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核子皮带秤是安装在皮带输送机的适当位置上,不与皮带直接接触,对散装固体物料自动进行连续累计称重的计量器具。
核子皮带秤由放射源、称重传感器、框架、测速传感器和称重指示器组成。可安装于链斗式、螺旋式、履带式、刮板式等皮带输送机上。
目前应用的电子皮带秤主要以杠杆式和悬浮式秤架结构为主。杠杆式又分单杠杆式和双杠杆式,且后者明显优于前者。悬浮式秤架结构有单托辊直接承重式和多托辊全悬浮式,前者结构简单,安装方便,广泛用于计量准确度要求不高的场合,而后者可以达到较高的准确度。
四托辊全悬浮式电子皮带秤称量示意图
四托辊双杠杆电子皮带秤称量示意图
核子皮带秤是基于γ射线穿过被测物质时,其强度的衰减与被测介质的组分、密度及射线方向上的厚度成指数函数关系这一原理来测量单位荷重的。
核子皮带秤组成结构示意图
电子皮带秤的单位荷重或物料重量要通过皮带、承重托辊、杠杆和连接机构等一系列机械装置传递给称重传感器,中间任何一个环节不当,都会引入测量误差。
①皮带张力的变化引入测量误差。物料的重量通过皮带作用向下一级传递,如果皮带张力不稳定必然引起测量误差。造成皮带张力变化的因素有:物料量的变化、皮带跑偏、皮带刚性硬度的变化、称重托辊安装不规范等。皮带的刚性和硬度会随着使用自然降低,会随气候的变化而变化。
②皮带和秤架自重的变化引入测量误差。皮带的自然磨损和秤架积灰、积料也会影响传感器的受力,引起测量误差。
③秤的整个机械系统内部的应力变化会引入测量误差。秤架和传感器连接机构如果安装不当,会存在内应力,如果天气气候如冷热、干湿变化明显,会引起内应力的变化,必然带来测量误差。
④皮带运行中对托辊的摩擦力会造成测量误差。皮带运行中和称重托辊之间存在滚动摩擦,摩擦力的大小随皮带负荷大小变化,摩擦力会对称量杠杆系统产生非计量力矩,从而引起称量误差。双杠杆系统由于对称性可以有效抵消摩擦力矩,全悬浮系统中,摩擦力的方向与称重传感器的受力方向垂直,基本不引入影响。
⑤称量框架因传感器和吊挂系统受载后产生微动下移引入测量误差。电子皮带秤属于悬索类称量系统,物料重量经皮带传递给受力系统,由于称量框架在加载后的微动下移,必然使传感器受力减小,从而产生测量误差。
⑥气候、风力也会引入测量误差。上面已经说了气候变化会影响皮带刚性硬度和机械系统的内应力产生测量误差,另外风力作用于皮带两面还会产生较大的测量误差。一级风力(速度1m/s~2m/s)会在1m2的垂直面积上产生1kg~2 kg的力,多托辊电子皮带秤的有效称量段的面积一般在4m2~5 m2,同时由于风向的关系,一般情况下会在流量1000t/h,皮带速度2m/s的电子皮带秤上产生1%以上的误差。
⑦如果在安装中未经偏载调试,在工作中皮带跑偏会产生测量误差;安装中托辊未校准,如不等高、不等距的问题会引起运行中力的传递函数发生变化,也会产生测量误差。
核子皮带秤是利用γ射线穿透物料的衰减程度来测量单位荷重的,γ射线由射源发出后,经物料、皮带和电离室保护外罩衰减后被电离室接受,传递过程中影响射线衰减的因素会带来测量误差。
①皮带厚度的自然磨损,电离室表面积灰尘,可以被认为是射线的穿透厚度发生了变化,对测量结果有影响。但由于这两者变化缓慢,影响结果相反而且同时作用,所以总的影响轻微。
②如皮带跑偏使皮带甚至物料跑到射线覆盖区域之外,会产生较大甚至严重的测量误差。
③物料品种、成份、水份的变化,会引起质量吸收系数的变化,会产生测量误差。颗粒度增大会引起射线的多次折射,会使测量结果降低。
④射线在皮带平面的扇面宽度总是要大于物料的宽度,物料的截面形状是不规则的,电离室接收到的射线强度是一部分经物料不规则衰减和一部分未经衰减的平均强度,改变了核子皮带秤的理论函数模型,而且由于在实际应用中的物料宽度和截面形状的不确定,所以核子皮带秤在工作中的实际函数模型也不确定,必然存在着难以定量确定的误差。
⑤在核子皮带秤的函数模型中实际还有一个变量:物料宽度S,在实际应用中以实物校准时的物料宽度按固定值处理,在工作中物料宽度的变化必然会带来测量误差。
另外,从测量原理角度还可以发现,核子皮带秤和电子皮带秤对单位荷重的测量范围也有所不同:对电子皮带秤来说,单位荷重越大,传感器受力越大,输出信号越大,这有利于克服干扰,达到较高的准确度;而对核子皮带秤来说,由于射源强度的限制,单位荷重越大,射线强度衰减越大,探测器接收到的信号越弱,输出信号越小,准确度必然越低。但是如果单位荷重太小,会使信号变化很小,也会影响测量准确度,一般应工作在最大流量的20%以上。
综上可以看出,电子皮带秤的主要优点是准确度高、不受物料因素变化的影响、对不同物料都具有同样的复现性,主要缺点是受客观因素影响多、维护量大。而核子皮带秤正好相反。这是因为核子皮带秤出现的较晚,所采用的非接触式测量的方法,在技术上弥补了电子皮带秤接触式测量的一些不足,但是它并没有也不可能继承电子皮带秤的优点,所以核子皮带秤的出现只能作为皮带称量技术的补充。