洛阳瑞清X射线测厚仪在冷轧机中的应用

基于冷轧机使用的洛阳瑞清X射线测厚仪，介绍了测厚仪的发展背景、分类以及特点，鉴于洛阳瑞清X射线测厚仪的安全性能、技术性能等各方面的优点，以及冷轧薄板的特点，其在厚度较小的冷轧生产线得到了广泛应用。分析了影响测厚仪精度的各个因素，并且针对这些影响测厚精度的因素，揭示了在日常维护中，提高测厚精度的方法。

关键词：冷轧测厚仪；X射线测厚仪；薄板测厚仪；在线测厚仪；精度，金属板带测厚仪

前言

随着国家经济的飞速发展，许多部门对板带钢的需求量越来越大，同时对板带钢的质量要求也越来越高。测厚仪作为一种在线测量板材厚度的精密仪器，在整个冷轧机的自动辊缝控制系统中占有非常重要的地位，它为其提供实时厚度偏差信号，信号的准确和灵敏度直接影响了轧制板材的厚度质量。如果测厚仪测量不准或精度不高，再好的控制系统也将无法保证最终产品的板型厚度要求，因此测厚仪的测量精度对最终产品的质量影响很大，提高测厚仪的测量精度，必然也会对提高板带钢产品的质量精度起到了积极的作用。

1  测厚仪的分类、特点和应用

1.1  测厚仪的分类

工业测厚仪按照形式共分为接触型和非接触型两大类，按照工作原理分为γ射线测厚仪、X射线测厚仪、涡流测厚仪、超声波测厚仪、激光测厚仪、机械接触式测厚仪等。工业用测厚仪的分类如表1

表1 工业测厚仪的分类

Table1 Classification of industrial thickness gauge

由表1可以看出，γ射线测厚仪、洛阳瑞清X射线测厚仪以及激光测厚仪的应用范围比较广，局限性较小。

1.2  不同类型测厚仪的特点

目前在工业现场应用的测厚仪主要包括γ射线测厚仪、洛阳瑞清X射线测厚仪、激光测厚仪、机械接触式测厚仪，根据他们的测量原理和现场应用情况，可以总结得到他们的特点。

（1）γ射线测厚仪和X射线测厚仪主要应用与被测物体厚度较小、生产线自动化程度较高的场合，发展方向是提高射线管的稳定性，从而减小环境危害和提高测量精度。

（2）激光测厚仪主要应用于被测物体厚度较大（5mm以上）的各种生产线，尤其是中厚板和板坯的厚度测量，可以充分发挥测量范围大、测量精度与材质和温度无关的特点。

（3）接触式测厚仪主要应用与冷轧薄带钢生产线，充分发挥测量精度高的特点，发展方向是提高系统的防撞性能和测头的耐磨性能。

1.3  测厚仪的应用

针对不同种类测厚仪的特点，目前国内外冷热轧厂用于测量板带钢厚度使用最多的测厚仪是γ射线测厚仪和洛阳瑞清X射线测厚仪。

γ射线测厚仪的特点：能量很大，测量厚度范围也较大，稳定性好，造价便宜。其缺点是能量不可调，不能像电子设备一样完全关闭，另外在产生测厚所需的射线以外，还会产生难以控制的中子，这也是设备所带来的安全问题。

X射线测厚仪的特点：与γ射线测厚仪相比较而言，X射线测厚仪具有强度高，能量可调，可以通过断电而本质关闭，安全性能相对较好等特点。其缺点是高压射线管产生了大量的热量，需要安装造价很高的强制水冷装置，以防止射线管烧损。

由于科技的飞速发展，新工艺和新技术的不断应用，X射线测厚仪的测量范围增大，性能不断提高，相比γ射线测厚仪的优点越来越高，而且又由于X射线测厚仪可本质关断的安全可靠性，应用越来越广。因此首钢京唐冷轧机采用了X射线测厚仪，测量厚度准确，测厚仪操作简单，标定方便，给设备的正常工作带来了很大的便利。

2  X射线测厚仪工作原理

2.1  X射线测厚仪主要设备组成

测厚仪的设备组成主要包含：C型架、电气连接柜、水冷系统、导轨、拖链以及主控柜等，其中主要的现场检测设备为C型架上的X射线高压射线管和电离室。

高压射线管原理是射线管阴极侧接高压负电压，阳极接地，通过高压发生器的高压加在阴极上，阴极发射电子碰撞阳极发出射线。通常阴极和阳极之间的电压范围为10-160KV，阴极电流为2.5-4A。射线管所消耗的能量只有1％转换为X射线，其他能量都转化为热能，因此在高压射线管侧，需要安装强制水冷装置，以防止射线管烧损。

电离室是一种以气体为介质的射线探测器，当从高压射线管发出的射线穿过带钢的时候，射线被带钢吸收一部分，未吸收的射线冲击到电离室，进行电离后，产生一个与冲击到电离室的射线量成一定关系的电信号，此信号经过放大，被模块采集并且输送到控制器进行快速处理和计算，最后得到所需要的带钢厚度值。

2.2  X射线测厚仪厚度理论公式

洛阳瑞清X射线测厚仪和γ射线测厚仪原理相似，根据X射线穿透被测物体后强度的衰减来进行厚度测量。当X射线发射出强度为I₀的射线穿透被测物体时，吸收掉一部分，穿过被测物体，到达探测器的是强度被衰减为I的射线，μ为材料的吸收系数，取决于材料本身的特性，d为被测物体的厚度。通过带钢以后，到达电离室的X射线强度为：

I=I₀e^-μd    2-1

由公式2-1可知，通过带钢以后，到达电离室的X射线强度仅仅与一定材料的物体厚度有关。对于同一种材质，厚度越大，衰减越大，到达电离室的射线就越少。

2.3  X射线测厚仪的在冷轧机中的应用

用测厚仪检测到的带钢的实际厚度值，与设定值进行比较，如果差值为零，放大器通过信号传输，传送到自动辊缝控制系统的偏差信号为零，轧机辊缝保持不变；如果差值为正，也就是带钢厚度的实际值大于设定值，偏差信号为正，自动辊缝控制系统，调节控制辊缝关闭到带钢厚度的设定值为止；当偏差信号为负时，则说明带钢的厚度实际值小于设定值，自动辊缝控制系统会自动打开辊缝到带钢厚度的设定值为止。

3  X射线测厚仪测量精度的提高

3.1  影响X射线测厚仪精度的因素

X射线测厚仪的优点是：其在断电后就不会再释放任何射线，减少了对人体和周围环境的危害，从而是一种相对安全的测厚仪，因此在各种板材加工中被广泛的应用；并且由于现代科学技术的飞速发展，X射线测厚仪的缺点也越来越小，所以其应用就更加越来越广泛。但是为了得到更高的测量精度，我们还要进一步弱化或者消除影响其精度的因素。

当被测物体厚度较小时，管电压的波动对测厚精度的影响很大，而且厚度越小，其对厚度精度的影响也越大，反之，厚度越大，管电压波动对厚度测量精度影响越小。

X射线本身的衰减也会影响测厚仪的测量精度，X射线源的衰减对于工厂现场的标定过程中，随着使用时间的增加，灯管的曲线会发生变化，在同一电压下，随着使用灯管时间的增加，厚度偏差会越来越大。因此X射线源的衰减是影响测量精度的一个主要原因。

X射线的高压控制箱的安装位置会对厚度测量精度造成一定的影响。X射线测厚仪的测量原理就是通过施加高压电源放射出X射线，通过X射线穿过物体时的衰减量来测量被测物体的厚度。但是高压控制箱的安装位置变化会使测量的精度变低，波动比较明显。

在测量过程中，随着设备的使用时间增加，C型架上的积尘和积水也会影响测量的精度，出现误差。

3.2  X射线测厚仪测量精度提高的方法

针对影响X射线测厚仪精度的因素，在日常的维护当中，应当对这些因素注意，减少或者消除这些因素对测量精度的影响。

在日常点、巡检和检修期间，应密切注意管电压的变化情况，发现电压有波动，应尽快检查处理，保证测量精度。

在日常的维护当中，要定期查看X射线测厚仪的循环冷却水是否正常，冷却水的温度不要超过35度。要定期更换灯管使用的高压绝缘油，高压绝缘油在使用中，会因为受到高温而发生碳化，从而影响绝缘的效果，从而影响X射线的使用。这些由于长期使用造成的X射线的衰减，可以在平时的日常维护当中采取有效的措施。

X射线的高压控制箱本身以及控制箱内的接线端子和高压电源设备等，应该进行定期检查和紧固以免其松动，影响厚度测量的精度。

在日常维护中，我们要注意对C型架上射线孔膜片上油污、轧制油、积尘、积水的清理，提高X射线测厚仪的测量精度。

4  结论

本文以冷轧生产线使用的X射线测厚仪为基础，介绍了X射线测厚仪的分类、特点、应用，然后讲解了X射线测厚仪的主要设备以及厚度测量理论公式。最后针对X射线测厚仪的特点，探讨了影响X射线测厚仪精度的因素，以及提高X射线测厚仪测量精度的方法。

冷轧生产线的产品为薄带钢，并且相比较不同种类测厚仪的安全性，X射线测厚仪最适合。首先其安全性比较可靠，可以完全关断X射线；其次检测范围的特点比较适合检测薄带钢。通过对X射线测厚仪探讨，在日常维护中，可以提高X射线测厚仪测量的精度。