郭明明

（煙臺(tái)東海鋁箔有限公司，山東 龍口 265706）

厚度是鋁板帶、鋁箔產(chǎn)品最主要的指標(biāo)之一。厚度精度的高低，對(duì)用戶來(lái)講，它能反映鋁板、帶、箔使用特性的好與壞。軋制的厚度精度主要從溫度、材質(zhì)密度、環(huán)境等因素進(jìn)行了分析。IMS測(cè)厚儀高壓發(fā)生器HSG40、X射線控制器RSG100、X射線管等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與柜內(nèi)設(shè)備共同完成對(duì)鋁箔的實(shí)際軋出厚度進(jìn)行直接或間接地連續(xù)測(cè)量，把測(cè)得的實(shí)際值與給定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)，去改變軋機(jī)的其他控制點(diǎn)，以控制出口厚度在容許的偏差范圍內(nèi)。

1 測(cè)厚儀的原理

某治金屬性質(zhì)的入射射線強(qiáng)度和吸收系數(shù)一定時(shí).X射線測(cè)厚儀原理是：X射線根據(jù)通過(guò)檢測(cè)介質(zhì)對(duì)射線的吸收率來(lái)間接測(cè)得介質(zhì)的厚度，即測(cè)量被測(cè)鋁板所吸收的X射線量多少，根據(jù)該X射線的射線能量值的大小，確定被測(cè)鋁板的厚度。由C框架X射線探測(cè)頭將接收到的射線量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置放大器放大，再由專用測(cè)厚儀操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為顯示給人們以直觀的實(shí)際厚度信號(hào)。

X射線源輻射強(qiáng)度的大小，與X射線管的發(fā)射強(qiáng)度和被測(cè)鋼板所吸收的X射線強(qiáng)度相關(guān)。一個(gè)在系統(tǒng)量程范圍內(nèi)的給定厚度，為了確定其所需的X射線能量值，可利用M215型X射線檢測(cè)儀進(jìn)行校準(zhǔn)。在檢測(cè)任一特殊厚度時(shí)，系統(tǒng)將設(shè)定X射線的能量值，使檢測(cè)能夠順利完成。

圖1 測(cè)厚儀原理

在厚度一定的情況下，X射線的能量值為常量。當(dāng)安全快門打開，X射線將從X射線源和探頭之間的被測(cè)鋼板中通過(guò)，被測(cè)鋁箔將一部分能量吸收，剩余的X射線被位于X射線源正上方的探頭接收，探頭將所接收的X射線轉(zhuǎn)換為與之大小相關(guān)的輸出電壓。如果改變被測(cè)鋁箔的厚度，則所吸收的X射線量也將改變，這將使探頭所接收的X射線量發(fā)生變化，檢測(cè)信號(hào)也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。

2 IMS測(cè)厚儀厚度控制系統(tǒng)硬件的組成

主要有X射線控制器、高壓發(fā)生器、X射線管、電離室等其他輔助設(shè)備組成。

2.1 X射線控制器RSG100

RSG100由一個(gè)集成的主濾波器提供電源。在主濾波器后，電源被分割，分配到電源回路和控制電子回路，控制電子回路由兩個(gè)電源裝置提供電源。電源回路由連接器提供電源。此后，電源被整流以便提供一個(gè)約為320V的直流電壓給電源回路。

主整流器后面接一個(gè)斬波器，這個(gè)斬波器確保那個(gè)已被整流的主電壓調(diào)整為軟件所規(guī)定的數(shù)值，這就確保了后面HSG控制系統(tǒng)的輸出功率放大級(jí)收到一個(gè)最佳電壓，以便控制。斬波器對(duì)線路的波動(dòng)起到穩(wěn)定的作用。

HSG控制系統(tǒng)的輸出功率放大級(jí)是一個(gè)全電橋電流轉(zhuǎn)換器，這個(gè)穩(wěn)壓的斬波器電壓由電流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行斬波，送入HSG的變壓器。

2.2 高壓發(fā)生器HSG40

高壓發(fā)生器由高壓變壓器和高壓級(jí)聯(lián)組成，它們用來(lái)矯正和放大高壓。高壓發(fā)生器由高壓反饋測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，并反饋到RSG100的高壓調(diào)劑器。

HSG除了產(chǎn)生高壓外，還包含有燈絲變壓器。它將控制加熱燈絲所需的電壓進(jìn)行變壓成高壓。燈絲變壓器由RSG內(nèi)的模塊HZK1提供功率。

HSG還配置有溫度監(jiān)控器和溫度補(bǔ)償器，它能夠在溫度波動(dòng)時(shí)防止過(guò)熱并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

高壓發(fā)生器通過(guò)兩個(gè)連接器連接到連接盒上。

2.3 X射線管

X光管的作用就是產(chǎn)生X光，它由陰極（負(fù)極）和陽(yáng)極（正極）組成，陽(yáng)極接地，在陽(yáng)極和陰極之間施加一個(gè)負(fù)的高電壓，X光管的內(nèi)部為真空，因而在陽(yáng)極和陰極之間可以形成絕緣。

陰極包含有一根加熱燈絲，在高電壓的作用下燈絲發(fā)出電子，電子在沖撞陽(yáng)極后速度減慢，因此產(chǎn)生實(shí)際的X光。

為了了解X光控制器的工作原理，首先需要理解以下術(shù)語(yǔ)和這些數(shù)值重要作用。

高壓UHv

術(shù)語(yǔ)高壓是指作用在X光管陽(yáng)極和陰極之間的電壓，高壓決定輻射的能量，高壓越高，輻射越“強(qiáng)”，穿越介質(zhì)的能力越“強(qiáng)”。

管電流ITb

管電流就是流過(guò)X光管的電流，管電流決定輻射的強(qiáng)度，提高管電流不會(huì)改變特性，僅能增強(qiáng)輻射的強(qiáng)度。

燈絲電流IFL

燈絲電流是指將X光管內(nèi)加熱燈絲運(yùn)作起來(lái)所需的電流，它決定于管子，可在2.5－4.5A范圍內(nèi)調(diào)整，RSG100的軟件根據(jù)負(fù)荷設(shè)定值來(lái)計(jì)算燈絲電流的最佳原始設(shè)定值，而負(fù)荷設(shè)定值來(lái)自kV和mA值。管子電流通過(guò)改變燈絲電流來(lái)控制.

例子：

燈絲電流參考值：3.51A

2.4 電離室

電離室（圖2）是一種已氣體為介質(zhì)的射線探測(cè)器，當(dāng)從高壓射線管里發(fā)出的射線穿過(guò)帶材時(shí)，射線被帶材吸收一部分，為吸收的射線擊到電離室，將測(cè)量箱體內(nèi)的填充氣體電離，換句話說(shuō)，氣體原子結(jié)構(gòu)的外層電子被釋放，原子的帶電量因此不再是中性的。這些離子對(duì)將按照作用電壓的極性被吸附到電極上，這樣就產(chǎn)生了電流，電流與入射射線的強(qiáng)度成比例。這個(gè)電流經(jīng)過(guò)運(yùn)算變成一個(gè)0-10V的直流電壓信號(hào)，被送到X射線控制器RSG100快速進(jìn)行計(jì)算和處理，最后得到厚度值。

射線量與被測(cè)物厚度之間的關(guān)系方程：

式中：L=為測(cè)厚儀X光管的射線量;Io為=電離室吸收的射線量；μ為吸收系數(shù)；ρ為被測(cè)物的密度；x為被測(cè)物的實(shí)際厚度。

圖2 電離室原理圖

輻射強(qiáng)度越大，產(chǎn)生電流越大，探測(cè)其上的輸出電壓降就越大。可以看出，探測(cè)器的輸出電壓與擊到電離室的射線量成正比關(guān)系，被測(cè)物的厚度與探測(cè)器的輸出電壓成自然對(duì)數(shù)關(guān)系。

3 影響測(cè)量精度的因素

3.1 射束路徑中空氣溫度的變化

如果調(diào)零后，測(cè)量間隙（輻射源到檢測(cè)器之間的區(qū)間）的空氣柱的溫度發(fā)生變化，則空氣密度發(fā)生變化，導(dǎo)致產(chǎn)生誤差，誤差會(huì)疊加到正在測(cè)量的變量。

空氣升溫后其誤差為負(fù)值，降溫后其誤差為正值?？諝獾拿娣e重量以約-4.7g/m2每10cm每10℃發(fā)生變化。

采用低能量的γ和X射線的測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)一個(gè)特殊的能量而言，其質(zhì)量吸收系數(shù)不僅取決于密度，也取決于照射介質(zhì)的原子序數(shù)。

對(duì)于射束路徑中，因空氣溫度的變化引起的誤差幅度，在計(jì)算時(shí)必須加以考慮。誤差的變化與，測(cè)量材料的質(zhì)量吸收系數(shù)和空氣的質(zhì)量吸收系數(shù)的關(guān)系，成比例。

3.2 材料溫度（圖3）

隨著材料溫度的升高，正常的鋁的體積也增加，即，面積和厚度線性增加。

如果只考慮一個(gè)常量面積（在溫度升高之前的面積），則面積重量隨溫度的升高而降低。

在基于確定面積重量而進(jìn)行厚度的放射性測(cè)量時(shí)，在體積上與溫度相關(guān)的增加中，垂直方向上所占的材料比例保持不變。

隨著溫度（與面積的增加成比例）的上升，放射性測(cè)量得到的熱厚度降低。

圖3

3.3 射束路徑中的雜質(zhì)

3.3.1 在測(cè)量系統(tǒng)中

射束發(fā)出窗口或者檢測(cè)器之前殘留有灰塵、水、油滴或結(jié)疤，將會(huì)影響全輻射信號(hào)。

一般在帶材兩次通過(guò)期間進(jìn)行這種污染的調(diào)整。如果在帶材兩次通過(guò)期間保持不變，就不會(huì)造成測(cè)量誤差。

如果有變化，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)測(cè)量誤差，誤差取決于輻射類型，有可能只與密度（Cs 137）成比例，或者也取決于原子序數(shù)（X射線，Am241射線）。

例如，在Cs 137測(cè)量系統(tǒng)中的1mm的水，將導(dǎo)致約為0.125mm Fe 或者0.37mm Al 的測(cè)量誤差。

在Am241測(cè)量系統(tǒng)中的同樣厚度的水，將導(dǎo)致約為0.025mm Fe 或者0.24mm Al 的測(cè)量誤差。

3.3.2 在材料上

在材料上的雜質(zhì)常常會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差，因?yàn)樵跍y(cè)量系統(tǒng)校驗(yàn)時(shí)無(wú)法發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)。

它們不是沿帶材長(zhǎng)度和寬度均勻地分布的。

3.4 材料位置的影響

必須區(qū)分位置上的水平、平行平面的變化和角度上的變化之間的區(qū)別。

3.4.1 角度的變化

材料角度上的變化，會(huì)因輻射的傾斜而改變測(cè)量結(jié)果。

這樣產(chǎn)生的誤差與，正常位置和錯(cuò)誤位置（輻射長(zhǎng)度隨角度增大而增大）的夾角的余弦，成比例。

如果材料在其正常位置上被傾斜輻射，必須考慮正常位置輻射角與錯(cuò)誤位置輻射角的余弦差。

3.4.2 平行平面的變化

在材料位置內(nèi)的平行平面的變化，可能造成測(cè)量誤差。在被輻射材料的出口表面會(huì)發(fā)生散射輻射。

根據(jù)瞄準(zhǔn)度類型、材料與檢測(cè)器的距離，這種散射輻射能夠很好或很差地照射到檢測(cè)器，從而改變測(cè)量信號(hào)。

如果把材料向一個(gè)未瞄準(zhǔn)的檢測(cè)器的方向移動(dòng)，顯示的厚度將變小。在間距小以及不瞄準(zhǔn)情況下，每10mm位置變化，測(cè)量誤差可以達(dá)到0.1%。

3.5 合金成分

在一個(gè)經(jīng)過(guò)基本密度校驗(yàn)的使用中等能量的β和γ射線（開普敦效應(yīng)，即，利用能量大約為660KeV的Cs137 ）的測(cè)量系統(tǒng)中，應(yīng)該把合金化材料的密度與材料基本密度的不同考慮進(jìn)去。操作時(shí)必須輸入正確的合金成分。合金成分不同，補(bǔ)償系數(shù)不同。

4 結(jié)語(yǔ)

鋁板帶箔軋機(jī)的厚度控制是軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的最重要的控制內(nèi)容之一，也屬于較為復(fù)雜的控制技術(shù)，涉及方方面面的因素。綜合以上介紹和分析，除了要保證設(shè)備的制造、安裝精度的測(cè)厚儀外、加強(qiáng)日程管理、保證設(shè)備的完好及來(lái)料的質(zhì)量，對(duì)于保證厚度控制的一致性和穩(wěn)定性，有著至關(guān)重要的意義。