X射线测厚仪测量精度影响因素及补偿措施

　　0 引言

　　作为轧机基础自动化功能的一个重要组成部分，测厚仪对轧钢厚度的控制起到至关重要的作用。测厚仪为轧机自动增益控制( automated gain control，AGC)厚度控制提供测量值与设定值的偏差信号，其精确的厚度测量功能是保障轧机厚度控制精度的前提[1]。梅钢冷轧厂采用 X 射线透射式辐射测厚仪，具有高精度、测量快速、无接触、无损坏和连续等特点，能适应各种高温、油污等恶劣复杂环境。在使用过程中，测厚仪的测量精度不可避免地受到如 X 光源的稳定性、合金成分、带钢位置和测量窗口的污染等因素的影响。

　　本文通过透射式厚度测量原理，对上述影响因素展开详细的分析，提出了确保轧机测厚仪测量精度的补偿措施。

　　1 测厚仪构成及测量原理

　　1. 1 测厚仪构成

　　X 射线测厚仪主要由 X 射线源、可控高压系统、探测器、信号转换单元、客户端、服务器等部分构成[2]，测厚仪原理图如图 1 所示。

　　图 1 X 射线测厚仪原理图

　　Fig. 1 Principle of X-ray thickness gauge

　　1. 2 测量原理

　　X 射线由可控高压和管电流的 X 射线管产生，采用穿透式非接触测量方式来测量带钢厚度。入射线穿透被测带钢时会发生三种相互作用( 即光电效应、康普顿散射和电子对效益) ，射线强度将被减弱，剩余部分则被探测器吸收并转换为电流信号。通过系统的进一步计算和数据补偿，可得到带钢厚度数据。

　　被测带钢越厚，吸收 X 射线能量则越多，而探测器吸收到的射线能量越少。X 射线强度在物质中的衰减规律遵循如下函数关系[3]:

　　式中: I 为探测器吸收的射线强度; I0为 t = 0 时探测器吸收的射线强度; μ 为质量吸收系数，与带钢成分有关; ρ 为带钢密度，与带钢成分有关; t 为被测带钢厚度。当 I0、μ、ρ 固定时，通过测量 I 值即可计算出带钢的厚度 t。

　　2 测量精度影响因素及补偿

　　梅钢冷轧产品的厚度范围为 0. 18 ～1. 2 mm，厚度控制最大允许误差不超过 5‰，配备 X 射线测量，精度要求达到 1‰。为保证轧机测厚仪的测量精度，必须明确影响轧机测厚仪测量精度的因素，并制定有效的补偿措施。

　　2. 1 射线稳定性的补偿

　　由式( 2) 可知，欲得到高精度的厚度测量值，必须保证 I0的稳定，即要保证 X 射线源发射的射线稳定[4]。

　　由于 X 射线的能谱为连续谱，低能部分很容易被吸收，造成能谱偏移，即出现 X 射线硬化的现象，从而导致射线能量和强度都发生变化。因此，要保证入射 X射线的稳定，需要保证 X 射线能量和强度的稳定。X 射线源发射的 X 射线能量由射线管电流决定，管电流越大，激发的 X 射线能量就越大，而 X 射线的强度与射线管阳极高压的大小有关，阳极高压越大，X射线的强度越大，穿透力越强。所以，保证 X 射线的稳定即保证 X 射线管的管电流和阳极高压稳定。随着使用寿命的增加，光管灯丝发射电子的能力会减弱，从而导致管电流的降低。因此，在设备使用过程中需要定期对 X 射线管的管电流进行监视，如果发生明显变化，可通过调整灯丝电压的方式保证管电流的稳定。