QNT-4测厚仪说明书1.1双机1

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1、QNT-4型测厚仪使用说明书啊（1.3 版）清华大学核研院2010年01月陈世东13911337005 一、概述射线和物质相互作用时，射线的强度随所穿透的物体的厚度而变化。利用射线强度和吸收物体厚度之间的关系已经制造了多种厚度计，用于测量和控制生产过程。本仪器配上为不同的对象而设计的A/D变换器，可用于钢板和其它有色金属板材的测量和控制。也可以用于非金属板材，如玻璃、石膏等的测量和控制。QNT4型测厚控制仪由放射源、探头、现场显示器和仪器四部分组成。探头由QHD6型100或130四个大气压充氙高压薄窗电离室和静电计组成。电离室的灵敏度为7.210-81.0107A/R/H。静电计采用超低输入电

2、流运算放大器。AD515或AD549LH。仪器部分直接指示被测物的厚度值，偏差值以及模拟偏差信号。二、工作原理1 探测原理：图1画出了探测原理示意图。本仪器使用Am-241低能射线源。光子能量为59.5keV，半衰期为433年。放射源装入不锈钢制的准直屏蔽箱，保证射线只照射电离室，而其他方向的射线被吸收。进入电离室的射线，其中一部分和电离室壁以及电离室内所充的气体发生光电效应和散射。其次级电子使电离室内的气体产生正负离子。在电离室电极电压的作用下分别流向负、正极。正、负极收集到的电流为109A108A量级。通过静电计转变为电压信号。VH241U(d)5 31. 电离室2. 静电计3. 被测钢板

3、4. 241Am源5. 屏蔽准直器图1探测原理图射线源和电离室之间加上钢板后，由于钢板吸收掉一部分射线。使电离室的电离电流减小。静电计的输出电压U也就随之变化。钢板越厚电离电流就越小。钢板的半减弱层大约为0.8mm。也就是钢板厚度每增加0.8mm，电离电流就减少一半。因此静电计的输出电压U和钢板厚度T将存在确定关系U(T)。 1 U0T= Ln U(T) 由探头内的静电计的输出电压U(T)和厚度值T的关系，计算出厚度值T是电子学电路和计算机的任务。三、仪表构成1) 探头：由4个大气压充氙薄窗电离室和AD549（AD515）低输入电流运算放大器高阻电容组成的静电计构成。探头的作用是将射线的10-

4、910-8A的电离电流转变成05V电压。2) 仪表部分：由电源、输入隔离放大器、输出隔离放大器和开关量光耦构成。a.电源是50W24V开关电源。b.输入隔离板包括隔离电源、电离室高压电源及隔离放大器。隔离放大器的作用是把现场地（探头、C形架接现场地）和AD变换和计算机的地隔离，防止干扰和烧坏电脑。c.输出隔离板包括隔离电源和隔离放大器，该隔离放大器把D/A变换的偏差模拟量和控制计算机（接收D/A偏差模拟信号的设备）隔离开。d.开关量光耦把计算机输出的数字信号和现场信号或控制计算机隔离开，和把控制计算机来的数字设定信号与测厚仪计算机的信号地隔离。3) 计算机由A/D变换和D/A变换多功能板PCL

5、abcardPCL-818LS和研华工控机IPC-610H和15吋液晶触摸屏构成。这样的配置使测厚仪不但是完成厚度值、偏差值的计算，还能记录生产过程、历史曲线为管理者提供管理依据。9C101RH8触摸屏116D/A57IPC-610H46A/D321. C形架2. 放射源箱3. 探头 4. 输入隔离板 5. 输出隔离板6. A/D,D/A多功能板7. 工控机8. 显示器 9. 光耦隔离板10. 厚度控制计算机11. 现场显示器图2方框图四、技术指标1量程：4位数字指示，钢板最大测量厚度4mm。2 灵敏度：最后一位指示0.001mm。3 指示误差：小于等于|0.2%|或2m，在校正点小于等于|0

6、.1%|或1m。4 采样时间：25次/秒，或根据用户要求设计最快可达50次/秒。5 响应时间：50毫秒，或根据用户要求最高到20毫秒。6 温度稳定性：环境温度050读数变化小于0.2%。7 电压稳定性：电网电压变化10%，读数变化小于0.1%。8 统计噪声：由放射源活度和要求的响应时间及被测材料厚度决定，参考值同美国DMC450测厚仪（附美国DMC450技术指标）。偏差模拟输出: 100mV/um或50mV/um。五、安装方法及注意事项a) 根据现场条件，准备好探头移动导轨、C形架及仪器台架。b) 准备好交流稳压器，保证供电波动在220伏10%以内。c) 电缆线应通过铁管由控制室连到现场。d)

7、 为防止两处地间的电位差形成的电流烧坏仪器，一般探头端接地。当仪表架和轧机架不能连成一体时仪表部分要与仪表架绝缘。e) C形架附近要有明显的、统一的放射性标志，仪表要有专人保管和检修。f) 测厚仪停止使用时要把C形架和车间门上锁，以防放射源丢失。g) 测厚仪退役时要通过当地主管部门并与我院取得联系，切不可自行处理。六、软件使用说明QNT4型测厚仪计算机监控系统使用了工控机 触摸屏的配置，不需要键盘和鼠标，软件的人机界面设计全部采用菜单式操作，使用中直接在屏幕上点击按钮即可。确认系统的电缆及电源线连接正确后，可按一下计算机电源开关打开计算机。计算机上电后，开始引导Windows2000操作系统，

8、系统在启动完毕时将自动调入监控软件画面，如图3所示。参考图3，监控系统软件的人机界面分为三个区域：系统时钟区、操作区、操作提示区。系统时钟区显示软件名称及当前的系统时间；操作区是唯一的用户可操作的区域，后面将介绍其详细的使用方法；操作提示区将根据目前画面的内容，给出简明的操作提示，以引导用户执行正确的操作。下面从主菜单开始详细介绍该监控软件的使用。主菜单包含8个操作按钮和1个程序关闭按钮。参考图3，8个按钮分为3层，分别对应为管理层（棕黄色）、现场调试层（蓝色）、现场操作层（绿色）。1）管理层的操作包括设置系统参数及进行生产管理，进入管理层操作需要输入系统密码，如图4所示，从弹出窗口的数字键盘

9、上输入系统密码，系统密码为4位数字，出厂时的默认密码为“1234”。2）现场调试层的操作包括测厚仪标定和测厚仪校零。因为测厚仪在现场使用一段时间后，粉尘及其他的环境因素会影响仪器的测量精度，现场调试的目的是维护测厚仪始终工作在高精度状态，两台测厚仪的标定和校零需要分别进行。（注意：这里的标定和校零操作针对某种特定材料的参数，因此，只有在“用户参数”窗口内为2台测厚仪选定了材料后，相应的操作才可用。）3）现场操作层有两个用户最常用的操作：修改用户参数和进入系统运行的监控画面。需要关闭监控程序时，可以按下红色的“退出程序”按钮，在弹出的窗口中再按下确认按钮，如图5所示。接下来介绍有关的具体操作。操

10、作提示操作区系统时钟图3 主菜单图4 输入系统密码 图5 退出程序1 系统参数设定本监控软件中用户可以设定4个系统参数（参考图6）：绝对值数字滤波次数、设定输出内容、设置值选择、设定长度系数，点击蓝色按钮可以修改相应的系统参数。软件提供的绝对值数字滤波次数的可选范围为120，数值越小，测量值的刷新频率越快。设定输出内容有两种选择：绝对值和偏差值，该设置影响系统测量值的显示形式。设置值选择决定用户如何输入生产的目标厚度值，可以从屏幕输入或外设定。长度系数用于设定现场发送的脉冲信号频率与待测材料长度之间的关系。本监控程序同时控制两台测厚仪，点击图6中操作窗口最上面的“设定1测厚仪”和“设定2测厚仪

11、”可以在两台测厚仪之间切换，被选中测厚仪的参数将变亮显示。系统参数设定中包括设定数据记录的格式，参考图6中操作窗口最下面的两个按钮，点击“时间”（或“长度”）按钮，可以修改数据显示方式以长度（或时间）为单位，点击右边的按钮时，可以修改数据记录密度，即1,2 , 10 /米，或 5,10, , 50 /秒。图6 系统参数 图7 生产管理2 生产管理生产管理的功能分成3类（参考图7）：数据管理、材料管理和修改系统密码。1）数据管理包括查看操作日志、查看生产数据、查看监测数据。操作日志记录了用户在计算机上进行过的所有操作及操作时间；生产数据是比较重要的数据，记录了完整的生产结果，其记录格式由用户设定

12、，如何设定记录格式可以参考5. 生产运行；计算机开始工作后将自动连续地记录两台测厚仪的测量结果，形成监测数据，记录频率为每分钟10个数据。这三种数据一起为管理者提供了详细的原始数据，为日后的生产分析提供了依据。监控计算机系统每天自动生成3个系统文件分别记录上面的3种数据，文件以日期命名，采用不同的后缀加以区别。3种“查看”操作有一致的界面，这里仅以查看操作日志为例。按下“查看操作日志”按钮后，系统将弹出一个文件选择对话框，选择合适的文件后，系统将进入历史数据显示画面。如图8，当窗口内的数据过多时，可以选择时间段显示。用户也可以将数据打印出来，打印输出时仅输出显示在历史数据窗口内的数据，而不是整

13、个数据文件。图8 历史数据 图9 材料名称设置2）材料管理包括材料名称的设定及材料测量参数的初始标定。不同的材料有不同的测量参数，监控计算机系统可以为每台测厚仪保留16种材料的设置。在出厂时，系统设置所有的材料为未定材料。用户在使用本测厚仪时，首先需要进入“材料名称及设置”窗口设置材料名称，参考图9，用户点击某一材料名后，将弹出一个小键盘，供用户输入字母（分大小写），数字和连字符“-”。当输入字母时，用户可以连续点击某一键，共用该键的三个字母将依次出现，得到期望的字母后可以按“=”键继续下面的输入。材料名称设定后，用户需要对该材料进行一次初始标定。两台测厚仪使用相同的材料名称，但需要分别进行标

14、定。进行初始标定时，用户需要准备4块具有标准厚度的材料样板，系统推荐的厚度为0.5，1.0，2.0，3.5毫米。进入初始标定的操作窗口后，用户需要首先选择材料，参考图10，只可以选择已经设定了名称且未经过初始标定的材料；选择材料后，系统会提示用户“请按“开始”按钮，开始校零操作”。标定的第一步是系统校零，用户不要放任何材料，直接点“开始”按钮，进行校零操作。用户可以点击“试验时间”按钮调整标定的时间，试验时间长可以保证计算机在系统稳定后再读数，提高精度。上述设置完成后，就可以点击“开始”按钮开始标定，屏幕会以进度条形式显示标定的过程。校零结束后，系统会提示“请插入一块毫米的进行第2步标定！”。

15、插入材料样板后，用户需要输入精确的标定厚度值，参考图11，可以从弹出的小键盘中输入。重复上述过程，直至系统提示标定结束。完成材料的初始标定后，计算机会把该材料的测量参数存入系统中，该参数关机后继续保存，可以长期使用。如果希望重新标定某一材料，可以在设置材料名称的窗口中将该材料名称前的 去掉，参考图9，有 表示该材料已经进行了初始标定，两排 分别对应1测厚仪和2测厚仪。3）修改系统密码时计算机会提示用户连续两次输入同一个新的密码。图10 初始标定选择材料 图 11 初始标定输入标定厚度3生产过程中的测厚仪标定和校零在测厚仪使用一段时间后，需要重新标定。这种标定是生产标定，其操作与初始标定类似，但

16、只需要用户准备一块具有标准厚度的材料样板。当发现测厚仪的显示存在明显的零点偏移时，需要进行一次校零操作，校零操作的窗口可参考图12，用户只需要调整试验时间，按“开始”按钮即可。系统建议用户在每天生产前进行一次校零操作。注意事项：1. 用户要先在“用户参数”中选择了一种材料后再进行标定或校零操作，因为该操作是针对某一材料的测量参数进行；2. 两台测厚仪的校零操作要分别进行。图12 校零操作窗口 图13 用户参数窗口4. 用户参数参考图13，用户参数共5项：设置厚度，允许偏差，生产班组号，道次，和选择材料。前两项内容需要用户经常修改，后三项内容是生产管理需要的数据。用户参数的设置操作与系统参数的设

17、置操作相类似，数字的输入可以在弹出的小键盘中进行，类似图11；材料名称的输入有类似图10中的弹出窗口，用户只能选择经过初始标定的材料。注意：两台测厚仪需要分别进行初始标定。5. 生产运行操作按钮曲线显示数码显示图14 生产运行窗口输入了用户参数后，可以进入生产运行窗口监测当前的生产情况。参考图14，生产运行窗口分上下两部分，分别监控1和2测厚仪。对当前的测量值，监控软件分别以数码和历史曲线的形式显示出来。数码显示中以4位有效数字的格式显示测量结果，同时显示“绝对值”和“偏差值”；历史曲线显示以图形的方式显示有关的历史数据，并以条杆图的形式直观地显示出当前的偏差值。对每台测厚仪，有3个用户操作按

18、钮。参考图14，两个蓝色按钮用于切换历史曲线显示的是测量结果的“绝对值”还是“相对值”。按下棕黄色按钮“开始存储数据”后，系统开始记录数据，这就是生产数据，其内容包括了当前的用户参数及测量值；同时棕黄色按钮的标签变为“结束数据记录！”，用户再次点击该按钮后可以结束一次生产数据的记录。在进行生产数据记录时，数据显示的颜色由黄色变为火红色，以引起用户的注意。- 8 -注意：1. 一般情况下，生产运行窗口的数据仅共显示，没有如何记录；2. 生产数据的记录完全由用户控制，即用户决定每次记录的起止时刻；3. 两台测厚仪的生产数据记录分别独立设置，互不影响；4. 只有两台测厚仪都不处于数据记录状态时，用户

19、才可以退出“生产运行”窗口。测厚仪的标定和运行（一）测厚仪的初始标定进入主菜单，按“生产管理”按钮进入生产管理，进入管理层操作需要输入系统密码，如图4示，从弹出窗口的数字键盘上输入系统密码，系统密码为4位数字，出厂时的默认密码为“1234”。操作提示操作区系统时钟图1 主菜单图2 输入系统密码 图3 生产管理*材料测量参数的初始标定。1材料名称设定后，用户需要对该材料进行一次初始标定。两台测厚仪使用相同的材料名称，但需要分别进行标定。进行初始标定时，用户需要准备4块具有标准厚度的材料样板，系统推荐的厚度为1.0，2.0，3.0，3.5毫米。2按“#测厚仪初始标定”进入初始标定的操作窗口后，用户

20、需要首先选择材料（按“选择材料”按钮），参考图4，只可以选择已经设定了名称且未经过初始标定的材料选择材料后。3初始标定：1）系统会提示用户“请按“开始”按钮，开始校零操作”。标定的第一步是系统校零，用户不要放任何材料，直接点“开始”按钮，进行校零操作。用户可以点击“试验时间”按钮调整标定的时间，试验时间长可以保证计算机在系统稳定后再读数，提高精度。上述设置完成后，就可以点击“开始”按钮开始标定，屏幕会以进度条形式显示标定的过程。2）校零结束后，系统会提示“请插入一块1.0毫米的进行第2步标定！”。在C形架放射源处插入第一块材料样板（1.0mm）后，用户需要输入精确第一块材料样板的实际厚度作为标

21、定厚度值（按”标定厚度”按钮），参考图5，可以从弹出的小键盘中输入，以第一块材料样板厚度为0.988为例:分别按0、.、9、8、8再按“确定”键，按“开始”按钮进行第2步标定，屏幕会以进度条形式显示标定的过程。3) 第2步标定结束后，系统会提示“请插入一块2.0毫米的进行第2步标定！”。在C形架放射源处插入第二块材料样板（约2.0mm）后，用户需要输入精确第二块材料样板的实际厚度作为标定厚度值（按”标定厚度”按钮），参考图5，可以从弹出的小键盘中输入，以第二块材料样板厚度为1.968为例:分别按1、.、9、6、8再按“确定”键，按“开始”按钮进行第3步标定，屏幕会以进度条形式显示标定的过程。4

22、）第3步标定结束后，系统会提示“请插入一块3.0毫米的进行第3步标定！”。在C形架放射源处插入第三块材料样板（约3.0mm）后，用户需要输入精确第三块材料样板的实际厚度作为标定厚度值（按”标定厚度”按钮），参考图5，可以从弹出的小键盘中输入，以第三块材料样板厚度为2.868为例:分别按2、.、8、6、8再按“确定”键，按“开始”按钮进行第4步标定，屏幕会以进度条形式显示标定的过程。5）第4步标定结束后，系统会提示“请插入一块3.5毫米的进行第4步标定！”。在C形架放射源处插入第四块材料样板（约3.5mm）后，用户需要输入精确第四块材料样板的实际厚度作为标定厚度值（按”标定厚度”按钮），参考图5

23、，可以从弹出的小键盘中输入，以第四块材料样板厚度为3.568为例:分别按3、.、5、6、8再按“确定”键，按“开始”按钮进行第4步标定，屏幕会以进度条形式显示标定的过程。直至系统提示标定结束。完成材料的初始标定后，计算机会把该材料的测量参数存入系统中，该参数关机后继续保存，可以长期使用。如果希望重新标定某一材料，可以在设置材料名称的窗口中将该材料名称前的 去掉，有 表示该材料已经进行了初始标定，两排 分别对应1测厚仪和2测厚仪。按“返回”按钮返回主菜单图4 初始标定选择材料 图 5初始标定输入标定厚度 图7用户参数窗口（二）. 生产运行操作按钮曲线显示数码显示图8 生产运行窗口1. 在主菜单按

24、“用户参数”按钮进入用户参数窗口。2. 按“选择材料”按钮，选择刚标定的材料，按“确定”。3. 输入了用户参数后，可以进入生产运行窗口监测当前的生产情况。参考图14，生产运行窗口分上下两部分，分别监控1和2测厚仪。对当前的测量值，监控软件分别以数码和历史曲线的形式显示出来。数码显示中以4位有效数字的格式显示测量结果，同时显示“绝对值”和“偏差值”；历史曲线显示以图形的方式显示有关的历史数据，并以条杆图的形式直观地显示出当前的偏差值。对每台测厚仪，有3个用户操作按钮。参考图8，两个蓝色按钮用于切换历史曲线显示的是测量结果的“绝对值”还是“相对值”。按下棕黄色按钮“开始存储数据”后，系统开始记录数

25、据，这就是生产数据，其内容包括了当前的用户参数及测量值；同时棕黄色按钮的标签变为“结束数据记录！”，用户再次点击该按钮后可以结束一次生产数据的记录。在进行生产数据记录时，数据显示的颜色由黄色变为火红色，以引起用户的注意。注意：1. 一般情况下，生产运行窗口的数据仅共显示，没有如何记录；2. 生产数据的记录完全由用户控制，即用户决定每次记录的起止时刻；3. 两台测厚仪的生产数据记录分别独立设置，互不影响；4. 只有两台测厚仪都不处于数据记录状态时，用户才可以退出“生产运行”。（三）生产过程中的测厚仪标定和校零1）当发现测厚仪的显示存在明显的零点偏移时，需要进行一次校零操作，校零操作的窗口可参考图

26、9，用户只需要调整试验时间，在确认C形架放射源处无任何材料后，按“开始”按钮即可。系统建议用户在每天生产前进行一次校零操作。2）在测厚仪使用一段时间后，需要重新标定。这种标定是生产标定，其操作与初始标定类似，但只需要用户准备一块具有标准厚度的材料样板，用户需要输入精确材料样板的实际厚度作为标定厚度值（按”标定厚度”按钮），可以从弹出的小键盘中输入，以材料样板厚度为1.568为例:分别按1、.、5、6、8再按“确定”键，按“开始”按钮进行第4标定，屏幕会以进度条形式显示标定的过程。注意事项：1. 用户要先在“用户参数”中选择了一种材料后再进行标定或校零操作，因为该操作是针对某一材料的测量参数进行；2. 两台测厚仪的校零操作要分别进行。图9=