紅外碳硫分析儀檢測系統(tǒng)不穩(wěn)定影響因素探討
摘要紅外碳硫分析儀檢測系統(tǒng)的不穩(wěn)定性直接影響被測物質(zhì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。針對紅外碳硫分析儀的
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合其工作原理，從工作電源、紅外光源、斬波馬達(dá)、紅外線檢測器、前置放大器、A／D轉(zhuǎn)換板等幾部分對不
穩(wěn)定因素進(jìn)行了分析探討，并提出了解決問題的思路，對提高儀器的維護(hù)效率具有重要的指導(dǎo)意義。
1 引言                           
紅外碳硫分析儀是冶金與機(jī)械行業(yè)重要的分析儀器之一，可快速分析鋼、鐵、銅、合金、碳化合物、礦石、水泥、陶瓷、玻璃等固體材料中的碳和硫。檢測系
統(tǒng)是碳硫儀的心臟，保證檢測系統(tǒng)輸出（基線）穩(wěn)定是非常重要的，但影響檢測系統(tǒng)不穩(wěn)定因素很多，對操作和維修人員的技術(shù)要求也相應(yīng)較高。分析與探討影響檢測系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素，對該儀器設(shè)備的維護(hù)以及保障科研工作的正常開展具有重要的意義。多年來，紅外碳硫分析儀檢測系統(tǒng)不穩(wěn)定因素一直是困擾許多用戶的難題。經(jīng)過長時(shí)間的研究與探索，對這類設(shè)備維修積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)備利用率的提高，科研與生產(chǎn)任務(wù)的順利完成，以及紅外碳
硫分析儀的維護(hù)打下了良好的基礎(chǔ)。
2 儀器工作原理
的氧化產(chǎn)物通過除塵和除水凈化裝置后被氧氣載入到硫檢測池測定硫，含有CO：,CO、SO：和0的混合氣體一并進(jìn)入加熱催化爐中，經(jīng)過催化爐催化轉(zhuǎn)換CO—c0 ，s0：一s0，這種混合氣體經(jīng)過除硫試劑管后，導(dǎo)入碳檢測池測定碳，殘余氣體通過分析儀排放到室外。碳和硫檢測器輸出經(jīng)前放、A／D轉(zhuǎn)換送入微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，zui終得出碳和硫的百分含量。
樣品導(dǎo)入高頻爐，在燃燒爐高溫下通過氧氣氧化，使得樣品中的碳和硫氧化為CO：、CO、
3 不穩(wěn)定影響因素分析
被測物質(zhì)信號與檢測系統(tǒng)中的工作電源輸出值、紅外源輻射功率、斬波馬達(dá)頻率、紅外光檢測器、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、以及外部干擾因素都有很大關(guān)系，影響其系統(tǒng)的原因如下。
3．1工作電源
檢測系統(tǒng)工作電源有±15V、5．5V、24V、5V，它是保證檢測系統(tǒng)正常工作的先決條件，這部分電路工作狀況及輸出值不正常的原因?yàn)椋?br />（1）部分器件老化，造成輸出值不穩(wěn)定，紋波大。正常情況電源輸出允許波動范圍應(yīng)在±10％內(nèi)，若超出范圍視為不正常。
（2）部分器件損壞無輸出或輸出波形不對。通過測量電路中主要工作點(diǎn)電壓與正常值進(jìn)行對比，可找出損壞元件。
3．2紅外光源
紅外光源發(fā)射的紅外輻射與光輻射功率成正比。光輻射功率變化直接影響到信號輸出大小的變化，這樣的變化將引起檢測器基線的變化，即紅外輻射有無或大小，檢測器基線將隨之反映出來¨
J。引起紅外光源輻射信號變化的原因有以下幾種：
（1）光源逐漸老化，光輻射減弱，信號輸出低。碳和硫檢測器的基線輸出值也會逐漸降低，當(dāng)?shù)陀谡７秶鷷r(shí)儀器將報(bào)警。
（2）光源加熱絲斷裂或脫焊，無信號輸出。測量光源加熱絲電阻值是否正確（正確值一般為5Q左右）。
（3）光源加熱絲虛焊及電源插頭氧化導(dǎo)致接觸不良。由于接觸電阻發(fā)生變化，信號輸出忽高忽低變化值特別大，這種情況往往被人們忽視。
3．3斬波馬達(dá)
斬波馬達(dá)是將光信號調(diào)制成具有一定頻率的信號送人到檢測器，這樣設(shè)計(jì)是把紅外光信號斬波成方波信號，確保信號經(jīng)電路放大后的穩(wěn)定性。因此，馬達(dá)工作不正常，將引起檢測器信號輸出小甚至無輸出，主要有以下原因：
（1）斬波馬達(dá)不轉(zhuǎn)動；其一是工作電源故障，其二是斬波馬達(dá)轉(zhuǎn)動軸卡住。
（2）由于馬達(dá)長期轉(zhuǎn)動磨損，軸套間隙大，馬達(dá)葉片轉(zhuǎn)動不穩(wěn)定，甚至葉片碰到檢測池池壁受阻、卡住。
（3）斬波馬達(dá)工作調(diào)制頻率脫離正常值，引起通過光孔的光忽大忽小，檢測器的接收信號波動甚至為零。
3．4紅外線檢測器
紅外線檢測器是氣體分析儀的關(guān)鍵部件，通過紅外線輻射把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，正常工作情況下應(yīng)
 
現(xiàn)代科學(xué)儀器2008 2
保證環(huán)境溫度穩(wěn)定，避免干擾信號。易出現(xiàn)的情況是：
（1）器件損壞無輸出信號。
（2）器件老化靈敏度低，輸出信號噪聲大。
（3）器件焊點(diǎn)氧化、虛焊接觸不良，輸出信號不穩(wěn)定。
3．5前置放大器
前置放大器將檢測器輸出的微弱信號進(jìn)行放大、濾波、直流放大。該系統(tǒng)每部分的微小變化都將引起放大器的變化J，zui易發(fā)生的問題主要有以下幾方面。
（1）號放大器性能下降。檢查時(shí)應(yīng)主要關(guān)注濾波電容，接地是否良好。
（2）調(diào)零電位器、增益調(diào)節(jié)電位器接觸不良。使用一段時(shí)間后將電位器左右旋轉(zhuǎn)幾下，確保接觸良好。
（3）四運(yùn)放放大器放大倍數(shù)降低，造成后續(xù)分析結(jié)果偏低。
3．6 A／D轉(zhuǎn)換板
電壓信號通過16轉(zhuǎn)1芯片進(jìn)行信號采集，再經(jīng)A／D芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送人計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，這個(gè)過程易產(chǎn)生干擾信號，導(dǎo)致系統(tǒng)監(jiān)視窗口觀察工作條件、樣品檢測積分過程及計(jì)算受到影響，主要原因是：
（1）A／D轉(zhuǎn)換板的器件老化質(zhì)量下降，造成干擾信號增加，數(shù)字信號紊亂。
（2）儀器接地不好，外界干擾信號，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)遺漏。
（3）A／D轉(zhuǎn)換板與總線插槽接觸不良，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)丟失。
4 結(jié)論
通過對不穩(wěn)定影響因素的分析，對電子器件老化、性能下降所帶來的信號輸出值不穩(wěn)定或無輸出，紋波大，輸出信號噪聲大，采集數(shù)據(jù)遺漏或丟失等一系列問題的解決及提高設(shè)備的利用率起到重要的作用。
 
HX-HW8B型高頻紅外碳硫分析儀是江蘇省*產(chǎn)品、*重點(diǎn)新產(chǎn)品，已申請國家發(fā)明，號ZL200610096782.9，申請實(shí)用新型，號ZL200820033619.2，申請軟件著作權(quán)，登記號：2006SR15750
該儀器采用高頻感應(yīng)爐配合紅外碳硫分析系統(tǒng)，能快速、準(zhǔn)確地測定普碳鋼、高中低合金鋼、生鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、各種鐵合金、硅鐵、錳鐵、鎳鐵、鋰鐵、鉻鐵、稀土金屬、焦炭、煤，爐渣、催化劑、礦石等各種材料中碳硫元素含量。該產(chǎn)品采用*技術(shù)，是集光機(jī)電、計(jì)算機(jī)、分析技術(shù)于一體的*產(chǎn)品，多項(xiàng)技術(shù)國內(nèi)。
 
一、主要技術(shù)參數(shù)：
1、測量范圍：碳：0.00001-10.0000%（可擴(kuò)至99.999%）
硫：0.00001-0.3500%（可擴(kuò)至99.999%）
2、分析時(shí)間：一般在35秒左右（不含取樣、稱樣時(shí)間）
3、分析誤差：準(zhǔn)確度及精密度
準(zhǔn)確度：碳符合ISO9556-94標(biāo)準(zhǔn)   硫符合ISO4935-94標(biāo)準(zhǔn)
精密度：符合國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG395-97標(biāo)準(zhǔn)
4、高頻感應(yīng)爐燃燒功率：2.5KVA-3.5KVA（可調(diào)）   振蕩頻率：20MHz
5、電子天平：進(jìn)口 稱量范圍0-100g  讀數(shù)精度0.001g
6、計(jì) 算 機(jī)：主流機(jī)型 戴爾品牌 19寸液顯
7、工作電源：AC220V   50H
 
二、主要特點(diǎn)：
1、Windows全中文操作界面，具備靈活的視窗操作系統(tǒng)，操作方便，極易掌握。
2、動態(tài)顯示分析過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和碳硫釋放曲線。
3、進(jìn)口電子天平聯(lián)機(jī)操作，不定量稱樣。
4、整機(jī)基于PCI總線的集成化控制和數(shù)據(jù)采集，穩(wěn)定性高，響應(yīng)速度快，可靠性好。
5、采用了低噪聲、高靈敏度、高穩(wěn)定性、抗干擾的紅外檢測器。
6、軟件新穎、功能齊全、具有通道選擇、斷點(diǎn)數(shù)據(jù)、系數(shù)校正、曲線復(fù)顯、參數(shù)管理、開關(guān)診斷、空白校正等多種功能。
7、分析碳硫兩個(gè)元素各有16個(gè)通道，共32個(gè)通道，可任意搭配，選擇范圍寬。　
8、高頻感應(yīng)爐輸出功率大，且功率可調(diào)，適合于各種材料的燃燒分析測試，爐頭自動清掃，可減少粉塵對分析結(jié)果的影響。
9、整機(jī)關(guān)鍵部件均采用進(jìn)口器件，保證了儀器的穩(wěn)定性和高品質(zhì)。