测厚仪在热连轧中的应用与研究应用.doc
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1、THERMO RM215测厚仪在热连轧中应用与研究 首钢迁钢公司 周艳龙摘要:高速非接触X射线测厚仪表是当代轧机厚度控制系统核心测量部件,是钢铁、铝、铜等行业厚度公差精度控制重要仪器,本文重要对THERMO Radiometrie(瑞美)RM215 X射线测厚仪测量原理、构成、测量精度控制及在轧机上应用维护保养等方面作了较全面阐述。RM215 X射线测厚仪测量就是把检测器接受到检测电压信号转换成厚度过程,通过提供实时绝对值或者偏差测厚信号,改进生产质量,特别设计机械构造能合用于苛刻应用环境,温度和合金补偿提供了更为精准测量。 核心词:X光测厚仪、X射线管、光电倍增管、标样、校准(标定) 1 概
2、述 厚度是金属加工尺寸质量指标之一,厚度自动控制是当代金属轧制生产中不可缺少重要构成某些。厚度自动控制是通过测厚仪或传感器等对金属实际轧出厚度持续地进行测量,并依照实际测量值与给定值相比较后偏差信号,借助于控制回路和装置,通过计算机功能程序,变化轧机压下位置、张力或轧制速度,把厚度控制在容许偏差之内办法。一种厚度自动控制系统应由三某些构成:厚度检测某些、厚度自动控制装置、执行机构。测厚仪作为一种在线测量板材厚度精密仪器,在整个轧机AGC系统控制系统中占有非常重要地位。例如:测厚仪X射线源射线通过0.1MM带钢,探测器接受到信号送到控制柜进行运算解决,然后送到AGC(厚度自动控制系统),再由该系
3、统给执行机构(液压压下、弯辊、单侧压下、等执行机构)发出指令,对轧辊进行控制,从而保证带钢最后成品厚度.它为AGC系统提供实时厚度偏差信号,信号精确和敏捷度直接影响了轧制板材厚度质量。 THERMO Radiometrie(瑞美)RM215测厚仪可为带钢提供精准、高速非接触式厚度测量。它采用模块化设计,配备灵活,维护简便,性能指标优秀,顾客可以依照RM215测后仪提供对测量成果绝对值或偏差实时反馈来提高产品质量。因而,RM215测厚仪响应速度快、噪声小、精度高而在冷热轧线得到广泛应用。 2 RM215 X射线测厚仪构成原理及技术特性 测厚仪构成 RM215 测厚仪布置图如下:测厚仪重要由主控制
4、柜、接线箱、报警灯、C型架等构成。图1. 测厚仪连接布置图3 测厚仪基本构造和测量原理 3.1 测厚仪基本构造 1. C型架 C型架重要用来装载Xray信号源和检测器等,X射线源和探测器被设立安装在重金属框架内,已获得最佳保护,而被测量带钢必要处在C型架中心线,保证测量精确性。吹风系统避免了赃物及轧制灰尘铁屑等汇集在窗口表面,有助于在恶劣工作条件下保持测厚仪性能,而水冷系统可以保证X射线源及探测器但是热而正常工作。 C型架驱动和控制内部通过测量屋内操作站画面上C型架控制画面进行远程控制,完毕其行走和定位控制,外部通过机旁箱上按钮对C型架进行拉入和拉出。在辊道有废钢状况下,C型架可以迅速移开拉出
5、辊道,防止损坏。C型架构造如下图所示: 图2. C型架构造图C型架采用12.5mm厚钢板制造,以防止信号源、接受器以及某些敏感元器件被破坏,同步信号源与接受器两侧采用特殊钢板封闭.以防止射线导致危害。 2.X射线源 X射线源基本构造和放射原理: X射线源重要由X射线管、阴极丝变压器、高压倍压电路构成。X射线是密封真空,它阴极是钨丝,阳极是由钨制成目的靶。当阴极通电时,阴极钨丝由于变热而产生热电子,热电子在高压作用下产生动能,并以很大加速度射向阳极目的靶,形成管电流。当热电子撞到阳极靶时,它动能就转换成热和X射线,穿透射线管以光子形式发送出去。X射线管电压决定X射线穿透能力,通过X射线管电流量决
6、定X射线辐射强度。X射线快门操作,在测量屋操作画面上可以进行手动打开或关闭快门。 X射线个高电压分为如下几种级别:10、15、30、50、60、70、80、90、100、120、160kV。 首钢2160测厚仪X-ray参数如下:信号源工作电压:140KV (MAX) 、80KV (MIN) X-ray信号源工作电流:1.2mA 测量厚度范畴:1.3mm19.5mm 测量物体温度:8001100 3.检测器 X射线检测器重要由光电倍增管和前置放大器构成。 光电倍增管是光子技术器件中一种重要产品,是一种多极放大光电转换器。 它是一种具备极高敏捷度和超快时间响应光探测器件,它将薄弱光信号转换成一定
7、量电信号,其放大倍数通过调节阳极电压变化,最大倍数可达109,输出电流与X射线强度成正比.光电倍增管可广泛应用于光子计数、极薄弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。 光电倍增管阴极加有高压(普通几百伏)。当X射线射到光电倍增管阴极时产生电子,在阴极电压作用下,倍增管把阴极每个电子(假设每极放大N个电子)增长到D(D为倍增极数)个电子,即放大管电流,最后达到阳极,然后通过前置放大电器把管电流放大并转换成电压形式。 4.原则块盒 原则块盒重要作用是对测厚仪进行校准,
8、也就是说咱们普通所说标定,由标定成果咱们得到一组标定曲线,原则块盒位置是在X射线管上面,由原则块构成,每个原则块由一种电控电磁阀线圈驱动放到X射线中,通过计算机控制可得到不同厚度标定。 5.控制柜 控制柜内装有系统解决器、能量供应装置、X射线源驱动器、直流供电及操作站实时监视系统等。主控制柜元件有:维护用PC、本地操作面板(仪表上电、掉电显示,急停按钮,快门和X射线状态)、键盘、UPS电源、X射线驱动、以太网hub、供电单元、厚度仪控制单元。 主电气柜重要用于控制Xray信号源产生、解决检测器检测信号,解决所有扫描、标定以及将检测器信号转化为真实厚度测量值。 6.冷却器 冷却器重要是对X射线信
9、号源和检测器进行冷却,以防止温度过高损坏信号源和检测器。 7.连接箱和进线箱 连接箱和进线箱重要用来信号线连接以及水、空气管路连接,和C型架运动控制等。 接线箱安装在C型架附近。接线箱上有两个按钮可以控制迈进和后退。 8.报警灯组合 在测量屋屋顶,安装有警示灯,通过警示灯亮与灭来阐明X射线源和挡板工作状态。 蓝灯灭:X射线关 蓝灯闪:正在产生X射线 蓝灯亮:X射线开 红灯灭:X射线挡板关 红灯闪:X射线正在打开红灯亮:X射线挡板开 3.2 基本测量原理 光电效应是X射线测厚仪理论基本。 当检测器和放射源之间有板材通过时,X射线源发射出强度为Io射线穿透板材时,被板材吸取掉一某些,强度逐渐削弱,
10、穿过钢材到达检测器是强度被削弱为I射线,削弱按指数曲线下降,她们有如下关系: I = Io -erx其中:Io射线初始强度,与加在X射线管上高电压成函数关系; I 到达检测器时射线强度; 吸取系数,它取决于被测量材料,也与加在X射线管上高电压成函数关系; r 材料密度; X被测材料厚度; e自然对数底数; 当和Io一定期,I仅仅是厚度X函数,因此测出I就可以懂得厚度X,X射线测厚仪原理是依照X射线穿透被测物时强度衰减来进行转换测量厚度,由X射线探测头将接受到信号转换成电信号,通过前置放大器放大,再由测厚仪操作系统转换为显示在操作画面上直观实际厚度信号。如果变化被测钢板厚度,X射线吸取率也将变化
11、,检测器探头所接受X射线量将发生变化,随之输出信号发生变化。 吸取系数取决于被测物位置和X射线电压级别,吸取系数普通可以作为质量吸取系数可以用下面公式建立: I = Ioe-rx =Ioe(/ P)P x; 式中:P材料密度; / P质量吸取系数; 当X射线全被吸取时,探测器没有电压输出,也就说输出0V,当没有带钢在X射线中,全值输出电压是10V,当有带钢在X射线中穿过时,探测器输出0V10V电压值,电压输出值随着带钢厚度而变化。如下图所示:4 测厚仪基本功能 4.1 标定 标定是通过对由标块构成各种厚度标样进行测量、计算,从而得到一组值,并通过“仿样插入法”建立起一组标定曲线(基准参数),测
12、厚仪其她功能都是在标定曲线基本上建立起来,它是一种全自动过程。 1.标定原理 标定原理是用已知厚度变化量来检测探头信号变化量。 标定原则是所测量探头信号其相应厚度应和已知厚度相似,运用自动将标定样品插入X射线源所发射辐射束中,由较小厚度逐渐到较厚厚度,目是保证已知厚度变化,在已知X 射线源和探测器操作条件下,通过在已知材料样本中测量辐射束衰减量,检测出探测器信号里已知变化。计算机计算出方程式中数值,把这些动态校准系数厚度作为原则点存储起来,在后来测量中通过测量计算即可迅速精确地得到实际厚度,经与设定厚度比对计算后,依照设定满标偏转量,输出偏差信号。 标定样品是已知厚度被测件,其厚度范畴是以二进
13、制顺序排列,覆盖测厚仪厚度量程,这些样品安装在系列原则校准样品暗盒中,暗盒位于射线源固定器内侧,原则样品暗盒安装在支撑臂上,运用螺线管动作,进行原则样品移入和移出。我厂测厚仪中所使用标定样品如下表所示: 注意:第一种原则在全标定不被用到,它只作用为精度检查。其他厚度范畴测量原则依照厚度测量范畴和所需求方案来选取。 标定过程可以覆盖整个热轧产品带钢厚度从1.5mm 到23mm,标定不进行完,测厚仪将不会进行测量。 在对原则块进行测量时,为了从系统中得到较好信噪比,对于给定正常厚度,从检测器接受到信号应保持为一种大小合理恒值,当增长标块厚度时,由于检测器电压与接受到射线强度成正比,因此测量过程就是
14、解决对不同厚度标块相应一组检测器所输出电压值过程,公式如下:X = C - kln(V) ln(V)-是从检测器所收到电压自然对数。在软件中,C 叫做 ADDCON,K 叫做 MULCON。 标定过程也可以说是求得一组电压值所相应C、K值过程。 2.标定两种模式 测厚仪表有两种自动校准(标定)模式:全校准和单点校准。 全校准 全校准也就越是咱们普通所说全标定,在这种模式下,建立一张涉及整个测量范畴标定数据表,这张标定数据表由一系列涉及有整个测量范畴内不同厚度原则样品构成标样组,与每个组有关是一种独立变量厚度,和一种独立变量千伏设定点,当按下标定(FULL CALIBRATE)按钮时,标定过程开
15、始,这个标定按扭在测量屋操作站触摸屏上。随后,测厚仪自动将最小原则厚度样品组插入到电压设定X射线束中,进行标定工作。对于每个标定点两个不同厚度值用来计算公式X = C - kln(V)系数C和K值,这是系统通过检测探测器低和高这两个输出,在全标定中,测厚仪根据所设定标定期序,以二进制序列组合自动进入X射线光束内,对每种组合样品测量得到一种相应检测器输出信号,获得标定值矩阵,标定所有可选厚度,标块仅在校如期间接通电源进入X射线束中,依次进行标定,直到最大厚度标定样品标样标定完毕。 全标定至少在每8小时进行一次,标定整个厚度测量范畴。 厚度标定期序设定,既可以自动设定,也可以在标定配备(CALIB
16、RATION-CONFIGURE)中进行手动设定。操作画面如下: 完全标定使用内部原则样品和所需标定点,对配备页进行对的配备,当配备完毕,一次完整标定将开始,环节如下:1、计算机插入标有低原则样品第一种样品或者样品组,它是标定表中第一种点。 2、这时千伏电压沿斜线上升,直到从探头返回测量电压回到5V(最低原则测试电压)。 3、随着千伏电压达到统一电平,第二个内部样品或者样品组(增益样品),被插入X射线束.这时,测量和记录到从探头返回电压。 4、如果前一种标定已经成功完毕,则对两次测量成果进行比较,如果千伏1或者增益电压变化量超过一种可配备百分点,普通为5%,则发出一种示错信息,同步停止标定.经
17、常浮现示错信息也许是千伏电压变化过大或者增益电压变化过大。 5、然后,对配备表中每个点,重复上述操作环节。 单点标定(调零) 调零是对某一设定目的测量厚度所进行标定,原理是:一方面输入目的厚度和合金名,通过循环过程拟定合金补偿值,它与标定中对某一标块是同样,也是一种自动过程。 调零原理是:一方面输入目的测量厚度和合金补偿名,通过循环过程拟定合金补偿值,从这些值可以算出近似厚度Xa,Xa=X(1 + a/100),其中a-合金补偿值; X-目的厚度数值; 为了得到足够数据来求得ADDCON和MULCON,需要两次测量,为了使调零更精确,必要依照Xa来产生调零所需要标样对,第一种测量标样是接近X
18、1 (X 1 = Xa-5% Xa),且比X1值厚原则块,调节电压值,使检测器电压值为V1,保存电压值V1,第二个测量标样为最接近X 2(X 2= Xa+5% Xa),且比X 1值厚原则块,在电压值不变状况下,得到另一种检测器电压值V2,保存该值.简朴说就是测量系统自动将5%名义上标块插入X射线束中,求得ADDCON和MULCON值,可以算出近似厚度Xa, Xa=X(1 + a/100)。 调零“ZERO”功能键用于消除任一短期零点漂移,该漂移为从上一次成功标定后也许发生 定,通过标定后测厚仪就可以使用了。 标定位置选取:最佳标定位置是仪表在线检测位置。在标定过程中必要保证没有带钢通过,否则必
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- 测厚仪 热连轧 中的 应用 研究
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