[科普中国]-x射线测厚仪-

X射线测厚仪利用X射线穿透被测材料时，X射线的强度的变化与材料的厚度相关的特性，从而测定材料的厚度，是一种非接触式的动态计量仪器。它以PLC和工业计算机为核心，采集计算数据并输出目标偏差值给轧机厚度控制系统，已达到要求的轧制厚度。

基本信息X射线测厚仪利用X射线穿透被测材料时，X射线的强度的变化与材料的厚度相关的特性，从而测定材料的厚度，是一种非接触式的动态计量仪器。它以PLC和工业计算机为核心，采集计算数据并输出目标偏差值给轧机厚度控制系统，已达到要求的轧制厚度。

适用范围：生产铝板、铜板、钢板等冶金材料为产品的企业，可以与轧机配套，应用于热轧、铸轧、冷轧、箔轧。其中， x射线测厚仪还可以用于冷轧、箔轧和部分热轧的轧机生产过程中对板材厚度进行自动控制。

系统构成■ 用户操作终端

触摸屏用户操作终端包括一个专用的计算机和高分辨率的彩色显示器。可显示整个系统的检测、设定、偏差值；用户通过软件显示页面可直接控制和操作测厚仪。主操作页显示正常操作所需的各种数据。维护页面显示系统正常工作时各种参数高压反馈、管电流、灯丝电流、射线源温度等。一些与用户质量有关的重要数据如厚差曲线、厚度与长度关系曲线均可打印。技术员能很容易地通过操作终端的报表打印功能，打印出来以显示可用信息。

■ 冷却系统

本系统配备有专用冷却装置，该装置的关键部件，压缩机组均采用进口原装组件，具有可靠性高、噪音小、控温精度高，经久耐用等特点。通过C型架上进出油口进行冷却。延长了关键部件的使用寿命。

■ X****射线发射源及接收检测头

采用X射线管和高压电源。X射线管装在一个抽真空后注满油的全密封的油箱中保证绝缘和良好冷却，高压等级根据所造型号不同有所区别，加上传感器具有的温度自动保护与报警功能，提高了X射线管的稳定性和使用寿命。模块化设计、免维护设计方案及规范的制造保证了设备系统高可靠性。

检测头采用电离室和电子前置放大器组成高性能电离室检测头，离子室设计具有大空间，高抗干扰性、高灵敏度等特点。系统备有风冷、油冷恒温冷却单元，延长系统的使用寿命。

■ 主控制柜

主控制柜是一个自由立式控制台，是个系统的心脏。根据产品型号、控制系统配置不同，P型采用S7-400PLC作为控制计算中心；G型采用工控机为控制计算中心。控制柜负责采集和处理从前置放大器传来的信号，负责测厚仪数据处理和与轧机AGC系统的接口信号输出，为轧机AGC系统提供测厚数据及控制信号。控制柜还提供整个系统稳定的电源和现场显示器的显示数据。

测厚仪各部件功能

1）全量程标定功能：

根据程序预先设定的计算公式，通过组合不同的标样厚度并将其置于射线下测量，以得到一组基准数据，并存于PLC中。

2）测量功能：

用于实际测量，系统工作时轧制带材通过射线照射，测量头接收后，转化为电压信号，此电压值与全量程标定模块中所储存的基准数据相比较，通过程序中预先设定的计算公式计算后得到相应的厚度。

3）系统效验功能：

由于工作现场环境复杂，系统工作一段时间后由于各种因素的干扰，系统会产生基准漂移。这时通过系统效验模块可以修复这种漂移，以保证系统测量的准确性

4）自动合金补偿功能：

由于铝合金板材牌号众多，合金含量各不相同，而X射线对不同合金的吸收率是有差别的，为了弥补这种差别本系统增加了合金补偿功能（此功能类似于全量程标定功能）

5） AGC偏差输出功能：

通过计算目标厚度与实际厚度的偏差值（单位um）然后把这个偏差值转换为电压信号，把此电压信号传送给轧机AGC系统，通过AGC系统来调整轧制的板材厚度。

6）带材长度计算功能：

通过采集来自编码器的脉冲信号，计算出带材的长度。然后把长度值与厚差放于同一坐标中，形成长度与厚差曲线，使用户很直观的观察到这卷带材的质量信息，必要时还可以打印出来。

7）标样控制功能：

主要是为了控制系统所使用标准样片在全量程标定、系统效验和系统测试中能够准确的置于射线下进行测量。

8） C型架控制功能：

控制C型架在导轨上的前进和后退。

维护测厚仪的日常维护，除了需要遵循一般电气设备的常规维护方法（例如：电气连接情况、主要电源电压的检查、各个开关的操作是否有效），这里主要讨论针对测厚仪的维护。

每天检查1）循环水。循环水恒温设备主要给射线源提供相对恒定的温度环境。射线源的温度波动将直接导致射线能量的变化，致使测量结果波动。循环水温度一般设定在 20℃ ±1℃。注意检查循环水的回水流量、水温是否正常。检查回水流量要实际查看回水管出水口的水流情况，不能依据测厚仪没有水流报警就断定冷却水正常—水流开关总有损坏的时候（比如，锈蚀、因某种原因卡住了）。如果回水量明显减小了，应考虑水路是否有堵塞或漏水。为防止产生水垢堵塞、锈蚀管路，应使用纯净水灌装水箱。

2）压缩空气。压缩空气的用途主要是吹扫射线束内的杂物、油雾等，如果压力不足，会使吹扫效果下降，影响测量结果。还有的测厚仪使用气缸驱动标样和快门。巡视设备时应检查空气压力是否符合设计要求，滤芯是否需要更换。

3）C 型架上告警灯的状态。告警灯的状态应正确，否则说明测厚仪存在某种故障。从安全的角度考虑，即使确认测厚仪没有功能上的故障，仅仅是灯泡损坏，也应及时更换，以防止意外的辐射伤害。

4）射线窗口和探头窗口。目视检查射线窗口和探头窗口，如有破损应及时更换窗口材料。轧制过程产生的油雾中含有粉状物（金属粉末、硅藻土粉末等），凝结在窗口上会产生油泥，相当于在射线束中插入了一层异物。油泥厚到一定程度，会使探头电压明显下降，影响测量精度，因此最好每天擦拭这两个窗口，保持清洁。

每周检查1）电缆和管路。注意查看电缆是否有破损，特别要注意查看C型架尾部的电缆和管路悬挂是否牢固，防止脱落被挤压损坏，导致不应有的损失。

2）C 型架的行走情况。观察 C 型架行走是否平稳，是否有卡阻和步进现象。行走不平稳本身不是大问题，但有隐患：有可能引起接插件、标样片、快门松动，影响校准精度和测量结果。C 型架在前后的停止位置应正确，否则应检查限位开关及撞块。

3）射线源的电压和电流。射线源的稳定是测厚仪稳定运行的基础。平时应多注意每个 KV 段的电压值和电流值，作好记录。发现异常的波动或变化应立即关机，先检查冷却水和电缆，如无异常，意味着射线源或驱动板可能有故障。

4）探头的全电压和零电压。测厚仪使用一段时间，各个KV 段的全电压和零电压的值都可能会有一些变化。经常记录各个 KV 段的全电压和零电压，与标定测厚仪时的数值相比较，如果偏离不大，使用“校准”功能还是能保证测量精度的；如果偏离大了，说明有问题存在。如果探头电压不正常，应首先检查快门打开和关闭是否到位，X 射线束的通路中是否有异物，窗口是否干净，排除这些可能后，再考虑探头、放大器或是射线源、采集卡的因素。正常情况下，全电压在 8.5 ～ 9.5 V 之间，通常使用在 9.0 ～ 9.2V（因设备调试情况不同而异）。零电压应低于 0.02 V。注意：这里所说的探头电压，是指在维护页面上读出的数值，它是探头检测到的信号经过前置放大器（探头内）和后置放大器（主电柜内）放大后，由模拟量数据采集卡进行 A/D 转换后，最终送到主计算机内进行处理的数据。

5）做校准试验。试验测厚仪的校准功能是否正常。这也是发现一些隐藏着的故障的有效手段。

6）做精度测试。用已知准确厚度的样片实际测量，与以前的测量记录作比较，看看测量误差是否有明显变化。样片的厚度范围最好能覆盖测厚仪的整个量程范围或是平时轧制用到的范围。在成品厚度附近的规格最好密集一些。注意应该细心保管好一套标准样片，每次测试都应这同一套样片。不同的样片测试出的厚度误差变化很难说明问题的。

每月检查1）电气连接。逐个检查插拔式安装的板卡、各种插头安装连接是否牢固，每个接线端子是否松动或锈蚀。包括现场接线箱和 C 型架内的接插件也要仔细检查。

2）漂移测试。漂移量是测厚仪工作是否稳定的重要指标，

如果测厚仪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。

3）模拟量输出信号。检查测厚仪送到 AGC 系统的厚差信号

（安装调试后就不应该有变化）。做此测试的目的是检查软件参

数设置是否有变化，及模拟量输出板的性能是否正常。方法是：

用一块样片先测量一次，然后人为地把目标值改为刚才的测量

值，显示的厚差应该为零，模拟量输出电压也为零。然后分别

把目标值向上和向下修改 10%、20%、30% 或任意数值，显示的

厚差和模拟量输出电压也应相应地变化。

4）软件备份。测厚仪的软件也有损坏或丢失的可能，有时

原因也不明确。定期做备份是防止意外的有效手段。做新的备

份时，最好不要用新备份覆盖掉老的备份，保留历史上的每次

备份，以备不时之需。

射线管的更换射线管损坏或使用一定年限老化后，测厚仪厂家通常建议将射线源返厂更换射线管，费用很高，周期也较长。实际上，只要细心操作，完全可以现场更换射线管。更换射线管应着重注意：

1）紧固射线管的安装螺丝时用力要适度，既要安装牢固，更要防止紧固过度导致管子破裂。

2）高压线的焊接要求较高，决不允许虚焊，焊点必须非常光滑。

3）同时更换各种密封件。对油浸冷却的射线管，更换射线管的同时要更换冷却油，可以使用干净的变压器油，高压试验合格后保持略高于室温的温度时冲洗油箱、灌装（这项工作尽量在晴天做，阴雨天时空气湿度大，油里容易融入水分，耐压难以达标）1。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所