核子秤说明书.docx

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核子秤说明书

一、概述

核子秤是一种非接触式的散装物料在线计量和监控装置，是利用物料对射线束吸收的原理，对输送机传送的散装物料进行计量的新一代计量器具。

它是利用核探测技术、电子技术和计算机技术相结合的一种高科技产品，具有与输送带不直接接触的特点，可实现多种形式输送机输送物料的在线连续计量和控制，适用于各种工业现场。

经过十年来的用户使用，实践表明，核子秤已成功的应用于各个企业中散装物料的计量和控制。

现在已发展为一种成熟的工业计量器具，正在为我国工矿企业生产过程的科学管理、降低成本、提高经济效益，提供着可靠的依据和保证。

目前已广泛应用于矿山、建材、化工、冶金、电力、煤炭、轻工、食品、油脂、造纸、制糖等行业。

1.1核子秤具有以下特点：

1.1.1非接触式测量，无因机械变异而引起的测量误差；

1.1.2计量的准确度不受物料的高温、腐蚀性、冲力、惯性力、超载等因素的影响，也不受输送机震动、磨损、胶带张力、跑偏等因素的影响，适用于工矿企业高温、高粉尘、强震动等恶劣条件下工作；

1.1.3性能稳定、工作可靠、动态测量精度高；

1.1.4结构简单、安装方便、维修量小，安装时不影响输送机正常工作，更不需改变原有输送设备；

1.1.5使用范围广，除用于皮带输送机，还可用于履带式、链斗式、刮板式、螺旋式输送机及提升机；适用于各种矿石、煤、焦化、水泥、油脂、粮食、化工原料、烟、碱、烟丝等多种物料的计量和配料。

1.2华科HC-2000型系列微机核子秤是新一代电流电离室型核子皮带秤，是PC工业控制计算机与电流电离室传感器相结合的产品。

它以先进的工业测控用计算机为主机，具备了高可靠性、抗干扰能力强、软硬件兼容性好的特性，其特点是：

1.2.1工业标准机箱，结构坚实，工作时箱内微正压防尘、防震、防电磁干扰；

1.2.2ALL-IN-ONE进口工业级主板，采用大规模CMOS芯片，故障率小；

1.2.2.1采用高速CPU；

1.2.2.2标准（COM1，COM2）串口，标准（LPT）并口；

1.2.2.3大容量硬盘。

1.2.3彩色显示器，高性能显示。

1.2.4高性能A/D板，采样精度高，配比秤还有D/A板，控制精度高；

1.2.5强劲的语言编程，丰富的在线帮助功能，操作简便；

1.2.6软件扩展性强、联网方便。

1.3华科HC-2000型系列核子秤IPC工控主机共有：

华科HC-IPC8J（用于1-8秤的计量）、华科HC-IPC16J（用于1-16秤的计量）、华科HC-IPC8P（用于1-8秤的配比）、华科HC-IPC16P（用于1-16秤的配比）、华科HC-IPCNET（用于网络计量主机）五种型号。

和其它计量器具一样，核子秤也有一定的局限性及适用范围。

我们已经知道核子秤是利用物料对射线吸收的原理进行计量的，所以如果计量的物料厚度、粒度、成分、堆积形状变化过大，那么物料本身对射线的吸收就不完全相同，从而可能影响核子秤的精度。

但大量的实践表明，一方面物料本身的各种变化与核子秤所计量的物料统计相比影响很小，另一方面我们还可通过对输送物料整形的办法，以及在物料标定时，尽量保持标定时的物料情况与正常工作时的物料情况相一致，那么即使物料的物理形状、物理特性有较大变化时，核子秤也能保证计量精度。

二、主要技术指标

2.1动态计量精度：

2.1.1在皮带输送机正常工作时，物料负载量大于参考下限值且流量在满量程的20%-100%范围内变化时，动态累计计量误差±1%，流量定值或配比控制误差1%；

2.1.2对非皮带输送机设备计量与控制误差2%。

2.2适用输送机物料载体宽度200-1500mm，输送机速度0-5m/s。

2.3长期稳定性：

在正常工作条件下，24小时内空载信号电压

漂移0.2%。

2.4平均无故障工作时间10000小时。

2.5探测器到主机最大距离1000米（超过1000米另加设备）。

2.6允许物料水份变化范围5%。

2.7使用环境：

称重传感器部分——温度：

－20℃～＋50℃

湿度：

5～90

主机部分——温度：

0℃～＋50℃

湿度：

10～90

通风好、灰尘少、无强电磁干扰。

2.8供电电源：

50Hz（-5，+5）；220VAC（-15，+10）。

2.9功率消耗：

2.9.1主机设备：

250W；

2.9.2秤体设备：

50W；加恒温套100W。

2.10外形尺寸及重量：

主机——483×559×178mm13kg

显示器——364×323×385mm6.5kg

打印机——307×375×130mm4.9kg

接线箱——450×260×130mm8.5kg

电离室——159×300mm15kg

——159×400mm16kg

——159×600mm18kg

——159×700mm19kg

——159×900mm21kg

——159×1200mm32kg

——159×1500mm35kg

——159×2000mm特殊定做

支架——华科HC-0300型35kg

——华科HC-0400型39kg

——华科HC-0600型43kg

——华科HC-0700型49kg

——华科HC-0900型55kg

——华科HC-1200型70kg

——华科HC-1500型100kg

——华科HC-2000型特殊定做

放射源——150×165mm35kg

三、核子秤的组成

华科HC-2000型系列核子秤由秤体部分和主机部分组成，参见图1：

3.1秤体部分

主要由放射源、称重传感器（含电离室、恒温套筒、前置放大器、供电电源）、支架、测速装置等构成。

3.1.1放射源：

放射源是铯—137（137Cs），其活度为50毫居左右，射线能量为0.66MeV，半衰期为30年。

北京华科电子仪器开发中心所提供的源封装在150×165mm的铅罐内，屏蔽层厚度大于7cm，达到国家防护标准，正常使用不影响工作人员健康。

放射源的开关由旋转柄控制，旋到“开”的位置，射线通过准直孔射出，旋到“关”的位置，射线全部被铅罐屏蔽。

铅罐结构如图2所示：

3.1.2称重传感器

称重传感器由电离室（射线探测器）、恒温套筒、前置放大器、供电电源和温控电路构成。

3.1.2.1核子秤使用的射线探测器是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。

电离室长度有300mm至2000mm多种规格，适用于不同宽度的输送机。

3.1.2.2前置放大器安装在电离室顶部的前放腔小室内，由高增益、高输入阻抗、低噪声的精密IC组件构成。

它将电离室输出的弱电流信号转换成与此成正比的易测量的电压信号、电流信号或频率信号，原理见图3。

3.1.2.3华科HC-2000型系列核子秤称重传感器均配有恒温套和温控电路组成的整体恒温装置，可消除环境温度影响，确保核子秤具有良好的稳定性。

3.1.2.4供电电源也是专门为电离室设计的，一方面为电离室提供所需高压，另一方面为前置放大器的IC组件提供供电电压，同时温控电路控制恒温装置为称重传感器整体恒温提供恒定的环境温度，减少IC组件及称重传感器的工作温度漂移，并将电离室信号和速度信号转接到同一根四芯电缆线上输出。

华科HC-2000型系列核子秤的供电电源均采用秤体现场供电型。

3.1.3支架：

用于固定放射源铅罐和电离室，分为A型支架、龙门支架和介字型三种，安装核子秤时将其固定在输送机上。

3.1.4速度采集原理

核子秤的速度采集方式一般有三种：

恒速方式、测速方式和调速方式。

3.1.4.1恒速方式是指输送机速度恒定情况，可不用测速传感器，直接将控制输送机起停的无源接触器常闭接点接入核子秤主机，当输送机停止时，常闭接点吸合，速度信号为零；当输送机运转时，常闭接点断开，此时速度信号为一恒定电压，可由方程式V=K2+K3U3求出相应的速度值，这时K3=0，K2等于输送机速度。

其工作原理如图4（a）所示。

3.1.4.2测速方式指输送机速度变化的情况，利用测速传感器产生与输送机速度成正比的电压信号，用方程式V=K2+K3U3求出相应的速度值。

其信号采集原理如图4（b）所示。

3.1.4.3调速方式是指利用输送机本身调速电机或控制器的速度信号输出，采集该输送机不断变化的物料输送速度。

如果是配比控制系统还需要对输送机进行调速，要求主机进行PID或其他控制调节，这时可利用调速方式从调速电机的变频或直流控制器引出速度电压信号，主机进行PID计算后，再将控制电压反馈至控制器，以达到配比要求。

3.2主机部分

由工业控制用PC机、VGA彩色显示器、24针打印机、标准PC机键盘及华科HC-2000型系列核子秤华科JXB-8型信号调理箱组成（见图5）；主机内装有工业级开关电源、工控主板、VGA显示卡、无源底板、大容量硬盘、

3.5吋软驱、A/D板（配比控制系统还包括D/A板）。

华科JXB-8型信号调理箱是信号中转、滤波、隔离等电路单元，现场的秤体信号通过信号屏蔽线接至信号调理箱，再从信号调理箱转接至IPC主机；而IPC主机输出的D/A控制信号也通过信号调理箱输出给现场的执行机构或控制器。

信号调理箱内装有分压板和供电板（如图12所示），其主要是对现场的秤体信号进行滤波处理，对速度信号进行光隔、分压与滤波，并为恒速触点信号提供供电电源；同时为现场的信号屏蔽线、IPC主机的外壳及供电接地提供统一接线柱。

根据带秤情况不同共有两种型号JXB-4（4秤）型和JXB-8（8秤）型，其后面板结构如图6所示（以8秤为例）。

四、原理

4.1计量原理

核子秤的放射源稳定地放射出射线，在秤体支架构成的平面内呈扇形照射，物料从秤体支架中间穿过，放射源射出的射线，一部分被物料吸收，其余部分穿透物料，照射到射线探测器上。

射线强度、射线探测器输出信号的大小，可反映出输送机物料的多少。

射线穿透物料后，强度变化规律如下：

其中：

μρ——物料的质量吸收系数

F——输送机物料负荷

S——输送机宽度

N0——无物料时探测器处射线强度

N——有物料时探测器处射线强度

称重传感器输出信号

与射线强度成正比，因此有：

U1=U0e-μρ*F/S

其中：

——无物料时的输出信号

——有物料时的输出信号

令

称作物料标定常数，则有：

F=K1*ln（U1/UO）

通过测量

、

，并通过标定确定

值，即可得到输送机物料负荷F。

输送机速度V可由测速装置的电压经如下计算得到：

V=K2+K3U3

其中：

V——输送机速度

U——速度信号电压

，

——标定常数

输送机输送的物料流量P可由下式计算出：

P=F*V

由此可求出物料累计量W：

其中：

——输送机瞬时负载

——输送机瞬时速度

T——计算周期

N——计算次数

4.2流量定值控制和配比控制原理

4.2.1流量定值控制原理

流量定值控制就是计算机将核子秤测量出来的物料实际流量P同所要求的给定流量

进行比较，由此控制输送机的输送速度，从而控制物料流量，使之接近给定流量

。

例如若核子秤测出物料流量大于给定值

则计算机控制输送机驱动电机转速使输送机速度减慢，流量减小，从而控制物料流量在给定值

附近，流量定值控制系统原理如图7所示。

核子秤测量出输送机上物料的流量值P后，再与流量给定值

进行比较，得出差值e（t）,计算机根据差值e（t）进行PID计算，算出回控量

将其变换成相应信号输出给调速控制设备，用以改变电机的转速，从而改变皮带机上物料的流量使其与流量给定值

相符合，达到流量定值控制。

流量定值控制系统一般用于要求控制产量的场合，如果几台秤的不同物料按不同的流量给定值工作可以构成配比系统，同时也控制了生产过程中多种物料按比例配料，保证配料的准确性，提高产品质量，降低成本。

4.2.2配比控制原理

配比控制系统可采用流量定值控制或随机跟踪控制两种配比控制方法。

4.2.2.1流量定值控制配比工作状态

此种状态和流量控制相似，只是各秤的给定值

均按配比要求给定，每台秤都工作在流量定值控制状态。

由于每台秤的流量都被控制在各自给定的

附近，从而达到整个系统的配比要求。

流量定值控制配比系统工作原理如图8所示。

4.2.2.2随机跟踪配比工作状态

流量定值控制方式配料时每台秤分别控制各自的流量，相互独立，如果某一种料因为某种原因不能保证流量控制时（如断料、卡料），其他料依旧按原定流量配料，这样比例就会不对。

而随机跟踪配比是选定一台秤上的物料流量作主导秤流量，其他秤上的物料流量跟踪主导秤上的物料流量按比例变化，几台秤互相关联，在参数给定时，只需各种物料的百分比而不需定其流量，在某一种物料断料或卡料时其它各秤自动停机，并报警。

假设，选定1号秤为主导秤，1号秤的物料流量为

（t）,则各秤的给定值为：

=

（t）

P02=P01×（P12÷P11）

P03=P01×（P13÷P11）

P04=P01×（P14÷P11）

P05=P05×（P15÷P11）

五台秤的流量给定值P01、P02、P03、P04、P05跟随主导秤的流量

而变化，P11、P12、P13、P14、P15是五种物料的配比系数，即重量百分比，一般有：

＋

＋

＋

＋P15=100

计算机根据主导秤测量的

（t）值及各种物料的配比系数

、

、

、

、P15计算出各跟踪秤的给定值

、

、

、P05，再根据

、

、

、P05对各秤进行流量定值控制，以保证各种物料的配比要求。

核子秤可以用于单纯计量，也可以用于流量定值控制和随机跟踪配比控制，具体工作在哪一种方式，由系统设定文件确定，在配比方式时哪台秤是主导秤，哪台秤是配料秤，都由系统设定文件确定。

配比状态下主导秤可以工作在计量、定值或定比方式，其他从属秤选用定比方式，当主导秤工作在定值方式时还可以控制总台时产量。

4.2.3核子秤料量定值控制原理

如图9所示，根据各种物料所需的定值量，设定该种物料的上限值，由核子秤输出的物料流量送入主机，与上限制比较。

当核子秤累计值与上限值相等时，由主机D/O口输出脉冲信号送入控制机箱。

由控制机箱转换模块转换成可控制AC220V的开关信号，控制下料闸板关闭，从而达到物料的定值控制。

图9核子秤料量定值控制原理图

五、功能

华科HC-2000型系列核子秤计量与配比IPC主机系统最多可配置16台核子秤秤体，即可同时完成16条输送线物料的计量与控制。

系统功能如下：

5.1帮助功能

有丰富的人机界面和帮助功能，系统共有工作状态一个主界面和系统设定、参数设定、校正

、校正速度、帮助、说明书等多个子界面，各个界面的更换及使用方法均可在主界面下按F1键进入帮助界面中获得提示，使得系统操作简单易学。

5.2显示监控

在主界面正常工作状态中，随时可观察到每个输送线物料的名称或信号电压、速度、流量、负载、累计量、班产量、日产量等多个数据，配比系统还可观察到配料的比例和配比误差。

这些数据每1秒或10秒更新一次，达到实时监控。

5.3参数设定

在系统设定子界面中，可根据需要对各秤应用状态进行设定，即该台秤是用于计量还是用于配比或不用，都可自由设定，并且配比系统还可设定哪台秤是主导秤、哪台秤是跟踪秤，非常方便。

5.4打印功能

应用界面全部采用汉字显示，可读性强。

具有键盘操作打印、设定时间打印，可打印出物料的连续累计量、间隔累计量，还可打印主机自动生成的有关报表，如日报表、月报表等。

打印内容全部汉字化，可直接作统计表用。

5.5人机交互

有丰富的辅助功能，可随时修改系统时间、改变界面的背景色及前景色等，使得系统界面更加生动和人机对话方便。

5.6网络功能

华科HC-IPCNET型计量网络主机系统，可与企业的其他各种兼容的计量设备联网，使企业内部计量管理统一化、集中化，形成分散计量、集中管理控制的企业化管理。

5.7数据查询功能

拥有数据库存储功能，用户可随时根据需要查询历史数据，存储数据量最多可保持十年。

5.8加密功能

系统可根据用户设置进行系统设定密码，保护用户设定及各项参数不被他人修改或删除，一定程度上确保了软件的正常运行。

六.操作方法

华科HC-2000系列核子秤IPC工控主机共有：

华科HC-IPC8J、华科HC-IPC8P、华科HC-IPC16J、华科HC-IPC16P、华科HC-IPCNET等五种型号，每种型号的操作方法随机都有说明，前四种基本操作如下：

6.1操作命令表

F1：

帮助CTRL-F1：

系统配置设定

F2：

修改流量上限（PC8J、PC8P）CTRL-F2：

F3：

打印相关统计表CTRL-F3：

修改计量参数

F4：

CTRL-F4：

修改配比参数（PC8P、PC16P）

F5：

修改曲线横坐标（PC8J、PC8P）CTRL-F5：

清累计量

F6：

改变前景色CTRL-F6：

校正

F7：

改变背景色CTRL-F7：

标定速度

F8：

切换显示内容CTRL-F8：

退出计控系统

F9：

打印时间设定CTRL-F9：

启动

F10：

打印说明书CTRL-F10：

停止

ESC：

返回或取消CTRL-ESC：

返回DOS

6.2操作说明

6.2.1进入工作程序：

开机后，键入－－“文件名”

按回车键即进入工作状态（显示为主界面），其文件名由公司现场技术人员提供。

一般情况下，核子秤主机会在接通电源，打开后自动运行核子秤计控程序。

6.2.2帮助：

在任何画面下按F1键，屏幕均显示相应画面的操作提示画面的作用，同时，在屏幕下方还显示常用功能提示，返回按ESC。

6.2.3系统配置设定：

在主界面下同时按下CTRL+F1键，屏幕即显示系统配置设定子界面，用户可根据需要对各秤使用状态、物料选择、是否主导、从属关系、是否恒速进行设定（按F1键可获提示），将光标移动到需要修改之处，敲回车键选择所需的配置即可。

另外，在该状态下按F4键选择相应的打印机型号；按F3键可将目前配置打印下来。

返回主界面按ESC键。

6.2.4修改计量参数：

在主界面下同时按CTRL+F3键，屏幕即显示修改计量参数子界面，该功能是在系统进行速度和实物标定时用来修改

、

、

、

、

、Wmax、Fmin、Fmax等各个计量参数的（按F1键可获提示），各个数据均是实际所测，修改各参数时只需将光标移至要修改的数上，再键入新的数值后按Enter键确定即可，在正常工作情况下不能随意改动。

返回主界面按ESC。

6.2.5修改配比参数：

在主界面下同时按CTRL+F4键，即进入修改配比参数画面，参数包括P0（定值配料时的指定流量值）、P1（定比配料时的指定配比系数）、PID调节系数、调节周期T（一般设1秒或2秒）、偏置电压Ub（放射源关闭时的信号电压）、D/A控制的初始电压值USER（因为有时希望电机不是从零伏开始控制，如参数设为2，则从2伏开始控制），参数设定方法与修改计量参数相同。

6.2.6系统时间设定：

在主界面下同时按CTRL+F2键，屏幕会出现一个用来修改计算机日历对话框，有年、月、日、时、分、秒，分别键入相应数字后按Enter键确定，不需改的按Enter键即跳过。

为避免人为恶意修改数据，通常该功能被屏蔽。

6.2.7修改流量曲线：

在主界面下按F2键，屏幕出现一个对话框，根据提示键入需要的流量上限值，然后敲回车键，流量曲线的流量刻度值（纵坐标）即可改变。

按下F5键，根据提示可更改流量曲线显示周期时间（横坐标）。

华科HC-IPC16J、华科HC-IPC16P两种核子秤主机，在操作中无此项内容。

6.2.8清累计量：

在主界面下同时按CTRL+F5键，屏幕会显示一个子界面，内容有8（或16）个秤的总累计量。

将光标移到要清零的秤号上，敲回车键，则此秤号即被选定（小方框内颜色被改变）；当所有要清零的秤号都被选定后，按下F3键，累计量即全被清除。

若想取消一个已选的秤，只要将光标移到该秤号上敲回车键，则秤号会恢复原来的颜色，表示取消清零。

6.2.9校正

：

在主界面下同时按CTRL+F6键，则进入校正

状态，画面底部有提示。

光标移到所需秤号敲回车键即被选定，校验时间在此时敲数字键即可，然后按F3键即开始检验，

的瞬时值在屏幕右面红色方框内显示。

返回按ESC。

6.2.10校正速度：

在主界面下同时按CTRL+F7键，则进入校正速度状态，方法同校正U0的前几步一样，只是最后要求用户输入。

在校正速度时，输送机的其他速度，按数字键输入，按Enter键确定后自动校正。

6.2.11改变画面颜色：

按下F6键，可改变前景颜色；按下F7键，可改变背景颜色。

6.2.12打印时间设定：

按下F9键，屏幕显示一个班产时间设定对话框，根据所需键入相应时间值，则系统在固定时间打印所需统计表。

6.2.13返回DOS：

在主界面下同时按CTRL+F8键即退出工作程序，返回操作系统。

七.安装调试与标定

安装调试与标定是核子秤投入运行前必须做的关键工作，将直接影响系统的正常使用。

7.1安装环境要求：

7.1.1秤体部分要安装在震动小、料流稳、安装、维修、标定方便的地段，露天地段应采取防风、雨、雪措施。

7.1.2主机需要安装在主控室或办公房内，要求通风好、灰尘少、无强电磁干扰。

7.1.3提供220V交流电源，如电压变化超过+10%和-15%，必须加交流稳压器或净化电源，本系统不能和大型动力设备共电源。

7.1.4系统信号电缆铺设要求避开动力线及其它电缆。

7.1.5空间电磁干扰太多的情况需加信号滤波。

7.1.6主机端必须加接大地地线，地线阻值应4。

7.2物料要求：

输送机正常工作时，物料负载不能低于如下下限值：

600mm皮带机5kg/m

900mm皮带机8kg/m

1200mm皮带机15kg/m

若负载低于下限值时应设法加大负载，否则计量精度可能会因此而降低。

7.3秤体机械部分安装，安装示意图如图13（附说明书后）所示。

7.3.1安装秤体时，要使秤体支架与地面垂直，支架中心线与输送机中心线重合，秤体套筒上表面与输送机皮带下表面距离在3-4厘米。

保证最大负荷时，不损秤体。

7.3.2根据现场实际具体情况，加工制作下支架（即安装架），支撑秤体，保证牢固可靠（安装架的高度根据现场定）。

7.3.3放射源铅罐安装时，要注意对准孔的位置，牢固拧紧，保证射线对称照射。

7.3.4电离室灵敏区中心与皮带中心重合。

核子秤秤体安装示意图尺寸如下表：

型号

尺寸

HC-0300

HC-0400

HC-0600

HC-0700

HC-0900

HC-1200

HC-1500

42°

42°

42°

42°

42°

48°

48°

L1

540

650

840

940

1150

1480

1790

L2

780

870

1080

1160

1370

1700

2010

L3

407

710

807

9