核子秤在工业上的应用

　　核子秤是80 年代初在我国开始应用的, 由于测量方式是非接触式, 克服了皮带张力、刚度、抖动、跑偏等因素影响。加之其与物料不接触, 通过自身密封, 可以在恶劣的环境下( 如粉尘、腐蚀性气体、高温等) 稳定工作。使用寿命长, 便于安装及维修。因而发展很快, 现已成为固体物料秤量的重要方式之一。我公司在原盐计量上以前采用电子皮带秤, 由于原盐具有高腐蚀性, 使用寿命只有二三年, 而且其中还需要经常保养与维修。1995 年我公司改用核子秤,通过这几年的使用情况看, 几乎没有维修, 不用保养, 大大减轻了仪表工的工作量, 现已在我公司二次计量中广泛应用。

　　1 工作原理

　　核子秤是一种放射性同位素仪表, 它是利用物质对穿过它的γ射线有一定的吸收能力的原理而设计的。由其核物理公式可知:

　　I = I0e-umFm/B

　　式中I —— 物质吸收后的γ射线强度;

　　I0 —— 物质吸收前的γ射线强度;

　　um —— 物质对γ射线的质量吸收系数;

　　Fm —— 单位长度皮带上物料重量;

　　B —— 皮带宽度。

　　取对数:

　　ln(I/I0) = (- um/ B ) Fm

　　Fm= (B/ um) ln(I0/ I )

　　因安装条件, 物料成份等因素:

　　Fm= K (B/ um) ln(I0/ I)

　　K —— 综合校正系数。与皮带速度合成:

　　F= Fm v 3. 6(t / h)

　　F —— 瞬时流量(t/ h)

　　v —— 输送速度(cm/ s)

　　累计流量:

　　G= Fdt ( t)

　　G —— 累计流量(t)

　　综合校正系数K , 通过实物标定获得不同的物料K 值不同。

　　2 核子称组成

　　核子秤一般由γ放射源、秤体、支架、速度传感器、主机等五部分组成。

　　2. 1 放射源

　　γ放射源一般采用铯-137(CS137 ),其特点是半衰期较长(30 年),放射能量适中(0.6650mev) 。射源强度一般在百毫居左右, 射源封装在铅罐内, 安装在支架上。

　　2. 2 支架

　　支架的作用主要是将γ放射源与秤体牢固地连在一起, 以保证放射源与秤体不含有相对位移。支架一般采用A 型架, 其具体尺寸依电离室的长短以及现场条件而定。

　　2. 3 电离室

　　电离室的作用是把γ射线强度转换成与之成正比的电信号。电离室是充满惰性气体的圆柱形容器, 内有两个绝缘电极, 两电极上有直流500 V 的电压。当有γ射线照射在电离室上, 从其壁中和惰性气体上释放出高能量的二次电子, 二次电子对气体产生电离作用, 在电极上形成与射线强度成正比的电离电流。该电流非常弱, 一般10- 9~ 10- 12A 数量级, 经前置放大器变换成电压信号, 电离室是核子秤的核心部件, 其性能是否可靠直接影响整机的测量精度, 购买时一定要注意。

　　2. 4 速度传感器

　　速度传感器的作用是把皮带的速度转换成一个电压信号送入主机。常用的速度传感器有磁电感应脉冲式测速电机, 光电速度传感器和恒速装置等。

　　2. 5 主机

　　早期的主机一般采用以CPU 为核心的数据处理及操作控制装置, 近年来, 越来越多的生产厂商直接采用486 工业计算机为主机, 其特点是运算快, 抗干扰性好, 便于连网, 集中控制, 其功能不仅有采集来自电离室和速度传感器的信号进行运算处理, 并显示、打印皮带负荷瞬时流量, 流量数字显示, 上限、下限、定值报警、自动空带识别、自动标定当前源强I0 及有关参数, 输出模拟, 数字信号, 还可带PID 定值和比例控制功能、故障自诊, 键盘操作、主机可一机一秤, 也可一机多秤。

　　3 系统误差

　　核子秤的误差主要来自两个方面: 系统本身和安装。

　　3. 1 系统本身产生的误差主要有以下几个方面

　　3. 1. 1 温漂产生的误差

　　由于电离室和前置放大器是安装在测量现场,因环境温度会变化很大, 所以会产生温漂, 目前一般采取主机程序设计上予以补偿和恒温补偿。

　　3. 1. 2 放射源的统计涨落产生的误差

　　核子秤在测量时, 即使物料不发生变化, 核子秤的测量值在围绕某个值波动, 此误差生产商还无法解决。

　　3. 1. 3 放射源衰变引起的误差

　　放射强度每年减弱约2.2%, 解决办法一般是采取在主机中自动补偿。在实际生产中一般经常核准空带电压的方法来消除。

　　3. 1. 4 其他误差

　　物料堆积形状、成份、含水率等引起的误差也普遍存在。

　　3. 2 安装不当产生的误差

　　主要有支架安装不牢固, 电离室的灵敏区中心运输皮带中心与γ放射源准直孔中心不在一条垂直线上, 秤体距下料口太近等。

　　4 结论

　　核子秤目前作为比较先进的测量仪器与其他电子秤相比, 有安装方便, 不需对输运设备进行改动,在不停车的情况下安装, 无超重、过载等方面的优点。但同样有许多缺点, 由于它是一种放射性仪表存在放射性危险, 在购买运输方面, 国家有严格的规定, 需要县级以上公安、卫生防疫等部门的证明材料, 如要报废放射源需要交回原生产单位或有关部门, 自己无权处理放射源。另外, 只能实物标定, 并且在实际应用中很难保障较高的精度, 国内还没有形成较大的生产规模, 所以其价格较高。综上所述, 尽管核子秤还存在着许多不如人意的地方, 但是在环境比较恶劣的地方应用与其他秤相比还是有很大优势。