KR-HW2008型紅外碳硫介紹

1、儀器概述

KR-HW2008型紅外碳硫分析儀與GP2000型高頻感應(yīng)燃燒爐配套使用，能快速、準(zhǔn)確地測(cè)定鋼、鐵、合金、有色金屬、水泥、礦石、玻璃及其它材料中碳、硫兩元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。這套設(shè)備是集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、分析技術(shù)等于一體的*產(chǎn)品，具有測(cè)量范圍寬、分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)。由于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，儀器的智能化、屏幕顯示的圖、文及數(shù)據(jù)的采集、處理等都達(dá)到了目前進(jìn)水平，是諸多行業(yè)測(cè)定碳、硫兩元素理想的分析設(shè)備。

1．1技術(shù)指標(biāo)

測(cè)量范圍：

碳：0.00001%-10.0000%(可擴(kuò)至99.9999%)

硫：0.00001%-0.3500%(可擴(kuò)至99.9999%)

準(zhǔn)確度及精密度：

準(zhǔn)確度：碳符合ISO9556標(biāo)準(zhǔn)

硫符合ISO4935標(biāo)準(zhǔn)

精密度：符合國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG395-97標(biāo)準(zhǔn)

分析時(shí)間：25-60秒可調(diào)，一般在35秒左右

最小讀數(shù)：0.00001%

電子天平：稱(chēng)量范圍：0-110g

讀數(shù)精度：0.0001g

1．2要求

工作環(huán)境：室內(nèi)溫度：10-30℃

相對(duì)濕度：小于75%

電源：要求接地良好

電壓AC220V±5%

頻率50Hz±2%

氧氣：純度≥99.5%

輸入壓力 0.18MPa±5%

載氧壓力 0.08MPa±2%

動(dòng)力氣：氮?dú)饣驂嚎s空氣（凈化）

輸入壓力 0.20MPa±5%

氣體流量：頂氧流量 1.0-2.0L/min

                分析氣流量 2.5-4.5L/min

干燥劑：高效變色干燥劑

過(guò)濾劑：石英棉

外型尺寸：檢測(cè)部分1300×600×770mm                                       

                高頻爐600×600×1200mm

2、結(jié)構(gòu)及原理

2.1 儀器的組成

圖（1）整機(jī)外型圖

 本儀器由紅外檢測(cè)系統(tǒng)、高頻感應(yīng)燃燒爐、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、電子天平等組成，見(jiàn)圖（1）。

儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在下面單節(jié)中說(shuō)明，這里不作介紹。

2.2 基本工作原理

2.2.1 紅外檢測(cè)原理

CO₂、SO₂等氣體分子在紅外光波段，具有選擇性吸收譜圖，當(dāng)某此特定波長(zhǎng)的紅外光通過(guò)CO₂或SO₂氣體后，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的光吸收，此吸收規(guī)律可由朗伯-比爾定律得出。

IO(λ)=Ii(λ)(- α(λ)CL)…………………………(1)

由于探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，當(dāng)探測(cè)器工作在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)，則(1)可改寫(xiě)為：

VO(λ)=Vi(λ)(- α(λ)CL)…………………………(1)

式中：Ii(λ) 、Vi(λ)分別為特定波長(zhǎng)λ的入射光強(qiáng)和對(duì)應(yīng)的電信號(hào)值。

      IO(λ) 、VO(λ)分別為通過(guò)吸收池后出射光強(qiáng)和對(duì)應(yīng)的電信號(hào)值。

      α(λ)為測(cè)定氣體在特定波長(zhǎng)λ的吸收系數(shù)。

圖（2）分析池光路圖

由上式可知，當(dāng)選定某一特定波長(zhǎng)并且確定了分析池（吸收池）長(zhǎng)度時(shí)，由測(cè)量光強(qiáng)I_O能換算出混合氣體中被測(cè)氣體的濃度，這就是紅外吸收法能定量測(cè)量氣體濃度的基本原理。本儀器選定的測(cè)量波長(zhǎng)：CO₂為4.26um，SO₂為7.4um。

2.2.2    高頻加熱原理

當(dāng)金屬導(dǎo)體處在一個(gè)高頻交變電場(chǎng)中，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，將在金屬導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于導(dǎo)體的電阻很小，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流。由焦耳—楞次定律可知，交變磁場(chǎng)將使導(dǎo)體中電流趨向?qū)w表面流通，引起集膚效應(yīng)，舜間電流的密度與頻率成正比，頻率越高，感應(yīng)電流密度集中于導(dǎo)體的表面，即集膚效應(yīng)就越嚴(yán)重，有效的導(dǎo)電面積減少，電阻增大，從而使導(dǎo)體迅速升溫。

2.2.3 高頻感應(yīng)電路工作原理

打開(kāi)面板上的電源開(kāi)關(guān)，220V交流電壓經(jīng)電源濾波器LB₁后分三路分別供整機(jī)工作，一路經(jīng)濾波器LB₂供軸流風(fēng)機(jī)F工作，一路供燈絲變壓器T₂工作，一路經(jīng)固態(tài)繼電器K₂控制供高壓電路工作。當(dāng)高頻開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，固態(tài)繼電器K₂打開(kāi)，升壓變壓器T₁的初級(jí)加入220V交流電壓，次級(jí)輸出高壓，經(jīng)高壓整流堆V₁-V₄整流后產(chǎn)生直流高壓供振蕩管制陽(yáng)極，此時(shí)C₃、C₄、L₂組成LC振蕩回路，燃燒加熱開(kāi)始。通過(guò)調(diào)整柵極電位器W，可改變柵極流，從而改變電路中的負(fù)反饋?zhàn)饔?。?dāng)設(shè)定的燃燒時(shí)間一到，高壓電源自動(dòng)關(guān)閉，燃燒加熱過(guò)程結(jié)束。詳見(jiàn)圖（3）電原理圖。

圖（3）高頻感應(yīng)電原理圖

另外,電路中設(shè)有過(guò)時(shí)過(guò)流保護(hù)裝置，一旦陽(yáng)極電流超過(guò)0.7A，或者燃燒時(shí)間超過(guò)1分鐘，電路自動(dòng)切斷高壓電源并報(bào)警。聽(tīng)到報(bào)警聲后，按下面板上的〖復(fù)位〗開(kāi)關(guān)，報(bào)警聲消除，機(jī)器恢復(fù)原工作狀態(tài)，通過(guò)處理后可繼續(xù)工作。

2.2.4 氣路工作原理

圖（4）氣路原理圖

圖（4）為儀器的氣路原理圖，氧氣經(jīng)氧氣瓶上端的減壓閥，調(diào)節(jié)壓力為0.18-0.2MPa送入儀器，供燃燒用，動(dòng)力氣一般采用氮?dú)饣驂嚎s空氣，供動(dòng)力用。

動(dòng)力氣一路經(jīng)壓緊閥將排灰管壓緊。一路通過(guò)自動(dòng)清掃閥供自動(dòng)清掃裝置清掃石英管，一路通過(guò)升降閥供氣缸升降。

燃燒用氣通過(guò)總氧閥經(jīng)凈化爐凈化干燥后分二路供儀器：一路經(jīng)0-3 L/min流量計(jì)調(diào)節(jié)一定期流量后供頂吹氧。清洗過(guò)濾網(wǎng)時(shí)經(jīng)清洗閥供除塵。一路經(jīng)定值器調(diào)節(jié)，供載氣用使用定值器的目的是為了使燃燒室內(nèi)保持定壓。樣品通過(guò)加熱通氧燃燒后產(chǎn)生的混合氣體經(jīng)脫脂棉除去粉塵，干燥劑除去水份，經(jīng)氣室入口閥進(jìn)入硫池，再經(jīng)0-5 L/min流量計(jì)進(jìn)入碳池，最后經(jīng)0-5 L/min流量計(jì)確定實(shí)際流量后經(jīng)氣室出口閥放空。

2.3       整機(jī)工作原理

2.3.1        整機(jī)工作原理見(jiàn)圖（5），共分上、中、下三大部分，上部是氣路系統(tǒng)，每個(gè)箭頭表示氣體流動(dòng)方向；中部是一個(gè)虛線(xiàn)框，框中反應(yīng)了整個(gè)氣體分析室內(nèi)由箭頭所聯(lián)系的光信號(hào)轉(zhuǎn)換電信號(hào)的全過(guò)程；下部為電路控制系統(tǒng)。

圖（5）整機(jī)框圖

2.3.2    分析過(guò)程簡(jiǎn)述

將灼燒處理后的瓷坩堝放入電子天平，經(jīng)過(guò)去皮重量后，放入試樣，試樣重量一般在1.000g以?xún)?nèi)，通過(guò)按鍵把樣品重量存入微機(jī)，加入一定量的助熔劑，用鑷子將盛有試樣的坩堝移至高頻感應(yīng)爐的燃燒室，啟動(dòng)〖升爐〗開(kāi)關(guān)，將氣路密封后，儀器自動(dòng)進(jìn)行“分析”，在燃燒試樣之前有一段吹氧過(guò)程，其目的是吹凈氣路中殘留氣體，使整個(gè)管路充滿(mǎn)純氧，因純氧不吸收任何波長(zhǎng)的紅外光，此時(shí)測(cè)得（2）式中的Vi(λ)值。當(dāng)吹氧時(shí)間結(jié)束后，即打開(kāi)高頻感應(yīng)燃燒爐，在富氧條件下，試樣達(dá)到充分燃燒，釋放出二氧化碳和二氧化硫等混合氣體。由于載氣的作用，氣體通過(guò)氣路系統(tǒng)到達(dá)硫吸收池和碳吸收池，此時(shí)相應(yīng)探測(cè)器上測(cè)得的信號(hào)分別為被測(cè)氣體吸收后的電信號(hào)值（VO(λ)值），這些電信號(hào)值被放大，經(jīng)前處理后輸入對(duì)應(yīng)的A/D芯片，它轉(zhuǎn)換以每秒4次的測(cè)量速度，將所測(cè)的全部數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，最后通過(guò)公式換算出被測(cè)氣體的即時(shí)濃度，測(cè)量結(jié)束后將整個(gè)燃燒過(guò)程的濃度累加起來(lái)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得出樣品中碳、硫的百分含量。

3、配置

3．1高頻感應(yīng)燃燒爐：

u      加熱方式：帶燃燒控制功能的高頻感應(yīng)加熱方式。

u      功率：輸出功率大于2.5KW，選用風(fēng)冷陶瓷功率管。

u      柵極電流：可達(dá)200mA，可任意設(shè)定，自動(dòng)控制。

u      采用坩堝規(guī)格：直徑φ23-φ25mm

u      清掃裝置：配置自動(dòng)清掃裝置除塵裝置。

u      氣路系統(tǒng):采用進(jìn)口器件，穩(wěn)定可靠、流量控制準(zhǔn)確、密封性好。

3．2紅外檢測(cè)系統(tǒng)：

u      核心部件紅外檢測(cè)池選用高效、長(zhǎng)壽命的鉑金微型紅外光源及金屬反射鏡。

u      采用單片機(jī)控制的航空級(jí)高精度步進(jìn)電機(jī)，使用壽命10萬(wàn)小時(shí)以上。

u      高精度紅外熱釋電探測(cè)器。

u      窄帶濾光片、高精度采樣卡。

u      級(jí)一體化模塊電源。

3．3微機(jī)系統(tǒng)及軟件：

u      品牌電腦：奔騰Pentinm4-2.8GHZ、256MB、80GB的硬盤(pán)，1.44MB軟驅(qū)，17寸彩色純平顯示器。

u      支持WindowsXP中文操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。

u      操作軟件中文操作界面，報(bào)表功能標(biāo)準(zhǔn)配置（儀器軟件自帶），分析通道碳硫各大于8條，可自行編輯較為靈活的分析方法。

u      分析備件：可設(shè)定板極電流進(jìn)行升溫分析，可以任意設(shè)定積分時(shí)間及累計(jì)積分。

u      校正功能：2點(diǎn)或多點(diǎn)校正，具有對(duì)校正系數(shù)、校正曲線(xiàn)進(jìn)行打印、刪除以及分析結(jié)果可轉(zhuǎn)用于校正、自動(dòng)存儲(chǔ)、適時(shí)顯示、實(shí)時(shí)打印等功能。

u      自診斷功能：分析氣路具有檢漏及機(jī)械信號(hào)輸出等功能，遇異常情況可及時(shí)報(bào)警。

u      分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理：平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差等可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行非連續(xù)選擇，分析數(shù)據(jù)可及時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，分析結(jié)果可隨時(shí)轉(zhuǎn)化成分析報(bào)告，數(shù)據(jù)輸出配有RS-232C接口，可將分析數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)上。

3．4輸入、輸出系統(tǒng)

u      電子天平：稱(chēng)量范圍0-110克、稱(chēng)量精度0.0001克

u      打印機(jī)：惠普/三星激光打印機(jī)。

一、分析結(jié)果主屏幕

本儀器以分析過(guò)程所需的顯示為主屏幕顯示（見(jiàn)圖一），各種功能顯示采用在主屏幕上彈出所需尺寸窗口，顯示相應(yīng)的功能內(nèi)容及當(dāng)次分析結(jié)果。使操作者感到層次清楚，一目了然。

二、當(dāng)次曲線(xiàn)

顯示放大的當(dāng)次碳硫吸收曲線(xiàn)。當(dāng)次曲線(xiàn)可儲(chǔ)存進(jìn)入曲線(xiàn)庫(kù)

三、通道參數(shù)顯示

通道參數(shù)是分析過(guò)程中直接參與運(yùn)算及控制用的主要參數(shù)，它直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，由于分析材料和碳硫含量高低的不同，在分析過(guò)程中碳、硫的釋放也不相同，為了取得一致的分析結(jié)果，應(yīng)根據(jù)材料選擇不同的通道參數(shù)，才能確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。QL-HW2000B型紅外碳硫分析儀共設(shè)置16個(gè)通道。測(cè)試碳用編號(hào)1-8通道和測(cè)試硫用編號(hào)1-8通道，每個(gè)通道共設(shè)6項(xiàng)內(nèi)容，除參考是供用戶(hù)識(shí)別各通道的標(biāo)記，并不參與控制分析過(guò)程運(yùn)算外，其他參數(shù)都會(huì)直接影響分析結(jié)果。

四、盤(pán)存數(shù)據(jù)顯示

儀器每分析一個(gè)樣品，程序自動(dòng)將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在硬盤(pán)中，按日期區(qū)分。用戶(hù)如需查詢(xún)以前的分析數(shù)據(jù)，只需選擇〖盤(pán)存取顯〗，根據(jù)提示輸入年月日八位數(shù)字（年四位月兩位日兩位），即可調(diào)出當(dāng)日所有分析結(jié)果。