[科普中國]-x射線測厚儀

X射線測厚儀利用X射線穿透被測材料時，X射線的強度的變化與材料的厚度相關(guān)的特性，從而測定材料的厚度，是一種非接觸式的動態(tài)計量儀器。它以PLC和工業(yè)計算機為核心，采集計算數(shù)據(jù)并輸出目標偏差值給軋機厚度控制系統(tǒng)，已達到要求的軋制厚度。

基本信息X射線測厚儀利用X射線穿透被測材料時，X射線的強度的變化與材料的厚度相關(guān)的特性，從而測定材料的厚度，是一種非接觸式的動態(tài)計量儀器。它以PLC和工業(yè)計算機為核心，采集計算數(shù)據(jù)并輸出目標偏差值給軋機厚度控制系統(tǒng)，已達到要求的軋制厚度。

適用范圍：生產(chǎn)鋁板、銅板、鋼板等冶金材料為產(chǎn)品的企業(yè)，可以與軋機配套，應用于熱軋、鑄軋、冷軋、箔軋。其中， x射線測厚儀還可以用于冷軋、箔軋和部分熱軋的軋機生產(chǎn)過程中對板材厚度進行自動控制。

系統(tǒng)構(gòu)成■ 用戶操作終端

觸摸屏用戶操作終端包括一個專用的計算機和高分辨率的彩色顯示器?？娠@示整個系統(tǒng)的檢測、設定、偏差值；用戶通過軟件顯示頁面可直接控制和操作測厚儀。主操作頁顯示正常操作所需的各種數(shù)據(jù)。維護頁面顯示系統(tǒng)正常工作時各種參數(shù)高壓反饋、管電流、燈絲電流、射線源溫度等。一些與用戶質(zhì)量有關(guān)的重要數(shù)據(jù)如厚差曲線、厚度與長度關(guān)系曲線均可打印。技術(shù)員能很容易地通過操作終端的報表打印功能，打印出來以顯示可用信息。

■ 冷卻系統(tǒng)

本系統(tǒng)配備有專用冷卻裝置，該裝置的關(guān)鍵部件，壓縮機組均采用進口原裝組件，具有可靠性高、噪音小、控溫精度高，經(jīng)久耐用等特點。通過C型架上進出油口進行冷卻。延長了關(guān)鍵部件的使用壽命。

■ X****射線發(fā)射源及接收檢測頭

采用X射線管和高壓電源。X射線管裝在一個抽真空后注滿油的全密封的油箱中保證絕緣和良好冷卻，高壓等級根據(jù)所造型號不同有所區(qū)別，加上傳感器具有的溫度自動保護與報警功能，提高了X射線管的穩(wěn)定性和使用壽命。模塊化設計、免維護設計方案及規(guī)范的制造保證了設備系統(tǒng)高可靠性。

檢測頭采用電離室和電子前置放大器組成高性能電離室檢測頭，離子室設計具有大空間，高抗干擾性、高靈敏度等特點。系統(tǒng)備有風冷、油冷恒溫冷卻單元，延長系統(tǒng)的使用壽命。

■ 主控制柜

主控制柜是一個自由立式控制臺，是個系統(tǒng)的心臟。根據(jù)產(chǎn)品型號、控制系統(tǒng)配置不同，P型采用S7-400PLC作為控制計算中心；G型采用工控機為控制計算中心。控制柜負責采集和處理從前置放大器傳來的信號，負責測厚儀數(shù)據(jù)處理和與軋機AGC系統(tǒng)的接口信號輸出，為軋機AGC系統(tǒng)提供測厚數(shù)據(jù)及控制信號。控制柜還提供整個系統(tǒng)穩(wěn)定的電源和現(xiàn)場顯示器的顯示數(shù)據(jù)。

測厚儀各部件功能

1）全量程標定功能：

根據(jù)程序預先設定的計算公式，通過組合不同的標樣厚度并將其置于射線下測量，以得到一組基準數(shù)據(jù)，并存于PLC中。

2） 測量功能：

用于實際測量，系統(tǒng)工作時軋制帶材通過射線照射，測量頭接收后，轉(zhuǎn)化為電壓信號，此電壓值與全量程標定模塊中所儲存的基準數(shù)據(jù)相比較，通過程序中預先設定的計算公式計算后得到相應的厚度。

3）系統(tǒng)效驗功能：

由于工作現(xiàn)場環(huán)境復雜，系統(tǒng)工作一段時間后由于各種因素的干擾，系統(tǒng)會產(chǎn)生基準漂移。這時通過系統(tǒng)效驗模塊可以修復這種漂移，以保證系統(tǒng)測量的準確性

4）自動合金補償功能：

由于鋁合金板材牌號眾多，合金含量各不相同，而X射線對不同合金的吸收率是有差別的，為了彌補這種差別本系統(tǒng)增加了合金補償功能（此功能類似于全量程標定功能）

5） AGC偏差輸出功能：

通過計算目標厚度與實際厚度的偏差值（單位um）然后把這個偏差值轉(zhuǎn)換為電壓信號，把此電壓信號傳送給軋機AGC系統(tǒng)，通過AGC系統(tǒng)來調(diào)整軋制的板材厚度。

6） 帶材長度計算功能：

通過采集來自編碼器的脈沖信號，計算出帶材的長度。然后把長度值與厚差放于同一坐標中，形成長度與厚差曲線，使用戶很直觀的觀察到這卷帶材的質(zhì)量信息，必要時還可以打印出來。

7） 標樣控制功能：

主要是為了控制系統(tǒng)所使用標準樣片在全量程標定、系統(tǒng)效驗和系統(tǒng)測試中能夠準確的置于射線下進行測量。

8） C型架控制功能：

控制C型架在導軌上的前進和后退。

維護測厚儀的日常維護 ，除了需要遵循一般電氣設備的常規(guī)維護方法（例如 ：電氣連接情況、主要電源電壓的檢查、各個開關(guān)的操作是否有效），這里主要討論針對測厚儀的維護。

每天檢查1）循環(huán)水。循環(huán)水恒溫設備主要給射線源提供相對恒定的溫度環(huán)境。射線源的溫度波動將直接導致射線能量的變化 ，致使測量結(jié)果波動。循環(huán)水溫度一般設定在 20℃ ±1℃。注意檢查循環(huán)水的回水流量、水溫是否正常。檢查回水流量要實際查看回水管出水口的水流情況 ，不能依據(jù)測厚儀沒有水流報警就斷定冷卻水正?！鏖_關(guān)總有損壞的時候（比如 ，銹蝕、因某種原因卡住了）。如果回水量明顯減小了 ，應考慮水路是否有堵塞或漏水。為防止產(chǎn)生水垢堵塞、銹蝕管路 ，應使用純凈水灌裝水箱。

2）壓縮空氣。壓縮空氣的用途主要是吹掃射線束內(nèi)的雜物、油霧等 ，如果壓力不足 ，會使吹掃效果下降 ，影響測量結(jié)果。還有的測厚儀使用氣缸驅(qū)動標樣和快門。巡視設備時應檢查空氣壓力是否符合設計要求 ，濾芯是否需要更換。

3）C 型架上告警燈的狀態(tài)。告警燈的狀態(tài)應正確 ，否則說明測厚儀存在某種故障。從安全的角度考慮 ，即使確認測厚儀沒有功能上的故障 ，僅僅是燈泡損壞 ，也應及時更換 ，以防止意外的輻射傷害。

4）射線窗口和探頭窗口。目視檢查射線窗口和探頭窗口 ，如有破損應及時更換窗口材料。軋制過程產(chǎn)生的油霧中含有粉狀物（金屬粉末、硅藻土粉末等），凝結(jié)在窗口上會產(chǎn)生油泥 ，相當于在射線束中插入了一層異物。油泥厚到一定程度 ，會使探頭電壓明顯下降 ，影響測量精度 ，因此最好每天擦拭這兩個窗口 ，保持清潔。

每周檢查1）電纜和管路。注意查看電纜是否有破損 ，特別要注意查看C型架尾部的電纜和管路懸掛是否牢固，防止脫落被擠壓損壞，導致不應有的損失。

2）C 型架的行走情況。觀察 C 型架行走是否平穩(wěn) ，是否有卡阻和步進現(xiàn)象。行走不平穩(wěn)本身不是大問題 ，但有隱患 ：有可能引起接插件、標樣片、快門松動 ，影響校準精度和測量結(jié)果。C 型架在前后的停止位置應正確 ，否則應檢查限位開關(guān)及撞塊。

3）射線源的電壓和電流。射線源的穩(wěn)定是測厚儀穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。平時應多注意每個 KV 段的電壓值和電流值 ，作好記錄。發(fā)現(xiàn)異常的波動或變化應立即關(guān)機 ，先檢查冷卻水和電纜 ，如無異常 ，意味著射線源或驅(qū)動板可能有故障。

4）探頭的全電壓和零電壓。測厚儀使用一段時間 ，各個KV 段的全電壓和零電壓的值都可能會有一些變化。經(jīng)常記錄各個 KV 段的全電壓和零電壓 ，與標定測厚儀時的數(shù)值相比較 ，如果偏離不大 ，使用“校準”功能還是能保證測量精度的 ；如果偏離大了 ，說明有問題存在。如果探頭電壓不正常 ，應首先檢查快門打開和關(guān)閉是否到位 ，X 射線束的通路中是否有異物 ，窗口是否干凈 ，排除這些可能后 ，再考慮探頭、放大器或是射線源、采集卡的因素。正常情況下 ，全電壓在 8.5 ～ 9.5 V 之間 ，通常使用在 9.0 ～ 9.2V（因設備調(diào)試情況不同而異）。零電壓應低于 0.02 V。注意 ：這里所說的探頭電壓 ，是指在維護頁面上讀出的數(shù)值 ，它是探頭檢測到的信號經(jīng)過前置放大器（探頭內(nèi)）和后置放大器（主電柜內(nèi)）放大后 ，由模擬量數(shù)據(jù)采集卡進行 A/D 轉(zhuǎn)換后 ，最終送到主計算機內(nèi)進行處理的數(shù)據(jù)。

5）做校準試驗。試驗測厚儀的校準功能是否正常。這也是發(fā)現(xiàn)一些隱藏著的故障的有效手段。

6）做精度測試。用已知準確厚度的樣片實際測量 ，與以前的測量記錄作比較 ，看看測量誤差是否有明顯變化。樣片的厚度范圍最好能覆蓋測厚儀的整個量程范圍或是平時軋制用到的范圍。在成品厚度附近的規(guī)格最好密集一些。注意應該細心保管好一套標準樣片 ，每次測試都應這同一套樣片。不同的樣片測試出的厚度誤差變化很難說明問題的。

每月檢查1）電氣連接。逐個檢查插拔式安裝的板卡、各種插頭安裝連接是否牢固 ，每個接線端子是否松動或銹蝕。包括現(xiàn)場接線箱和 C 型架內(nèi)的接插件也要仔細檢查。

2）漂移測試。漂移量是測厚儀工作是否穩(wěn)定的重要指標 ，

如果測厚儀有故障可以明顯反映出來。用一塊樣板連續(xù)測量 5

分鐘以上 ，觀察是否有明顯厚度變化。一般現(xiàn)場條件測量不應

該超過 0.15% 的變化。

3）模擬量輸出信號。檢查測厚儀送到 AGC 系統(tǒng)的厚差信號

（安裝調(diào)試后就不應該有變化）。做此測試的目的是檢查軟件參

數(shù)設置是否有變化 ，及模擬量輸出板的性能是否正常。方法是 ：

用一塊樣片先測量一次 ，然后人為地把目標值改為剛才的測量

值 ，顯示的厚差應該為零 ，模擬量輸出電壓也為零。然后分別

把目標值向上和向下修改 10%、20%、30% 或任意數(shù)值 ，顯示的

厚差和模擬量輸出電壓也應相應地變化。

4）軟件備份。測厚儀的軟件也有損壞或丟失的可能 ，有時

原因也不明確。定期做備份是防止意外的有效手段。做新的備

份時 ，最好不要用新備份覆蓋掉老的備份 ，保留歷史上的每次

備份 ，以備不時之需。

射線管的更換射線管損壞或使用一定年限老化后 ，測厚儀廠家通常建議將射線源返廠更換射線管 ，費用很高 ，周期也較長。實際上 ，只要細心操作 ，完全可以現(xiàn)場更換射線管。更換射線管應著重注意 ：

1）緊固射線管的安裝螺絲時用力要適度 ，既要安裝牢固 ，更要防止緊固過度導致管子破裂。

2）高壓線的焊接要求較高 ，決不允許虛焊 ，焊點必須非常光滑。

3）同時更換各種密封件。對油浸冷卻的射線管 ，更換射線管的同時要更換冷卻油 ，可以使用干凈的變壓器油 ，高壓試驗合格后保持略高于室溫的溫度時沖洗油箱、灌裝（這項工作盡量在晴天做 ，陰雨天時空氣濕度大 ，油里容易融入水分 ，耐壓難以達標）1。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

杜強 - 高級工程師 - 中國科學院工程熱物理研究所