射線傳感器在蔗絲厚度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、引言

　　廣西是產(chǎn)糖大省，甘蔗糖產(chǎn)量占全國(guó)60％以上。由于糖廠壓榨車間空氣中糖分子濃度較高，許多電子測(cè)量?jī)x器設(shè)備受到不斷增加的糖分子附著、結(jié)塊等惡劣環(huán)境的直接影響而無法實(shí)現(xiàn)甘蔗絲厚度的均衡控制，長(zhǎng)期以來，制糖企業(yè)壓榨車間榨量控制都是由操作人員憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)操作，所以甘蔗榨量不穩(wěn)定，瞬時(shí)負(fù)荷過大，造成撕裂機(jī)電機(jī)等機(jī)械部件損壞。

　　由于制糖企業(yè)中壓榨工況的好壞對(duì)整個(gè)糖廠的穩(wěn)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(diào)節(jié)的問題，為滿足廣西制糖企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需要，我們利用放射源和γ射線傳感器檢測(cè)蔗層的厚度，通過微機(jī)和變頻器控制輸蔗機(jī)均衡速度，還利用微機(jī)監(jiān)控程序完成了輸蔗的自動(dòng)計(jì)量和參數(shù)的在線設(shè)置，不但可以準(zhǔn)確掌握日壓榨量，自動(dòng)計(jì)算原料抽出率，而且達(dá)到了均衡生產(chǎn)，減少設(shè)備故障率的目的。這對(duì)糖廠鍋爐產(chǎn)汽量、蒸發(fā)罐入計(jì)、糖漿錘度穩(wěn)定、甘蔗砍運(yùn)、壓榨、鍋爐、蒸發(fā)、煮糖、成品等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定都起到了關(guān)鍵性的控制作用。

2、系統(tǒng)工作原理

2.1 系統(tǒng)控制過程

　　拖動(dòng)電機(jī)選型確定以后，其傳動(dòng)比、傳動(dòng)齒輪齒數(shù)、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(jī)轉(zhuǎn)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(jī)傳動(dòng)輪齒數(shù)，a為傳動(dòng)比，ni為拖動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速。傳送帶上甘蔗絲的重量表示如下：

2.2 射線傳感器測(cè)量蔗層厚度原理

　　γ射線傳感器是利用放射性同位素，依據(jù)被測(cè)物料對(duì)γ射線吸收、反散射和透射作用而進(jìn)行工作的。當(dāng)核放射源放射出的γ射線穿透甘蔗絲到達(dá)γ射線傳感器的過程中，一部分γ射線被甘蔗絲吸收，一部分γ射線透過甘蔗絲被γ射線傳感器吸收；在γ射線的照射下，γ射線的強(qiáng)度和被測(cè)甘蔗絲厚度之間的關(guān)系為：

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

　　γ射線傳感器輸出的微弱電流信號(hào)，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(hào)。由于γ射線傳感器輸出電壓信號(hào)與輸入γ射線強(qiáng)度成正比關(guān)系，則式(3)可轉(zhuǎn)換為：

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

　　由式(2)和式(9)可知，通過檢測(cè)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(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

　　如圖1所示，系統(tǒng)硬件由放射源、γ射線傳感器、工業(yè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、濾波器、旋轉(zhuǎn)編碼器、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、變頻器、大屏幕顯示器等組成。

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