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淺談核子皮帶秤和電子皮帶秤的比較 |
發布日期：
2011-1-7
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就國內固體物料連續計量設備來說，上世紀50、60年代是以機械式皮帶秤為主，60年代末電子皮帶秤開始使用，隨后迅速占領了整個市場，全面取代了機械式皮帶秤。從1984年起，首都鋼鐵公司、內蒙古包頭第一熱電廠、上海吳涇化工廠引進了美國伽瑞(Kay-Ray)公司的核子皮帶秤后，電子皮帶秤一統天下的局面被沖破了。核子皮帶秤以較快的速度發展，不僅國外核子皮帶秤的生產廠商爭先恐后來華推銷產品，國內有關大專院校、科研院所、工廠也蜂擁而上，相繼研制生產各類核子皮帶秤。
核子皮帶秤和電子皮帶秤都是對皮帶輸送機輸送的物料進行計量的一種設備。兩者共同之處是：為了得到所輸送物料的重量流量，都要檢測皮帶的物料荷重和皮帶的速度信號，然后將兩個信號相乘得到瞬時流量，再經積分或累加運算得到一段時間內輸送物料的重量累計值；檢測皮帶速度的方式相同，都是采用磁阻脈沖式、光電脈沖式之類測速傳感器。兩者不同之處是：核子皮帶秤是通過物料對射線的吸收來確定荷重信號，而電子皮帶秤是通過對設定長度上的物料重量進行稱量來確定荷重信號。
就國內大多數工廠來說，目前使用的仍然是電子皮帶秤，他們對核子皮帶秤取觀望態度：一方面收集核子皮帶秤的資料，去核子皮帶秤使用現場參觀，請教這方面的專家；另一方面在心里盤算：誰優誰劣？
對這個問題，很難用幾句話來回答。作者愿意就以下幾點與讀者交換意見。
一、準確度
作為計量儀表，準確度當然是很重要的。
電子皮帶秤的準確度按1995年5月5日批準、于1995年12月1日實施的“電子皮帶秤”國家標準GB/T7721-1995規定，分為0.25、0.5、1.0、2.0四個等級，其最大動態累計誤差在新安裝時則分別為±0.125%、±0.25%、±0.5%、±1.0%，使用中分別為±0.25%、±0.5%、±1.0%、±2.0%，也就是說，最差的秤在新安裝時最大動態累計誤差也不會超過±1.0%，而國內已有多家工廠的產品通過了0.25、0.5這樣較高等級準確度的測試。
核子皮帶秤目前只有國家計量檢定規程JJG811-93，它是1993年2月3日批準、1993年6月1日實施的，其準確度等級分為1.0、2.0兩個等級，其最大動態累計誤差在新安裝時分別為±0.5%、±1.0%，使用中分別為±1.0%、±2.0%。為什么不規定更高準確度等級呢？起碼是規程的編制者認為在當前及近期內無此必要，由此可間接說明核子皮帶秤比部分高準確度電子皮帶秤準確度要低。
國內核子皮帶秤的生產廠幾乎毫無例外都聲稱其準確度為±1.0%(實際其中大部分并未通過有關計量部門檢定)。而核子皮帶秤國外產品的介紹一般比較保守，如美國拉姆齊(Ramsey)公司和德州核子(Texas Nuclear)公司的準確度指標為試驗物料量的±(1~3)%(即當量精確度)；美國伽瑞公司的準確度指標為滿值的±1%(即滿值精確度)；英國愛弗里(Avery)公司介紹在校驗設備完善和運行條件良好的情況下的準確度指標為滿值的±0.5~1.0%(即滿值精確度)；德國波索爾德(Berthold)準確度指標為±(0.5~1.5)%，作者認為國外產品的這些指標較令人信服。這里提到了當量精確度和滿值精確度，接觸過檢定的同志都知道，當量精確度要求比滿值精確度的要求高得多，比如說在20%瞬時流量量程時滿值精確度允許的誤差值就是當量精確度的5倍，而電子皮帶秤、核子皮帶秤標準中規定的均是當量精確度，這是計量器具常常采用的準確度表示方法，國外核子皮帶秤生產廠多數把核子皮帶秤看成普通儀表，所以采用儀表常用的滿值精確度表示方法。對核子皮帶秤來說，在國家計量檢定規程JJG811-93中規定的20~100%瞬時流量范圍內始終能保持秤的準確度通常有較大的難度。武漢南方核儀表公司GGF-2102型智能核子秤的說明書上明確指出：“流量起伏在滿標70~100%時累計誤差小于±1%”。深圳吉立電氣公司在其用戶使用報告中列出設計、選型和生產操作時應注意的問題時說：“當物料輸送量均勻、物料堆比重和黏度變化不大而稱重物料荷重為滿值的70~100%時，重復性誤差可達±0.5%，如果物料堆比重變化很大或輸送機上負荷很低時，稱重誤差可達±(0.5~3)%”。作者認為這些說法是比較客觀的。
對電子皮帶秤來說，流量越大，通常可達到更高的精確度，而對核子皮帶秤來說，由于放射源強度的限制，在大流量、高負荷的情況下，透過物料被探測器接收的射線強度太弱，這無疑影響了測量準確度。北京核儀器廠QBNW-1型核子皮帶秤規定了荷重范圍是30~ 180kg/m，石家莊404廠SY-5500智能式核子皮帶秤規定了荷重范圍是3~ 100kg/m。其他廠的產品也應有類似的規定，只不過這些廠家沒有將它們寫進說明書。
因電子皮帶秤稱重原理是通過皮帶測量物料重量，所以皮帶輸送機的狀況，如皮帶張力、皮帶硬度、皮帶跑偏、托輥未校準、托輥偏心等對稱量準確度影響很大。核子皮帶秤是通過射線吸收原理進行測量，上述因素中除皮帶跑偏外，其余因素對核子皮帶秤的測量影響非常小。而物料特性的變化，如品種、成分、含水量、在皮帶上斷面形狀的變化都對測量準確度有影響，例如稱量物料由煤改為礦石甚至煤矸石時，都需要重新進行校準。當物料含水量變化±10%時，資料介紹可能引起±0.5%的誤差，當稱量物料煤中矸石含量變化±10%時，資料介紹可能引起±1.0%的誤差，但這些因素對電子皮帶秤的影響又很小。
當然，電子皮帶秤的產品準確度和其實際使用準確度是兩回事，用電子皮帶秤生產廠家的說法是使用準確度“取決于”電子皮帶秤的安裝質量和維護水平，而正是“取決于”這3個字應該引起用戶的警覺。在安裝質量好、維護制度健全、校驗設施齊全、操作精心的條件下，電子皮帶秤可以達到±0.5%或更高的準確度，如現在國內多數大電廠燃煤計量所使用的電子皮帶秤。但如果安裝不好或維護工作粗放，電子皮帶秤的使用準確度將大大下降，±3%、±5%甚至百分之十幾的誤差都可能出現。核子皮帶秤雖然準確度難以優于±1%(當量精確度)，但在皮帶輸送機運行狀況差及幾乎無人維護的情況下，卻大體可以維持初期的準確度，例如滿值精確度±(1~ 3)%。
80年代后期曾有過一次雙方比試的機會，在某港口原煤計量的同一條皮帶輸送機上安裝了3臺皮帶秤，由市計量局主持進行出證考核鑒定，鑒定結果是成都科學儀器廠生產的GGP-50多托輥電子皮帶秤、湖南計算機廠生產的WPC多托輥電子皮帶秤不經調整可以達到±0.5%的準確度，而國內某著名高校生產的核子皮帶秤卻難以達到±1.0%的準確度指標。
因此，就準確度來說，電子皮帶秤的準確度通常較高，但它要求精心維護，否則很難保證穩定的高準確度。核子皮帶秤的準確度一般，但相對來說比較穩定。
二、 安裝及維護
多數電子皮帶秤(特別是準確度稍高的秤)秤架龐大、復雜，如多托輥電子皮帶秤中帶平衡重的雙杠桿式秤架，重量往往超過1000kg，安裝時還要對輸送機的支架及縱梁進行加固。安裝位置的選擇非常關鍵，通常要求在皮帶張力小及張力變化小的地方安裝，安裝時還要停皮帶輸送機。
核子皮帶秤的秤體小巧，搬運及安裝工作量小，從安裝要求上講，可以說不講究，只要簡單地固定在皮帶機縱梁上就可以了，安裝空間大約只需300mm就夠了，安裝時甚至可以不停皮帶輸送機。
從維護方面看，電子皮帶秤的使用準確度受“取決于”這一限制條件，要保證皮帶張力恒定、皮帶不跑偏、秤架不積灰、托輥校準好等運行條件，需要操作者精心維護并定期進行模擬校驗或實物校驗。我們可以這樣說：電子皮帶秤的準確度要求越高，維護工作越頻繁，維護工作量也越大。
相比之下，核子皮帶秤對維護工作的要求就比較少，除了在皮帶下方的探測器(或射源)的積灰影響準確度外，其余部分不需要經常維護，只是每月用校驗板進行模擬校驗即可，而用校驗板進行模擬校驗遠比電子皮帶秤采用掛碼、滾鏈校驗簡單。
由此可見，就安裝和維護來看，核子皮帶秤占有明顯優勢。
三、 費用
目前國產電子皮帶秤的價格根據準確度要求、秤架結構型式的差別和顯示儀的不同，大約在2~5萬元之間；國產核子皮帶秤的價格基本與此相當，進口產品的價格約高1~1.5倍。
電子皮帶秤的安裝費用肯定要貴一點，維護費用雖不起眼，但時間長了也是一筆很大的支出，這方面核子皮帶秤仍占優勢。但核子皮帶秤也存在需配置輻射劑量測量專用儀器、定期檢查身體、發放特殊保健、申請使用合格證等多項費用。
由上述可知，費用方面兩者相差不大，核子皮帶秤可能稍占優勢。
四 、安全
電子皮帶秤不存在安全問題。
核子皮帶秤裝有核輻射源，核輻射源通常采用銫（CS137），其輻射強度對點狀射源一般為3.7×109貝可(100毫居里)，對線狀射源一般為6×108貝可(16毫居里)，只比一般γ射線密度計射源強度稍大。但核子皮帶秤對射線防護已作了周密的考慮，如配有體積較大的鉛射源罐、射線關斷開關、防輻射板等。秤體周圍的射線劑量事先經過計算，安裝后又要經過衛生、防疫、公安部門檢定，當檢定合格，發放使用合格證后才能使用。更何況防護標準是按長時間在輻射區域工作制定的，而通常秤的維護人員在輻射區域工作的時間是很短的。使用核輻射儀表的確存在安全問題，作者認為在使用過程中要由用戶倒裝射源的應用(如在容器內安放裸源以測量料位)是有一定危險性，但對于核子皮帶秤這樣放射源始終放在鉛罐中的應用，則認為是非常安全的，所以，對使用核子皮帶秤我們不應該有恐懼心理。
昆明中輕依蘭公司從德國引進成套設備，并配套引進數百臺核輻射儀表。該廠曾設有一個同位素班，專門負責核輻射儀表的維護及安裝工作，投產20年來，核輻射儀表的投運率幾乎是100%，同時還增加了1臺進口、5臺國產核子皮帶秤，這些儀表在生產中發揮了重要作用，而維護人員的健康狀況也令人滿意。
當然，由于核輻射知識普及不夠，不僅一般工人、領導干部顧慮重重，有時連技術人員也有些疑慮。我們在工程設計中選用的核輻射儀表，雖然事先已征得甲方同意，但在現場施工時，仍出現因個別領導不同意而取消的事例。與中輕依蘭公司相鄰的某大型企業，雖然對中輕依蘭公司核輻射儀表的應用也有所了解，但終因部分領導干部、技術人員的反對，長時間未能作出購買核輻射儀表的決策。
這說明我們在選用核輻射儀表之前，面臨的是宣傳核輻射儀表知識的問題；選用核輻射儀表之后，面臨的是深入普及宣傳及建立核輻射儀表使用安全防護制度的問題。
對安全問題，作者有以下看法：
(1)使用核子皮帶秤是安全的；
(2)核子皮帶秤使用之前，要向全體工作人員普及核輻射儀表知識及防護知識；
(3)使用核輻射儀表應有完善的規章制度和嚴格的安全防護措施，訂購核輻射儀表之前，要向衛生、防疫、公安部門提出申請并取得同意，安裝后要經衛生、防疫、公安部門審查并發放使用合格證后方可使用；要配備專用的輻射劑量檢測儀表并指定專人負責維護工作，工作人員享受特殊保健并需定期檢查身體。
五 、結束語
電子皮帶秤和核子皮帶秤，究竟誰優誰劣？
本文試圖對此作出答復，但似乎又沒有給讀者一個明確的答案，原因在于各種產品性能的比較離不開具體環境。作者列出以下幾條選型思路供讀者參考：
(1)使用現場相關人員對核輻射儀表有一定的了解，上上下下都贊同使用核輻射儀表，這是選用核輻射儀表的前提條件；
(2)皮帶輸送機輸送單一物料、物料成分變化小、含水量變化小、塊度小、在皮帶上的斷面形狀基本固定、負荷適中且負荷變化小于±30%，這樣一些條件是選用核子皮帶秤的必要條件；
(3)皮帶輸送機本身條件不好，如皮帶過長或過短(甚至安裝秤架的空間只有300mm)、皮帶張力特別大或張力變化特別大、皮帶機傾角不是固定的、皮帶機帶卸料小車、鋼絲繩芯皮帶機等等，宜選用核子皮帶秤；
(4)要求維護量小，并具備選用核子皮帶秤的前提條件和必要條件的場合可考慮選用核子皮帶秤；
(5)計量準確度要求高于1.0級的場所，不宜選用核子皮帶秤。當上述選用核子皮帶秤的必要條件不能完全滿足時，核子皮帶秤的使用準確度只能達到2.0級或更差；
(6)核輻射儀表最好能形成一定的規模，起碼近期規劃中應該是這樣的。一個工廠如果只有一兩臺核輻射儀表，為此配備專用的射線監測儀表和由專人負責維護工作似乎不合算。
綜上所述，核子皮帶秤采用了非接觸式測量原理，可以避免電子皮帶秤需通過皮帶進行物料荷重測量所涉及到的一系列問題。但核子皮帶秤也因其射線吸收原理帶來另外一些問題。因此，某些核子皮帶秤生產廠家有關“核子皮帶秤全面替代電子皮帶秤”的廣告宣傳詞，只是這些廠家的一廂情愿。客觀地說，核子皮帶秤只是電子皮帶秤的補充，它一直未能成為也不可能成為皮帶秤的主流產品，它的定位只是為用戶在電子皮帶秤之外提供了另外一種選擇的余地，國內核子皮帶秤20年的發展歷史也說明了這一點。
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