Рентгеновский толщиномер горячекатаного листа
Владельцы патента RU 2272992:
Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" (ЗАО НИИИН МНПО "Спектр") (RU)
Изобретение относится к области неразрушающего контроля объектов с использованием рентгеновского излучения. Устройство содержит источник рентгеновского излучения, два детектора излучения, расположенных по обе стороны от исследуемого образца, и схему обработки. Отличительной особенностью устройства является наличие бесконтактного датчика температуры и процессор, одним входом связанный с выходом схемы обработки, а вторым входом связанный с выходом датчика температуры. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к рентгеновской толщинометрии, и может быть использовано при контроле толщины горячего листового проката из цветного и черного металла в реальных условиях производства (высокая температура проката, загрязненность окружающей воздушной среды инородными взвесями типа частиц окалины и пыли, задымленность и загазованность среды и др.).
Известны рентгеновские толщиномеры листового проката, содержащие рентгеновский излучатель, первый и второй детекторы рентгеновского излучения, размещенные вдоль оси рентгеновского потока, контролируемый лист, прокатываемый между детекторами, первый и второй усилители, входами соединенные с выходами детекторов, схему обработки, включающую сумматор, вычитатель и делитель, двумя входами связанный соответственно с выходами сумматора и вычитателя, выход первого усилителя подключен к первым входам сумматора и вычитателя, а выход второго усилителя подключен к вторым входам сумматора и вычитателя, и регистратор [RU Патент N 2159408, G 01 В 15/02, БИ 2000. № 32].
При контроле горячего листового проката, температура которого меняется от 500 до 1500°С, достоверность и точность контроля известными толщиномерами неудовлетворительные из-за наличия большой температурной погрешности. Кроме этого загрязненность воздушной среды (инородные пылевые взвеси и окалийные частицы, отскакивающие от горячей поверхности листа при его деформации валками прокатного стана) между излучателем и вторым детектором в определенной степени является дополнительным фильтром для рентгеновского потока, ослабляющим его и снижающим соответственно потенциальную чувствительность толщиномера. Более того, разные по величине воздушные расстояния между контролируемым листом и детекторами, равенство которых в аналогах не указана, уменьшает возможность квазиполной компенсации загрязненности среды схемой обработки толщиномера.
Наиболее совершенным техническим решением к заявляемому представляется рентгеновский толщиномер листового проката, содержащий рентгеновский излучатель, первый и второй рентгеновские детекторы, контролируемый лист, прокатываемый между детекторами, первый и второй усилители, входами соединенные с выходами детекторов, схему обработки, включающую сумматор, вычитатель и делитель, двумя входами связанный соответственно с выходами сумматора и вычитателя, выход первого усилителя подключен к первым входам сумматора и вычитателя, а выход второго усилителя подключен к вторым входам сумматора и вычитателя, и регистратор [RU Патент N 2210059, кл. G 01 В 15/02 - прототип].
Это техническое решение обладает широким диапазоном контролируемой толщины, однако ему присущи те же недостатки, как и аналогам, при контроле толщины горячего проката.
Суть изобретения состоит в том, что в рентгеновский толщиномер горячекатаного листа, содержащий рентгеновский излучатель, первый и второй детекторы рентгеновского излучения, размещенные вдоль оси рентгеновского потока, контролируемый лист, прокатываемый между детекторами, первый и вторый усилители, входами соединенные с выходами детекторов, схему обработки, включающую сумматор, вычитатель и делитель, связанный своими двумя входами с выходами сумматора и вычитателя соответственно, выход первого усилителя подключен к первым входам сумматора и вычитателя, а выход второго усилителя подключен к вторым входам сумматора и вычитателя, и регистратор, введены бесконтактный датчик температуры и процессор, который первым входом связан с выходом делителя, являющимся выходом схемы обработки, вторым входом - с выходом бесконтактного датчика температуры, установленного над или под прокатываемым листом, а выходом - со входом регистратора, при этом расстояния между контролируемым прокатным листом и детекторами выполнены одинаковыми, причем первый детектор примыкает контактно к апертуре излучения рентгеновского излучателя.
Положительным результатом изобретения является высокая достоверность и точность контроля горячекатанного листа из черного и цветного металла в агрессивных условиях, что достигается за счет исключения температурной погрешности измерения, путем вычисления в процессоре зависимости изменения истинной толщины листа, устранения воздушного зазора между излучателем и первым детектором, а также обеспечения равенства значений воздушных промежутков между контролируемым листом и детекторами.
На чертеже показана структурная блок-схема рентгеновского толщиномера.
Толщиномер содержит рентгеновский излучатель 1, например рентгеновскую трубку, первый и второй детекторы 2 и 3, размещенные вдоль оси рентгеновского потока, горячий контролируемый лист 4, прокатываемый между детекторами 2, 3, первый и второй усилители 5 и 6, схему 7 обработки, включающую сумматор 8, вычитатель 9 и делитель 10, бесконтактный датчик 11 температуры, процессор 12 и регистратор 13.
Выходы детекторов 2 и 3 соединены с входами усилителей 5 и 6. Выход первого усилителя 5 соединен с первыми входами сумматора 8 и вычитателя 9, а выход второго усилителя 6 соединен со вторыми входами сумматора 8 и вычитателя 9. Входы сумматора 8 и вычитателя 9 являются входами схемы обработки 7. Выходы сумматора 8 и вычитателя 9 связаны соответственно с двумя автономными входами делителя 10. Выход делителя 10, являющийся выходом схемы 7 обработки, связан с первым входом процессора 12, второй вход которого связан с выходом бесконтактного датчика 11 температуры, установленного над или под поверхностью контролируемого листа 4. Выход процессора 12 подключен к входу регистратора 13.
Расстояния между контролируемым листом 4 и детекторами 2, 3 должны быть выполнены равными, что позволит обеспечить более полную компенсацию загрязненности воздушной среды в рентгеновском потоке схемой 7 обработки, чем при разных расстояниях, при этом воздушный промежуток между излучателем 1 и первым детектором 2 исключен (равен нулю) за счет контактного расположения первого детектора 2 с апертурой излучения рентгеновского излучателя 1, что также позволяет устранить дополнительную фильтрацию рентгеновского потока, которую скомпенсировать технически представляется сложно.
Первый и второй детекторы 2, 3 предназначены для преобразования рентгеновского излучения в аналоговые электрические сигналы. Бесконтактный датчик 11 температуры может быть, например, инфракрасным, обеспечивающим бесконтактный контроль температуры в большом диапазоне и как на свету, так и в темноте. В качестве регистратора 13 может быть монитор.
Процессор 12 обеспечивает вычисление истинной толщины dист контролируемого листа 4 в реальный момент времени по информации, поступающей с датчика 11 температуры, о текущей температуре Т°С в виде аналогового электрического сигнала, текущей толщины dтек, поступающей также в виде аналогового электрического сигнала с делителя 10 схемы 7, и значений коэффициента α температурного расширения материала контролируемого листа, введенных в память процессора 12. Значения α вводятся в память процессора 12 через шаг температуры, равный, например, 1°С, и запоминаются.
Расчет истинной толщины αист листа осуществляется по линейной зависимости:
где dист - истинная толщина горячекатаного листа на выходе процессора 12;
dтек - текущая толщина горячекатаного листа на выходе схемы 7 обработки;
α - коэффициент температурного расширения материала листа;
Т°С - текущая температура листа.
Из выражения (1) следует:
Работа устройства заключается в следующем. Рентгеновский поток излучателя 1 направляют перпендикулярно первому детектору 2, контролируемому листу 4 и второму детектору 3. Рентгеновское излучение преобразуется в детекторах 2, 3 в аналоговые электрические сигналы. Усиленные в усилителях 5, 6 электрические сигналы поступают на входы схемы 7 и после их обработки с выхода схемы 7 подаются в аналоговом виде на первый вход процессора 12. Одновременно с этим на второй вход процессора 12 поступает с датчика 11 температуры аналоговый электрический сигнал, эквивалентный температуре контролируемого листа. В процессоре 12 осуществляется вычисление истинной толщины dист листа по выражению (2) на основании поступающей информации со схемы 7 обработки, датчика 11 температуры, а также заранее введенных в процессор значений α. По изменению электрического сигнала на входе регистратора 13 судят об истинной толщине dист горячего листового проката.
Положительным результатом изобретения являются высокие точность и достоверность контроля толщины горячекатаного листа в динамике, что достигается за счет исключения температурной погрешности измерения, путем вычисления в процессоре зависимости истинной толщины листа, устранения воздушного зазора между излучателем и первым детектором, а также обеспечения равенства расстояний между контролируемым листом и детекторами.
Рентгеновский толщиномер горячекатаного листа, содержащий рентгеновский излучатель, первый и второй детекторы рентгеновского излучения, размещенные вдоль оси рентгеновского потока, контролируемый лист, прокатываемый между детекторами, первый и второй усилители, входами соединенные с выходами детекторов, схему обработки, включающую сумматор, вычитатель и делитель, связанный своими двумя входами с выходами сумматора и вычитателя соответственно, выход первого усилителя подключен к первым входам сумматора и вычитателя, а выход второго усилителя подключен к вторым входам сумматора и вычитателя, и регистратор, отличающийся тем, что в толщиномер введены бесконтактный датчик температуры и процессор, который первым входом связан с выходом делителя, являющимся выходом схемы обработки, вторым входом - с выходом бесконтактного датчика температуры, установленного над или под прокатываемым листом, а выходом - со входом регистратора, при этом расстояния между контролируемым прокатным листом и детекторами выполнены одинаковыми, причем первый детектор примыкает контактно к апертуре излучения рентгеновского излучателя.
