我们单位有一台1986年原美国贝尔德 (BAIRD) 公司生产的DV-4型直读光谱仪, 类型:三基体 (铁、铜、铝) , 48通道。这台设备主要用于钢材的化学成分分析。随着机器的老化, 这几年来光谱仪的许多功能已不能正常使用, 象冷却泵坏了两年多, 一直在勉强维持。还有在做钢材成分分析的时候数据不太稳定, 每次检测前都需要用将近一个小时做机器标准化才能测量出较稳定的数据, 很不方便。近期我去济南参加了山东省机械工业理化检测协会组织的光电光谱分析培训班, 对原子发光直读光谱分析仪的理论体系和具体操作有了一个全面的了解, 回来后结合自身在配电工程和电气设备方面的专业知识, 对这台直读光谱仪进行了几项维修改造工作, 取得了不错的效果, 现将心得体会和大家分享。
前段时间有个女同事在操作光谱仪的时候皮肤和设备的金属机体发生了静电感应, 这个小小的细节引起了我的注意。由静电引起元器件的击穿是电子装备中静电危害的主要方式, 是电子装备制造中最普遍、最严重的危害。静电放电可能造成器件硬击穿或软击穿。硬击穿是一次性造成器件的永久性失效, 如器件的输出与输入开路或短路。软击穿则可使器件的性能劣化, 并使其指标参数降低而造成故障隐患。而接地不好的设备会产生静电效应, 我国国标GBJ 79 (工业企业通信接地设计规范) 中规定防静电系统必须有独立可靠的接地装置, 接地电阻一般应小于10Ω。通过这次的静电现象我判断这台直读光谱仪的接地电阻应该远远没达到基本要求, 存在静电危害等设备安全隐患。
经查设备说明书规定的DV-4型直读光谱仪的接地电阻应小于5Ω, 而通过接地电阻测试仪实际测量的这台设备的接地电阻竟然高达120多欧姆。根据现场勘察, 发现原来的接地线已遭破坏多年了, 完全达不到良好接地的要求了。
于是按照国标GB50169 (电气装置安装工程接地装置施工及验收规范) 中接地线得安装要求, 用四根50×5×2500mm镀锌角铁接地极并联作为接地导体, 接地级之间间隔5m埋设, 接地极距墙边3m, 接地导体的周围加适量的食盐和木炭以降低接地电阻。重新把地线做好, 经测量接地电阻小于5Ω后, 验收通过。
良好的接地既具有防电击、放静电危害和防雷功能, 而且可以将电气干扰源引入大地, 能抑制外来电磁干扰对电子设备的影响。事后经过一段时间的使用也证明了良好接地后该光谱仪的测量稳定性增加了很多, 得出来的钢材化学成分数据不再像以前那样经常漂移了。
这台贝尔德直读光谱仪早过了技术寿命期, 而设备的更新换代又无法短期内完成。几年前设备用于冷却的循环冷却泵使用寿命达到, 无法正常工作了。由于温度降不下来, 每做完一个试样就要等待很长时间, 而且通过比对发现由于温度的原因, 样品中S、P的百分含量实测值比真实值还略高一点, 为我们准确得到检验数据带来了麻烦。
美国贝尔德公司创建于1936年, 是专门制造光谱仪器的国际公司, 以高超可靠的仪器性能和完善的售后服务而闻名于世。1995年1月1日贝尔德公司正式加入美国热电仪器集团后, 由于市场化分原因不做亚洲市场的光谱仪了 (同属热电集团的瑞士ARL光谱仪公司代替了原贝尔德 (BAIRD) 公司经营亚洲市场) 。现在很难找到原BAIRD公司的技术维修人员了, 同型号的冷却泵早已经没有配件了, 有能代替的进口元件报价很高, 确实不合适维修。
针对这个情况, 我仔细研究了这台冷却泵的工作原理和具体功能, 发现它的工作状况和功能形式和我们常见的水族箱的循环泵很相似。我自己动手把这项技术改造付诸实际, 首先改造电源部分, 增加电源空气开关DZ47-10, 为循环泵单独引出了220V电源;其次改造水循环管道, 增加了水管道变径, 安装了过滤网, 重新更换了水循环管子;最后是增加了电器保护装置, 把冷却泵分离成单独工作的设施。改造完成后经调试这台循环泵的冷却效果达到了和光谱仪原装冷却泵近似的效果, 现在这台光谱仪不再受高温“发烧”的困扰了, 又可以顺畅的工作了。
由于供电网络的原因, 我们这里的电源污染较严重, 如电压波动及闪变、浪涌冲击、谐波现象。而且也会发生偶然的停电现象, 对直读光谱仪这类比较精密的电子设备, 这种看似不常见的停电现象 (特别是停电后很快来电的情况) 其实危害是很大的。我们的实际检验任务比较分散, 有时候可能每天都要做成分分析, 所以这台直读光谱仪除个别长假期外基本上是全年不断电的。但是由于各种原因这台设备经常被断电, 这种情况应该引起我们的足够重视了。否则, 一旦出现问题, 这台光谱仪可能就会完全“趴窝”了。
针对这台光谱仪的电源电气系统常年没有改造过, 存在着很多的弊端的情况我制定了改造计划。
(1) 首先把和这台光谱仪主机工作不相干的电器设备的电源控制分离出去, 象空调、墙壁插座等。把这些电器设备单独控制, 避免对光谱仪造成影响。这些附属设备在选用空气开关时尽量不选超过设备额定负荷过大容量的开关, 以避免发生短路或过载时就近空气开关不动作而导致上层空气开关跳闸致使光谱仪断电, 影响设备正常工作。
(2) 光谱仪本身的电源总负荷不超过3kVA。我选用了山特公司的C3K型在线式UPS不间断电源。这种UPS本身具有滤波稳压的功能, 而且性价比较高, 断电后半载状况下可以继续工作11min左右, 能够很好的保障我们遇到断电情况下的后续处理工作。
(3) 最后, 考虑到在夜晚无人值守的情况下如果出现长时间停电现象, 那来电后由于不能按照设备说明书上的开机顺序对各部件一一送电, 势必对我们的光谱仪产生危害, 所以我为光谱仪主机UPS的前端选用的是具有零位保护 (断电保护) 的DZ47LE-10型空气开关, 这种空气开关当工作电流超过额定电流、短路、失压等情况下自动切断电源, 具有多重保护作用。这样在断电后必须人工再送电才能工作, 很好的保障了直读光谱仪电器元件的免受电流冲击和更持久的工作。
通过对我们这台美国BAIRD公司的DV-4型直读光谱仪的维修改造工作, 加深了我对光电光谱仪的理解。在平时做好检测工作的同时, 我认为光谱设备本身的构造和工作原理也是我们检测人员必须熟练掌握的一门知识。有必要从化学计量学的角度认识分析设备的性能、电器元件与技术指标间的对应关系, 摸索仪器的运行规律和运用技巧, 做到及时发现问题, 快速解决问题, 这样才能真正使分析设备始终处于“健康”状况。
摘要：美国BAIRD公司DV-4型直读光谱仪是我国早期进口光谱仪中最普及的一款。本文详细描述了一台1986年产DV-4型直读光谱仪的维修改造心得。探讨了分析检测人员的工作发展方向。
关键词：BAIRD,直读光谱仪,维修改造,分析检测
[1] 光电光谱分析 (内部资料) 山东机械工业理化检测协会山东省机械工业理化培训资格鉴定委员会, 2011.
[2] 沙斐, 等.电气工程接地技术[M].电子工业出版社, 2004, 4.
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