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技術指標

1、測量范圍:

碳:0.0001%-10.0000%(可擴至99.999%)

硫:0.0001%-2.000%(可擴至99.999%)

2、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

3、分析時間:25-60秒可調,一般在35秒左右

4、最小讀數:0.00001%

5、電子天平:稱量范圍:100g以上

讀數精度:0.001g(可選配精度為0.0001g的電子天平)

技術要求

1、工作環境:室內溫度10-30℃

相對濕度小于75%

2、電源:要求接地良好

電壓AC220V±5%

頻率50Hz±2%

3、氧氣:純度≥99.5%

輸入壓力0.18MPa±5%

載氧壓力0.08MPa±2%

4、動力氣:氧氣

輸入壓力0.18MPa±5%

5、氣體流量:頂吹氧流量1.0-2.0L/min

分析氣流量3.0-4.0L/min

6、干燥劑:高效變色干燥劑

高頻紅外碳硫分析儀高頻燃燒爐配合紅外碳硫分析儀能快速、準確地測定鐵合金、高中低鋼、錳鋼、鑄造用材料、灰、球鐵、礦石、硅鐵、錳鐵、鎳鐵、個鐵等各種材料。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,多項技術國內領先,分析碳硫兩個元素各16個通道,共32個通道可任意搭配,選擇范圍寬。整機采用臺灣進口電磁產供銷,關鍵部件均采用高質量元件,保證了儀器的穩定性和高品質。

主要技術參數

1、測量范圍:碳:0.0001-10.0000%(可擴至99.999%)

硫:0.0001-0.3500%(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:碳符合ISO9556-89標準硫符合ISO4935-89標準

4、燃燒功率:2.5KVA-3.5KVA(可調)

5、震蕩頻率:20MHZ

6、工作電源:220V±5%50HZ±2%

7、具備靈活的視窗操作系統

主要性能特點

1、采用低噪聲、高靈敏度、高穩定性的紅外探測器。

2、整機模塊化設計,提高了儀器的可靠性。

3、電子天平自動聯機。

4、WINDOWS全中文操作界面,操作方便,易于掌握。

5、軟件功能齊全,提供文件幫助、系統監測、通道選擇、數理統計、結果校正、斷點修正、系統診斷等四十多項功能。

6、動態顯示分析過程中的各項數據和碳、硫釋放曲線。

7、測量線性范圍寬,并可擴展。

8、高頻電路設計合理,高頻爐功率可調,適合于不同材質樣品分析要求。

9、爐頭自動清掃裝置,可減少粉塵對分析結果的影響。

10、爐頭加熱裝置,使硫的轉化率趨于一致,提高了硫測定的穩定性。

11、測量線性范圍寬,并可擴展。

技術要求

1、工作環境:室內溫度10-30℃

相對濕度小于75%

2、電源:要求接地良好

電壓AC220V±5%

頻率50Hz±2%

3、氧氣:純度≥99.5%

輸入壓力0.18MPa±5%

載氧壓力0.08MPa±2%

4、動力氣:氧氣

輸入壓力0.18MPa±5%

5、氣體流量:頂吹氧流量1.0-2.0L/min

分析氣流量3.0-4.0L/min

6、干燥劑:高效變色干燥劑

參見高頻紅外碳硫分析儀結構框圖。框圖中深黑色線連接的是電路系統,淺黑色線連接的是氣路系統,虛線方框內所示的是裝在屏蔽恒溫箱中的部件。

CO2、S O2等極性分子具有永久電偶極矩,因而具有振動、轉動等結構。按量子力學分成分裂的能級,可與入射的特征波長紅外輻射耦合產生吸收,朗伯-比爾定律反應了此吸收規律。

I=I0exp(-aPL)

式中:I0——入射光強

I——出射光強

a—— 吸收系數

P——該氣體的分壓強

L——分析池的長度

HCS-500型紅外碳硫分析儀利用了CO2及SO2分別在4.26μm及7.4μm處具有較強吸收帶這一特性,通過測量氣體吸收后的光強變化量,分析CO2及SO2氣體濃度百分含量,間接確定被測樣品中的碳、硫元素的百分含量。

分析室包括紅外光源、反射鏡、調制盤、吸收池、濾光片和探測器。紅外光源用電加熱到800℃左右產生紅外輻射光,經調制器把光信號調制成80Hz的交變信號入射到吸收池,該紅外光經吸收池中的CO2及SO2 氣體吸收后,再經過窄帶濾光片濾去除上述波長外的其它光輻射的能量,入射到探測器上,則探測器上測到的是與CO2及SO2氣體濃度相對應的光強,經過探測器光電轉化為電信號,放大后輸出模擬量信號,經A/D模數轉換后,通過USB通信口送上位微機歸一化處理,積分反演為碳硫元素的百分含量。

HCS-500型高頻紅外碳硫儀的分析流程為:分析時先在電子天平上稱得樣品重量,輸入微機,也可通過鍵盤輸入,加入助熔劑后送進高頻爐燃燒室,開始分析,第一階段為吹氧階段,首先打開相應電磁閥,按分析流程通氧氣,目的清除管道內殘留的CO2及SO2氣體,當CO2及SO2 氣體含量為零時,被測氣體分壓強P為零,這時采到信號為純氧條件基準信號V0;第二階段為分析釋放階段,打開高頻爐,加熱樣品到釋放溫度,這時樣品在高溫富氧條件下立即氧化生成CO2及SO2氣體,由氧氣作載氣輸送到吸收池,放大器輸出信號隨被測氣體濃度增加而減少,經歸一化處理后,對每個數據進行線性化定標,分析結束后對線性定標數據進行面積積分、乘以系數、除以樣品重量,扣除空白獲得樣品中碳、硫元素的百分含量。

科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀在紅外吸收信號的數字采樣單元部分,采用了行業通用的高穩定可靠的24bitΔΣ的CS54XX系列芯片作為數字采樣的核心芯片,該芯片可以實現高達16K/s的采樣頻率,數據采樣快速高效。該芯片內部自帶ΔΣ計算單元,數字比較濾波器和高通濾波器,可以有效地過濾采樣過程中的雜質信號。

在采樣芯片的外圍電路設計上我們獨家采用了高精度的電壓基準芯片提供給采樣用的比較電壓,完全改善了以往設計中由于線形電源紋波變化導致的采樣數據的個體漂移。

在對采樣芯片的控制和數據讀取上我們摒棄了以往產品通過普通的8051單片機軟件程序控制的方式,采用了電路設計最流行的大規模FPGA芯片設計技術和快速光藕隔離技術,我們設計了對采樣芯片的硬件處理過程的算法,從而可以實現對采樣芯片的高速采集和高速控制。并且這種設計使得對采集芯片的控制完全不需要占用CPU的處理時間,徹底解決了以往設計中由于CPU采集數據處理不及時帶來的數據缺失和與PC軟件通信過程異常中斷(USB中斷)的相關問題。

科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀為了實現儀器的高性能處理能力,我們不再采用以往設計用的簡單價廉的主頻只有22M的8051單片機,以上8位的8051單片機遠遠不能滿足儀器所需要的實時處理速度。科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀的中央數據處理單元獨家采用處理主頻高達200Mhz的高性能工業級ARM9處理器,內存和閃存都采用了32M存儲空間的高速芯片。我們在處理器軟件設計上采用了開源的Linux實時操作系統,控制軟件設計上采用基于面向對象的設計方法,保證了程序的最優化和高可靠性。在處理器與采樣芯片接口上使用FPGA作為中間驅動芯片和數據緩沖器,對外部控制閥門采用FPGA實現了并行處理緩沖器驅動快速隔離光藕控制相應的端口。由于我們采用了高速的CPU和采集芯片使用FPGA的硬件處理,所以該儀器將分析采樣次數提高到每秒10萬次以上,而現有其它儀器使用8位8051系列單片機的采樣次數一般為8000/16000次。

高速的CPU將采集到的數據進行實時數據分析,將數據進行逐次逼近和概率統計計算,然后把得到的有效數據存入32M的大容量SDRAM中。

高頻紅外碳硫分析儀在行業上率先推出了融合高速USB和以太網TCP/IP協議的雙通訊接口。較現有其他基于低速串口和部分廠家的USB單接口的儀器可以更好的提供便利的現場安裝。該儀器在使用高速USB和以太網與PC進行通信上由于采用了Linux操作系統經過驗證的底層驅動,所以儀器分析通信過程中保證了通訊的高穩定和數據的可靠性。這和現有一些儀器采用8051單片機驅動USB芯片的簡易通信方式有技術上的本質區別,低速的8051單片機在同時分析采樣數據和處理USB協議時會出現處理中斷的情況,這就是現有一些儀器容易出現的USB通訊中斷的原因。而高頻紅外碳硫分析儀采用的是具有16級流水線結構的ARM9處理器和實時多任務Linux操作系統,保證了通信和數據采集過程的并行處理能力,軟件設計上采用了多線程多任務處理技術,實現了數據采集和傳輸的時間誤差在us級。在采集數據傳輸控制中我們依靠底層CPU的高實時性進行獨立采樣,對數據處理采用了底層數據隊列緩沖技術、多數據校驗冗余技術。使得數據的采集點的分布和數量不再受數據傳輸而影響分析結果的準確性。儀器如果采用PC機的連續定時采集方法來采集分析數據點,而由于PC上的桌面操作系統都是非實時系統,所以采集數據上都會出現采樣點的間隔時間的大小偏移,這樣必然導致分析結果的不確定性。高頻紅外碳硫分析儀為避免這種弊端提出了全新的設計思想,完全實現了采樣點的高實時性和采樣點的時間間隔的準確性。在傳輸協議上通過PC上位機系統應用軟件不斷請求數據,底層系統將處理好的隊列緩沖數據實時組包發送。每一組數據包采用隊列鏈表結構,以免數據傳輸缺失或錯誤。

1、快速輸入、人機交互更便捷。

對于需要用戶輸入的數據或指令,諸如"分析方法"的選擇、樣品的選擇、樣品重量的鍵入等人機交互的操作,直接列于主界面,主要用戶可以快速選擇或輸入數據。

2、人性化設計,參數設置靈活方便。

例如在高頻功率曲線的設置上采用"熱點"拖拽的方法,即用鼠標單曲線上的某個熱點(圖中小紅點),可以進行拖拽設置不同類型的功率曲線。而且還可以對節點進行精確修改、增加、插入、刪除等編輯操作。

3、采用"分析方法"概念。

對分析參數而言,舍棄傳統的"通道"的概念,采用"分析方法"這個概念,使用戶更容易理解。而且分析方法的新建、修改、刪除等都非常方便。

4、軟件功能強大。

在數據庫的管理上,實現了數據的自動存儲、擁有功能強大、多重過濾數據庫檢索引擎,工作曲線的同步顯示、存儲、放大及多重曲線的多層次比較、分析結果word報表輸出等幾十種功能。

線性化定標新技術——多元非線性擬合方法

采用全量程范圍多元非線性擬合方法,以實現檢測范圍內非常高的線性度。紅外碳硫分析儀是通過檢測CO2及SO2氣體對紅外輻射吸收量來分析物質中的碳硫元素含量;線性化定標是儀器數據中關鍵技術,由于朗伯比爾定律是符合指數規律,又因紅外濾光片具有一定帶寬,氣體吸收系數不是常數,因而要獲得積分面積線性化定標是十分困難。我們經過多年研究和實驗,終于在線性化定標技術上實現了重大突破,在全量程范圍內獲得非常高的線性度。

根據氣動原理,設計了恒壓恒流供氧、自動清掃爐頭、自動排塵,有效地減少粉塵對硫元素分析的影響。氣路部件包括電磁閥、氣缸、氣路管、氣路接頭全部采用意大利CAMOZZI氣動有限公司進口元件,電磁閥壽命達百萬次以上,氣缸采用無油潤滑技術,適用于惡劣現場環境,從根本上解決了國內產品常見的氣路系統的可靠性和密封性難題。

整機采用模塊化一體化設計,高頻爐部分和紅外檢測部分實現隔離,減少高頻爐振蕩產生的電磁波對紅外信號的干擾;電源系統采用固態電源模塊,防塵、簡潔可靠;連線大多采用高頻屏蔽線,避免高頻干擾,提高了整個儀器電路的可靠性。

1、高頻爐輸入功率為2.5千瓦,選用3.5KW風冷陶瓷功率管并使其工作在丙類工作狀態,提高了功率輸出的穩定性及元件壽命。

2、主振電容采用額定電流達一百安培的真空陶瓷電容,具有極低的介質損耗、優良的穩定性,有效提高了可靠性及功率輸出的穩定性。

3、采用高Q值鐵氧體芯表面具有高抗氧化鍍層的感應線圈;設有冷卻風道,加強冷卻風扇功率,提高了功率元件的熱穩定性。

1、根據樣品中碳硫元素釋放要求設置最佳熔樣溫度。

2、在高碳樣品分析時,可以通過調整高頻爐功率控制釋放速度提高分析精度。

3、在超低碳分析時通過程序升溫有效處理樣品表面吸附碳及坩堝中的碳空白的影響,提高低碳分析精度。

核心部件紅外檢測池選用高效、長壽命的貴金屬微型紅外光源及金屬反射鏡;調制系統采用單片機控制的高精度步進電機,達到了調制頻率的長期穩定;采用紅外熱釋電固體光錐型傳感器、窄帶濾光片,使整機有極高的檢測靈敏度,可有效檢測ppm級的碳硫含量。

高頻紅外碳硫分析儀日常使用與維護保養

1、高頻紅外碳硫分析儀分析樣品所用的坩堝需要馬弗爐中加熱溫度升到1000度到1200度,恒溫2小時后,自然冷卻至一定溫度時,取出放干燥器中冷至室溫備用。

2、分析低含量樣品所用的鎢粒需在恒溫箱中,加熱至200度烘2小時后,取出在干燥器中冷卻后使用。

3、高頻紅外碳硫分析儀設置了高頻輸出功率調節,在未打開儀器電源之前,用萬用表測試電網電壓后,將換檔開關撥至電網電壓基本一致的檔位上,開始調試儀器。方法是當然界電網電壓為220V時,調至230V檔為減小輸出功率,調至210檔為增加輸出功率。

4、打開總氧氣閥門,打開儀器電源,按技術員所教操作。

5、每天儀器示打開電源前或分析200個樣品后,需清掃一次過濾網及整個爐腔。

6、每天應檢查高頻爐正前方的干燥劑和脫脂棉。一旦發現干燥劑1/3變紅或結塊,都應立即更換。脫脂棉長期使用1/3變黃后,也應立即更換。更換時將旋轉試管下方的螺桿,使試管下降至能離開上端面為止,取出試管,更換后按原裝好擰緊,檢查不漏氣為止。

7、每月應清洗過濾網一次,清洗方法是:按上述"清掃方法"取出過濾網后,再取出過濾網上、下兩只密封圈,將粉塵清掃后,放入超聲波清洗器中,在清洗槽內加入蒸餾水和洗潔精。打開超聲波清洗器電源。30分鐘后取出過濾網,用蒸餾水反復清洗后,用無水乙醇清洗。最后取出過濾網用電吹風干或放入烘箱烘干,裝上、下O型密封圈,涂上真空硅脂,依照原位放置,檢查不漏氣為止。

10、高頻紅外碳硫分析儀使用時每季度應檢查經過壓緊閥內部的硅橡膠管,若發現有老化或彈性不好時應立即更換。