QCS 定量 传感器.docx
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QCS定量传感器
BASISWEIGHTSENSOR
TRAININGCOURSE
ServiceOperationDepartment,China
（April,2001）
14201系列定量传感器简述3
2传感器结结构4
2.1放射源组件:
4
2.2接收器5
3定量测量基本原理5
3.1工作原理5
3.2影响定量测量精度的因素6
3.3原始定量测量方法6
3-4，定量修正参数简介7
4.定量传感器的标定8
4.1传感器标定准备工作8
4.2电气检查（以Medol2201为例）8
4.2.1扫描架电源电压检测8
4.3传感器稳定性测试11
4.4，用户纸样静态标定11
4.5，定量传感器动态校验方法11
5传感器部件表12
5.1发射头部件12
5.2接收头部件13
5.3通用部件14
6传感器硬件维护15
6.1，日常维护工作15
6.2，传感器故障疹断15
14201系列定量传感器简述
4201定量传感器用于测量运动中纸张单位面积的质量或定量，它利用纸张吸收β射线的原理进行非接触式的测量。
系统主机将定量传感器的测量电压转化成定量值,并对影响精度的各种因素进行补偿,保证了定量测量的高精度。
2传感器结结构
2.1放射源组件:
如上图所示.源组件包括放射源容器,用于屏蔽源体。
为安全而设置了快门,快门由快门线圈控制,微动开关给出快门开关状态信号。
热熔断开关可在失火时关死快门。
FLAG为内部标样,它有确定的定量值,由FLAG线圈控制。
放射源密封于一个金属容器中,容器上部有射线穿越孔道,孔道顶部有准直器
和密封的薄膜。
2.2接收器
包括一个充满惰性气体的电离室,一个放大器及电源电路板。
β一般放射源组件内都有温度传感器,将温度信号送给计算机。
从放射源发射出来的β粒子被气隙中的纸吸收掉一部分,未被吸收的粒子穿过纸张在电离室中使气体分子电离产生微小电流,该电流大小是源和电离室之间物质质量的函数。
放大器将该电流转换成电压信号送到QCS主机。
放射源和接收器都安装在温度相当稳定的扫描头内,使传感器有尽可能高的稳定性.
在QCS主机，高精度的电压频率变换器（VFC）将电压信号转换成频率信号。
脉冲列在精确的时间间隔内由一个计数器计数,并由计算机读取。
该读数由计算机内的算法处理,将其转化成定量值,并进行灰尘,气隙温度,源和接收器内气柱温度的补偿。
3定量测量基本原理
3.1工作原理
工作原理如图所示。
定量传感器主要包括一个β射线放射源,一个电离室
和一个高倍数检测放大器组成。
测量电压送到主机后，电压频率转换器先将电压信号转换为频率信号，然后由主机定时对脉冲频率采样计数，再对计数值做算法处理。
主机控制的脉冲计数器按一定的周期采样计数
计算机软件对计数值作算法处理，得到定量测量值
VFC
0~8VDC
弱电流信号检测放大器
电离室
β射线
纸
β射线源（Kr85）
图:
定量传感器工作原理图
3.2影响定量测量精度的因素
影响测量精度的因素有：
∙放射线本底
∙放大器漂移
∙外界干扰
∙源衰减
∙气隙温度
∙源和接收器的气柱温度
∙曲线灰尘积累
∙塑料样品和纸样品的差异
∙扫描过程中,上下扫描头空间位置的微小差异
这些因素要在软件中进行校正才能保证测量精度.
3.3原始定量测量方法
定量测量采用的是比例式测量方法:
RATIO=（“测量”计数-“本底”计数）/（“空气”计数–“本底”计数）
本底”计数（BACKGROUNDCOUNTS）:
∙用以校正放大器漂移,天然放射线的影响。
∙离纸,关快门,气隙中无纸条件下,由软件控制自动地每隔8小时测量一次并修改计数值。
也可以手动做BACKGROUND测量。
空气”计数（AIRCOUNTS）:
∙气隙中仅为空气的测量计数值,取决于放大率和源强度,气隙温度
和灰尘积累等。
∙离纸,开快门,气隙中无纸条件下,在”STANDARDIZATION”或“REFERENCE”操作的一个阶段进行并修改测量计数值。
内标旗”计数（FLAGCOUNTS）:
∙是将FLAG插入β射线通道上的计数。
因为FLAG是有确定定量值的内部标准样品,所以可用以检查传感器的测量精度，稳定性及积尘
的情况。
∙离纸,开快门,气隙中无纸条件下,在”STANDARDIZATION”或“REFERENCE”操作的另一个阶段进行并修改测量计数值。
∙在运行品种ZERO时，“内标旗”可作为对象进行扫描测量,用以日常检验测量精度和进行扫描头空间位置微小偏差的动态补偿。
测量”计数（MEASUREMENTCOUNTS）:
对生产过程中运动纸张或静态标准纸样进行测量所获得的测量计数值。
RATIO”测量比值:
∙软件将“空气”计数,“测量”计数分别减去“本底”后计算出此比值，
进一步再根据这个比值计算出未经校正的定量值。
1
RATIO
“旗”比值
“测量”比值
0
“旗”定量“测量”定量定量
图2-1:
RATIO与定量关系曲线图
如图2-1所示:
RATIO与定量值之间是一近似指数特性的曲线。
软件中将此曲线分成若
干段,在每一段的区间内可以用如下公式来拟合:
BWUC=BA0X3+BA1X2+BA2X³+BA3X
BWUC为未经校正的定量值
X为RATIO值
用上式来拟合比用负指数方程来拟合在相同精度下所拟合的定量区间要宽得多,对简化软件,方便标定十分有利。
事实上，MX根据MYLAR标样测定干
净标样的BA0-BA3及灰尘标样的BD0-BD3数据后提供给用户。
3-4，定量修正参数简介
在实际测量中，定量值经过如下多种修正：
BW（SAMPLING）=BWUC+BWDIRT+BWTEMP+BWKC
BW（SCANNING）=BWUC+BWDIRT+BWTEMP+BWKC+BWZ+BWPC+BWDO
BW为修正后实际定量值。
BWUC为修正前原始定量值，与测量RATIO，BA0-BA3有关。
BWDIRT为灰尘修正值，与测量RATIO，T0FA，T0CF，F/A，
BD0-BD3有关。
BWTEMP为温度修正值，与AGAU，AGAL，AGAS，AGAR，
及上次标准化时各温度测量值，当前各温度测量值有关。
BWKC为纸种修正值，与KCM有关，用于修正不同纸张和MYLAR标样之
间的差异。
BWZ为Z向校正值，与CFZ，上次标准化时的Z值，当前的Z值有关。
BWPC为横幅修正值，它是横幅双向实测的两组数组，用于修正扫描过
程中上下探头相对位移所带来的误差。
BWDO为动态修正值，修正动态测量所带来的误差。
4.定量传感器的标定
4.1传感器标定准备工作
∙上下探头机械对准,以插销在至少三个孔做自由落体为准
∙气隙之间保持清洁
∙扫描头在离纸位置
∙电气经以下检查正常
4.2电气检查（以Medol2201为例）
4.2.1扫描架电源电压检测
∙确保扫描架快门已关闭
∙测量并记录扫描架24V电源电压
4.2.2接收器电压检测,如图所示:
J
3
从左至右为TP1-TP9
J2
接收器电源板
检测放大板
J
4
高压转换板
E2E1
表3-1:
接收器底板测试点描述
测试点
描述
TP1
+24VReturn
TP2
+24VDC
TP3
+/-12VDC,-350VDCReturns
TP4
+12VDC
TP5
-12VDC
TP6
-350VDC
TP7
BasisWeightSignalOut
TP8
TempAOut
TP9
TempBOut
TP1R20
T1
R
12
C
19
TP2
图3-2:
高压转换板示意图
∙检测并记录RTN（TP1）和+24V（TP2）,确认电压为+24VDC+/-1.0VDC
∙检测并记录RTN（TP3）和+12V（TP4）,确认电压为+12VDC+/-0.6VDC
∙检测并记录RTN（TP3）和-12V（TP5）,确认电压为-12VDC+/-0.6VDC
∙检测并记录RTN（TP3）和-350V（TP6）,确认电压为-350VDC+/-3.5VDC
如果超出范围,可以调整高压转换板上R12的阻值,如图3-2所示。
4.3传感器稳定性测试
∙选择定量传感器的SENSORVERIFY画面。
∙输入重复次数为5,进行BACKGROUND操作观察打印机的打印
结果,平均计数（AVERAGECOUNTS）应接近300,
最大计数（MAXIMUNCOUNTS）与最小计数（MINIMUNCOUNTS）
应在平均计数上下0.5%的范围内。
∙输入重复次数为5,进行REFERENCE操作,观察打印机的打印结果,要求F/A比值的2值<0.0018,只允许2值的小数点第四位可以
变化。
4.4，用户纸样静态标定
∙准备好用户纸样3-5个（7”直径），准备好样本测试浆板，将当前
纸种改为所测纸样的纸种。
∙在SCANNERSETUP画面中将采样时间设为16秒，换为SENSORVERIFY画面。
∙转动和推拉空浆板的同时分别做本底、参考、样本测试各一次，检查结果。
∙将纸样依次放入样品盘中。
每个纸样连做2次样本测试，两次测值应非常接近，否则认为是粗差而舍弃之。
∙计算有效纸样的实验室平均值和MX采样平均值，进而得到新的KCM值：
KCMnew=KCMold*AVGlab/AVGmx
∙将新的KCM值修改到纸种，从新装纸种，再做样本测试以检验精度。
4.5，定量传感器动态校验方法
即使静态标定十分成功，MX的在线定量测量值和纸卷下卷后的实验室测定值之间仍可能有偏差，这是因为纸张由于张力不同和环境湿度的影响等，其定量会有所变化。
解决问题的方法是做定量传感器动态校验。
∙定量稳定的条件下，下卷时打印出横幅报告，同时在纸卷上采样。
∙连续做5-10各纸卷，舍弃粗差，分别计算MX和LAB的横幅平均
值。
∙计算传感器动态修正参数：
BWDO=AVGlab–AVGmx，并改
到纸种文件中去。
5传感器部件表
传感器部件表有利于维修人员熟悉定量传感器的硬件组成，在故障处理时也是一个很好的参考资料。
5.1发射头部件
部件名称
功能
气电要求
测试点
故障可能性
内部气压调节阀
将气压调整到45±5PSI
输入气压>40PSI
用压力表在其输入/输出端测试
如果外来气压低于50PSI，输出气压会波动
电磁气阀
控制送往气动旋转执行机构的压缩空气，使放射源快门打开或关闭
24VDC开阀，0VDC关阀
可在输入脚测电阻，应为几百欧姆；阀开时可在气管支路测到气压
电磁阀线圈会开路
气动旋转执行机构
气阀开时驱使放射源打开；气阀关时内置弹簧使放射源关闭
工作气压>35PSI
转轴上的销子和有关标签指示出当前位置
可能机械卡住；可能堵气
空气节流器
限制压缩空气流量使气动执行机构不至于开得太猛
无
目测检查节流孔是否通；或用湿手指感觉有否气流
可能发生堵塞现象
空气软管：
入口到调压阀，调压阀到空气支管，空气支管到执行器
传送压缩空气
无
目测检查是否受到油类，橡胶屑等污染变质
可能变得松动，可能堵塞
机械挡块
在放射源旋芯处于开、关位置时提供阻挡作用
无
无
可能磨损，变脏，松动
内标旗极其电磁阀
转动内标旗到插入位置或缩回位置
20-26VDC
利用转轴销和位置标签目测检查其动作是否正常
内标旗可能断裂或弯曲卡住，电磁阀可能过热卡住
防火安全销
在高温情况下迫使放射源盒体止于关闭位置
在温度高于500°F时动作
目测检查销子是否依然与外壳相焊连；手动检查放射源盒体能否转动
可能意外动作导致旋芯无法转动
绿灯开关两个
两个开关相串连以提供放射源关闭的肯定指示
无
一个开关安装在气动旋芯上，可以看到；另一个开关位于内部以接触转动体；当放射源关闭时，开关的NO触点和COM触点应导通
气动执行机构上的指示销可能断或弯曲
位于射线小孔附近的气柱温度测量装置
测量从源体到窗口之间的空气温度
12-24VDC
目测检查元件好坏；P1脚B是+V，脚E是RTN，脚D是温度输出
可能物理损坏
5.2接收头部件
部件名称
功能
测试点
故障可能性
诊断方法
电离室高压电源
提供–350VDC电离室工作电压
在接收器底板上测
最常见的故障是输出电压几乎为零
用数字万用表测量接收器底板上的相应测试点电压。
由于电离室输出信号对此电压的少量偏移并不敏感，所以这个电压只要稳定就好，差几伏没有大关系
电离室
将β射线的强度变化转换成电流的变化，以便在接收放大器进一步转换成电压信号
无
1，惰性气体泄漏使电离室输出电压逐步降低，而F/A比值和S/A比值逐步升高；
2，电离室输出电极周围的绝缘材料肮脏给高压提供变化的漏电回路，使本底计数值发生漂移；
3，电离室和传感器壳体间发生断性的短路，使传感器输出信号时常出现下降脉冲；
4，电离室输出引线松动；
1，参考预防性维护章节，每天检查传感器的F/A比值和它的趋势；
2，参考预防性维护章节，每天检查本底计数值和它的离散差的趋势；
3，物理检查电离室的铸焊，看是否有金属碎片或毛刺等使电离室与外壳短路；
4，物理检查引线部分；
检测放大器
将电离室的微小输出电流转换成电压信号
无
1，本底（BACKGROUND）测试输出电压飘移不定；
2，放大器热漂移；
3，连接电离室信号的导线损坏；
1，本底测试输出电压应为10-20毫伏，
测试放大器工作电压±12VDC；
2，监视探头温度是否正常；
3，目测检查放大器输入引线；
接收器电源和温度电路板
将功24VDC转换为
±12VDC，并提供接收器气柱温度处理（如果有的话）
在接收器底板上有测±12VDC的测点
1，±12VDC电源不好
1，检查接收器底板上的±12VDC电源
5.3通用部件
部件名称
功能
测试点
故障可能性
诊断方法
窗口膜片
保护传感器
目测检查
膜片破损
1，目测检查；
2，监视传感器计数值和F/A比值；
3，如果窗口膜片确实破损立即更换；
测量间隙空气温度热敏电阻
测量空气温度
可在SENSORSTATUS画面中监视AIRGAPTEMPERATURE值
热电阻断裂、开路
1，如果热电阻开路气隙温度的读数会很低；
24VDC电源
给传感器提供电源
在上下探头中有相应测试点
1，由于导线上的电压降太大使传感器测试点电压太低；
2，在传感器测试点的24VDC电压有较大电嘈声干扰；
1，永远只在传感器测试点检查电压，并确信为24-26V；
2，用示波器在传感器测试点检查纹波和嘈声；
冷却系统
1，给传感器提供冷却；
2，给电子元件提供稳定的环境温度，尤其是高压电源板和检测放大器
在传感器画面中可监视传感器探头温度的情况
1，冷却管道由于堵塞使冷却水流量过小；
2，冷却水本身温度过高起不了冷却作用；
1，每天在SENSORVERIFY画面检查探头温度是否正常；
2，检查冷却水流量、温度和有关阀门等；
6传感器硬件维护
传感器使用情况的好坏首先取决于硬件维护。
其中，日常维护工作是最重要的。
6.1，日常维护工作
维护工作内容
每天一次
每周一次
每月一次
检查传感器气源（干净、压力）和水源（干净、流量）是否正常，有问题及时处理
√
目测检查传感器窗口膜片是否完好无损，做上下扫描头的清洁工作
√
定时记录传感器的FLAG计数值、AIR计数值、F/A比值和各温度数据，在坐标纸上画趋势曲线
√
打印传感器日稳定性报告（DAILYSTABILITYREPORT），并妥善保存备档
√
周期性做传感器动态校验（对照实验室数据），如果偏差较大，查找原因并处理
也可隔周一次
做扫描架导轨的清洁卫生工作
纸机停车时做
检查上下扫描头在扫描全程中有无相对机械位移，并做相应处理
纸机停车时做
6.2，传感器故障疹断
故障现象
可能的原因
解决问题的办法
没有FLAG、AIR、测量计数值，或这些计数值都很小
1，气动旋转执行机构没有足够的操作气压；
2，防火销误动作阻止了快门打开；
3，红色“放射源开”警示灯灯丝烧断开路；
4，红色警示灯逻辑电路损坏或电源保险丝烧断；
5，放射源快门电磁阀失效；
6，气动旋转执行机构压缩空气入口处的节流孔堵塞；
7，传感器窗口内侧或外侧有冷凝水或灰尘纸屑；
8，气动旋转执行机构轴承的静摩擦太大；
9，气管中的垫圈或“O”型圈漏气；
10，气动旋转执行机构的弹簧被锈蚀；
11，放射源旋芯太脏；
12，气动旋转执行机构的旋柄被外来物缠住；
13，空气调压阀失效；
14，气动旋转执行机构本身损坏；
15，内部挡块有问题；
16，电离室漏气，计数值下降但F/A比值却上升；
1，调节气压，检查是否有漏气；
2，不要自己处理，立即电告霍尼韦尔-美杰公司；
3，检查指示灯，更换已损坏的灯泡；
4，更换保险丝，更换电路板并检查短路；
5，拔掉出口软管，耳听是否有气流声；
6，清洗或更换节流件；
7，目测检查是否有水或赃物并清洁之；
8，不要自己处理，立即电告霍尼韦尔-美杰公司；
9，立即更换之；
10，不要自己处理，立即电告霍尼韦尔-美杰公司；
11，不要自己处理，立即电告霍尼韦尔-美杰公司；
12，目测检查处理；
13，更换；
14，不要自己处理，立即电告霍尼韦尔-美杰公司；
15，，不要自己处理，立即电告霍尼韦尔-美杰公司；
16，更换；
本底计数值漂移不定
1，接地不好；
2，放大器稳定性不好，本底计数值随温度的变化而发生反方向变化；
3，问题来自放大器或电离室绝缘不好；
1，检查所有接地，包括主机柜和扫描架、传感器；
2，更换放大器；
3，先更换放大器，不行的话换回放大器而更换电离室；
FLAG、AIR计数值，或F/A比值漂移较大（如果漂移是由于环境温度或灰尘积累引起的，那是正常的；如果是由于元件问题引起的，则须处理）
1，在纸机停车足够长时间以后（充分冷却）做连续30个参考测试，看计数值和F/A比值的漂移情况。
如果符合要求，说明元件没有问题。
2，在传感器接收头检测24VDC电源是否正常；
3，检查传感器窗口是否有破裂现象；
4，若AIR计数值下降而F/A比值上升，原因可能是电离室漏气；
1，如果在稳定的环境温度下
F/A比值也很稳定，则传感器是正常的；
2，调整、检修或更换24VDC电源；
3，清洗或更换传感器窗口膜片；
4，更换漏气的电离室；
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