一種反射式水分儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計及標(biāo)定

于福龍，李學(xué)輝，徐 鋒，張 偉

（1.丹東東方測控技術(shù)股份有限公司，遼寧 丹東 118000；2.遼寧省科學(xué)技術(shù)館，遼寧 沈陽 110167）

隨著國家數(shù)字礦山到智慧礦山的推進(jìn)，物料水分識別技術(shù)在礦山生產(chǎn)中得到了新的發(fā)展。尤其智能在線檢測儀在礦山中的應(yīng)用得到了廣泛的推廣。以國家戰(zhàn)略為導(dǎo)向推進(jìn)創(chuàng)新體系優(yōu)化組合，國家政策推動了智慧化礦山相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，也給礦業(yè)行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇，無人化和智能化，將人類社會快速推向智能化時代，國家大力發(fā)展5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，反射式水分儀立足于解決皮帶輸送中存在的送檢實(shí)驗(yàn)室工序復(fù)雜、工人勞動強(qiáng)度大、工況環(huán)境惡劣、人為操作誤差不可控等問題。融合了智能算法，基于中子對水分中的H元素敏感，H元素可以使中子發(fā)生慢化，而其他物質(zhì)則幾乎沒有這一過程。反射式水分儀多應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中對物料水分含量的在線檢測，廣泛適用于鋼鐵、煤炭、水泥、鑄造、陶瓷等行業(yè)，并能配合其他檢測儀表輸出控制信號以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程閉環(huán)控制。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

文章設(shè)計的反射式水分儀，如圖1整體機(jī)構(gòu)方案圖所示。其組成主要包括：放射源組件、探測器組件、支撐桿組件。

圖1 整體結(jié)構(gòu)方案圖

1.1 放射源組件

根據(jù)現(xiàn)場安全使用放射源的規(guī)定，放射源需要精準(zhǔn)控制到打開或關(guān)閉狀態(tài)，同時還要采用超高分子聚乙烯作為放射源的保護(hù)屏障。轉(zhuǎn)子是放射源的固定裝置，旋轉(zhuǎn)180°可以開啟或關(guān)閉設(shè)備，轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)軸與防護(hù)體采用間隙配合，保證回轉(zhuǎn)順暢且不容易混進(jìn)工作現(xiàn)場的雜質(zhì)，防護(hù)體三設(shè)計時需要考慮整體配重與防護(hù)射線的平衡點(diǎn)，保證防護(hù)效果和施工員安全的前提下，盡量減小體積，避免在施工、維修時出現(xiàn)安全隱患。防護(hù)體二與防護(hù)體三配合通過長螺栓連接，當(dāng)反射式水分儀處于不工作狀態(tài)時，放射源的實(shí)際照射面位于整個設(shè)備的下方，這時需要防護(hù)體二、防護(hù)體三共同防護(hù)，保證現(xiàn)場環(huán)境的安全。放射源組件旋轉(zhuǎn)定位機(jī)關(guān)，通過彈簧、鍵、指針、限位孔組成，該機(jī)關(guān)優(yōu)點(diǎn)為：①限位準(zhǔn)確，保證放射源每次打開、關(guān)閉到位，不產(chǎn)生安全隱患。②機(jī)構(gòu)簡單、可靠性高、操作簡單。如圖2機(jī)關(guān)組件圖。

圖2 機(jī)關(guān)組件圖

1.2 探測器組件

探測器組件主要由，鎘板為屏蔽主體，防護(hù)體一、反射體一作為支撐形成對四周的防護(hù)，探測器主件上方使用鋁蓋板密封，當(dāng)特殊現(xiàn)場下皮帶對設(shè)備有干擾或摩擦?xí)r，使用聚四氟材質(zhì)防磨板起到保護(hù)作用。反射式探測器采用插入式安裝，采用此種裝配方法即使現(xiàn)場故障，需要更換該組件時，只要拆開側(cè)方端蓋將兩個探測器取出更換即可。探測器為了方便快裝、快拆才用側(cè)邊套入式，通過探測器與卡箍的間隙配合保證探測器在徑向方向不能串動，軸向方向當(dāng)探測器從側(cè)方安裝好后，先使用鎖緊釘壓緊防止本體回轉(zhuǎn)，再使用堵頭將探測器封堵，堵頭采用聚四氟乙烯材質(zhì)，其結(jié)構(gòu)在保證防灰、防水效果的前提下，同時還可以保證放射源的射線無法通過探測器的反射分散到設(shè)備外部對人體或環(huán)境造成不可逆的傷害。如圖3裝配示意圖。

圖3 裝配示意圖

1.3 支撐桿組件

設(shè)備整體依靠兩根圓形滑軌支撐在皮帶架槽型鋼上，放射源組件與探測器組件組裝完畢調(diào)試通電無誤后，通過滾輪滑動到皮帶最低點(diǎn)，在工作點(diǎn)預(yù)先進(jìn)行校核、置零，最后向下轉(zhuǎn)動鎖緊手柄，根據(jù)偏心圓原理設(shè)備會鎖緊在固定位置，在圓形滑軌的軸向、徑向鎖緊無法串動達(dá)到工作狀態(tài)，圓形滑軌兩側(cè)設(shè)計為開口滑槽結(jié)構(gòu)，可以使其安裝在U形螺栓安裝板上，并限制軸向位置，在螺栓安裝板上鎖緊螺栓將圓形滑軌限位，最后將U型螺栓與U型螺栓固定板鎖緊，所有關(guān)鍵部件安裝完畢，整套設(shè)備在滿足用戶使用要求的同時，保證了出現(xiàn)重要零部件損壞、故障時，拆卸、維修的方便、快捷。圓形滑軌與U型螺栓的組合在成本控制上也有良好的表現(xiàn)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)勢

（1）該結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳統(tǒng)水分儀相比較安裝、維修流程快速準(zhǔn)確，針對放射源安全性高，防護(hù)材料大部分選擇聚四氟乙烯，既能保證維護(hù)人員的安全，又可以具備優(yōu)秀的機(jī)械性能。

（2）探測器、放射源上下相結(jié)合的結(jié)構(gòu)具備使用方要求的防水、防塵措施，可以杜絕樣料粉末對內(nèi)部元件的干擾，降低維護(hù)量，延長設(shè)備使用壽命。

3 儀表標(biāo)定方法

（1）設(shè)備通電前要求安全接地，避免漏電造成設(shè)備及人身危險。設(shè)備通電期間，無絕緣保護(hù)措施情況下，嚴(yán)禁人員觸碰重要控制柜內(nèi)部器件。硬件調(diào)試及儀表正常檢測應(yīng)用過程中，放射源要處于開啟狀態(tài)。硬件電氣檢查用專業(yè)搖表測試接地電阻大小，要求小于4Ω。檢查智能測控柜內(nèi)部端子是否存在松動情況。供電獨(dú)立電源電壓測試。

（2）開啟智能測控儀內(nèi)的電源開關(guān)，智能測控儀開始工作。輸出測試、通電測試、端子松動、零點(diǎn)標(biāo)定、檢查接地。

（3）萬用表檢測相關(guān)位置的電壓是否正常。

（4）需要輸出4～20 mA 信號給上位機(jī)，可以測量4～20 mA 輸出是否正常（可根據(jù)儀器顯示計算出電流值）。測量電流值——水分顯示換算關(guān)系（水分儀量程對應(yīng) 0%～100%）：Im=SF/100×16+4其中，Im——實(shí)測電流值（mA）；SF——水分顯示值（%）。

（5）零點(diǎn)標(biāo)定首先是設(shè)置平滑時間，一般是50 s即可，接下來測量探測器的零點(diǎn)計數(shù)和本底計數(shù)。測量方法如下：中子零點(diǎn)計數(shù)：源一打開，皮帶上沒有物料，皮帶空轉(zhuǎn)的情況下，按智能測控儀鍵盤的“回零”鍵60 s后，記錄源一探測器的平均計數(shù)。中子本底計數(shù)：源一關(guān)閉時，按智能測控儀鍵盤的“回零”鍵50 s后，記錄源一探測器的平均計數(shù)。Cs零點(diǎn)計數(shù)，源二打開，皮帶上沒有物料，皮帶空轉(zhuǎn)的情況下，按智能測控儀鍵盤的“回零”鍵50 s后，記錄源二探測器的平均計數(shù)。Cs本底計數(shù)：Cs關(guān)閉時，按智能測控儀鍵盤的“回零”鍵50 s后，記錄源二探測器平均計數(shù)。操作完成后，通過儀表使用手冊中數(shù)據(jù)查詢功能，查詢兩路計數(shù)在這段時間平滑計數(shù)，計算其平均值，作為兩路計數(shù)的零點(diǎn)數(shù)據(jù)置入?yún)?shù)表中。

（6）取樣流程，如圖4取樣流程圖。

圖4 取樣流程圖

4 結(jié)語

反射式水分儀是煤炭和水泥生產(chǎn)企業(yè)利用數(shù)字化檢測手段提高產(chǎn)品品質(zhì)的有效手段。煤炭和水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量信息始終貫穿于企業(yè)經(jīng)營運(yùn)行的各個環(huán)節(jié)，及時掌握并利用這些信息，對加強(qiáng)企業(yè)的生產(chǎn)、運(yùn)銷、高效利用，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和管理水平具有重要意義。反射式水分儀可實(shí)時在線檢測，能很好地解決煤炭和水泥企業(yè)對產(chǎn)品水分實(shí)時檢測的難題，能更好地為煤礦、水泥等企業(yè)提高產(chǎn)品的品質(zhì)，給企業(yè)帶來減員增效的紅利。