測灰儀 國產(chǎn) 型號:ZZ-89

庫號：M377770

一、背景和現(xiàn)狀
為發(fā)展我國核科學事業(yè)，于1956年在清華大學成立了工程物理系。近50年來，清華大學工程物理系為培養(yǎng)了大批核科技人才，被譽為‘我國核科技人才的搖籃’；同時，在科研上也為民用核技術(shù)的應用作出了貢獻。例如，工礦企業(yè)普遍應用的輻射型檢測儀表，如γ料位計、核子秤等，以及近年推出的“同方威視集裝箱檢測系統(tǒng)”都是由清華大學工程物理系研制成功的創(chuàng)新產(chǎn)品。

早在1982年，清華大學工程物理系開展了“煤炭灰分在線測量”的研究，憑借在核科技領域的技術(shù)地位，開發(fā)出國內(nèi)*的動態(tài)煤灰分測量的關(guān)鍵技術(shù)。歷經(jīng)二十多年的科研開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化，先后研制成功“ZZ-89A型在線測灰儀”（以下簡稱“A型測灰儀”）和“ZZ-89B型離線快灰儀” （以下簡稱“B型快灰儀”）兩種產(chǎn)品。

自1996年，ZZ-89系列測灰儀邁上批量生產(chǎn)、規(guī)模應用的新臺階以來，以其優(yōu)異的逐漸獲得市場認可，銷售量逐漸增長，而維修率卻逐年減少，2002年已減低到“2天/年*臺”以下。應用于很多廠、礦的煤灰分在線、快速檢測，取得很好效果，被各采用單位譽為選煤操作的‘眼睛’，生產(chǎn)管理和考核的‘好幫手’。

應用實踐表明，ZZ-89系列清華測灰儀是近年來清華大學一個成功地實現(xiàn)了科研成果轉(zhuǎn)化，并深受用戶歡迎的高科技創(chuàng)新產(chǎn)品；有很大推廣應用價值，完可以替代國外進口的同類設備；是大中型煤炭企業(yè)實現(xiàn)技術(shù)進步，穩(wěn)定產(chǎn)量所*的關(guān)鍵設備。

二、ZZ-89系列測灰儀的基本

1．方案合理，技術(shù)，測量準確度高

① 采用合理的中、低雙能量 g 重疊射線束透射方案；

② 具有國內(nèi)*的動態(tài)煤灰分的在線檢測技術(shù)，能準確測定厚度隨機變化的動態(tài)煤流的灰分，這是ZZ-89系列測灰儀有很高測量準確度的基礎；

③ 具有薄煤流的灰分測量技術(shù)，能準確測定平均厚度不到3厘米的動態(tài)煤流的灰分（國外同類產(chǎn)品規(guī)定，煤流厚度小于5厘米時即不予測量），所以A型測灰儀能適用于煤處理量少的單位，應用范圍比國外同類產(chǎn)品更廣；

④ 具有γ束對部煤樣實行掃描測量的技術(shù),因而B型快灰儀的單次測量的可信度高（即對一個煤樣的多次測量的*性好）；

由于有這些技術(shù)，使得在各種實際應用情況下，‘A型測灰儀’和‘B型快灰儀’都有很好的測量準確度。事實上，ZZ-89系列測灰儀的測量誤差僅僅只取決于被測煤的元素組成穩(wěn)定情況，測量設備本身的誤差很小，可以忽略。

2．工作穩(wěn)定、可靠，耐用性好

① 以‘追求*’的清華精神，堅持質(zhì)量*，別重視產(chǎn)品的可靠性，這是保證ZZ-89系列測灰儀耐用、可靠的思想基礎；

② 關(guān)鍵部件是由清華大學工程物理系的師生自行設計的，憑借清華大學的技術(shù)實力，能及時跟蹤并采用上電子技術(shù)和器件的成果，這是保證清華測灰儀耐用、可靠的技術(shù)基礎；

③ 具體設計上，采取了綜合技術(shù)措施來提高對惡劣環(huán)境的耐受能力，并不斷改進，從而保證清華測灰儀能在煤炭企業(yè)實際環(huán)境條件下，長時間穩(wěn)定工作；

④ 通過生產(chǎn)實踐，逐步建立起一個高效率、高水平的生產(chǎn)，并培養(yǎng)了一支測灰儀的生產(chǎn)、安裝和售后服務的專業(yè)隊伍，在人員素質(zhì)上保證ZZ-89系列測灰儀具有高；

從以上諸方面，保證了無論是‘A型在線測灰儀’還是‘B型離線快灰儀’，在各種實際應用條件下都能可靠地運行。單臺的年平均維修工作日已降低到2天以下。

3．頗具色的輔助功能

ZZ-89系列測灰儀的功能，是在總結(jié)長期現(xiàn)場工作經(jīng)驗基礎上設計的，并隨時聽取用戶的建議，不斷完善，所以功能是十分周到、齊的。ZZ-89系列測灰儀除了具備煤灰分在線測量（或快速離線測量）的基本功能外，還有一些頗具色的輔助功能。實踐表明，這些功能不但有效地簡化了維護工作，方便用戶使用測灰儀，而且，增強了適應性，明顯提高了整機性能。下面列舉若干條：

① 自動對測量儀器慢漂移變化和放射源隨時間衰減進行校正的功能；

② 通過查詢“標準測塊的灰分”，能迅速而直觀地檢查測灰儀的工況；

③ 實現(xiàn)對放射源鉛罐和標準測塊表面積灰的自動清掃；

④ 所有測得的數(shù)據(jù)長期保存在計算機中，可以隨時根據(jù)需要，按即時的“十分鐘灰分”、累計的“區(qū)間灰分”、“小時灰分”和“日灰分”等多種方式查詢；

⑤ 可測多種煤的灰分，對每一種煤預先存儲一組煤種參數(shù)，所以改變被測煤種時，操作很簡單。用戶可自行增設新的煤種參數(shù)，種數(shù)沒有嚴格限制；

⑥ 能遠距離向現(xiàn)場操作工人顯示測量結(jié)果；

⑦ 探測器箱設有恒溫功能，既有利設備的穩(wěn)定性，又能有效防止潮濕的影響；

⑧ 計算機屏幕顯示是中文顯示，界面友好，簡便易學；

以上是A、B兩種測灰儀共有的， A型測灰儀還有以下一些功能：

① 能根據(jù)皮帶運行狀況自動決定灰分儀的工作狀態(tài)，運行自動化；

② 有兩路4-20mA恒流源，輸出灰分信息，根據(jù)需要4-20mA模擬輸出可以轉(zhuǎn)換為0-10V，0-5V等其它標準信號，輸出均實現(xiàn)光電隔離；還能以串行通信方式，輸出灰分、煤流量、被測煤種、批號等更多的信息；與自動控制系統(tǒng)相聯(lián)很方便；

③ 可以在遠處接LED灰分顯示器（這時將占用一路4-20mA輸出），及時向操作工人顯示灰分數(shù)據(jù)；

④ 考慮選煤廠工人清掃的習慣，2002年以后生產(chǎn)的測灰儀C形架采取防水措施；

4.輻射安性好

由于ZZ-89系列測灰儀所用的放射源能量低，容易屏蔽、被阻擋?。欢疫x定的放射源活度小，大約只有一般核子秤所用放射源的十分之一；鉛屏蔽容器設計的安系數(shù)大。經(jīng)北京市放射衛(wèi)生防護所檢測鑒定，符合（GB14052—93）中zui安的第4級要求。事實上，在離放射源屏蔽容器大約１米處，測量到的輻射劑量水平與一般居室內(nèi)的水平相近。

三、ZZ-89系列測灰儀的構(gòu)成

1. A型測灰儀基本構(gòu)成和尺寸

A型測灰儀由C形探測器架（傳感器部分，安裝在現(xiàn)場）和儀表柜（數(shù)據(jù)處理部分，安置在機控室）所組成，兩者由穿以屏蔽、保護鐵管（鐵管由用戶自備）的四條長電纜相聯(lián)。C形架和儀表柜的結(jié)構(gòu)圖如下

1. 放射源屏蔽鉛罐; 2. g-射線探測器箱; 3.動力箱; 4.背掛電器箱;

5. 旋轉(zhuǎn)圓軸; 6. 計算機的顯示器; 7. 灰分儀主機箱；

8. 工業(yè)控制計算機安放處; 9. 凈化電源;

圖上標明了主要尺寸（mm）：

⑴．C形架外形尺寸

H1 C形架高度
1730.

L1
C形架長度
1000

D1
C形架寬度
430

⑵. 儀表柜外形尺寸

H2
儀表柜高度
1600

D2
儀表柜寬度
600

L2
儀表柜深度
650

⑶．相互關(guān)系尺寸

G1
上帶與下帶的間距
應 >320

H4
C形架下臂距地面
620

L4
旋轉(zhuǎn)軸與g-束間距
800

⑷．C形架安裝尺寸

H0
C形架安裝高度空間
>2000

L0
皮帶中心離墻壁
>1500

D0
C形架安裝長度空間
1300

2. B型快灰儀的基本構(gòu)成和尺寸

如圖所示，B型快灰儀由掃描機柜（傳感器部分）和儀表柜或儀表桌（數(shù)據(jù)處理部分）組成。安置在相鄰的總面積約20--30平方米的兩個工作室內(nèi)，互相用電纜相聯(lián)。圖中以數(shù)字標明了主要部件：

1. 放射源屏蔽鉛罐（圖上看不到）； 2. g-探測器箱； 3. X方向驅(qū)動電機（Y向電機看不到）；

4. 煤樣品桶； 5. X、Y方向驅(qū)動螺桿； 6. 計算機的顯示器；

7. 灰分儀主機箱； 8. 工業(yè)控制計算機安放處； 9. 凈化電源;

圖上標明了主要尺寸（mm）：

⑴ 掃描機柜外形尺寸

H3
掃描柜高度
1500

L3
掃描柜深度
1200

D3
掃描柜寬度
800

⑵ 儀表柜外形尺寸

H2
儀表柜高度
1600

D2
儀表柜寬度
600

L2
儀表柜深度
650

四．ZZ-89系列測灰儀的主要技術(shù)指標

1．測灰儀自身的測量誤差 （這個指標對A型測灰儀和B型快灰儀都適用）

自身測量誤差是通過測量標準測塊（一個固定的測量對象），統(tǒng)計所測得的若干小時“10分鐘灰分”的均方根誤差來表示，ZZ-89系列測灰儀本身的測量誤差好于0.12%，在實際測量煤炭灰分時，它對總誤差的影響可以忽略

2．長期穩(wěn)定性 （這個指標對A型測灰儀和B型快灰儀都適用）

測灰儀能長時間不間斷工作。在設備上電24小時（使它處于穩(wěn)定工作）后，連續(xù)測量標準測塊的灰分，任取其中連續(xù)8小時的 “10分鐘灰分”數(shù)據(jù)，并求得平均值，那么8小時中任意一個“10分鐘灰分”與平均值之差，不會大于±0.5% 。

3．實際測量煤時的測量誤差

①．A型測灰儀的測量誤差確定方法

A型測灰儀實際測量動態(tài)煤流灰分時的測量誤差，通過比對實驗確定。具體做法如下：在實際生產(chǎn)情況下，以10分鐘為一個時間段（時間段數(shù)目應大于20個）。每個時間段內(nèi)，在測灰儀測量煤流的同時，以盡可能高的頻率等時間隔地采樣，并按序交錯地放入兩個樣品袋，得到兩個平行煤樣。用這兩個平行樣的化驗灰分平均值，作為該時間段的化驗灰分。求得化驗灰分值與對應的測量值的差值，統(tǒng)計差值的均方根誤差，是針對這種煤測灰儀的測量誤差。而且，從平行煤樣的化驗灰分值之差的平均值，可檢驗采、制、化誤差的大小。

②．B型快灰儀測量誤差的確定方法

B型快灰儀實際測量煤樣時的測量誤差，通過比對實驗確定。具體做法如下：按實際條件，取20多個煤樣，用快灰儀測得它們的灰分值。然后，縮分、化驗這些煤樣，得到它們的化驗灰分值。求得每個煤樣的化驗灰分值與快灰儀測量值之差值，統(tǒng)計這些差值的均方根誤差，是對這種煤快灰儀的測量誤差。

③．影響測量誤差的主要因素

測量誤差不同程度地受以下因素影響，：

· 被測煤的元素組成及其含量的變化，尤以鐵元素含量的波動影響zui大；

· 采、制、化誤差的影響，該誤差被疊加在總誤差中。對A型測灰儀，測精煤時，一般采、制、化誤差可控制在0.25% 以下，對總誤差影響不大；但測原煤時，往往采樣誤差比較大，應考慮其影響，計算總誤差時應予扣除。對B型快灰儀，總誤差中不含采樣誤差，只含制樣、化驗誤差，一般比較??；

· 對A型測灰儀，煤流厚度有影響。當質(zhì)量厚度小于2.5克/cm2時，g 射線與煤作用不夠；煤層厚度大于25克/cm2時，g 射線被煤衰減過多。都會引起測量結(jié)果不準確；

· 水分變化對測量結(jié)果影響不大。對精煤，水分每變化1%，將會使測量灰分值變化0.05%到0.1%（與煤質(zhì)有關(guān)）。測原煤時水分的影響要大一些。

· 被測煤的粒度情況對測量誤差影響不大。

總之，對ZZ-89系列測灰儀來說，無論是用B型快灰儀掃描測量煤樣灰分，還是用A型測灰儀測量動態(tài)煤流的灰分，測量誤差事實上僅僅只取決于被測煤元素組成的穩(wěn)定情況。

④ 測量精度的具體大小

根據(jù)歷年來積累的資料，針對我國煤質(zhì)情況，清華測灰儀的測量誤差如下：
· 對精煤, 測量誤差一般在0.3 % 到0.5 % 范圍；
· 對低灰分原煤（灰分<25 %）， 測量誤差一般在1.0% 到1.5% 范圍；
· 測量高灰分原煤（灰分<45 %）時， 測量誤差一般為1.5% 到2% 范圍；

但根據(jù)煤質(zhì)情況，有時測量誤差會小于或過上述范圍。

須強調(diào)，測量誤差是針對“10分鐘測量時間”、或“單個煤樣”而言的偶然誤差，它從統(tǒng)計意義上給出測得的“10分鐘灰分”瞬時值，或“單個煤樣”值與客觀真值偏離的情況，對ZZ-89系列測灰儀來說，它僅僅反映了煤質(zhì)的漲落變化。所以，這一指標不作為設備驗收時的依據(jù)。

4．測量結(jié)果的準確性

在實際生產(chǎn)管理中，更關(guān)心的是一列火車煤，一個生產(chǎn)班生產(chǎn)的煤，甚至是一個月外運煤的灰分情況，這是與系統(tǒng)誤差相的準確性問題。系統(tǒng)誤差是可以設法減小的，在實際使用測灰儀時，經(jīng)常用這些比較長時間段的綜合煤樣灰分為基準，與“區(qū)間灰分”作比較并作出零點調(diào)整，來保證生產(chǎn)煤的灰分準確性，這一工作稱為“經(jīng)常性比對”。由于煤質(zhì)的漲落變化在長時間內(nèi)得到平均，準確性會比上面3．④中給出的測量誤差小，做好“經(jīng)常性比對”工作，可以提高灰分測量結(jié)果的準確性。

5．多次測量的*性（即一次測量可信度，適用B型快灰儀的指標）

清華ZZ-89B型快灰儀具有獨的‘掃描測量’技術(shù)，在測量時，煤樣桶中的煤幾乎都受到γ射線束的掃視，因此即使灰分分布很不均勻的煤樣，多次重新裝桶的測量結(jié)果也能很*，或者說一次測量結(jié)果很可信，大大方便了實際使。

多次測量的*性是這樣衡量的：取若干個煤樣（也可以取一個煤樣），對每個煤樣作多達20次以上重新裝桶測量，得到每個煤樣測量結(jié)果的均方根誤差，取這些均方根誤差的平均值（也可以用一個煤樣的均方根誤差）是多次操作*性。B型快灰儀的多次測量*性一般約為0.30%，而沒有掃描測量技術(shù)的定點測量，則要比它大三倍以上。

注：對已經(jīng)采用清華ZZ-89系列測灰儀的用戶無需配置密度模塊，可以利用測灰儀的測量結(jié)果，實現(xiàn)高精度的在線稱重系統(tǒng)。