核子皮带秤和电子皮带秤的比较

核子皮带秤和电子皮带秤的比较

就国内固体物料连续计量设备来说，上世纪50、60年代是以机械式皮带秤为主，60年代末电子皮带秤开始使用，随后迅速占领了整个市场，全面取代了机械式皮带秤。从1984年起，首都钢铁公司、内蒙古包头第一热电厂、上海吴泾化工厂引进了美国伽瑞(Kay-Ray)公司的核子皮带秤后，电子皮带秤一统天下的局面被冲破了。核子皮带秤以较快的速度发展，不仅国外核子皮带秤的生产厂商争先恐后来华推销产品，国内有关大专院校、科研院所、工厂也蜂拥而上，相继研制生产各类核子皮带秤。
核子皮带秤和电子皮带秤都是对皮带输送机输送的物料进行计量的一种设备。两者共同之处是：为了得到所输送物料的重量流量，都要检测皮带的物料荷重和皮带的速度信号，然后将两个信号相乘得到瞬时流量，再经积分或累加运算得到一段时间内输送物料的重量累计值；检测皮带速度的方式相同，都是采用磁阻脉冲式、光电脉冲式之类测速传感器。两者不同之处是：核子皮带秤是通过物料对射线的吸收来确定荷重信号，而电子皮带秤是通过对设定长度上的物料重量进行称量来确定荷重信号。
就国内大多数工厂来说，目前使用的仍然是电子皮带秤，他们对核子皮带秤取观望态度：一方面收集核子皮带秤的资料，去核子皮带秤使用现场参观，请教这方面的专家；另一方面在心里盘算：谁优谁劣？
对这个问题，很难用几句话来回答。作者愿意就以下几点与读者交换意见。
一准确度
作为计量仪表，准确度当然是很重要的。
电子皮带秤的准确度按1995年5月5日批准、于1995年12月1日实施的“电子皮带秤”国家标准GB/T7721-1995规定，分为0.25、0.5、1.0、2.0四个等级，其最大动态累计误差在新安装时则分别为±0.125%、±0.25%、±0.5%、±1.0%，使用中分别为±0.25%、±0.5%、±1.0%、±2.0%，也就是说，最差的秤在新安装时最大动态累计误差也不会超过±1.0%，而国内已有多家工厂的产品通过了0.25、0.5这样较高等级准确度的测试。

核子皮带秤目前只有国家计量检定规程JJG811-93，它是1993年2月3日批准、1993年6月1日实施的，其准确度等级分为1.0、2.0两个等级，其最大动态累计误差在新安装时分别为±0.5%、±1.0%，使用中分别为±1.0%、±2.0%。为什么不规定更高准确度等级呢？起码是规程的编制者认为在当前及近期内无此必要，由此可间接说明核子皮带秤比部分高准确度电子皮带秤准确度要低。
国内核子皮带秤的生产厂几乎毫无例外都声称其准确度为±1.0%(实际其中大部分并未通过有关计量部门检定)。而核子皮带秤国外产品的介绍一般比较保守，如美国拉姆齐(Ramsey)公司和德州核子(Texas  Nuclear)公司的准确度指标为试验物料量的±(1~3)%(即当量精确度)；美国伽瑞公司的准确度指标为满值的±1%(即满值精确度)；英国爱弗里(Avery)公司介绍在校验设备完善和运行条件良好的情况下的准确度指标为满值的±0.5~1.0%(即满值精确度)；德国波索尔德(Berthold)准确度指标为±(0.5~1.5)%，作者认为国外产品的这些指标较令人信服。这里提到了当量精确度和满值精确度，接触过检定的同志都知道，当量精确度要求比满值精确度的要求高得多，比如说在20%瞬时流量量程时满值精确度允许的误差值就是当量精确度的5倍，而电子皮带秤、核子皮带秤标准中规定的均是当量精确度，这是计量器具常常采用的准确度表示方法，国外核子皮带秤生产厂多数把核子皮带秤看成普通仪表，所以采用仪表常用的满值精确度表示方法。对核子皮带秤来说，在国家计量检定规程JJG811-93中规定的20~100%瞬时流量范围内始终能保持秤的准确度通常有较大的难度。武汉南方核仪表公司GGF-2102型智能核子秤的说明书上明确指出：“流量起伏在满标70~100%时累计误差小于±1%”。深圳吉立电气公司在其用户使用报告中列出设计、选型和生产操作时应注意的问题时说：“当物料输送量均匀、物料堆比重和黏度变化不大而称重物料荷重为满值的70~100%时，重复性误差可达±0.5%，如果物料堆比重变化很大或输送机上负荷很低时，称重误差可达±(0.5~3)%”。作者认为这些说法是比较客观的。
对电子皮带秤来说，流量越大，通常可达到更高的精确度，而对核子皮带秤来说，由于放射源强度的限制，在大流量、高负荷的情况下，透过物料被探测器接收的射线强度太弱，这无疑影响了测量准确度。北京核仪器厂QBNW-1型核子皮带秤规定了荷重范围是30~ 180kg/m，石家庄404厂SY-5500智能式核子皮带秤规定了荷重范围是3~ 100kg/m。其他厂的产品也应有类似的规定，只不过这些厂家没有将它们写进说明书。
因电子皮带秤称重原理是通过皮带测量物料重量，所以皮带输送机的状况，如皮带张力、皮带硬度、皮带跑偏、托辊未校准、托辊偏心等对称量准确度影响很大。核子皮带秤是通过射线吸收原理进行测量，上述因素中除皮带跑偏外，其余因素对核子皮带秤的测量影响非常小。而物料特性的变化，如品种、成分、含水量、在皮带上断面形状的变化都对测量准确度有影响，例如称量物料由煤改为矿石甚至煤矸石时，都需要重新进行校准。当物料含水量变化±10%时，资料介绍可能引起±0.5%的误差，当称量物料煤中矸石含量变化±10%时，资料介绍可能引起±1.0%的误差，但这些因素对电子皮带秤的影响又很小。

当然，电子皮带秤的产品准确度和其实际使用准确度是两回事，用电子皮带秤生产厂家的说法是使用准确度“取决于”电子皮带秤的安装质量和维护水平，而正是“取决于”这3个字应该引起用户的警觉。在安装质量好、维护制度健全、校验设施齐全、操作精心的条件下，电子皮带秤可以达到±0.5%或更高的准确度，如现在国内多数大电厂燃煤计量所使用的电子皮带秤。但如果安装不好或维护工作粗放，电子皮带秤的使用准确度将大大下降，±3%、±5%甚至百分之十几的误差都可能出现。核子皮带秤虽然准确度难以优于±1%(当量精确度)，但在皮带输送机运行状况差及几乎无人维护的情况下，却大体可以维持初期的准确度，例如满值精确度±(1~ 3)%。
80年代后期曾有过一次双方比试的机会，在某港口原煤计量的同一条皮带输送机上安装了3台皮带秤，由市计量局主持进行出证考核鉴定，鉴定结果是成都科学仪器厂生产的GGP-50多托辊电子皮带秤、湖南计算机厂生产的WPC多托辊电子皮带秤不经调整可以达到±0.5%的准确度，而国内某著名高校生产的核子皮带秤却难以达到±1.0%的准确度指标。
因此，就准确度来说，电子皮带秤的准确度通常较高，但它要求精心维护，否则很难保证稳定的高准确度。核子皮带秤的准确度一般，但相对来说比较稳定。
二安装及维护
多数电子皮带秤(特别是准确度稍高的秤)秤架庞大、复杂，如多托辊电子皮带秤中带平衡重的双杠杆式秤架，重量往往超过1000kg，安装时还要对输送机的支架及纵梁进行加固。安装位置的选择非常关键，通常要求在皮带张力小及张力变化小的地方安装，安装时还要停皮带输送机。
核子皮带秤的秤体小巧，搬运及安装工作量小，从安装要求上讲，可以说不讲究，只要简单地固定在皮带机纵梁上就可以了，安装空间大约只需300mm就够了，安装时甚至可以不停皮带输送机。
从维护方面看，电子皮带秤的使用准确度受“取决于”这一限制条件，要保证皮带张力恒定、皮带不跑偏、秤架不积灰、托辊校准好等运行条件，需要操作者精心维护并定期进行模拟校验或实物校验。我们可以这样说：电子皮带秤的准确度要求越高，维护工作越频繁，维护工作量也越大。
相比之下，核子皮带秤对维护工作的要求就比较少，除了在皮带下方的探测器(或射源)的积灰影响准确度外，其余部分不需要经常维护，只是每月用校验板进行模拟校验即可，而用校验板进行模拟校验远比电子皮带秤采用挂码、滚链校验简单。
由此可见，就安装和维护来看，核子皮带秤占有明显优势。
三费用
目前国产电子皮带秤的价格根据准确度要求、秤架结构型式的差别和显示仪的不同，大约在2~5万元之间；国产核子皮带秤的价格基本与此相当，进口产品的价格约高1~1.5倍。
电子皮带秤的安装费用肯定要贵一点，维护费用虽不起眼，但时间长了也是一笔很大的支出，这方面核子皮带秤仍占优势。但核子皮带秤也存在需配置辐射剂量测量专用仪器、定期检查身体、发放特殊保健、申请使用合格证等多项费用。
由上述可知，费用方面两者相差不大，核子皮带秤可能稍占优势。

四安全
电子皮带秤不存在安全问题。
核子皮带秤装有核辐射源，核辐射源通常采用铯（CS137），其辐射强度对点状射源一般为3.7×109贝可(100毫居里)，对线状射源一般为6×108贝可(16毫居里)，只比一般γ射线密度计射源强度稍大。但核子皮带秤对射线防护已作了周密的考虑，如配有体积较大的铅射源罐、射线关断开关、防辐射板等。秤体周围的射线剂量事先经过计算，安装后又要经过卫生、防疫、公安部门检定，当检定合格，发放使用合格证后才能使用。更何况防护标准是按长时间在辐射区域工作制定的，而通常秤的维护人员在辐射区域工作的时间是很短的。使用核辐射仪表的确存在安全问题，作者认为在使用过程中要由用户倒装射源的应用(如在容器内安放裸源以测量料位)是有一定危险性，但对于核子皮带秤这样放射源始终放在铅罐中的应用，则认为是非常安全的，所以，对使用核子皮带秤我们不应该有恐惧心理。
昆明中轻依兰公司从德国引进成套设备，并配套引进数百台核辐射仪表。该厂曾设有一个同位素班，专门负责核辐射仪表的维护及安装工作，投产20年来，核辐射仪表的投运率几乎是100%，同时还增加了1台进口、5台国产核子皮带秤，这些仪表在生产中发挥了重要作用，而维护人员的健康状况也令人满意。
当然，由于核辐射知识普及不够，不仅一般工人、领导干部顾虑重重，有时连技术人员也有些疑虑。我们在工程设计中选用的核辐射仪表，虽然事先已征得甲方同意，但在现场施工时，仍出现因个别领导不同意而取消的事例。与中轻依兰公司相邻的某大型企业，虽然对中轻依兰公司核辐射仪表的应用也有所了解，但终因部分领导干部、技术人员的反对，长时间未能作出购买核辐射仪表的决策。
这说明我们在选用核辐射仪表之前，面临的是宣传核辐射仪表知识的问题；选用核辐射仪表之后，面临的是深入普及宣传及建立核辐射仪表使用安全防护制度的问题。
对安全问题，作者有以下看法：
(1)使用核子皮带秤是安全的；
(2)核子皮带秤使用之前，要向全体工作人员普及核辐射仪表知识及防护知识；
(3)使用核辐射仪表应有完善的规章制度和严格的安全防护措施，订购核辐射仪表之前，要向卫生、防疫、公安部门提出申请并取得同意，安装后要经卫生、防疫、公安部门审查并发放使用合格证后方可使用；要配备专用的辐射剂量检测仪表并指定专人负责维护工作，工作人员享受特殊保健并需定期检查身体。
五结束语
电子皮带秤和核子皮带秤，究竟谁优谁劣？
本文试图对此作出答复，但似乎又没有给读者一个明确的答案，原因在于各种产品性能的比较离不开具体环境。作者列出以下几条选型思路供读者参考：
(1)使用现场相关人员对核辐射仪表有一定的了解，上上下下都赞同使用核辐射仪表，这是选用核辐射仪表的前提条件；
(2)皮带输送机输送单一物料、物料成分变化小、含水量变化小、块度小、在皮带上的断面形状基本固定、负荷适中且负荷变化小于±30%，这样一些条件是选用核子皮带秤的必要条件；
(3)皮带输送机本身条件不好，如皮带过长或过短(甚至安装秤架的空间只有300mm)、皮带张力特别大或张力变化特别大、皮带机倾角不是固定的、皮带机带卸料小车、钢丝绳芯皮带机等等，宜选用核子皮带秤；
(4)要求维护量小，并具备选用核子皮带秤的前提条件和必要条件的场合可考虑选用核子皮带秤；
(5)计量准确度要求高于1.0级的场所，不宜选用核子皮带秤。当上述选用核子皮带秤的必要条件不能完全满足时，核子皮带秤的使用准确度只能达到2.0级或更差；
(6)核辐射仪表最好能形成一定的规模，起码近期规划中应该是这样的。一个工厂如果只有一两台核辐射仪表，为此配备专用的射线监测仪表和由专人负责维护工作似乎不合算。
综上所述，核子皮带秤采用了非接触式测量原理，可以避免电子皮带秤需通过皮带进行物料荷重测量所涉及到的一系列问题。但核子皮带秤也因其射线吸收原理带来另外一些问题。因此，某些核子皮带秤生产厂家有关“核子皮带秤全面替代电子皮带秤”的广告宣传词，只是这些厂家的一厢情愿。客观地说，核子皮带秤只是电子皮带秤的补充，它一直未能成为也不可能成为皮带秤的主流产品，它的定位只是为用户在电子皮带秤之外提供了另外一种选择的余地，国内核子皮带秤20年的发展历史也说明了这一点。
本文作者方原柏先生，昆明有色冶金设计研究院教授级高级工程师。