紅外碳硫分析儀檢測系統不穩定影響因素探討

紅外碳硫分析儀檢測系統不穩定影響因素探討
摘要紅外碳硫分析儀檢測系統的不穩定性直接影響被測物質分析結果的準確性。針對紅外碳硫分析儀的
結構特點，結合其工作原理，從工作電源、紅外光源、斬波馬達、紅外線檢測器、前置放大器、A／D轉換板等幾部分對不
穩定因素進行了分析探討，并提出了解決問題的思路，對提高儀器的維護效率具有重要的指導意義。
1 引言                           
紅外碳硫分析儀是冶金與機械行業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
統是碳硫儀的心臟，保證檢測系統輸出（基線）穩定是非常重要的，但影響檢測系統不穩定因素很多，對操作和維修人員的技術要求也相應較高。分析與探討影響檢測系統的不穩定因素，對該儀器設備的維護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不穩定因素一直是困擾許多用戶的難題。經過長時間的研究與探索，對這類設備維修積累了寶貴的經驗，為設備利用率的提高，科研與生產任務的順利完成，以及紅外碳
硫分析儀的維護打下了良好的基礎。
2 儀器工作原理
的氧化產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的混合氣體一并進入加熱催化爐中，經過催化爐催化轉換CO—c0 ，s0：一s0，這種混合氣體經過除硫試劑管后，導入碳檢測池測定碳，殘余氣體通過分析儀排放到室外。碳和硫檢測器輸出經前放、A／D轉換送入微機系統進行數據處理，*終得出碳和硫的百分含量。
樣品導入高頻爐，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 不穩定影響因素分析
被測物質信號與檢測系統中的工作電源輸出值、紅外源輻射功率、斬波馬達頻率、紅外光檢測器、A／D模數轉換器、以及外部干擾因素都有很大關系，影響其系統的原因如下。
3．1工作電源
檢測系統工作電源有±15V、5．5V、24V、5V，它是保證檢測系統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為：
（1）部分器件老化，造成輸出值不穩定，紋波大。正常情況電源輸出允許波動范圍應在±10％內，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電壓與正常值進行對比，可找出損壞元件。
3．2紅外光源
紅外光源發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，當低于正常范圍時儀器將報警。
（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致接觸**。由于接觸電阻發生變化，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
斬波馬達是將光信號調制成具有一定頻率的信號送人到檢測器，這樣設計是把紅外光信號斬波成方波信號，確保信號經電路放大后的穩定性。因此，馬達工作不正常，將引起檢測器信號輸出小甚至無輸出，主要有以下原因：
（1）斬波馬達不轉動；其一是工作電源故障，其二是斬波馬達轉動軸卡住。
（2）由于馬達長期轉動磨損，軸套間隙大，馬達葉片轉動不穩定，甚至葉片碰到檢測池池壁受阻、卡住。
（3）斬波馬達工作調制頻率脫離正常值，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鍵部件，通過紅外線輻射把光信號轉換成電信號，正常工作情況下應
 
現代科學儀器2008 2
保證環境溫度穩定，避免干擾信號。易出現的情況是：
（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）器件焊點氧化、虛焊接觸**，輸出信號不穩定。
3．5前置放大器
前置放大器將檢測器輸出的微弱信號進行放大、濾波、直流放大。該系統每部分的微小變化都將引起放大器的變化J，*易發生的問題主要有以下幾方面。
（1）微信號放大器性能下降。檢查時應主要關注濾波電容，接地是否良好。
（2）調零電位器、增益調節電位器接觸**。使用一段時間后將電位器左右旋轉幾下，確保接觸良好。
（3）四運放放大器放大倍數降低，造成后續分析結果偏低。
3．6 A／D轉換板
電壓信號通過16轉1芯片進行信號采集，再經A／D芯片轉換為數字信號并送人計算機進行處理，這個過程易產生干擾信號，導致系統監視窗口觀察工作條件、樣品檢測積分過程及計算受到影響，主要原因是：
（1）A／D轉換板的器件老化質量下降，造成干擾信號增加，數字信號紊亂。
（2）儀器接地不好，外界干擾信號，導致采集數據遺漏。
（3）A／D轉換板與總線插槽接觸**，導致采集數據丟失。
4 結論
通過對不穩定影響因素的分析，對電子器件老化、性能下降所帶來的信號輸出值不穩定或無輸出，紋波大，輸出信號噪聲大，采集數據遺漏或丟失等一系列問題的解決及提高設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高新技術產品、***重點新產品，已申請國家發明**，**號ZL200610096782.9，申請實用新型**，**號ZL200820033619.2，申請軟件著作權，登記號：2006SR15750
該儀器采用高頻感應爐配合紅外碳硫分析系統，能快速、準確地測定普碳鋼、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。該產品采用國際國內先進技術，是集光機電、計算機、分析技術于一體的高新技術產品，多項技術國內**。
 
一、主要技術參數：
1、測量范圍：碳：0.00001-10.0000%（可擴至99.999%）
硫：0.00001-0.3500%（可擴至99.999%）
2、分析時間：一般在35秒左右（不含取樣、稱樣時間）
3、分析誤差：準確度及精密度
準確度：碳符合ISO9556-94標準   硫符合ISO4935-94標準
精密度：符合國家計量檢定規程JJG395-97標準
4、高頻感應爐燃燒功率：2.5KVA-3.5KVA（可調）   振蕩頻率：20MHz
5、電子天平：進口 稱量范圍0-100g  讀數精度0.001g
6、計 算 機：主流機型 戴爾品牌 19寸液顯
7、工作電源：AC220V   50H
 
二、主要特點：
1、Windows全中文操作界面，具備靈活的視窗操作系統，操作方便，極易掌握。
2、動態顯示分析過程中的各項數據和碳硫釋放曲線。
3、進口電子天平聯機操作，不定量稱樣。
4、整機基于PCI總線的集成化控制和數據采集，穩定性高，響應速度快，可靠性好。
5、采用了低噪聲、高靈敏度、高穩定性、抗干擾的紅外檢測器。
6、軟件新穎、功能齊全、具有通道選擇、斷點數據、系數校正、曲線復顯、參數管理、開關診斷、空白校正等多種功能。
7、分析碳硫兩個元素各有16個通道，共32個通道，可任意搭配，選擇范圍寬?！?br>8、高頻感應爐輸出功率大，且功率可調，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果的影響。
9、整機關鍵部件均采用進口器件，保證了儀器的穩定性和高品質。