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X射线测厚仪测量原理和系统分析

发布时间:2022-04-21 19:44:20人气:

X 射线测厚仪与同位素测厚仪都是非接触式无损测量,但是 X 射线测厚仪具有对一定范围内的带材合金厚度都适用,不需要对检测厚度进行选择,在相同噪声要求下响应速度快,以及射线源安全可控等诸多优点。

 

X 射线测厚仪工作原理

利用非接触式的射线穿透测量原理,发射头发 射出一定强度的X射线穿透被测物体,由于不同材质和厚度的物体对X射线的吸收情况不同,根据接收头处接收到 X 射线的强弱,经过信号处理和控制系统计算,得出被测物体的厚度,输出信号和厚度成线性关系,如图 1 所示。如果利用电离室来检 测 X 射线强度,测得的强度可用电流信号来表示:

I = I0 e- μmρh         (1)

式中:

I──穿过板材后的 X 射线强度;

I0──发射到板材的 X 射线强度;

μm──由放射线能量和被测物所决定的物质固 有的质量吸收系数,μm = μ/ρ ,μ 为被测物质线性吸收 系数;

ρ──被测物的密度;

h──被测物的厚度。

由公式( 1) 可知,穿透过被测物体后的 X 射线强度是按指数规律衰减的,其中 I 为测厚仪接收头测出的经带材衰减后的射线强度; I0 可在测厚仪进行标准化时测得,可视为常量; μm 与被测带材的合金成分及射线波长有关,测厚仪在做标准化前,只要输入被测带材的合金号以及目标厚度,该系数由测厚仪系统给出,同样也可视为常量; ρ为已知量。显然,测厚仪很容易根据上式计算出带材厚度。

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系统组成

 

硬件组成

X 射线测厚仪的硬件及网络组成如图 2 所示,主要由现场设备和控制设备 组成。现场设备主要有: C 型架,安装导轨,控制箱及气动箱,冷却器,报警灯等。控制设备主要由主控制柜、人机界面、工程师站等组成。 C 型架前端是发射头和接收头,设计间距 279 mm,整体由一台变频电机驱动,安装在活动导轨上, 两侧安装有活动滚轮及安全限位,内部布有油管和 气管,用于冷却高压装置和驱动快门。

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发射头

发射头内部安装有高压电源、X 射线管、快门驱 动装置、采样板,散热背板及接线快接头等部件。为保证轧机所有合金带材厚度均可测量,高压电源及 X 射线管选用 40 kV 等级,X 射线管采用金属陶瓷管,保证装置耐压及稳定,X 射线管与高压电源均连接在散热背板上,散热背板通过油循环冷却,从而保证装置及时散热及温度可控。

 

接收头

接收头内部主要安装电离室与前置放大器,电离室由不同电位的电极及惰性气体组成,由高压电源提供的 - 1 000 V 左右的偏置电压加在电离室上, 使离子在穿过电极与惰性气体之间形成电流,电流的大小与接收头接收到的射线强度成一定比例关系。前置放大器将电离室产生的微弱电流转换为电压,再把电压信号转换为大一点的电流信号送给信号处理系统。

 

控制设备

控制设备是测厚仪的核心,它控制着测量信号 的检测、传输、计算及显示,为保证信号快速稳定地传输,控制设备主要由一台基于西门子S7-1500PLC 控制,安装wincc实时操作系统,它与中端控制箱、人机界面及数据归档电脑均采用工业以太网通讯技术,从而保证数据具有更高的实时性、可靠性。


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