射線(xiàn)傳感器在蔗絲厚度自動(dòng)調節系統中的應用

1、引言

　　廣西是產(chǎn)糖大省，甘蔗糖產(chǎn)量占全國60％以上。由于糖廠(chǎng)壓榨車(chē)間空氣中糖分子濃度較高，許多電子測量?jì)x器設備受到不斷增加的糖分子附著(zhù)、結塊等惡劣環(huán)境的直接影響而無(wú)法實(shí)現甘蔗絲厚度的均衡控制，長(cháng)期以來(lái)，制糖企業(yè)壓榨車(chē)間榨量控制都是由操作人員憑經(jīng)驗手動(dòng)調節操作，所以甘蔗榨量不穩定，瞬時(shí)負荷過(guò)大，造成撕裂機電機等機械部件損壞。

　　由于制糖企業(yè)中壓榨工況的好壞對整個(gè)糖廠(chǎng)的穩定均衡生產(chǎn)至關(guān)重要，制糖企業(yè)又非常迫切需要解決甘蔗絲均衡傳輸自動(dòng)調節的問(wèn)題，為滿(mǎn)足廣西制糖企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需要，我們利用放射源和γ射線(xiàn)傳感器檢測蔗層的厚度，通過(guò)微機和變頻器控制輸蔗機均衡速度，還利用微機監控程序完成了輸蔗的自動(dòng)計量和參數的在線(xiàn)設置，不但可以準確掌握日壓榨量，自動(dòng)計算原料抽出率，而且達到了均衡生產(chǎn)，減少設備故障率的目的。這對糖廠(chǎng)鍋爐產(chǎn)汽量、蒸發(fā)罐入計、糖漿錘度穩定、甘蔗砍運、壓榨、鍋爐、蒸發(fā)、煮糖、成品等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節的穩定都起到了關(guān)鍵性的控制作用。

2、系統工作原理

2.1 系統控制過(guò)程

　　拖動(dòng)電機選型確定以后，其傳動(dòng)比、傳動(dòng)齒輪齒數、齒距也就確定，傳送帶上傳送甘蔗絲的速度v和拖動(dòng)電機轉速n的關(guān)系為：

　　式中m為傳動(dòng)鏈輪齒距，z為甘蔗絲傳送機傳動(dòng)輪齒數，a為傳動(dòng)比，ni為拖動(dòng)電機轉速。傳送帶上甘蔗絲的重量表示如下：

2.2 射線(xiàn)傳感器測量蔗層厚度原理

　　γ射線(xiàn)傳感器是利用放射性同位素，依據被測物料對γ射線(xiàn)吸收、反散射和透射作用而進(jìn)行工作的。當核放射源放射出的γ射線(xiàn)穿透甘蔗絲到達γ射線(xiàn)傳感器的過(guò)程中，一部分γ射線(xiàn)被甘蔗絲吸收，一部分γ射線(xiàn)透過(guò)甘蔗絲被γ射線(xiàn)傳感器吸收；在γ射線(xiàn)的照射下，γ射線(xiàn)的強度和被測甘蔗絲厚度之間的關(guān)系為：

　　式中I和I0分別為γ射線(xiàn)穿過(guò)被測甘蔗絲后的輻射強度和穿過(guò)被測甘蔗絲前的輻射強度，C為積因子，m為線(xiàn)性衰減系數，d為被測甘蔗絲厚度。因此，I0一定時(shí)，I值的相對變化量就反映了甘蔗絲厚度d。

　　γ射線(xiàn)傳感器輸出的微弱電流信號，經(jīng)前置放大器放大后，輸出一個(gè)能反映傳輸帶上甘蔗絲厚度的電壓信號。由于γ射線(xiàn)傳感器輸出電壓信號與輸入γ射線(xiàn)強度成正比關(guān)系，則式(3)可轉換為：

　　式中U和U0分別為γ射線(xiàn)穿過(guò)被測甘蔗絲后的輻射強度和穿過(guò)被測甘蔗絲前的輸出的電壓信號，WL為傳送帶上單位長(cháng)度載荷量，B為甘蔗絲的平均寬度，μm為吸收系數。則載荷量：

　　由式(2)和式(9)可知，通過(guò)檢測傳送帶上甘蔗絲的厚度和傳送帶的速度，便可得到甘蔗絲的瞬時(shí)流量。

3系統設計

3.1 硬件設計

　　如圖1所示，系統硬件由放射源、γ射線(xiàn)傳感器、工業(yè)計算機、數據采集卡、濾波器、旋轉編碼器、定時(shí)器／計數器、變頻器、大屏幕顯示器等組成。

　　甘蔗絲厚度檢測選用γ射線(xiàn)傳感器長(cháng)度為1 500 cm，源部件采用雙源法。放射源與γ射線(xiàn)傳感器分別置于被測甘蔗絲的上下兩側，其距離是一定值，在放射源和被測甘蔗絲都確定的情況下，對于長(cháng)半衰期的同位素，由于放射源發(fā)出的γ射線(xiàn)在短時(shí)間內可視為常數，甘蔗絲越厚，吸收的γ射線(xiàn)越多，安裝在傳輸帶下方的γ射線(xiàn)傳感器接收到的γ射線(xiàn)就越少。因此，γ射線(xiàn)傳感器接收到的γ射線(xiàn)強弱反應了甘蔗絲厚度的相對變化