紅外碳硫分析儀檢測系統(tǒng)不穩(wěn)定影響因素探討 - 全文

　　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)果的準確性。針對紅外碳硫分析儀的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)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(zhuǎn)換板等幾部分對不穩(wěn)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(dǎo)意義。

　　1 引 言

　　紅外碳硫分析儀是冶金與機械行業(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)過長時間的研究與探索，對這類設(shè)備維修積累了寶貴的經(jīng)驗，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CO2，CO、SO2和O2的混合氣體一并進入加熱催化爐中，經(jīng)過催化爐催化轉(zhuǎn)換CO-》CO2，SO2-》SO3，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)換送入微機系統(tǒng)進行數(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為：

　?。?）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。

　?。?）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(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。引起紅外光源輻射信號變化的原因有以下幾種：

　?。?）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儀器將報警。

　?。?）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

　　斬波馬達是將光信號調(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：

　?。?）斬波馬達不轉(zhuǎn)動；其一是工作電源故障，其二是斬波馬達轉(zhuǎn)動軸卡住。

　?。?）由于馬達長期轉(zhuǎn)動磨損，軸套間隙大，馬達葉片轉(zhuǎn)動不穩(wěn)定，甚至葉片碰到檢測池池壁受阻、卡住。

　?。?）斬波馬達工作調(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)保證環(huán)境溫度穩(wěn)定，避免干擾信號。易出現(xiàn)的情況是：

　?。?）器件損壞無輸出信號。

　?。?）器件老化靈敏度低，輸出信號噪聲大。

　?。?）器件焊點氧化、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)生的問題主要有以下幾方面。

　?。?）微信號放大器性能下降。檢查時應(yīng)主要關(guān)注濾波電容，接地是否良好。

　?。?）調(diào)零電位器、增益調(diào)節(jié)電位器接觸不良。使用一段時間后將電位器左右旋轉(zhuǎn)幾下，確保接觸良好。

　?。?）四運放放大器放大倍數(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)字信號并送人計算機進行處理，這個過程易產(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。

　?。?）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。