微机核子秤的误差分析及改进

　  微机核子秤用于计量已经多年了。作为连续自动累计皮带秤,在许多行业得到了应用。核子秤的计量性能,受许多因素的影响,如微机的计算误差、电离室以及电子元器件的时漂和温漂、各种随机干扰等。这些原因都属于设计误差,对于设计合理的核子秤,上述误差都可以被有效地消除。然而,核子秤存在若干原理性误差,如物料的形状,放射源强度的统计涨落等。本文针对上述原理性误差进行试验与研究,提出一些方法以供参考。

1　核子秤组成及计量原理

微机核子秤系统由秤体与主机两部分组成,如图1所示两者之间通过七芯屏蔽电缆相连。

秤体部分由射线源、秤体支架、秤量传感器(含电离室及前置放大器)、测速传感器组成。核子秤使用的γ射线源一般为137Cs,半衰期为30a,γ射线源封装在铅罐中,保证射线物质不会泄漏,正常使用不会影响工作人员的健康。放射源的开关由旋转塞控制。γ射线探测器(电离室)采用专门研制的长电离室,具有精度高、性能稳定、寿命长、结构简单、抗机械损伤等优点。前置放大器由高增益、高输入阻抗、低噪声器件构成,它将电离室输出弱信号mV转换成与之成正比的V级信号,并采用温度补偿技术,使输出的温漂减至最小。

测速传感器产生与输送机皮带速度成正比的电信号。

核子秤利用物质对γ射线的衰减原理制成。放射源射出的γ射线,在秤体支架构成的平面内呈扇形照射,被测物料从秤体支架中间穿过时γ射线一部分被物料衰减,其余部分则穿透物料照射到γ射线探测器上。因此,γ射线探测器输出信号的大小,可反映出输送机上的物料的多少。

γ射线穿透物料后,强度变化规律如下

　  式(1)中,μρ表示质量衰减系数,ρ表示物质的密度,b表示物料的宽度,d表示物料的厚度,F为单位长度物料的质量,N0表示无物料时探测器接受到的γ射线强度,N表示有物料时探测器接受到的γ射线强度。称量传感器的输出信号I与γ射线强度成正比,因此有

　  式中,I表示无物料时的输出信号;I0表示有物料时的输出信号。设输送机单位长度物料的质量为F,则由式(2)得

式中,Fi表示第i次采样时的瞬时流量,Vi表示输送机的瞬时速度,T表示采样步长,N为采样数据长度。

2　核子秤的误差表达式

从式(6)我们可以看出,核子秤的计量误差由两部分构成,即由物料负荷F引起的误差和速度V引起的误差构成,设δW=dW/W表示物料质量计量的相对误差;δF=dF/F表示物料负荷计量的相对误差;δV=dV/V表示速度测量的相对误差,由式(6)和式(3)可得;

式(7、8)可以看出,核子秤的误差主要由物料的形状、质量衰减系数、电离室的灵敏度以及速度传感器的误差构成。