核子秤在工業(yè)上的應(yīng)用

　　核子秤是80 年代初在我國開始應(yīng)用的, 由于測(cè)量方式是非接觸式, 克服了皮帶張力、剛度、抖動(dòng)、跑偏等因素影響。加之其與物料不接觸, 通過自身密封, 可以在惡劣的環(huán)境下( 如粉塵、腐蝕性氣體、高溫等) 穩(wěn)定工作。使用壽命長, 便于安裝及維修。因而發(fā)展很快, 現(xiàn)已成為固體物料秤量的重要方式之一。我公司在原鹽計(jì)量上以前采用電子皮帶秤, 由于原鹽具有高腐蝕性, 使用壽命只有二三年, 而且其中還需要經(jīng)常保養(yǎng)與維修。1995 年我公司改用核子秤,通過這幾年的使用情況看, 幾乎沒有維修, 不用保養(yǎng), 大大減輕了儀表工的工作量, 現(xiàn)已在我公司二次計(jì)量中廣泛應(yīng)用。

　　1 工作原理

　　核子秤是一種放射性同位素儀表, 它是利用物質(zhì)對(duì)穿過它的γ射線有一定的吸收能力的原理而設(shè)計(jì)的。由其核物理公式可知:

　　I = I0e-umFm/B

　　式中I —— 物質(zhì)吸收后的γ射線強(qiáng)度;

　　I0 —— 物質(zhì)吸收前的γ射線強(qiáng)度;

　　um —— 物質(zhì)對(duì)γ射線的質(zhì)量吸收系數(shù);

　　Fm —— 單位長度皮帶上物料重量;

　　B —— 皮帶寬度。

　　取對(duì)數(shù):

　　ln(I/I0) = (- um/ B ) Fm

　　Fm= (B/ um) ln(I0/ I )

　　因安裝條件, 物料成份等因素:

　　Fm= K (B/ um) ln(I0/ I)

　　K —— 綜合校正系數(shù)。與皮帶速度合成:

　　F= Fm v 3. 6(t / h)

　　F —— 瞬時(shí)流量(t/ h)

　　v —— 輸送速度(cm/ s)

　　累計(jì)流量:

　　G= Fdt ( t)

　　G —— 累計(jì)流量(t)

　　綜合校正系數(shù)K , 通過實(shí)物標(biāo)定獲得不同的物料K 值不同。

　　2 核子稱組成

　　核子秤一般由γ放射源、秤體、支架、速度傳感器、主機(jī)等五部分組成。

　　2. 1 放射源

　　γ放射源一般采用銫-137(CS137 ),其特點(diǎn)是半衰期較長(30 年),放射能量適中(0.6650mev) 。射源強(qiáng)度一般在百毫居左右, 射源封裝在鉛罐內(nèi), 安裝在支架上。

　　2. 2 支架

　　支架的作用主要是將γ放射源與秤體牢固地連在一起, 以保證放射源與秤體不含有相對(duì)位移。支架一般采用A 型架, 其具體尺寸依電離室的長短以及現(xiàn)場(chǎng)條件而定。

　　2. 3 電離室

　　電離室的作用是把γ射線強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號(hào)。電離室是充滿惰性氣體的圓柱形容器, 內(nèi)有兩個(gè)絕緣電極, 兩電極上有直流500 V 的電壓。當(dāng)有γ射線照射在電離室上, 從其壁中和惰性氣體上釋放出高能量的二次電子, 二次電子對(duì)氣體產(chǎn)生電離作用, 在電極上形成與射線強(qiáng)度成正比的電離電流。該電流非常弱, 一般10- 9~ 10- 12A 數(shù)量級(jí), 經(jīng)前置放大器變換成電壓信號(hào), 電離室是核子秤的核心部件, 其性能是否可靠直接影響整機(jī)的測(cè)量精度, 購買時(shí)一定要注意。

　　2. 4 速度傳感器

　　速度傳感器的作用是把皮帶的速度轉(zhuǎn)換成一個(gè)電壓信號(hào)送入主機(jī)。常用的速度傳感器有磁電感應(yīng)脈沖式測(cè)速電機(jī), 光電速度傳感器和恒速裝置等。

　　2. 5 主機(jī)

　　早期的主機(jī)一般采用以CPU 為核心的數(shù)據(jù)處理及操作控制裝置, 近年來, 越來越多的生產(chǎn)廠商直接采用486 工業(yè)計(jì)算機(jī)為主機(jī), 其特點(diǎn)是運(yùn)算快, 抗干擾性好, 便于連網(wǎng), 集中控制, 其功能不僅有采集來自電離室和速度傳感器的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理, 并顯示、打印皮帶負(fù)荷瞬時(shí)流量, 流量數(shù)字顯示, 上限、下限、定值報(bào)警、自動(dòng)空帶識(shí)別、自動(dòng)標(biāo)定當(dāng)前源強(qiáng)I0 及有關(guān)參數(shù), 輸出模擬, 數(shù)字信號(hào), 還可帶PID 定值和比例控制功能、故障自診, 鍵盤操作、主機(jī)可一機(jī)一秤, 也可一機(jī)多秤。

　　3 系統(tǒng)誤差

　　核子秤的誤差主要來自兩個(gè)方面: 系統(tǒng)本身和安裝。

　　3. 1 系統(tǒng)本身產(chǎn)生的誤差主要有以下幾個(gè)方面

　　3. 1. 1 溫漂產(chǎn)生的誤差

　　由于電離室和前置放大器是安裝在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng),因環(huán)境溫度會(huì)變化很大, 所以會(huì)產(chǎn)生溫漂, 目前一般采取主機(jī)程序設(shè)計(jì)上予以補(bǔ)償和恒溫補(bǔ)償。

　　3. 1. 2 放射源的統(tǒng)計(jì)漲落產(chǎn)生的誤差

　　核子秤在測(cè)量時(shí), 即使物料不發(fā)生變化, 核子秤的測(cè)量值在圍繞某個(gè)值波動(dòng), 此誤差生產(chǎn)商還無法解決。

　　3. 1. 3 放射源衰變引起的誤差

　　放射強(qiáng)度每年減弱約2.2%, 解決辦法一般是采取在主機(jī)中自動(dòng)補(bǔ)償。在實(shí)際生產(chǎn)中一般經(jīng)常核準(zhǔn)空帶電壓的方法來消除。

　　3. 1. 4 其他誤差

　　物料堆積形狀、成份、含水率等引起的誤差也普遍存在。

　　3. 2 安裝不當(dāng)產(chǎn)生的誤差

　　主要有支架安裝不牢固, 電離室的靈敏區(qū)中心運(yùn)輸皮帶中心與γ放射源準(zhǔn)直孔中心不在一條垂直線上, 秤體距下料口太近等。

　　4 結(jié)論

　　核子秤目前作為比較先進(jìn)的測(cè)量儀器與其他電子秤相比, 有安裝方便, 不需對(duì)輸運(yùn)設(shè)備進(jìn)行改動(dòng),在不停車的情況下安裝, 無超重、過載等方面的優(yōu)點(diǎn)。但同樣有許多缺點(diǎn), 由于它是一種放射性儀表存在放射性危險(xiǎn), 在購買運(yùn)輸方面, 國家有嚴(yán)格的規(guī)定, 需要縣級(jí)以上公安、衛(wèi)生防疫等部門的證明材料, 如要報(bào)廢放射源需要交回原生產(chǎn)單位或有關(guān)部門, 自己無權(quán)處理放射源。另外, 只能實(shí)物標(biāo)定, 并且在實(shí)際應(yīng)用中很難保障較高的精度, 國內(nèi)還沒有形成較大的生產(chǎn)規(guī)模, 所以其價(jià)格較高。綜上所述, 盡管核子秤還存在著許多不如人意的地方, 但是在環(huán)境比較惡劣的地方應(yīng)用與其他秤相比還是有很大優(yōu)勢(shì)。