红外碳硫分析仪检测系统不稳定影响因素探讨 - 全文

　　摘要：红外碳硫分析仪检测系统的不稳定性直接影响被测物质分析结果的准确性。针对红外碳硫分析仪的结构特点，结合其工作原理，从工作电源、红外光源、斩波马达、红外线检测器、前置放大器、A／D转换板等几部分对不稳定因素进行了分析探讨，并提出了解决问题的思路，对提高仪器的维护效率具有重要的指导意义。

　　1 引 言

　　红外碳硫分析仪是冶金与机械行业重要的分析仪器之一，可快速分析钢、铁、铜、合金、碳化合物、矿石、水泥、陶瓷、玻璃等固体材料中的碳和硫。检测系统是碳硫仪的心脏，保证检测系统输出（基线）稳定是非常重要的，但影响检测系统不稳定因素很多，对操作和维修人员的技术要求也相应较高。分析与探讨影响检测系统的不稳定因素，对该仪器设备的维护以及保障科研工作的正常开展具有重要的意义。

　　多年来，红外碳硫分析仪检测系统不稳定因素一直是困扰许多用户的难题。经过长时间的研究与探索，对这类设备维修积累了宝贵的经验，为设备利用率的提高，科研与生产任务的顺利完成，以及红外碳硫分析仪的维护打下了良好的基础。

　　2 仪器工作原理

　　样品导入高频炉，在燃烧炉高温下通过氧气氧化，使得样品中的碳和硫氧化为C02、C0、S02，所生成的氧化产物通过除尘和除水净化装置后被氧气载入到硫检测池测定硫，含有CO2，CO、SO2和O2的混合气体一并进入加热催化炉中，经过催化炉催化转换CO-》CO2，SO2-》SO3，这种混合气体经过除硫试剂管后，导入碳检测池测定碳，残余气体通过分析仪排放到室外。碳和硫检测器输出经前放、A／D转换送入微机系统进行数据处理，最终得出碳和硫的百分含量。图1为红外碳硫分析仪的原理框图。

　　

　　图1 红外碳硫分析仪的原理框图

　　3 不稳定影响因素分析

　　被测物质信号与检测系统中的工作电源输出值、红外源辐射功率、斩波马达频率、红外光检测器、A／D模数转换器、以及外部干扰因素都有很大关系，影响其系统的原因如下。

　　3．1工作电源

　　检测系统工作电源有±15V、5．5V、24V、5V，它是保证检测系统正常工作的先决条件，这部分电路工作状况及输出值不正常的原因为：

　　（1）部分器件老化，造成输出值不稳定，纹波大。正常情况电源输出允许波动范围应在±10％内，若超出范围视为不正常。

　　（2）部分器件损坏无输出或输出波形不对。通过测量电路中主要工作点电压与正常值进行对比，可找出损坏元件。

　　3．2红外光源

　　红外光源发射的红外辐射与光辐射功率成正比。光辐射功率变化直接影响到信号输出大小的变化，这样的变化将引起检测器基线的变化，即红外辐射有无或大小，检测器基线将随之反映出来。引起红外光源辐射信号变化的原因有以下几种：

　　（1）光源逐渐老化，光辐射减弱，信号输出低。碳和硫检测器的基线输出值也会逐渐降低，当低于正常范围时仪器将报警。

　　（2）光源加热丝断裂或脱焊，无信号输出。测量光源加热丝电阻值是否正确（正确值一般为5Q左右）。

　　（3）光源加热丝虚焊及电源插头氧化导致接触不良。由于接触电阻发生变化，信号输出忽高忽低变化值特别大，这种情况往往被人们忽视。

　　3．3斩波马达

　　斩波马达是将光信号调制成具有一定频率的信号送人到检测器，这样设计是把红外光信号斩波成方波信号，确保信号经电路放大后的稳定性。因此，马达工作不正常，将引起检测器信号输出小甚至无输出，主要有以下原因：

　　（1）斩波马达不转动；其一是工作电源故障，其二是斩波马达转动轴卡住。

　　（2）由于马达长期转动磨损，轴套间隙大，马达叶片转动不稳定，甚至叶片碰到检测池池壁受阻、卡住。

　　（3）斩波马达工作调制频率脱离正常值，引起通过光孔的光忽大忽小，检测器的接收信号波动甚至为零。

　　3．4红外线检测器

　　红外线检测器是气体分析仪的关键部件，通过红外线辐射把光信号转换成电信号，正常工作情况下应保证环境温度稳定，避免干扰信号。易出现的情况是：

　　（1）器件损坏无输出信号。

　　（2）器件老化灵敏度低，输出信号噪声大。

　　（3）器件焊点氧化、虚焊接触不良，输出信号不稳定。

　　3．5前置放大器

　　前置放大器将检测器输出的微弱信号进行放大、滤波、直流放大。该系统每部分的微小变化都将引起放大器的变化 J，最易发生的问题主要有以下几方面。

　　（1）微信号放大器性能下降。检查时应主要关注滤波电容，接地是否良好。

　　（2）调零电位器、增益调节电位器接触不良。使用一段时间后将电位器左右旋转几下，确保接触良好。

　　（3）四运放放大器放大倍数降低，造成后续分析结果偏低。

　　3．6 A／D转换板

　　电压信号通过16转1芯片进行信号采集，再经A／D芯片转换为数字信号并送人计算机进行处理，这个过程易产生干扰信号，导致系统监视窗口观察工作条件、样品检测积分过程及计算受到影响，主要原因是：

　　（1）A／D转换板的器件老化质量下降，造成干扰信号增加，数字信号紊乱。

　　（2）仪器接地不好，外界干扰信号，导致采集数据遗漏。

　　（3）A／D转换板与总线插槽接触不良，导致采集数据丢失。

　　4 结论

　　通过对不稳定影响因素的分析，对电子器件老化、性能下降所带来的信号输出值不稳定或无输出，纹波大，输出信号噪声大，采集数据遗漏或丢失等一系列问题的解决及提高设备的利用率起到重要的作用。