测灰仪 国产 型号:ZZ-89
库号：M377770
一、背景和现状
为发展我国核科学事业，于1956年在清华大学成立了工程物理系。近50年来，清华大学工程物理系为培养了大批核科技人才，被誉为‘我国核科技人才的摇篮’；同时，在科研上也为民用核技术的应用作出了贡献。例如，工矿企业普遍应用的辐射型检测仪表，如γ料位计、核子秤等，以及近年推出的“同方威视集装箱检测系统”都是由清华大学工程物理系研制成功的创新产品。
早在1982年，清华大学工程物理系开展了“煤炭灰分在线测量”的研究，凭借在核科技领域的技术地位，开发出国内*的动态煤灰分测量的关键技术。历经二十多年的科研开发和成果转化，先后研制成功“ZZ-89A型在线测灰仪”（以下简称“A型测灰仪”）和“ZZ-89B型离线快灰仪” （以下简称“B型快灰仪”）两种产品。
自1996年，ZZ-89系列测灰仪迈上批量生产、规模应用的新台阶以来，以其优异的逐渐获得市场认可，销售量逐渐增长，而维修率却逐年减少，2002年已减低到“2天/年*台”以下。应用于很多厂、矿的煤灰分在线、快速检测，取得很好效果，被各采用单位誉为选煤操作的‘眼睛’，生产管理和考核的‘好帮手’。
应用实践表明，ZZ-89系列清华测灰仪是近年来清华大学一个成功地实现了科研成果转化，并深受用户欢迎的高科技创新产品；有很大推广应用价值，完可以替代国外进口的同类设备；是大中型煤炭企业实现技术进步，稳定产量所*的关键设备。
二、ZZ-89系列测灰仪的基本
1．方案合理，技术，测量准确度高
① 采用合理的中、低双能量 g 重叠射线束透射方案；
② 具有国内*的动态煤灰分的在线检测技术，能准确测定厚度随机变化的动态煤流的灰分，这是ZZ-89系列测灰仪有很高测量准确度的基础；
③ 具有薄煤流的灰分测量技术，能准确测定平均厚度不到3厘米的动态煤流的灰分（国外同类产品规定，煤流厚度小于5厘米时即不予测量），所以A型测灰仪能适用于煤处理量少的单位，应用范围比国外同类产品更广；
④ 具有γ束对部煤样实行扫描测量的技术,因而B型快灰仪的单次测量的可信度高（即对一个煤样的多次测量的*性好）；
由于有这些技术，使得在各种实际应用情况下，‘A型测灰仪’和‘B型快灰仪’都有很好的测量准确度。事实上，ZZ-89系列测灰仪的测量误差仅仅只取决于被测煤的元素组成稳定情况，测量设备本身的误差很小，可以忽略。
2．工作稳定、可靠，耐用性好
① 以‘追求*’的清华精神，坚持质量*，别重视产品的可靠性，这是保证ZZ-89系列测灰仪耐用、可靠的思想基础；
② 关键部件是由清华大学工程物理系的师生自行设计的，凭借清华大学的技术实力，能及时跟踪并采用上电子技术和器件的成果，这是保证清华测灰仪耐用、可靠的技术基础；
③ 具体设计上，采取了综合技术措施来提高对恶劣环境的耐受能力，并不断改进，从而保证清华测灰仪能在煤炭企业实际环境条件下，长时间稳定工作；
④ 通过生产实践，逐步建立起一个高效率、高水平的生产，并培养了一支测灰仪的生产、安装和售后服务的专业队伍，在人员素质上保证ZZ-89系列测灰仪具有高；
从以上诸方面，保证了无论是‘A型在线测灰仪’还是‘B型离线快灰仪’，在各种实际应用条件下都能可靠地运行。单台的年平均维修工作日已降低到2天以下。
3．颇具色的辅助功能
ZZ-89系列测灰仪的功能，是在总结长期现场工作经验基础上设计的，并随时听取用户的建议，不断完善，所以功能是十分周到、齐的。ZZ-89系列测灰仪除了具备煤灰分在线测量（或快速离线测量）的基本功能外，还有一些颇具色的辅助功能。实践表明，这些功能不但有效地简化了维护工作，方便用户使用测灰仪，而且，增强了适应性，明显提高了整机性能。下面列举若干条：
① 自动对测量仪器慢漂移变化和放射源随时间衰减进行校正的功能；
② 通过查询“标准测块的灰分”，能迅速而直观地检查测灰仪的工况；
③ 实现对放射源铅罐和标准测块表面积灰的自动清扫；
④ 所有测得的数据长期保存在计算机中，可以随时根据需要，按即时的“十分钟灰分”、累计的“区间灰分”、“小时灰分”和“日灰分”等多种方式查询；
⑤ 可测多种煤的灰分，对每一种煤预先存储一组煤种参数，所以改变被测煤种时，操作很简单。用户可自行增设新的煤种参数，种数没有严格限制；
⑥ 能远距离向现场操作工人显示测量结果；
⑦ 探测器箱设有恒温功能，既有利设备的稳定性，又能有效防止潮湿的影响；
⑧ 计算机屏幕显示是中文显示，界面友好，简便易学；
以上是A、B两种测灰仪共有的， A型测灰仪还有以下一些功能：
① 能根据皮带运行状况自动决定灰分仪的工作状态，运行自动化；
② 有两路4-20mA恒流源，输出灰分信息，根据需要4-20mA模拟输出可以转换为0-10V，0-5V等其它标准信号，输出均实现光电隔离；还能以串行通信方式，输出灰分、煤流量、被测煤种、批号等更多的信息；与自动控制系统相联很方便；
③ 可以在远处接LED灰分显示器（这时将占用一路4-20mA输出），及时向操作工人显示灰分数据；
④ 考虑选煤厂工人清扫的习惯，2002年以后生产的测灰仪C形架采取防水措施；
4.辐射安性好
由于ZZ-89系列测灰仪所用的放射源能量低，容易屏蔽、被阻挡住；而且选定的放射源活度小，大约只有一般核子秤所用放射源的十分之一；铅屏蔽容器设计的安系数大。经北京市放射卫生防护所检测鉴定，符合（GB14052—93）中zui安的第4级要求。事实上，在离放射源屏蔽容器大约１米处，测量到的辐射剂量水平与一般居室内的水平相近。
三、ZZ-89系列测灰仪的构成
1. A型测灰仪基本构成和尺寸
A型测灰仪由C形探测器架（传感器部分，安装在现场）和仪表柜（数据处理部分，安置在机控室）所组成，两者由穿以屏蔽、保护铁管（铁管由用户自备）的四条长电缆相联。C形架和仪表柜的结构图如下
1. 放射源屏蔽铅罐; 2. g-射线探测器箱; 3.动力箱; 4.背挂电器箱;
5. 旋转圆轴; 6. 计算机的显示器; 7. 灰分仪主机箱；
8. 工业控制计算机安放处; 9. 净化电源;
图上标明了主要尺寸（mm）：
⑴．C形架外形尺寸
H1 C形架高度
1730.
L1
C形架长度
1000
D1
C形架宽度
430
⑵. 仪表柜外形尺寸
H2
仪表柜高度
1600
D2
仪表柜宽度
600
L2
仪表柜深度
650
⑶．相互关系尺寸
G1
上带与下带的间距
应 >320
H4
C形架下臂距地面
620
L4
旋转轴与g-束间距
800
⑷．C形架安装尺寸
H0
C形架安装高度空间
>2000
L0
皮带中心离墙壁
>1500
D0
C形架安装长度空间
1300
2. B型快灰仪的基本构成和尺寸
如图所示，B型快灰仪由扫描机柜（传感器部分）和仪表柜或仪表桌（数据处理部分）组成。安置在相邻的总面积约20--30平方米的两个工作室内，互相用电缆相联。图中以数字标明了主要部件：
1. 放射源屏蔽铅罐（图上看不到）； 2. g-探测器箱； 3. X方向驱动电机（Y向电机看不到）；
4. 煤样品桶； 5. X、Y方向驱动螺杆； 6. 计算机的显示器；
7. 灰分仪主机箱； 8. 工业控制计算机安放处； 9. 净化电源;
图上标明了主要尺寸（mm）：
⑴ 扫描机柜外形尺寸
H3
扫描柜高度
1500
L3
扫描柜深度
1200
D3
扫描柜宽度
800
⑵ 仪表柜外形尺寸
H2
仪表柜高度
1600
D2
仪表柜宽度
600
L2
仪表柜深度
650
四．ZZ-89系列测灰仪的主要技术指标
1．测灰仪自身的测量误差 （这个指标对A型测灰仪和B型快灰仪都适用）
自身测量误差是通过测量标准测块（一个固定的测量对象），统计所测得的若干小时“10分钟灰分”的均方根误差来表示，ZZ-89系列测灰仪本身的测量误差好于0.12%，在实际测量煤炭灰分时，它对总误差的影响可以忽略
2．长期稳定性 （这个指标对A型测灰仪和B型快灰仪都适用）
测灰仪能长时间不间断工作。在设备上电24小时（使它处于稳定工作）后，连续测量标准测块的灰分，任取其中连续8小时的 “10分钟灰分”数据，并求得平均值，那么8小时中任意一个“10分钟灰分”与平均值之差，不会大于±0.5% 。
3．实际测量煤时的测量误差
①．A型测灰仪的测量误差确定方法
A型测灰仪实际测量动态煤流灰分时的测量误差，通过比对实验确定。具体做法如下：在实际生产情况下，以10分钟为一个时间段（时间段数目应大于20个）。每个时间段内，在测灰仪测量煤流的同时，以尽可能高的频率等时间隔地采样，并按序交错地放入两个样品袋，得到两个平行煤样。用这两个平行样的化验灰分平均值，作为该时间段的化验灰分。求得化验灰分值与对应的测量值的差值，统计差值的均方根误差，是针对这种煤测灰仪的测量误差。而且，从平行煤样的化验灰分值之差的平均值，可检验采、制、化误差的大小。
②．B型快灰仪测量误差的确定方法
B型快灰仪实际测量煤样时的测量误差，通过比对实验确定。具体做法如下：按实际条件，取20多个煤样，用快灰仪测得它们的灰分值。然后，缩分、化验这些煤样，得到它们的化验灰分值。求得每个煤样的化验灰分值与快灰仪测量值之差值，统计这些差值的均方根误差，是对这种煤快灰仪的测量误差。
③．影响测量误差的主要因素
测量误差不同程度地受以下因素影响，：
· 被测煤的元素组成及其含量的变化，尤以铁元素含量的波动影响zui大；
· 采、制、化误差的影响，该误差被叠加在总误差中。对A型测灰仪，测精煤时，一般采、制、化误差可控制在0.25% 以下，对总误差影响不大；但测原煤时，往往采样误差比较大，应考虑其影响，计算总误差时应予扣除。对B型快灰仪，总误差中不含采样误差，只含制样、化验误差，一般比较小；
· 对A型测灰仪，煤流厚度有影响。当质量厚度小于2.5克/cm2时，g 射线与煤作用不够；煤层厚度大于25克/cm2时，g 射线被煤衰减过多。都会引起测量结果不准确；
· 水分变化对测量结果影响不大。对精煤，水分每变化1%，将会使测量灰分值变化0.05%到0.1%（与煤质有关）。测原煤时水分的影响要大一些。
· 被测煤的粒度情况对测量误差影响不大。
总之，对ZZ-89系列测灰仪来说，无论是用B型快灰仪扫描测量煤样灰分，还是用A型测灰仪测量动态煤流的灰分，测量误差事实上仅仅只取决于被测煤元素组成的稳定情况。
④ 测量精度的具体大小
根据历年来积累的资料，针对我国煤质情况，清华测灰仪的测量误差如下：
· 对精煤, 测量误差一般在0.3 % 到0.5 % 范围；
· 对低灰分原煤（灰分<25 %）， 测量误差一般在1.0% 到1.5% 范围；
· 测量高灰分原煤（灰分<45 %）时， 测量误差一般为1.5% 到2% 范围；
但根据煤质情况，有时测量误差会小于或过上述范围。
须强调，测量误差是针对“10分钟测量时间”、或“单个煤样”而言的偶然误差，它从统计意义上给出测得的“10分钟灰分”瞬时值，或“单个煤样”值与客观真值偏离的情况，对ZZ-89系列测灰仪来说，它仅仅反映了煤质的涨落变化。所以，这一指标不作为设备验收时的依据。
4．测量结果的准确性
在实际生产管理中，更关心的是一列火车煤，一个生产班生产的煤，甚至是一个月外运煤的灰分情况，这是与系统误差相的准确性问题。系统误差是可以设法减小的，在实际使用测灰仪时，经常用这些比较长时间段的综合煤样灰分为基准，与“区间灰分”作比较并作出零点调整，来保证生产煤的灰分准确性，这一工作称为“经常性比对”。由于煤质的涨落变化在长时间内得到平均，准确性会比上面3．④中给出的测量误差小，做好“经常性比对”工作，可以提高灰分测量结果的准确性。
5．多次测量的*性（即一次测量可信度，适用B型快灰仪的指标）
清华ZZ-89B型快灰仪具有独的‘扫描测量’技术，在测量时，煤样桶中的煤几乎都受到γ射线束的扫视，因此即使灰分分布很不均匀的煤样，多次重新装桶的测量结果也能很*，或者说一次测量结果很可信，大大方便了实际使。
多次测量的*性是这样衡量的：取若干个煤样（也可以取一个煤样），对每个煤样作多达20次以上重新装桶测量，得到每个煤样测量结果的均方根误差，取这些均方根误差的平均值（也可以用一个煤样的均方根误差）是多次操作*性。B型快灰仪的多次测量*性一般约为0.30%，而没有扫描测量技术的定点测量，则要比它大三倍以上。
注：对已经采用清华ZZ-89系列测灰仪的用户无需配置密度模块，可以利用测灰仪的测量结果，实现高精度的在线称重系统。
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