紅外碳硫分析儀檢測(cè)系統(tǒng)不穩(wěn)定影響因素探討

摘要：紅外碳硫分析儀檢測(cè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性直接影響被測(cè)物質(zhì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。針對(duì)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(cè)器、前置放大器、A／D轉(zhuǎn)換板等幾部分對(duì)不穩(wěn)定因素進(jìn)行了分析探討，并提出了解決問(wèn)題的思路，對(duì)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(cè)系統(tǒng)是碳硫儀的心臟，保證檢測(cè)系統(tǒng)輸出（基線）穩(wěn)定是非常重要的，但影響檢測(cè)系統(tǒng)不穩(wěn)定因素很多，對(duì)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(cè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素，對(duì)該儀器設(shè)備的維護(hù)以及保障科研工作的正常開(kāi)展具有重要的意義。

　　多年來(lái)，紅外碳硫分析儀檢測(cè)系統(tǒng)不穩(wěn)定因素一直是困擾許多用戶的難題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究與探索，對(duì)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

　　樣品導(dǎo)入高頻爐，在燃燒爐高溫下通過(guò)氧氣氧化，使得樣品中的碳和硫氧化為C02、C0、S02，所生成的氧化產(chǎn)物通過(guò)除塵和除水凈化裝置后被氧氣載入到硫檢測(cè)池測(cè)定硫，含有CO2，CO、SO2和O2的混合氣體一并進(jìn)入加熱催化爐中，經(jīng)過(guò)催化爐催化轉(zhuǎn)換CO-》CO2，SO2-》SO3，這種混合氣體經(jīng)過(guò)除硫試劑管后，導(dǎo)入碳檢測(cè)池測(cè)定碳，殘余氣體通過(guò)分析儀排放到室外。碳和硫檢測(cè)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，最終得出碳和硫的百分含量。圖1為紅外碳硫分析儀的原理框圖。

　　圖1 紅外碳硫分析儀的原理框圖3 不穩(wěn)定影響因素分析

　　被測(cè)物質(zhì)信號(hào)與檢測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)工作電源有±15V、5．5V、24V、5V，它是保證檢測(cè)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?/p>

　?。?）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(dòng)范圍應(yīng)在±10％內(nèi)，若超出范圍視為不正常。

　?。?）部分器件損壞無(wú)輸出或輸出波形不對(duì)。通過(guò)測(cè)量電路中主要工作點(diǎn)電壓與正常值進(jìn)行對(duì)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(hào)輸出大小的變化，這樣的變化將引起檢測(cè)器基線的變化，即紅外輻射有無(wú)或大小，檢測(cè)器基線將隨之反映出來(lái)。引起紅外光源輻射信號(hào)變化的原因有以下幾種：

　?。?）光源逐漸老化，光輻射減弱，信號(hào)輸出低。碳和硫檢測(cè)器的基線輸出值也會(huì)逐漸降低，當(dāng)?shù)陀谡７秶鷷r(shí)儀器將報(bào)警。

　?。?）光源加熱絲斷裂或脫焊，無(wú)信號(hào)輸出。測(cè)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(hào)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(hào)調(diào)制成具有一定頻率的信號(hào)送人到檢測(cè)器，這樣設(shè)計(jì)是把紅外光信號(hào)斬波成方波信號(hào)，確保信號(hào)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(cè)器信號(hào)輸出小甚至無(wú)輸出，主要有以下原因：

　　（1）斬波馬達(dá)不轉(zhuǎn)動(dòng)；其一是工作電源故障，其二是斬波馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)軸卡住。

　　（2）由于馬達(dá)長(zhǎng)期轉(zhuǎn)動(dòng)磨損，軸套間隙大，馬達(dá)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定，甚至葉片碰到檢測(cè)池池壁受阻、卡住。

　?。?）斬波馬達(dá)工作調(diào)制頻率脫離正常值，引起通過(guò)光孔的光忽大忽小，檢測(cè)器的接收信號(hào)波動(dòng)甚至為零。

　　3．4紅外線檢測(cè)器

　　紅外線檢測(cè)器是氣體分析儀的關(guān)鍵部件，通過(guò)紅外線輻射把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，正常工作情況下應(yīng)保證環(huán)境溫度穩(wěn)定，避免干擾信號(hào)。易出現(xiàn)的情況是：

　　（1）器件損壞無(wú)輸出信號(hào)。

　?。?）器件老化靈敏度低，輸出信號(hào)噪聲大。

　?。?）器件焊點(diǎn)氧化、虛焊接觸不良，輸出信號(hào)不穩(wěn)定。

　　3．5前置放大器

　　前置放大器將檢測(cè)器輸出的微弱信號(hào)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，最易發(fā)生的問(wèn)題主要有以下幾方面。

　?。?）微信號(hào)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。

　?。?）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(hào)通過(guò)16轉(zhuǎn)1芯片進(jìn)行信號(hào)采集，再經(jīng)A／D芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送人計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，這個(gè)過(guò)程易產(chǎn)生干擾信號(hào)，導(dǎo)致系統(tǒng)監(jiān)視窗口觀察工作條件、樣品檢測(cè)積分過(guò)程及計(jì)算受到影響，主要原因是：

　?。?）A／D轉(zhuǎn)換板的器件老化質(zhì)量下降，造成干擾信號(hào)增加，數(shù)字信號(hào)紊亂。

　?。?）儀器接地不好，外界干擾信號(hào)，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)遺漏。

　?。?）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(guò)對(duì)不穩(wěn)定影響因素的分析，對(duì)電子器件老化、性能下降所帶來(lái)的信號(hào)輸出值不穩(wěn)定或無(wú)輸出，紋波大，輸出信號(hào)噪聲大，采集數(shù)據(jù)遺漏或丟失等一系列問(wèn)題的解決及提高設(shè)備的利用率起到重要的作用。