紅外碳硫分析儀與高頻感應(yīng)燃燒爐配套使用，能快速、準(zhǔn)確地測定鋼、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)。是集光、機、電、計算機、分析技術(shù)等于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，具有測量范圍寬、分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠等特點。由于采用了計算機技術(shù)，儀器的智能化、屏幕顯示的圖、文及數(shù)據(jù)的采集、處理等都達到了目前國內(nèi)先進水平，是諸多行業(yè)測定碳、硫兩元素理想的分析設(shè)備。

QL-HW2000Q高頻紅外碳硫分析儀

（粉末、稀有金屬材料專用）

QL-HW2000Q技術(shù)改進型能快速、準(zhǔn)確地測定粉末、稀有金屬、鐵合金、不銹鋼、碳鋼、合金鋼、鑄鐵、球鐵、有色金屬、稀土金屬、水泥、礦石、焦炭、煤，爐渣、陶瓷、催化劑、鑄造型芯砂、鐵礦、無機物有機物及其它材料中碳、硫兩元素的含量。?該產(chǎn)品是國際、國內(nèi)先進技術(shù)融合的結(jié)晶，是集光、機、電、計算機、分析技術(shù)于一體的高新技術(shù)

?產(chǎn)品，多項技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，整機性能可與進口產(chǎn)品相媲美，2009年認(rèn)定為江蘇省名牌產(chǎn)品。具有測量范圍寬、抗干擾能力強、功能齊全、操作簡單、分析結(jié)果快速準(zhǔn)確等特點。產(chǎn)品專利號：ZL2004?2?0080129.X?科學(xué)技術(shù)成果號：93A2005Y0015

主要技術(shù)參數(shù)：

◇測量范圍：碳0.00001%-99.999%??、硫0.00001%-99.999%??

◇分析時間：20-60秒可調(diào)，一般35秒??

◇測量精度：碳硫符合JJG395-97標(biāo)準(zhǔn)

◇準(zhǔn)確度：碳符合ISO9556標(biāo)準(zhǔn)、硫符合ISO4935標(biāo)準(zhǔn)????

◇燃燒功率：大于2.5KVA???????

◇振蕩頻率：20MHZ?

◇靈敏度：碳：0.00001%、硫：0.00001%

◇秒樣范圍：0-120克?；爐內(nèi)溫度：0-1800℃

主要特點：

◇專用礦石、粉末、稀有金屬、焦炭煤及其他金屬、有色金屬和非金屬材料，適用于各種特殊材料中碳、硫檢測要求，超微孔金屬粉末過濾裝置，高精度流量準(zhǔn)確恒壓恒流，分析數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠；

◇具備HW2000B的全部功能；

◇感應(yīng)線圈自帶冷卻系統(tǒng)，表面加有保護層，長期使用；

◇開機2分鐘即可進入測試，無需通過燃燒樣品加熱；

◇紅外系統(tǒng)排除吸附，間隔或連續(xù)測試同樣穩(wěn)定；

◇測量池：測碳兩池體，測硫一池體（根據(jù)客戶配置）；

◇高頻電路優(yōu)化設(shè)計，功率可調(diào)，碳硫轉(zhuǎn)化率高。

高頻紅外碳硫分析儀

一、 儀器用途

HCS－500型高頻紅外碳硫分析儀是上海科果儀器有限公司以熱釋電傳感器為核心，由高頻感應(yīng)燃燒爐和計算機組成的智能化紅外分析計量儀器。分析軟件基于Windows操作平臺，具有標(biāo)準(zhǔn)Windows中文操作界面和人性化的人機交互功能。主要用于冶金、機械、商檢、科研、化工等行業(yè)中的黑色金屬、有色金屬、稀土金屬、無機物、礦石、陶瓷等物質(zhì)中的碳、硫元素含量分析。

二、 儀器型號

HCS－500高頻碳硫分析儀由電子天平、分析儀主機、計算機、打印機等部分組成。

三、 技術(shù)指標(biāo)

1 .碳硫測量范圍：

C： - 0―10.0％

S： - 0―1. 0%

樣品稱重：0.2g~0.5g

2 .重復(fù)性：

分析儀的重復(fù)性用相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 - RSD表示

碳RSD：≤0.5%

硫RSD：≤1.5%

3 .示值誤差：

對不同測量范圍，其測得的平均值與標(biāo)準(zhǔn)值之差（稱示值誤差）不得超過下表規(guī)定。

示值誤差

含碳量（%） 示值誤差（%）

>0－0.0100 ±0.0005

>0.010－0.100 ±0.005

>0.100－1.00 ±0.010

>1.00－4.00 ±0.03

>4.00－10.00 ±0.07

含硫量（%） 示值誤差（%）

>0－0.0100 ±0.0005

>0.010－0.050 ±0.003

>0.050－0.100 ±0.004

>0.100－1.000 ±0.020

4．天平稱量范圍 0.001g—100g

5．分析時間：30s?—60s

四、技術(shù)要求

1. 環(huán)境溫度： - 15～30℃

2. 相對濕度：?60％

3. 供電電源：電壓220V?10%

頻率50Hz?2％

功率5KVA

接地電阻≤4歐姆

4.分析氣： 氧氣純度?99.5％，鋼瓶壓力：>3MPa

鋼瓶輸出壓力 0.35—0.40MPa

5. 動力氣： 氮氣或壓縮空氣（凈化）

鋼瓶輸出壓力 0.25—0.30MPa，鋼瓶壓力：>1MPa

如儀器的動力氣也選配減壓過濾器，則應(yīng)將鋼瓶輸出壓力調(diào)至 0.35—0.40MPa

6. 氣體流量：測量分析氣 3.0—4.0L/min

動 力 氣 1.0～2.0L/min

7. 化學(xué)試劑：高效變色干燥劑、高效二氧化碳吸收劑（堿石棉）

五、儀器工作原理

科果HCS－500型紅外碳硫分析儀結(jié)構(gòu)框圖

參見HCS－500型上?？乒麅x器有限公司高頻紅外碳硫分析儀結(jié)構(gòu)框圖。圖中深黑色線連接的是電路系統(tǒng)，淺黑色線連接的是氣路系統(tǒng)，虛線方框內(nèi)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(zhuǎn)動等結(jié)構(gòu)。按量子力學(xué)分成分裂的能級，可與入射的特征波長紅外輻射耦合產(chǎn)生吸收，朗伯—比爾定律反應(yīng)了此吸收規(guī)律。

I＝I0exp - －aPL

式中：I0——入射光強

I——出射光強

a—— 吸收系數(shù)

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4.26?m及7.4?m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(diào)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(chǎn)生紅外輻射光，經(jīng)調(diào)制器把光信號調(diào)制成80Hz的交變信號入射到吸收池，該紅外光經(jīng)吸收池中的CO2及SO2 氣體吸收后，再經(jīng)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(yīng)的光強，經(jīng)過探測器光電轉(zhuǎn)化為電信號，放大后輸出模擬量信號，經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)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型髙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，加入助熔劑后送進髙頻爐燃燒室，開始分析，第一階段為吹氧階段，首先打開相應(yīng)電磁閥，按分析流程通氧氣，目的清除管道內(nèi)殘留的CO2及SO2氣體，當(dāng)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(zhǔn)信號V0；第二階段為分析釋放階段，打開髙頻爐，加熱樣品到釋放溫度，這時樣品在髙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(jīng)歸一化處理后，對每個數(shù)據(jù)進行線性化定標(biāo)，分析結(jié)束后對線性定標(biāo)數(shù)據(jù)進行面積積分、乘以系數(shù)、除以樣品重量，扣除空白獲得樣品中碳、硫元素的百分含量。

一、信號采集單元

科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀在紅外吸收信號的數(shù)字采樣單元部分，采用了行業(yè)通用的高穩(wěn)定可靠的24bitΔΣ的CS54XX系列芯片作為數(shù)字采樣的核心芯片，該芯片可以實現(xiàn)高達16K/s的采樣頻率，數(shù)據(jù)采樣快速高效。該芯片內(nèi)部自帶ΔΣ計算單元，數(shù)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(zhì)信號。

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

在對采樣芯片的控制和數(shù)據(jù)讀取上我們摒棄了以往產(chǎn)品通過普通的8051單片機軟件程序控制的方式,采用了現(xiàn)在電路設(shè)計最流行的大規(guī)模FPGA芯片設(shè)計技術(shù)和快速光藕隔離技術(shù)，我們設(shè)計了對采樣芯片的硬件處理過程的算法，從而可以實現(xiàn)對采樣芯片的高速采集和高速控制。并且這種設(shè)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(shè)計中由于CPU采集數(shù)據(jù)處理不及時帶來的數(shù)據(jù)缺失和與PC軟件通信過程異常中斷 - USB中斷的相關(guān)問題。

二、中央數(shù)據(jù)處理單元

科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀為了實現(xiàn)儀器的高性能處理能力，我們不再采用以往設(shè)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足儀器所需要的實時處理速度?？乒鸋CS-500型高頻紅外碳硫分析儀的中央數(shù)據(jù)處理單元獨家采用目前處理主頻高達200Mhz的高性能工業(yè)級ARM9處理器，內(nèi)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(shè)計上采用了開源的Linux實時操作系統(tǒng)，控制軟件設(shè)計上采用基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，保證了程序的最優(yōu)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(qū)動芯片和數(shù)據(jù)緩沖器，對外部控制閥門采用FPGA實現(xiàn)了并行處理緩沖器驅(qū)動快速隔離光藕控制相應(yīng)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(shù)提高到每秒10萬次以上，而現(xiàn)有其它儀器使用8位8051系列單片機的采樣次數(shù)一般為8000/16000次。

高速的CPU將采集到的數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)進行逐次逼近和概率統(tǒng)計計算，然后把得到的有效數(shù)據(jù)存入32M的大容量SDRAM中。

三、數(shù)據(jù)傳輸單元

科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀在行業(yè)上率先推出了融合高速USB和以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的雙通訊接口。較現(xiàn)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(xiàn)場安裝。該儀器在使用高速USB和以太網(wǎng)與PC進行通信上由于采用了Linux操作系統(tǒng)經(jīng)過驗證的底層驅(qū)動，所以儀器分析通信過程中保證了通訊的高穩(wěn)定和數(shù)據(jù)的可靠性。這和現(xiàn)有一些儀器采用8051單片機驅(qū)動USB芯片的簡易通信方式有技術(shù)上的本質(zhì)區(qū)別，低速的8051單片機在同時分析采樣數(shù)據(jù)和處理USB協(xié)議時會出現(xiàn)處理中斷的情況，這就是現(xiàn)有一些儀器容易出現(xiàn)的USB通訊中斷的原因。而科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀采用的是具有16級流水線結(jié)構(gòu)的ARM9處理器和實時多任務(wù)Linux操作系統(tǒng)，保證了通信和數(shù)據(jù)采集過程的并行處理能力，軟件設(shè)計上采用了多線程多任務(wù)處理技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)臅r間誤差在us級。在采集數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理采用了底層數(shù)據(jù)隊列緩沖技術(shù)、多數(shù)據(jù)校驗冗余技術(shù)。使得數(shù)據(jù)的采集點的分布和數(shù)量不再受數(shù)據(jù)傳輸而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。儀器如果采用PC機的連續(xù)定時采集方法來采集分析數(shù)據(jù)點，而由于現(xiàn)在的PC上的桌面操作系統(tǒng)都是非實時系統(tǒng)，所以采集數(shù)據(jù)上都會出現(xiàn)采樣點的間隔時間的大小偏移，這樣必然導(dǎo)致分析結(jié)果的不確定性?？乒鸋CS-500型高頻紅外碳硫分析儀為避免這種弊端提出了全新的設(shè)計思想，完全實現(xiàn)了采樣點的高實時性和采樣點的時間間隔的準(zhǔn)確性。在傳輸協(xié)議上通過PC上位機系統(tǒng)應(yīng)用軟件不斷請求數(shù)據(jù)，底層系統(tǒng)將處理好的隊列緩沖數(shù)據(jù)實時組包發(fā)送。每一組數(shù)據(jù)包采用隊列鏈表結(jié)構(gòu)，以免數(shù)據(jù)傳輸缺失或錯誤。

系統(tǒng)構(gòu)成如圖：

四、應(yīng)用軟件

1、快速輸入、人機交互更便捷。

對于需要用戶輸入的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。下圖為分析軟件的主界面。

2、人性化設(shè)計，參數(shù)設(shè)置靈活方便。

例如在高頻功率曲線的設(shè)置上采用“熱點”拖拽的方法，即用鼠標(biāo)單曲線上的某個熱點（圖中小紅點），可以進行拖拽設(shè)置不同類型的功率曲線。而且還可以對節(jié)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(shù)而言，舍棄傳統(tǒng)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(shù)據(jù)庫的管理上，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動存儲、擁有功能強大、多重過濾數(shù)據(jù)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(jié)果word報表輸出等幾十種功能。

五、線性化定標(biāo)新技術(shù)——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(xiàn)在檢測范圍內(nèi)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(zhì)中的碳硫元素含量；線性化定標(biāo)是儀器數(shù)據(jù)中關(guān)鍵技術(shù)，由于朗伯比爾定律是符合指數(shù)規(guī)律，又因紅外濾光片具有一定帶寬，氣體吸收系數(shù)不是常數(shù)，因而要獲得積分面積線性化定標(biāo)是十分困難。我們經(jīng)過多年研究和實驗，終于在線性化定標(biāo)技術(shù)上實現(xiàn)了重大突破，在全量程范圍內(nèi)獲得非常高的線性度。

六、恒壓穩(wěn)流除塵系統(tǒng)

根據(jù)氣動原理，設(shè)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(shù)，適用于惡劣現(xiàn)場環(huán)境，從根本上解決了國內(nèi)產(chǎn)品常見的氣路系統(tǒng)的可靠性和密封性難題。

七、整機結(jié)構(gòu)

整機采用模塊化一體化設(shè)計，高頻爐部分和紅外檢測部分實現(xiàn)隔離，減少高頻爐振蕩產(chǎn)生的電磁波對紅外信號的干擾；電源系統(tǒng)采用固態(tài)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。

八、高頻爐的設(shè)計

1、高頻爐輸入功率為2.5千瓦，選用3.5KW風(fēng)冷陶瓷功率管并使其工作在丙類工作狀態(tài)，提高了功率輸出的穩(wěn)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(zhì)損耗、優(yōu)良的穩(wěn)定性，有效提高了可靠性及功率輸出的穩(wěn)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(yīng)線圈；設(shè)有冷卻風(fēng)道，加強冷卻風(fēng)扇功率，提高了功率元件的熱穩(wěn)定性。

九、程序升溫功能

1、根據(jù)樣品中碳硫元素釋放要求設(shè)置最佳熔樣溫度。

2、在高碳樣品分析時，可以通過調(diào)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。

十、紅外檢測系統(tǒng)

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(diào)制系統(tǒng)采用單片機控制的高精度步進電機，達到了調(diào)制頻率的長期穩(wěn)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。