γ射线测厚仪的原理及维护

温方金　况国明

摘要：本文介绍了中厚板行业普遍使用的γ射线测厚仪的原理，总结了多年来的维护经验，具体介绍了射源快门打不开、测量值异常、射源衰减、无法标定等故障的分析、处理过程。

关键词  中厚板;测厚仪;γ射线;测量传感器

1.前言

γ射线测厚仪在中厚板线广泛使用，因其能较好地适应轧机区的恶劣环境，测量稳定、精度高，测量值还作为轧机厚度控制模型的反馈值，对提高轧机控制系统的厚度控制精度发挥重要作用。

2005年，我厂建成了1套3800mm单机架宽厚板轧机，机后配置了一套德国IMS公司的γ射线单点测厚仪。测厚仪运行总体良好，但也出现过射源打不开、元器件损坏、测量偏差大、无法标定等故障。

2 .γ射线测量法原理

射线穿透物质时的衰减规律是射线测厚仪的理论基础。探测器（电离盒）将射线强度的变化转变为易于检测、处理和传输的电量变化Im，当γ射线投射到被测物后，一部分射线为被测物吸收，一部分射线穿过被测物，穿过被测物后的射线强度，在物质成分一定的情况下，和被测物的厚度和密度有关，若被测物的密度已知时，则可根据检测到的射线强度计算出被测物质的厚度。由于钢板温度高，装于轧机后的射线测厚仪还要进行温度补偿，才能得到钢板的冷态厚度。

3.故障处理案例

3.1射源快门打不开

现象：在电脑页面“Gauge Control”上点击“Open”按钮，“Open”按钮不能变黄色（射源打开接近开关没感应到信号）。

处理：检查气源压力是否正常。检查供测厚仪压缩空气管路上的各级气动三联件压力表的压力指示，清洗过滤器，气源压力无异常;检查控制快门开关压缩气的电磁阀，拆下出气口软管，电磁阀得电时出气压力感觉正常;软管重新接好，在安静状态下，人贴近测量车下臂听到微弱的漏气声，判断软管开裂;更换软管（比较麻烦，要拆开射源上方的水冷盖板，必须穿戴好防护服、围脖、手套、眼镜），之后快门开关正常。

考虑到放射安全风险，为了避免同样的故障再次出现，我们已将软管连接改成铜管连接。

3.2厚度测量异常

现象：测量值比实际厚度小几毫米，有时又自动恢复正常。刚开始隔几天出现一次异常，之后越来越频繁，一天几次。

处理：观察电脑页面“Measuring Channels”上的数据，在射源打开、测量车处无轧件时，B1、B2两个通道的MM1值只有8300多，与各自的CS值不符（正常时CS≈MM1/10000-0.01），如图2。

刚开始考慮射源快门没有完全打开，检查相关的压缩空气管路、阀门、压力正常。射源罐及其附属机构、部件也可能存在问题，由于放射危害，这些地方不到万不得已不可能去检查，即使要检查处理也要请有资质的单位人员来实施。通过一些常规检查没找到问题，初步怀疑测量部分不正常。故障状态下，测量高压电源为DC1800多伏、DC24V低压电源均正常。然后，拔掉测量传感器DC24V电源插头，检查、插紧传感器盒内各插件板及连接线，插回电源插头，在电脑上操作打开射源，看到MM1值恢复正常，之后测厚仪投入使用，测量正常。

3.3测量通道报警

现象：测量通道报警有多种情况，其中有一种故障现象，MM1、CZ1都满量程，均为10000mV。

处理：从现象看，测量系统出问题的可能性较大。测量高压电源及低压电源均正常，检查传感器信号线无异常。传感器断电，检查传感器盒内各插件板及连接线，感觉右侧一块小板有些松动，将其插紧，再接上电源插头，过一会儿通道报警消失，数据恢复正常。

针对传感器的类似接触不良故障，我们在盒盖内侧对应位置粘上适当厚度的橡皮，盖上后抵住直立的插件板，插件板松动问题得到根本解决。

3.4射源开关状态信号不正常

现象：电脑画面上，射源“OPEN”、“CLOSE”指示灯同时亮，测厚仪不能使用。

处理：首先我们委托检测机构测量放射线强度，确认射源罐处在关闭状态，然后开始检查处理问题。经检查，发现内循环冷却水皮管漏水，使射源罐部分被淹，罐体执行机构及附着的接近开关、电路板及插头等电气元件浸水。处理好漏水后，将测量车开进工作位置，让浸水部件自然烘干，射源开关指示灯还不正常。经过分析，我们尝试用驱动射源开闭的电磁阀DO数字量输出，并行驱动一个外加的继电器，将继电器的常开、常闭触点信号取代实际的接近开关信号，分别间接反映射源打开、关闭状态，测试成功。测厚仪修复投入正常使用。

3.5预吸收标定失败

为了保证测量精度，测厚仪需定期进行预吸收标定（Preabsorber Standardisation），经过清扫、维修后要即时做标定。标定前，先在射源打开的情况下，观察MM1的值，最好要9350mV以上（最大也要在9750mV以内），否则标定时CS值会小于0.92，而只有CS值>0.92才能标定成功。如果MM1值偏小，要打开传感器盒，调整放大板上对应B1、B2通道的电位器，顺时针调MM1值增大、逆时针调MM1值减小，每次调整要记住旋钮原来的位置。一般电位器调一圈，MM1值变化接近200mV，当MM1值变化不明显时，意味着放大电路接近饱和状态，此时应将旋钮调回原位置。

测厚仪使用十几年后，CS值怎么也调不到0.92以上，预吸收标定总是失败。这是因为射源Cs137半衰期大数是30年，强度大幅下降，传感器信号放大倍数已经到顶了。IMS公司提供了两个解决方案，一是更换射源，二是更换传感器。考虑到射源进口使用需多个部门严格审批，旧射源处置特别困难、费用高昂，我们选择升级更换传感器方案。为此，IMS公司量身定做了新的传感器，更换后，CS值能够调上去了，而且有一定的放大余量以弥补射源的持续衰减。

3.6其它故障分析处理

γ射线测厚仪测量车体的防护至关重要，防护不好会造成一系列后果。我厂的测厚仪就出现过被异常弯曲的钢板撞击过，之后不断地出故障。一是MM1值显著降低、很难调大，检查发现电离盒倾倒，重新复位后才正常;二是B1测量通道MM1值很不稳定，分析可能哪里接触不良，后检查传感器盒，发现信号线焊接处断，重新焊接处理。

测厚仪的点检维护要常态化。有时在检修位MM1值正常，在工作位MM1值下降较多，要检查γ射线发射接收的路径上是否有框架部分阻挡、其它物件阻挡等情况;有时使用一段时间后MM1值突然变小，应检查是否有氧化铁皮掉在射源部位。有一次，有瞬时测量值显示，但没有测量曲线及平均值，检查发现是测厚仪接收到的辊道速度信号为0，这样钢板长度为0，也就不能显示测量曲线及进行统计计算，最后发现是辊道变频器报警，无速度信号输出。

4.结束语

（1）γ射线测厚仪采用活度为50居里的Cs137放射源，属于高放射危险的设备，要有安全可靠的防护设施、及科学细致的检修保养流程。

（2）设备故障常见的有传感器损坏或内部接插件松动，气动管路漏气或气缸、电磁阀等元件损坏，高压电源损坏，电离盒损坏，射源衰减等。

（3）通过观察MM1值的变化情况、及与CS值的对应关系，能比较准确地判断故障的原因及具体部位。