一種反射式水分儀的結構設計及標定

于福龍，李學輝，徐 鋒，張 偉

（1.丹東東方測控技術股份有限公司，遼寧 丹東 118000；2.遼寧省科學技術館，遼寧 沈陽 110167）

隨著國家數字礦山到智慧礦山的推進，物料水分識別技術在礦山生產中得到了新的發(fā)展。尤其智能在線檢測儀在礦山中的應用得到了廣泛的推廣。以國家戰(zhàn)略為導向推進創(chuàng)新體系優(yōu)化組合，國家政策推動了智慧化礦山相關技術的進步，也給礦業(yè)行業(yè)帶來新的發(fā)展機遇，無人化和智能化，將人類社會快速推向智能化時代，國家大力發(fā)展5G+工業(yè)互聯(lián)網，反射式水分儀立足于解決皮帶輸送中存在的送檢實驗室工序復雜、工人勞動強度大、工況環(huán)境惡劣、人為操作誤差不可控等問題。融合了智能算法，基于中子對水分中的H元素敏感，H元素可以使中子發(fā)生慢化，而其他物質則幾乎沒有這一過程。反射式水分儀多應用于工業(yè)生產過程中對物料水分含量的在線檢測，廣泛適用于鋼鐵、煤炭、水泥、鑄造、陶瓷等行業(yè)，并能配合其他檢測儀表輸出控制信號以實現(xiàn)生產過程閉環(huán)控制。

1 整體結構設計

文章設計的反射式水分儀，如圖1整體機構方案圖所示。其組成主要包括：放射源組件、探測器組件、支撐桿組件。

圖1 整體結構方案圖

1.1 放射源組件

根據現(xiàn)場安全使用放射源的規(guī)定，放射源需要精準控制到打開或關閉狀態(tài)，同時還要采用超高分子聚乙烯作為放射源的保護屏障。轉子是放射源的固定裝置，旋轉180°可以開啟或關閉設備，轉子的回轉軸與防護體采用間隙配合，保證回轉順暢且不容易混進工作現(xiàn)場的雜質，防護體三設計時需要考慮整體配重與防護射線的平衡點，保證防護效果和施工員安全的前提下，盡量減小體積，避免在施工、維修時出現(xiàn)安全隱患。防護體二與防護體三配合通過長螺栓連接，當反射式水分儀處于不工作狀態(tài)時，放射源的實際照射面位于整個設備的下方，這時需要防護體二、防護體三共同防護，保證現(xiàn)場環(huán)境的安全。放射源組件旋轉定位機關，通過彈簧、鍵、指針、限位孔組成，該機關優(yōu)點為：①限位準確，保證放射源每次打開、關閉到位，不產生安全隱患。②機構簡單、可靠性高、操作簡單。如圖2機關組件圖。

圖2 機關組件圖

1.2 探測器組件

探測器組件主要由，鎘板為屏蔽主體，防護體一、反射體一作為支撐形成對四周的防護，探測器主件上方使用鋁蓋板密封，當特殊現(xiàn)場下皮帶對設備有干擾或摩擦時，使用聚四氟材質防磨板起到保護作用。反射式探測器采用插入式安裝，采用此種裝配方法即使現(xiàn)場故障，需要更換該組件時，只要拆開側方端蓋將兩個探測器取出更換即可。探測器為了方便快裝、快拆才用側邊套入式，通過探測器與卡箍的間隙配合保證探測器在徑向方向不能串動，軸向方向當探測器從側方安裝好后，先使用鎖緊釘壓緊防止本體回轉，再使用堵頭將探測器封堵，堵頭采用聚四氟乙烯材質，其結構在保證防灰、防水效果的前提下，同時還可以保證放射源的射線無法通過探測器的反射分散到設備外部對人體或環(huán)境造成不可逆的傷害。如圖3裝配示意圖。

圖3 裝配示意圖

1.3 支撐桿組件

設備整體依靠兩根圓形滑軌支撐在皮帶架槽型鋼上，放射源組件與探測器組件組裝完畢調試通電無誤后，通過滾輪滑動到皮帶最低點，在工作點預先進行校核、置零，最后向下轉動鎖緊手柄，根據偏心圓原理設備會鎖緊在固定位置，在圓形滑軌的軸向、徑向鎖緊無法串動達到工作狀態(tài)，圓形滑軌兩側設計為開口滑槽結構，可以使其安裝在U形螺栓安裝板上，并限制軸向位置，在螺栓安裝板上鎖緊螺栓將圓形滑軌限位，最后將U型螺栓與U型螺栓固定板鎖緊，所有關鍵部件安裝完畢，整套設備在滿足用戶使用要求的同時，保證了出現(xiàn)重要零部件損壞、故障時，拆卸、維修的方便、快捷。圓形滑軌與U型螺栓的組合在成本控制上也有良好的表現(xiàn)。

2 結構設計優(yōu)勢

（1）該結構設計與傳統(tǒng)水分儀相比較安裝、維修流程快速準確，針對放射源安全性高，防護材料大部分選擇聚四氟乙烯，既能保證維護人員的安全，又可以具備優(yōu)秀的機械性能。

（2）探測器、放射源上下相結合的結構具備使用方要求的防水、防塵措施，可以杜絕樣料粉末對內部元件的干擾，降低維護量，延長設備使用壽命。

3 儀表標定方法

（1）設備通電前要求安全接地，避免漏電造成設備及人身危險。設備通電期間，無絕緣保護措施情況下，嚴禁人員觸碰重要控制柜內部器件。硬件調試及儀表正常檢測應用過程中，放射源要處于開啟狀態(tài)。硬件電氣檢查用專業(yè)搖表測試接地電阻大小，要求小于4Ω。檢查智能測控柜內部端子是否存在松動情況。供電獨立電源電壓測試。

（2）開啟智能測控儀內的電源開關，智能測控儀開始工作。輸出測試、通電測試、端子松動、零點標定、檢查接地。

（3）萬用表檢測相關位置的電壓是否正常。

（4）需要輸出4～20 mA 信號給上位機，可以測量4～20 mA 輸出是否正常（可根據儀器顯示計算出電流值）。測量電流值——水分顯示換算關系（水分儀量程對應 0%～100%）：Im=SF/100×16+4其中，Im——實測電流值（mA）；SF——水分顯示值（%）。

（5）零點標定首先是設置平滑時間，一般是50 s即可，接下來測量探測器的零點計數和本底計數。測量方法如下：中子零點計數：源一打開，皮帶上沒有物料，皮帶空轉的情況下，按智能測控儀鍵盤的“回零”鍵60 s后，記錄源一探測器的平均計數。中子本底計數：源一關閉時，按智能測控儀鍵盤的“回零”鍵50 s后，記錄源一探測器的平均計數。Cs零點計數，源二打開，皮帶上沒有物料，皮帶空轉的情況下，按智能測控儀鍵盤的“回零”鍵50 s后，記錄源二探測器的平均計數。Cs本底計數：Cs關閉時，按智能測控儀鍵盤的“回零”鍵50 s后，記錄源二探測器平均計數。操作完成后，通過儀表使用手冊中數據查詢功能，查詢兩路計數在這段時間平滑計數，計算其平均值，作為兩路計數的零點數據置入參數表中。

（6）取樣流程，如圖4取樣流程圖。

圖4 取樣流程圖

4 結語

反射式水分儀是煤炭和水泥生產企業(yè)利用數字化檢測手段提高產品品質的有效手段。煤炭和水泥生產環(huán)節(jié)的質量信息始終貫穿于企業(yè)經營運行的各個環(huán)節(jié)，及時掌握并利用這些信息，對加強企業(yè)的生產、運銷、高效利用，提高企業(yè)的經濟效益和管理水平具有重要意義。反射式水分儀可實時在線檢測，能很好地解決煤炭和水泥企業(yè)對產品水分實時檢測的難題，能更好地為煤礦、水泥等企業(yè)提高產品的品質，給企業(yè)帶來減員增效的紅利。