X 射線測厚儀與同位素測厚儀都是非接觸式無損測量,但是 X 射線測厚儀具有對一定范圍內的帶材合金厚度都適用,不需要對檢測厚度進行選擇,在相同噪聲要求下響應速度快,以及射線源安全可控等諸多優點。
X 射線測厚儀工作原理
利用非接觸式的射線穿透測量原理,發射頭發 射出一定強度的X射線穿透被測物體,由于不同材質和厚度的物體對X射線的吸收情況不同,根據接收頭處接收到 X 射線的強弱,經過信號處理和控制系統計算,得出被測物體的厚度,輸出信號和厚度成線性關系,如圖 1 所示。如果利用電離室來檢 測 X 射線強度,測得的強度可用電流信號來表示:
I = I0 e- μmρh (1)
式中:
I──穿過板材后的 X 射線強度;
I0──發射到板材的 X 射線強度;
μm──由放射線能量和被測物所決定的物質固 有的質量吸收系數,μm = μ/ρ ,μ 為被測物質線性吸收 系數;
ρ──被測物的密度;
h──被測物的厚度。
由公式( 1) 可知,穿透過被測物體后的 X 射線強度是按指數規律衰減的,其中 I 為測厚儀接收頭測出的經帶材衰減后的射線強度; I0 可在測厚儀進行標準化時測得,可視為常量; μm 與被測帶材的合金成分及射線波長有關,測厚儀在做標準化前,只要輸入被測帶材的合金號以及目標厚度,該系數由測厚儀系統給出,同樣也可視為常量; ρ為已知量。顯然,測厚儀很容易根據上式計算出帶材厚度。
系統組成
硬件組成
X 射線測厚儀的硬件及網絡組成如圖 2 所示,主要由現場設備和控制設備 組成?,F場設備主要有: C 型架,安裝導軌,控制箱及氣動箱,冷卻器,報警燈等??刂圃O備主要由主控制柜、人機界面、工程師站等組成。 C 型架前端是發射頭和接收頭,設計間距 279 mm,整體由一臺變頻電機驅動,安裝在活動導軌上, 兩側安裝有活動滾輪及安全限位,內部布有油管和 氣管,用于冷卻高壓裝置和驅動快門。
發射頭
發射頭內部安裝有高壓電源、X 射線管、快門驅 動裝置、采樣板,散熱背板及接線快接頭等部件。為保證軋機所有合金帶材厚度均可測量,高壓電源及 X 射線管選用 40 kV 等級,X 射線管采用金屬陶瓷管,保證裝置耐壓及穩定,X 射線管與高壓電源均連接在散熱背板上,散熱背板通過油循環冷卻,從而保證裝置及時散熱及溫度可控。
接收頭
接收頭內部主要安裝電離室與前置放大器,電離室由不同電位的電極及惰性氣體組成,由高壓電源提供的 - 1 000 V 左右的偏置電壓加在電離室上, 使離子在穿過電極與惰性氣體之間形成電流,電流的大小與接收頭接收到的射線強度成一定比例關系。前置放大器將電離室產生的微弱電流轉換為電壓,再把電壓信號轉換為大一點的電流信號送給信號處理系統。
控制設備
控制設備是測厚儀的核心,它控制著測量信號 的檢測、傳輸、計算及顯示,為保證信號快速穩定地傳輸,控制設備主要由一臺基于西門子S7-1500PLC 控制,安裝wincc實時操作系統,它與中端控制箱、人機界面及數據歸檔電腦均采用工業以太網通訊技術,從而保證數據具有更高的實時性、可靠性。