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過敏感測量所需的50％下降。請(qǐng)注意，如果使用Geiger-Mueller探測器，源尺寸可能減半。閃爍探測器將光源尺寸減小5至10倍。

通過將探頭尖端中的源定位在水箱內(nèi)并使其相對(duì)靠近墻壁移動(dòng)，也可以減小水源尺寸。當(dāng)要測量大的電平范圍時(shí)，可以使用條形源代替點(diǎn)源。大多數(shù)核級(jí)應(yīng)變計(jì)的準(zhǔn)確度約為范圍的1％。如果需要計(jì)算精度，則源和探測器都可以連接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁帶上并定位在水平面上（如果水箱含有兩種液體，則位于界面水平）。

幸運(yùn)的是，今天的計(jì)算機(jī)可以很容易地處理幾何和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的任何組合的數(shù)字和公式。較大的挑戰(zhàn)不是計(jì)算，而是獲得計(jì)算的準(zhǔn)確輸入。因此，非常重要的是，您的船舶的墻壁材料，厚度，其他油箱組件，如擋板，攪拌器葉片或夾克，以及所有距離都要準(zhǔn)確確定。簡而言之，核計(jì)量安裝的性能很大程度上取決于對(duì)安裝細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確了解。

探測器選項(xiàng)

較簡單和較古老的輻射探測器是Geiger-Muller管。這種樂器通常用Geiger計(jì)數(shù)器識(shí)別，當(dāng)暴露于輻射時(shí)會(huì)產(chǎn)生響亮且戲劇性的咔噠聲。該探測器的工作部件是金屬圓柱體，其作為電極之一并且充滿惰性氣體。中心下方的細(xì)線作為另一個(gè)電極。玻璃蓋是

用作絕緣體，并且施加幾乎足以引起電極之間電流流動(dòng)的高壓（700-1000伏直流電）。當(dāng)管暴露于伽馬輻射時(shí)，氣體電離并且電離的粒子將電流從一個(gè)電極傳送到另一個(gè)電極。伽馬輻射到達(dá)管中的氣體越多，產(chǎn)生的脈沖就越多。產(chǎn)生的脈沖速率由相關(guān)的電子電路計(jì)數(shù)，該電路以每秒脈沖進(jìn)行測量。

如果在輻射強(qiáng)度指示高或低水平條件時(shí)校準(zhǔn)接合或脫離繼電器，則該探測器可用作液位開關(guān)。GM管探測器只能用作單點(diǎn)探測裝置。其優(yōu)點(diǎn)包括成本相對(duì)較低，體積小，可靠性高。

離子室檢測器是連續(xù)水平裝置。它是一個(gè)直徑為4到6英寸的管子，長達(dá)20英尺，充滿了加壓到幾個(gè)大氣壓的惰性氣體。將小偏壓施加到沿離子室中心插入的大電極。當(dāng)伽馬能量撞擊腔室時(shí)，隨著惰性氣體被電離，檢測到非常小的信號(hào)（以皮安為單位測量）。該電流與檢測器接收的伽馬輻射量成比例，被放大并作為電平測量信號(hào)傳輸。

在物位測量應(yīng)用中，離子室將接收較多的輻射，因此，當(dāng)電平較低時(shí)，其輸出將是較高的。隨著水平的上升和更大量的被測量吸收更多的伽馬輻射，探測器的輸出電流按比例減小。當(dāng)檢測器電流輸出較高時(shí)，系統(tǒng)被校準(zhǔn)為讀取0％電平。設(shè)置100％電平以匹配輸出電流的較低值。通常可以使用線性化軟件來校正兩者之間的非線性。該軟件可以校正水箱內(nèi)部或外部的蒸汽盤管，攪拌器葉片，擋板，加強(qiáng)環(huán)，夾套和其他部件的影響。

閃爍計(jì)數(shù)器檢測器比離子室靈敏5至10倍。它們也花費(fèi)更多，但許多用戶愿意接受增加的費(fèi)用，因?yàn)樗�允許他們使用更小的源尺寸或獲得更靈敏的量具。當(dāng)伽馬能量撞擊閃爍體材料（熒光體）時(shí)，它被轉(zhuǎn)換成由光子（光粒子）組成的可見閃光。

隨著伽馬輻射強(qiáng)度的增加，這些光子的數(shù)量增加。光子穿過透明的塑料閃爍體介質(zhì)到達(dá)光電倍增管，光電倍增管將光子轉(zhuǎn)換成電子。輸出與撞擊閃爍體的伽馬能量成正比。

閃爍體有多種形狀，尺寸和長度可供選擇。較新的一種是光纖電纜，通過在光纖束中安裝更多燈絲，可以提高探測器的靈敏度。光纖電纜的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它以長的長度制造，足夠柔韌以適應(yīng)容器的幾何形狀。這簡化了球形，圓錐形或其他形狀奇特的容器中水平的測量。

核應(yīng)用

當(dāng)沒有其他任何東西可以工作時(shí)，或者當(dāng)傳統(tǒng)水平傳感器所需的過程穿透對(duì)人類生命，對(duì)環(huán)境造成風(fēng)險(xiǎn)或者可能對(duì)財(cái)產(chǎn)造成重大損害時(shí)，通常會(huì)考慮輻射計(jì)。由核子測量儀測量的液體和散裝固體是較危險(xiǎn)，高壓，有毒，腐蝕性，爆炸性和致癌物質(zhì)。由于核應(yīng)變計(jì)通過油箱壁“看到”，因此可以在過程運(yùn)行時(shí)進(jìn)行安裝和修改 - 無需昂貴的停機(jī)時(shí)間或偶然釋放。

由于核傳感器的安裝需要核管理委員會(huì)（NRC）許可證，因此相關(guān)程序旨在確保安裝是安全的。查看放射性測量的安全性方面的較佳方式是比較明確定義和理解的風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)是通過將操作員暴露于輻射而不是在危險(xiǎn)過程中具有不可靠或不準(zhǔn)確的讀數(shù)水平的可能更大的風(fēng)險(xiǎn)來進(jìn)行的。

隨著探測器變得更加敏感并且受到計(jì)算機(jī)的輔助，輻射源尺寸和產(chǎn)生的輻射水平繼續(xù)下降。因此，這些儀器的安全性可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而持續(xù)改善。