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钢铁工业在线Xu乐测量技术的应用

2011/1/5 11:09:02  (浏览次数:2011/1/5 11:09:02)


1 X u乐产生原理

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图1 Xu乐管结构图

图中:阴极丝在加热的情况下,会发射出热电子,在u乐管的阴极和阳极之间施加高压,热电子在电场中被加速并撞击到阳极靶材料上,下载出电磁波,产生的光谱为连续谱并存在着短波限(λmin),相当于电子所有能量都转换成X u乐,短波限与阳极材料无关。

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连续光谱的强度随热电子加速电压的平方成正比,与电流、阳极元素原子序数Z 成正比,转换成X u乐的效率与ZV 成正比。当管电压超过靶材料激发电势时,连续光谱上会叠加特征光谱,特征光谱的波长与靶材料有关。特征谱线的频率为:

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式中:R 为里德伯常数(R=109 737.3/cm);Z 为原子序数;在Ka 谱系中,σ=1,K=3/4。

由于产生的X u乐是连续谱,X u乐在穿过u乐管窗口材料时,低能部分的u乐及低能特征u乐容易被吸收,能谱的谱线发生变化,如图2 和图3 所示。

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图2 Xu乐光管内部的能谱图

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图3 Xu乐光管外部的能谱

2 X u乐与u乐u乐的比较

2.1 X u乐
测量技术的优点

2.1.1 测量精度和分辨率高,统计噪声低

无论u乐源采用何种方式,u乐的产生都是随机的,并服从统计分布,存在统计涨落,根据u乐衰减公式newmaker.com,可以得到:

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式中:μ表示被测物质的吸收系数;τ表示探u乐的响应时间;Ks 表示探u乐特征系数;I 表示初级X u乐的强度;T 表示被测材料的厚度。

从式(4)可以知道,厚度的影响与u乐的强度I 有关。对于u乐u乐其强度不能无限制地增加,u乐源强度的增加会造成下载防护难度的增加,电离下载危险性增大,另一方面u乐本身存在自吸收效应,u乐源强度越大,自吸收效应越大。而根据公式(2),增加X u乐管的高压和阴极丝电流就可快速地增加u乐的强度,来达到降低噪声的目的,对于相同的噪声等级,X u乐源的响应速度也可以提高。

假设在厚度为0 时的噪声值为SN0,则厚度为X 时的噪声为:

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根据式(5),可以方便地计算出对于任意厚度时的相对统计噪声,相对统计噪声与半厚度值(u乐强度衰减到一半时的厚度值)之间的关系如图4 所示,其最小值时的厚度为2.9 倍半厚度值。对于使用u乐u乐测量的设备,由于u乐的能量是单一的,其最佳测量厚度值是2.8 倍半厚度值,是固有的物理特性;对于X u乐测量设备通过调整能量,使设备在整个量程内的统计噪声保持在较低的水平。

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图4 相对统计噪声与半厚度之间关系

2.1.2 化学分析更精确

使用X u乐技术进行浓度、化学成分分析时,u乐源的能量和强度可以调节显得尤为重要。在进行化学分析时,一般是利用X u乐的荧光效应,通过对被测化学元素的原子激发产生该种元素的特征谱线,但被测元素的激发谱线容易受到其它元素谱线的影响,从而降低了系统的检测精度,可以利用X u乐的能量调节和滤片技术,实现对特有元素的谱线激发,而不激发或降低其它元素的激发,从而实现对特有元素的高精度测量。

2.1.3 使用上更安全和可靠。

X u乐是加速的热电子碰撞阳极靶产生的,因此在切断电源后便没有任何u乐,而u乐u乐是密封在源罐中,即使关闭u乐源的快门也存在一定app的泄露u乐,不利于人身和设备的安全。

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图5 穿透物质后Xu乐能谱的变化

2.2 影响X u乐测量的关键因素

2.2.1 高压范围限制

X u乐的能量取决于施加的高压,由于受技术的限制,高压不能不受限制地增加。在热轧生产线上使用的X u乐源高压一般为160 kV,冷轧使用100 kV 左右,相对于u乐u乐发射出的γu乐而言如表1 所示,其能量要小得多,因此穿透物质的能力不如u乐u乐,目前钢铁工业上的X u乐源的高压最高在200 kV 左右,如果再增加高压会带来制造和维护成本的增加,因此在宽厚板等工厂,厚度和凸度的测量通常都是采用u乐u乐方法。

表1 常用u乐u乐的u乐能量
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2.2.2 X u乐源的冷却

加速热电子在碰撞阳极靶过程中,99%的能量转换成热量,只有1%转换成X u乐,因此在阳极靶上产生的热量很大,必须对其进行冷却,冷却效果的好坏直接影响到设备的测量精度和使用寿命。在实际使用过程中经常受到水质、管路等影响,使冷却效率下降。

2.2.3 吸收系数的变化

由于X u乐的能谱为连续谱,低能部分很容易被吸收,造成能谱的偏移,即X u乐的硬化现象,如图6 所示,其结果是u乐能量和强度都发生变化,不象u乐u乐在穿透物质时只是强度发生变化,而能量不会发生变化,这种变化的结果造成在X u乐能量不同时吸收系数不同。

不同元素吸收系数与u乐能量的关系如图7 所示,横坐标为u乐能量,纵坐标为吸收系数。

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图6 u乐能量与吸收系统关系

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图7 电离室

对于X u乐而言,其能量一般在0.01~0.2 MeV 之间。吸收系数是被测量物质各种化学成分综合的结果,在这一能量区间,从图中可以得到成分的细小变化对吸收系数的影响很大。因此利用X u乐进行物质厚度检测时被测物化学成分有严格的要求,而对于u乐u乐设备,吸收系数基本上不发生变化。

2.2.4 探u乐要求的增加

目前X u乐测量技术主要采用电离室作为u乐检测部件,其检测原理是通过u乐进入电离室产生气体电离,通过对电离后的离子对加压,产生弱电流信号(10-9~10-11A),然后将弱电流信号转换成电压信号,并进行数据的转换和处理。由于X u乐是连续谱,要求测量X u乐的电离室对整个能谱范围内的X u乐进行有效的检测,应用在传统u乐u乐测量设备上的电离室只需要对特定能量的u乐进行有效检测。随着现代生产工艺对产品检测和控制精度要求的提高,要求电离室的尺寸减小,而检测效率提高,对电离室的制造工艺提出了更高的要求。

3 宝钢X u乐测量设备的应用实绩

宝钢自 1997 年首次在2030 冷轧5 机架上使用X u乐测量设备以来,设备良好的精度和快速响应促进了产品质量和控制精度的提高,到目前X u乐测量设备已达25 套(不包括三期后工程)。对新建设的主生产线上都配置使用X u乐测量设备,也逐步将老的主生产线上u乐测量设备升级或改造成X u乐测量设备。测量物理量包括厚度、凸度、边缘降、锌层厚度、电工钢膜厚、电解液离子浓度等。在带钢厚度测量方面,从以前的单点测量发展到对带钢整个横断面的精细测量(每5 mm 宽度1 个测量点),在镀层测量方面,可以根据需要对不同成分层进行的实时多层测量。

在钢铁工业上,在线X u乐测量技术也需要一个不断完善和发展的过程,在现场实际应用过程中仍然存在不少问题,主要是设计上的缺陷和没有充分考虑到现场环境因素的影响。经过我们多年的努力,成功地解决了X u乐源的冷却问题,提高了X u乐源的使用寿命;解决了化学成分对厚度测量结果的影响,提高了产品的质量和精度;成功地完成了X u乐源、探u乐、标样箱等关键部件的国产化。

4 结束语

① 在线X u乐测量设备精度、可靠性比传统的u乐u乐设备高,而且其功能在不断地增加,对现有系统进行少量的改进即可实现多物理量的同时测量。比如X u乐凸度仪进行适当升级就可以实现带钢温度的测量、宽度测量、平直度测量、凸度边降测量、局部高点测量等,从而能完成过去需要多台测量设备才能完成的任务;

② 在线X u乐测量设备具备完善的自我诊断功能,提高了系统的可维护性;

③ 随着计算机技术的发展,在测量现场就完成测量信号的快速采集和数字化处理,通过系统内部总线及部件之间的网络连接,测量设备不但能提供各种工艺所需要的信号,而且通过集成在测量系统内部的历史数据统计分析软件,可以为生产技术人员对可能出现的问题提供指导。

 来源:机械专家网

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