X射线测厚仪手册.docx
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X射线测厚仪手册
第一章设备概况和性能指标
RTX10D型测厚仪是马鞍山市锐泰科技有限公司专为冷轧带钢生产线设计的。
被测钢板的厚度范围从0.1mm到4.0mm。
RTX10D型测厚仪在国外进口测厚仪的基础上，根据现场实际使用情况和用户的建议，从使用方便，提高可靠性，便于维护等方面进行了改进和创新，测厚仪的关键器件均采用进口和军品器件，如进口电离室、数摸转换（A/D）板、专用芯片、军品电阻和国外测量软件模型。
在工艺技术上采用了多项独特设计，使设备的性能可靠性同第一代相比有了很大提高。
RTX10D型测厚仪的C型架驱动有液压驱动和电机驱动两种方式。
C型架的开口高度从200mm到400mm。
性能指标
（测试条件和方法按国际标准IEC1336）
C型架开口：
200mm`~400mm
测量范围：
0.10~4.0mm
采样时间：
小于1ms
静态精度（2sigma）
测量范围内的精度小于测量厚度的±0.15%或±0.5um（取两者之中的最大者）。
噪声指标
测量值的0.1%，2Sigma（95%）的噪声。
长期漂移（稳定性）
八小时内小于±0.2%或±1um动（两者取其中最大值）
重复性（2sigma）
好于测量厚度±0.1%
响应时间
10ms到1000ms可调
第二章测厚仪工作原理
第一节测厚仪工作原理
RTX10D测厚仪其发射出X射线的能量随着射线管上加的高压而变化，因此X射线测厚仪可以根据不同的被测物体厚度选择合适的射线能量，保证测量效果（精度和噪音）在最佳状态。
当X射线穿过物质时，（主要）产生有光电效应和康普敦效应的作用，故尔其强度将随着所通过带钢厚度的增加而逐渐减弱，与被穿透的物体厚度呈现出一种指数衰减的函数关系。
所有的X射线都具有两个基本特性：
1、能量：
类似于可见光的颜色或者声音的频率；加在X射线管上的高压不同，能量会随之变化
2、密度：
类似于可见光线的亮度或声音的音量；X射线管电流的大小影响射线的密度。
射线测量按应用方式可分为三种方式（如下图示）：
穿透式，用于穿透板带测量物体厚度
莹光反射式，用于测量金属涂层厚度
反向散射式，用于测量漆层厚度
所有的射线都具有以下两个基本特性：
（1）能量，类似于可见光的颜色或者声音的频率；
（2）强度，类似于可见光线的亮度或声音的音量。
厚度测量的基本原理和方法，可以用下图表示：
厚度测量的基本原理图
作为X射线源，当加电工作时，X射线管在高压的作用下，电子束轰击靶后产生相应能量的X射线，经上方的窗口发出，窗口上方的快门控制射线是否射向被测量的物体。
根据BEER定律，射线穿过物体后的密度与原始发射密度呈下列关系：
I=I0e–t/q，其中I0：
初始的X射线强度。
I：
X射线穿过物质后的强度。
q：
穿透系数。
q=f（射线能量，物体化学成份）ρ：
物质的密度。
t：
被测物质的厚度。
从上面的公式可以推导出下列关系：
X测厚仪的探头采用进口高灵敏度的电离室，当射线穿过被测物，到达电离室内，腔体内的气体发生电离效应，在高压电场作用下产生相应的微弱电流。
探头的前置放大电路对微弱电流进行放大，输出0—9V的电压模拟信号。
探头输出的信号通过计算机硬件和软件的处理，测厚仪就可以计算出被测带钢的厚度。
下图为射线穿过被测物体后，被检测到的强度与厚度的关系。
第二节测厚仪的主要性能指标
1、测量噪声
由于放射性物质产生射线、以及射线被吸收都存在随机性；同时电气检测设备自身存在电气噪声，因此测量的结果是存在一定的噪声的，按照国际标准，噪声的测量是在以下几种计算方式：
--1Sigma指68.3%的时间内噪声幅度。
--1.65Sigma指90%的时间内噪声幅度。
--2Sigma指95.5%的时间内噪声幅度。
--3Sigma指99.7%的时间内噪声幅度。
--6Sigma指100%的时间内噪声幅度。
通常以2Sigma（95.5%）情况下来考核测厚仪性能
统计噪声
影响测量系统噪声有很多因素，具体如下列公式：
测厚仪噪音值呈现非线性的特性。
在实际应用中，降低噪声是提高控制精度的有效办法。
对用于控制的测厚仪，由于射线源的放射性，不可能使用很大
射线源，在射线源的种类和活度，以及被测材料和设备的响应时间确定的情况下，提高检测效率是提高测厚仪性能的唯一途径。
而影响检测效率的因素有：
电离室（探头）的性能，探头到射线源的距离，信号处理（软件）的效率。
高速的数据采样和有效的处理方法可以提高信号处理的效率和检测的精度。
2、测厚仪的响应时间
在轧制生产时，测厚仪的响应时间，直接影响AGC系统的控制和轧机的速度。
下图是响应时间的说明：
响应时间是指，当测量厚度发生突然变化（阶跃）时，测厚仪厚度输出达到阶跃的63%所用的时间为系统的响应时间。
系统的最快响应时间是由系统硬件的响应时间和软件的采样速度所决定。
3、系统更新时间
对于使用计算机进行信号处理（数字式）的测厚仪系统，系
统更新时间，按IEC1336标准定义如下图：
4、稳定性
测厚仪的稳定性又称长期漂移指标，一般以连续8小时或更长时间内，测厚仪测量同一样品时，所产生的测量误差，通常以百分比误差或绝对误差表示。
长期漂移指标可以衡量测厚仪稳定性，它体现了测厚仪所有硬件的质量（稳定）特性和软件的稳定性。
是测厚仪的重要指标。
第三节影响测厚仪性能的因素
在实际应用时和设备标定时，由于安装的误差或者样品摆放的位置和角度等，都会对测量值产生影响。
如图所示。
在实际应用中，可以根据X射线测厚仪不同特性和应用现场的情况选择测厚仪，以达到生产线的优化组合。
第三章设备硬件组成
RTX10D型测厚仪的配制，由C型架，操作面板两部分组成。
第一节C型架部分
C型架部件（见图）包括：
C型架、测厚仪的射线控制装置（安装在C型架下臂）和探头（安装在C型架上臂）、行走驱动、轨道。
安装在C型架上的行走驱动装置，分成液压缸驱动或电机驱动两种方式。
它可以使C型架在轨道上运动，便于设备检修和设备的精度标定工作。
下面分步详细介绍各个部分。
1．
C型架结构：
在C型架的上、下臂的前部分别装有探头和射线源，图上的C型架为油缸驱动方式。
上臂内有探头、下臂有射线源及电缆、气管等。
由于测厚仪工作和维修保养的需要，C型架是安装在轨道上可以进退行走的。
当射线源加电开启时，射线源工作状态指示灯中红灯亮，射线源停止工作时，红灯灭。
第二节操作面板
RTX10D型测厚仪的主要电器装置都在操作面板中，操作面板中有主信号处理计算机系统（SDP）、信号隔离驱动、供电电源及LCD操作终端。
操作、显示模块
RTX10D型测厚仪主电柜外部图
控制单元（SDP）
RTX10D型测厚仪主电柜内部图
下面分别给予介绍：
1．供电系统
RTX10D测厚仪由两个电源模块构成主要供电系统。
模块的输入电压是由用户提供的220VAC交流电源。
三个电源模块分别是：
24V，12V直流电源，主要为继电器，电子开关，工作指示灯及射线源等器件提供电源。
±15V线性直流电源，主要为探头，后置放大板（信号调理）等模拟电路提供低噪音电源。
2．主信号处理计算机（SDP）
RTX10D测厚仪计算机采用嵌入式计算机，安装在信号数据处理（SDP）单元板上，SDP有隔离数字量输出（DO）接口，模拟量输入（AI）接口、模拟量输出板（AO）接口。
SDP单元板
2.14通道差分模拟量输入调理电路，分别用于探头信号，速度信号，射线电压和射线管电流信号输入。
CH1：
探头信号输入，0-9V模拟电压（可以调零点和增益）
CH2：
射线高压监控
CH1：
射线电流监控。
CH1：
射线温度监控。
2．24路数字量输出（继电器隔离），用于系统输出命令。
具体定义如下：
输出1：
射线源风扇供电，当射线源温度达到警戒温度时，小LED指示灯亮，此时风扇就会工作是射线源的温度下降。
输出2：
射线源状态，当射线源电压升起来后，小LED指
示灯亮，此时现场控制箱上的射线源指示灯就会
点亮。
输出3：
输出4：
3．操作面板和“LED显示”
RTX10D测厚仪配一个操作、显示面板供操作维护使用，所有的功能使用都在操作面板上完成。
有关参数可以再“LED显示”上显示（一般上电后“LED显示部分”显示的是厚度值）。
操作、显示面板
材质补偿：
该参数用于调节不同材质对钢板厚度引起的厚度差异。
通过“”键和“”键来调节材质补偿值的大小。
探头电压：
按下该键“显示部分”就会显示当下探头的电压值。
射线电压：
按下该键“显示部分“就会显示当下高压电源的告压值。
射线电流：
按下该键“显示部分”就会显示当下高压电源的电流值。
射线温度：
按下该键“显示部分”就会显示当下射线源的温度值。
射线补偿：
通过“”键和“”键来调节射线补偿值的大小。
第四章部件清单和电缆表
无论是部件清单还是电缆表，都随不同的具体用户而略有差别，应核实清楚手册上的设备编号和用户订单是否与实物一致。
1．设备的部件清单
序号
部件名称
部件编号
单位
数量
A
操作面板
X-1000-A
1
1
SDP单元板
X-1000-A-1001
块
1
2
通讯摸块
X-1000-A-1002
块
1
3
快门继电器
X-1000-A-1003
块
1
4
24V，12V电源
X-1000-A-1004
块
1
5
+/-15电源
X-1000-A-1005
块
1
6
操作、显示模块”
X-1000-A-1006
个
1
B
C型架总成
X-1000-B
1
1
探头总成
X-1000-B-1001
个
2
2
射线源总成
X-1000-B-1002
个
2
3
高压电源
X-1000-B-1003
组
2
4
链条
X-1000-B-1004
个
2
5
电缆保护管
X-1000-B-1005
套
2
6
窗口
X-1000-B-1006
个
2
第五章日常维护和故障诊断
第一节日常维护指导
1、设备定期检查项目表
序号
检查周期
检查项目
检查内容
1
周
射线源吹扫系统
检查射线源窗口吹扫气情况，检查气控箱内气路的空气过滤的滤芯是否需要更换；检查气体压力是否在要求范围内。
2
周
射线源窗口
检查射线源窗口是否有损坏。
3
周
探头窗口
检查探头窗口是否有损坏，探头其它部分是否有异常。
4
周
射线源指示灯
检查现场接线箱面板上的射线源指示灯工作是否正常。
5
周
精度检查
用合金样板逐个检查测量精度，尤其是成品道次的厚度情况。
6
月
电器连接
检查主电柜内各个功能板上的连线是否有松动。
7
月
C型架驱动
如果是电机驱动的，应检查链条的松紧，电机运行是否有异常声响；如果是油缸驱动的，应检查油路及油压是否控制正常。
8
月
漂移测试
用一块样板连续测量5分钟以上，观察是否有明显厚度变化。
9
月
C型架轮子
检查C型架的轮子是否正常。
2、检查项目指导
（1）射线源吹扫系统：
首先将接线箱上将设备控制改为本地控制方式，确认快门无法打开后，挂检修牌表明设备检修中。
检查射线源窗口吹扫气情况，吹扫气的力量是否够大，能否保持窗口无异物停留。
（2）射线源窗口：
在采取安全措施的条件下，目视检查射线源窗口铝片是否有损坏。
（3）探头窗口：
与
（2）项类似，目视检查探头的情况，有无在生产中损坏、漏水的可能性。
（4）安全指示灯：
在现场接线箱面板上的射线源指示灯，观察按下时该开关上的红灯是否亮，关闭时红灯不亮，如有故障，应及时处理。
（5）精度检查：
用户需要一个样板架，高度为轧制线高度，先把样板架放在射线源窗口的中心；将已知厚度的合金样板逐个放到架子上检查测量精度，尤其是成品道次的厚度情况，记录后同前次比较。
（6）电器连接：
用户在日常维护使用中，难免会在现场接线箱内做一些检查工作，这就有可能使一些内部电缆松动，因此需要定期对主电柜内各个功能板上的连线是否有松动进行检查，并逐个检查包括接线箱在内的各个接线端子是否松动或生锈。
（7）漂移测试：
漂移是设备工作是否稳定的重要指标，如果设备有故障可以明显反映出来，用一块样板连续测量5分钟以上，观察是否有明显厚度变化。
一般现场条件测量不应该超过0.15%的变化。
（8）C型架轮子：
C型架下的轮子平时不易看到，由于长时期使用会带来磨损或断带时打到C型架时会间接伤害它，因此也需要检查。
第二节其他可能的故障诊断或出现的现象
上述第二节所列的故障，通常是在设备进行校正时或完成某种操作时发生的问题，涵盖了大部分的情况。
但在使用时，会发生一些由于使用不当或由于设备故障产生的问题（本节所列的，都是在其他现场发生过的情况）。
1、精度问题
在使用测厚仪时，会经常检查测厚仪的精度。
一般是用已知厚度的样片，放在样片架上，用测厚仪测量样片的厚度，以检查测厚仪的精度。
但需要注意以下问题：
（1）样片架应用塑料或其他低密度的材料制作。
不能使用金属或陶瓷的材料制作。
其原因是，在测量时，射线一部分被材料吸收，一部分穿透被测材料，还有一部分被反射。
反射射线在照到样片架时，有可能会产生荧光效应，引起测量误差。
（2）检查测厚仪的精度时，先将样片架放在射线源箱的窗口上，在对测厚仪做校正（如果射线源箱的窗口过脏，应先擦干净）。
然后将样片放在样片架上，检查精度。
（3）样片应使用固定的样片，如需要用轧制后的钢板，应先将样品裁成10X10厘米大小，不要太大。
这是由于轧制后的钢板上存在着同板差（即不同位置厚度有误差，通常有几个微米的误差或更大），每次放置的位置不同，都会产生不同的测量结果。
（4）也可以用简单的方法，对测厚仪的精度进行检查。
对测厚仪做校正后，将样片直接放在射线源的窗口上，测量结果和以前的一样，则可以认为测厚仪的精度未发生变化。
不能用这种办法检查产品的绝对厚度。
2、探头常见故障
由于测厚仪探头所在的环境，水气大，温度高振动大，而且，常有可能被断带打击，探头故障是测厚仪常见故障，占设备总故障的70%以上。
探头性能的好坏，直接影响到产品质量。
因此，在现场接线箱上的“LED显示器”上能显示探头电压，通过观察探头电压的变化，可以有效的判断大部分探头的故障。
（1）在生产时测量有时有波动
现象：
在不生产时，测量稳定，生产时偶而出现测量波动。
原因：
在这种情况下，需要具体问题具体对待，大致有两种原因；
一是由于轧机的某些因素导致的厚度变化，而测厚仪仅仅是反应现象，由于轧制速度很快，厚度、压力、张力可能同时变化，这时需要仔细分析以找出其中原因。
二是由于测厚仪的测量波动，导致的问题。
这可以用样片测量或有钢带而轧机停机时，用木棒敲击测厚仪探头或C型架，如测厚值发生波动，则说明测厚仪出现问题。
第六章安装说明及设备调试
第一节安装条件
1、交流电供电要求：
要求正弦波无大的崎变，尽量与大型电机和变频器分开供电。
2、接地系统要求：
需要单独的仪表地，接地电阻小于3Ω。
3、供气系统要求：
要求仪表类干燥空气，如果不能达到，则需要加装过滤系统。
气压需要在0.4-0.8Mpa。
第二节C型架轨道、电缆安装
1、要求轨道安装必须在各个方向水平，并保证轨道轴线与轧线的垂直，水平度与垂直度不大于1/1000，极度偏差±2mmC型架开进到位后，射线源窗口应该在轧制中心线上，其偏差±5mm，C型架退回的位置应该便于维护设备。
2、考虑到C型架尾部电缆的走线槽，如果是悬臂滑轮的电缆走线方式，要保证C型架退回位置时电缆不过于挤在一起，C型架开进位置电缆不过于拉紧。
第三节接线箱的安装
选择合理的位置安装接线箱和气控箱，要求安装高度便于维护时操作按钮，同时要便于观察C型架的运行和告警灯的变化。
另一方面，考虑到射线安全原因，接线箱的位置不能太靠近射线源，
一般应在2.5米开外。
第四节电缆安装
测厚仪现场接线箱到C型架间的电缆分为信号电缆和交流供电电缆，定要注意分不同的电缆槽布线。
第七章射线安全
第一节使用指导
用户应严格注意以下事项：
1、C型架上的警告“当心电离辐射”和“非专业人员请勿打开
（1）设备运行中，身体任何部位不的进入C型架开口处！
”必须遵守。
2、开展任何需要靠近射线源安全区内实施工作前，必须确认接线箱上的射线源按钮处于关闭状态。
射线源状态灯未亮，此时设备为安全状态。
3、必须有专门的射线安全监督管理人员。
4、至少每半年应该确认C型架周围射线泄漏符合国标。
5、如果有必需在射线区射线暴露条件下的工作，必须要有射线工作许可证的人员实施。
第二节射线有关防护知识
众所周知，宇宙中无时无刻不存在着射线，我们日常所观看的电视机屏幕，装修所用的天然大理石等，都有不同强度的射线存在。
无论是何种射线，对人体都有影响，但是只要不超过安全标准，就没有问题。
就RTX10D测厚仪所用的射线源来说，属于X射线，该类射线在空气行走中衰减非常大，同时，任何密度较高的物体都对它有明显的阻挡屏蔽作用。
根据以上几个方面的特性，在使用该设备时，应尽量远离射线源工作区。
如果在距离无法达到要求时，可以使用一些屏蔽手段，如加装钢板阻挡；在需要观察的地方，也可以使用铅化玻璃。
无论使用何种手段，目的都是要减少辐射；其安全性的确认需要用户请当地政府相关部门测试。
另外，射线对人的伤害，只要不超过限度，经过休息是可以恢复的。
相关的射线安全按有关国标为准。
RT1000在使用时的射线分布见下图：
射线剂量分布图
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