核子稱原理剖析及維修

摘要本文結(jié)合公司核子秤使用的情況，分析了影響核子秤準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性的因素有：放射源衰減、物料水分含量的實時變化、物料形狀等情況，對核子秤的保養(yǎng)有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞 核子秤 自動配料 流量 公式

中圖分類號：TF321.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Nuclear Scale Theory Analyse and Maintain

ZHANG Jiwei， LI Haiyan

(Hebei ChinaCoal Risun Ciking Ltd.Co.， Xingtai， Hebei 054000)

AbstractThis paper combine the using situation of nuclear scale in the author's company， to analyse the influencing factors of nuclear scale accuracy and feasibility， they are: attenuation of radioactive sources，real time change of moisture content in the material，shape of material， etc.

Key wordsnuclear scale; automatic batching; flow; formula

1 基本原理

核子皮帶秤是根據(jù)物料對射線吸收的原理制成的。核子秤由放射源、電離室組成；采用圓盤給料，配煤皮帶接料，配煤皮帶速度恒定，所以沒有安裝測速裝置。放射源放射出射線，穿過皮帶上的物料到達(dá)核子稱的電離室部分，皮帶上物料對射線進(jìn)行吸收，即大家所說的衰減，物料多的地方對射線的吸收就較多，物料少的地方對射線的吸收就較少，吸收后的剩余的射線經(jīng)過核子秤的電離室中的惰性氣體發(fā)生激勵作用，使氣體電離，電離室在外加的高壓電場的作用下產(chǎn)生微弱的電流，產(chǎn)生電流的大小與電離室接收到的射線強(qiáng)度之間存在正比例關(guān)系，電離室中的電路將該電流進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換，得到一個與物料負(fù)荷自然指數(shù)成比例關(guān)系的稱重頻率信號，該稱重頻率信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)化卡等設(shè)備送入計算機(jī)中和輸入的速度信號一起進(jìn)行計算，便能算出皮帶上物料的重量，從而計算出物料的累積重量、瞬時流量流量等參數(shù)。

核子秤由放射源、電離室和機(jī)架等部分組成，放射源置于皮帶的水平中心線的正上方，是一個以鉛為防護(hù)層的密閉容器， 容器內(nèi)裝有放射性同位素鉆(Co60)，容器下方開口，使同位索放射的射線按一定的角度照射在整個皮帶寬度上的物料（容器上有關(guān)閉放射源的開關(guān)，便于核子秤的檢修），射線是一種穿透能力很強(qiáng)的光子，穿透物料時，就產(chǎn)生光電效應(yīng)即所謂的康普頓效應(yīng)， 同時有電子對產(chǎn)生。這些能量有一部分被輸送帶上的物料吸收，其余的就被電離室接收并轉(zhuǎn)換為頻率信號與皮帶的速度信號相乘之后，顯示皮帶上物料的瞬時流量。位于皮帶下方的電離室收到的射線強(qiáng)度與被測物料的厚度、密度有關(guān)：

I=I0*e（-L/w） （1）

式中 I0——空皮帶時探測到的射線強(qiáng)度；

—— 物質(zhì)吸收射線的系數(shù)， Ⅱ1m。／g；

W —— 皮帶寬度，IlxrG．；

L—— 皮帶單位長度載荷，g／ram；

I—— 電離室測得的射線強(qiáng)度；

對企業(yè)使用的皮帶秤系統(tǒng)，W 和I0是固定不變的。我公司測量的物料是煤，同一條皮帶測量的煤料因配比要求變化，同時因煤種水分、密度的不一致，吸收系數(shù)需要根據(jù)測量煤料的狀況進(jìn)行調(diào)整（但對于同一狀況下的煤料，吸收系數(shù)是固定不變的）。 因而射線強(qiáng)度I僅僅代表皮帶單位長度載荷L，下面我們將公式（1）進(jìn)行變換，公式（1）兩邊同時取自然對數(shù)得

lnI=ln I0*e（-L/w）

lnI=lnI0+ln e（-L/w）

lnI= lnI0+（-L/w）ln e

lnI=ln I0-L/w

L=w*( ln I0-lnI)/ （2）

使用的核子秤通過電路將射線強(qiáng)度信號按正比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成了頻率信號，所以（2）可以轉(zhuǎn)換成

L=K（lnf0-lnf） （3）

式中f0：皮帶上沒有物料時核子秤輸出的頻率信號（單位：HZ）； f:皮帶上有物料時核子秤輸出的頻率信號（單位：HZ）； K:物料相對于射線的吸收參數(shù)與皮帶寬度的比值； L：皮帶單位長度的負(fù)荷數(shù)。

皮帶單位長度的負(fù)荷數(shù)乘以皮帶速度，既得皮帶輸送物料的流量

Q=L*V= K*V*（lnf0-lnf）（4）

式中：Q：皮帶輸送物料的流量，V：輸送機(jī)速度，L：輸送機(jī)上物料的瞬時流量，對于中煤旭陽1系核子秤來說其速度是恒定的，流量對時間積分就可得出工作時間內(nèi)皮帶輸送物料的質(zhì)量

W=∫Qdt=∫K*V*（lnf0-lnf）dt（5）

式中：t:指的是物料的輸送時間；W：表示t（下轉(zhuǎn)第143頁）（上接第120頁）時間內(nèi)物料累積輸送量。

電離室：在核子皮帶秤中電離室的作用是將核輻射信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號，而頻率信號與被測物料的質(zhì)量參數(shù)成正比例函數(shù)關(guān)系， 以達(dá)到測量質(zhì)量的目的，通過電路轉(zhuǎn)換計算。

電離室的工作原理在前面我們已經(jīng)做了簡單介紹，在此不再介紹。電離室通常為圓筒形結(jié)構(gòu)。圓筒內(nèi)充有惰性氣體， 在陰極和陽極之間加一適當(dāng)電壓。當(dāng)射線進(jìn)入電離室時，使筒內(nèi)惰性氣體產(chǎn)生電離，電子和正離子在電場作用下產(chǎn)生一微小電流I（t），這微小電流經(jīng)過放大電路放大后，按比例轉(zhuǎn)換成頻率信號。

計算、控制回路：現(xiàn)場采集到的稱重信號經(jīng)過信號調(diào)理板的信號采集送入工控機(jī)，工控機(jī)將調(diào)理板送來的稱重信號和輸入的速度值進(jìn)行計算，計算出的流量信號送給西門子300-PLC，PLC將得到的流量信號和設(shè)定的流量信號進(jìn)行比較和運算，得到的4-20mA的電流信號用來控制變頻器，用變頻器來拖動圓盤電機(jī)，現(xiàn)場的稱重傳感器得到的實時信號，反饋給PLC，形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2 技術(shù)改造

圖1

（1）在使用中，3#、6#、7#秤變頻器多次報LU(啟動時欠電壓)故障，啟動時難以啟動，通過現(xiàn)場的分析和以前的經(jīng)驗，變頻器頻繁得失電容易使電容頻繁沖擊，使其使用壽命縮短，讓延時回路的電阻頻繁工作，致使其熱量散不出去而燒毀。之前廠家設(shè)計的線路為變頻器的啟動信號接在控制變頻器主電路的接觸器的輔助觸點上，這就使得變頻器得電與啟動信號同時出現(xiàn)，變頻器沒有預(yù)充電時間，同時廠家為了降低費用，11KW的電機(jī)配套11KVA的變頻器進(jìn)行拖動，很顯然選用的變頻器相對較小，針對這種情況，我們通過改變線路使變頻器經(jīng)常處在得電待機(jī)狀態(tài)，在電機(jī)啟動時變頻器電容上已經(jīng)充電完畢，避免在電機(jī)啟動時變頻器報欠壓故障。通過改造3#、6#、7#變頻器不再報過欠壓故障，自動運行良好。原理圖如圖1：

（2）核子秤將電離室收到的物料信號轉(zhuǎn)換成了頻率信號，而且顯示的頻率值是將實際值除以100得到的，也就是顯示值如果是2.00Hz那么實際值就是200Hz，而計算機(jī)（PC）或者PLC模擬量輸入模塊很少使用頻率輸入，廠家是通過一塊叫調(diào)理板的線路板將頻率信號轉(zhuǎn)換成了0-5V信號然后再轉(zhuǎn)換成4-20mA信號送給PLC進(jìn)行計算控制，而所謂的調(diào)理板只能從廠家購買，給維護(hù)和維修造成了一定的困難。基于上述不便，下一步可以直接購買將電離室收到的物料信號轉(zhuǎn)換成0-5V或者4-20mA信號，省去調(diào)理板這個環(huán)節(jié)，提高核子秤的工作可靠性和可維護(hù)性。

3 結(jié)論

核子秤機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡單，日常保養(yǎng)量較小，但影響非接觸式核子秤準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性的因素有：放射源衰減、物料水分含量的實時變化、物料形狀等幾方面。還應(yīng)做好對工藝方面的認(rèn)識才能發(fā)揮核子秤的最佳效果。

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