核子秤在工業上的應用

　　核子秤是80 年代初在我國開始應用的, 由于測量方式是非接觸式, 克服了皮帶張力、剛度、抖動、跑偏等因素影響。加之其與物料不接觸, 通過自身密封, 可以在惡劣的環境下( 如粉塵、腐蝕性氣體、高溫等) 穩定工作。使用壽命長, 便于安裝及維修。因而發展很快, 現已成為固體物料秤量的重要方式之一。我公司在原鹽計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, 而且其中還需要經常保養與維修。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, 大大減輕了儀表工的工作量, 現已在我公司二次計量中廣泛應用。

　　1 工作原理

　　核子秤是一種放射性同位素儀表, 它是利用物質對穿過它的γ射線有一定的吸收能力的原理而設計的。由其核物理公式可知:

　　I = I0e-umFm/B

　　式中I —— 物質吸收后的γ射線強度;

　　I0 —— 物質吸收前的γ射線強度;

　　um —— 物質對γ射線的質量吸收系數;

　　Fm —— 單位長度皮帶上物料重量;

　　B —— 皮帶寬度。

　　取對數:

　　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。與皮帶速度合成:

　　F= Fm v 3. 6(t / h)

　　F —— 瞬時流量(t/ h)

　　v —— 輸送速度(cm/ s)

　　累計流量:

　　G= Fdt ( t)

　　G —— 累計流量(t)

　　綜合校正系數K , 通過實物標定獲得不同的物料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 ),其特點是半衰期較長(30 年),放射能量適中(0.6650mev) 。射源強度一般在百毫居左右, 射源封裝在鉛罐內, 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場條件而定。

　　2. 3 電離室

　　電離室的作用是把γ射線強度轉換成與之成正比的電信號。電離室是充滿惰性氣體的圓柱形容器, 內有兩個絕緣電極, 兩電極上有直流500 V 的電壓。當有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, 二次電子對氣體產生電離作用, 在電極上形成與射線強度成正比的電離電流。該電流非常弱, 一般10- 9~ 10- 12A 數量級, 經前置放大器變換成電壓信號, 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的測量精度, 購買時一定要注意。

　　2. 4 速度傳感器

　　速度傳感器的作用是把皮帶的速度轉換成一個電壓信號送入主機。常用的速度傳感器有磁電感應脈沖式測速電機, 光電速度傳感器和恒速裝置等。

　　2. 5 主機

　　早期的主機一般采用以CPU 為核心的數據處理及操作控制裝置, 近年來, 越來越多的生產廠商直接采用486 工業計算機為主機, 其特點是運算快, 抗干擾性好, 便于連網, 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進行運算處理, 并顯示、打印皮帶負荷瞬時流量, 流量數字顯示, 上限、下限、定值報警、自動空帶識別、自動標定當前源強I0 及有關參數, 輸出模擬, 數字信號, 還可帶PID 定值和比例控制功能、故障自診, 鍵盤操作、主機可一機一秤, 也可一機多秤。

　　3 系統誤差

　　核子秤的誤差主要來自兩個方面: 系統本身和安裝。

　　3. 1 系統本身產生的誤差主要有以下幾個方面

　　3. 1. 1 溫漂產生的誤差

　　由于電離室和前置放大器是安裝在測量現場,因環境溫度會變化很大, 所以會產生溫漂, 目前一般采取主機程序設計上予以補償和恒溫補償。

　　3. 1. 2 放射源的統計漲落產生的誤差

　　核子秤在測量時, 即使物料不發生變化, 核子秤的測量值在圍繞某個值波動, 此誤差生產商還無法解決。

　　3. 1. 3 放射源衰變引起的誤差

　　放射強度每年減弱約2.2%, 解決辦法一般是采取在主機中自動補償。在實際生產中一般經常核準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 安裝不當產生的誤差

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

　　4 結論

　　核子秤目前作為比較先進的測量儀器與其他電子秤相比, 有安裝方便, 不需對輸運設備進行改動,在不停車的情況下安裝, 無超重、過載等方面的優點。但同樣有許多缺點, 由于它是一種放射性儀表存在放射性危險, 在購買運輸方面, 國家有嚴格的規定, 需要縣級以上公安、衛生防疫等部門的證明材料, 如要報廢放射源需要交回原生產單位或有關部門, 自己無權處理放射源。另外, 只能實物標定, 并且在實際應用中很難保障較高的精度, 國內還沒有形成較大的生產規模, 所以其價格較高。綜上所述, 盡管核子秤還存在著許多不如人意的地方, 但是在環境比較惡劣的地方應用與其他秤相比還是有很大優勢。