производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 4. Оптика спектральных аппаратов / Глава 4.5 Типы приборов спектрального анализа

В настоящее время промышленность выпускает всевозможные типы приборов - переносные и стационарные стилоскопы, а также сложные комплексные системы анализаторов металлов и сплавов.

Стационарные стилоскопы используются для проведения спектрального анализа мелких деталей, переносные стилоскопы - для контроля крупногабаритных изделий и деталей на смонтированном оборудовании, доставка которых к стационарному стилоскопу невозможна.

Рассмотрим несколько типов приборов и их основные характеристики.

1. Стилоскоп СЛП-1.

Переносной стилоскоп СЛП-1 (рис. 29) служит для быстрого визуального качественного и полуколичественного анализа всех наиболее распространенных марок легированных сталей и цветных сплавов по их спектрам излучения, в основном по элементам Cr, Ni, W, V, Zn, Fe, Pb, Sn, Al, Cu, Mg, Mo, Mn, Si методом спектрального анализа. Указанное число элементов, определяемых с помощью стилоскопа, может быть расширено. Так, например, имеются таблицы аналитических признаков, составленные для определения Сг, W, Mn, V, Mo, Ni, Со, Ti, Al, Nb, Zr, Si, Си - в сталях; Zn, Ni, Mn, Fe, Pb, Sn, Al, Be, Si - в медных сплавах; Mg, Си, Mn, Fe, Si, Zn - в алюминиевых сплавах и для ряда других сплавов.

Стилоскоп рассчитан на анализ крупногабаритного металла, металлического лома, громоздких агрегатов, крупных поковок, деталей крупногабаритных агрегатов и машин без их разборки и т. д. непосредственно на месте, где расположены объекты анализа, а также для работы в условиях полевых ремонтно-восстановительных мастерских, когда анализируемый объект не может быть доставлен в лабораторию для анализа на стационарном стилоскопе.

Рис. 29. Переносной стилоскоп СЛП-1: 1 -налобник; 2 - окуляр:
3 - маховичок со шкалой; 4 - маховичок разворота поворотной призмы; 5 - постоянный электрод

Анализ с помощью стилоскопа не сопровождается повреждением анализируемого объекта, и деталь после анализа может быть использована по своему прямому назначению. В случае необходимости переносный стилоскоп может быть использован как стационарный стилоскоп, для чего необходимо его закрепить на какой-либо подставке, а исследуемый материал поместить на отдельном столике. Кроме того, переносный стилоскоп может быть использован как обычный спектроскоп для спектрально-аналитических работ.

Стилоскоп может применяться в производственных условиях, включая работу на открытом воздухе под навесом в сухую погоду. В настоящем описании приведены лишь общие указания по использованию стилоскопа.

Характеристики стилоскопа СЛП-1:

  • рабочий диапазон спектра 390.. .670 нм;
  • предел разрешения: прибор допускает раздельное наблюдение спектральных линий (519,146; 519,235 нм);
  • увеличение зрительной трубы (расчетное) 11,2χ;
  • угол расхождения крайних лучей 10°56';
  • диоптрийное перемещение окуляра от установки окуляра на спектральную линию 459,537 нм +9...-3 мм;
  • размеры выходного зрачка 2,3x1,2;
  • фокусное расстояние, мм: объектива - 322,2; окуляра - 28,8;
  • габаритные размеры стилоскопа 190х180x695 мм;
  • масса, кг: стилоскопа - не более 6,5; стилоскопа в укладке - не более 16.

Генератор устойчиво работает от сети переменною тока с напряжением 110 В или 220 В с частотой 50 Гц, при колебаниях напряжения в сети -10 %...+5 % и частоты -2%...+2 % в дуговом и искровом режиме:

  • дуговой режим с силой тока 6,0.. .8,0 А;
  • режим низковольтной искры 3,0.. .4,0 А;
  • габаритные размеры генератора 405х 160x350 мм;
  • масса, кг: генератора - не более 25 кг; генератора в укладке - не более 30 кг.

По принципу действия стилоскоп аналогичен стилоскопам других конструкций. Между двумя электродами, одним из которых является анализируемый объект, а другим - постоянный электрод стилоскопа (дисковый медный или стержневой стальной), зажигается дуга или искра, вследствие чего междуэлектродный промежуток заполняется светящимися парами материалов электродов. Лучи света от душ направляются в спектральный аппарат через конденсор и узкую щель. Образующийся линейчатый спектр рассматривают при помощи окуляра и устанавливают присутствие в спектре характерных спектральных линий определяемых элементов. Наблюдаемый через окуляр спектр содержит линии основного элемента пробы и электрода стилоскопа и линии примесей, имеющихся в анализируемой пробе. Наличие линий того или иного элемента в спектре свидетельствует о присутствии этого элемента и анализируемом объекте; отсутствие линий является признаком того, что искомого элемента в анализируемом объекте в количествах, доступных для определения с помощью стилоскопа, нет. Для большинства перечисленных выше элементов эти линии не являются в спектре при концентрациях порядка нескольких десятых и сотых долей процента. Концентрация анализируемого элемента определяется с помощью спектральных таблиц по сравнительной интенсивности свечения его характерных линий и линии основного элемента.

2. Стилоскоп СЛ-13.

Стационарный стилоскоп СЛ-13 (рис. 30) с фотометрическим клином предназначен для эмиссионного визуального качественною и полуколичественного спектрального анализа сталей, цветных металлов и сплавов в видимой области спектра.

Стилоскоп применяется для экспрессных анализов, к точности которых не предъявляется высоких требований. Имеется возможность анализа тонкой проволоки, ленты, образцов малой массы из легкоплавких сплавов (на основе олова, свинца и т. н.). Определение малых содержаний трудновозбудимых элементов: углерода от 0,1 %, кремния от 0,1 %, серы от 0,02 % и других элементов в сталях и сплавах.

Стилоскоп может быть использован на складах при контроле материала, на шихтовых дворах, пунктах сортировки металлического лома, экспресс-лабораториях литейных цехов, в научно-исследовательских и учебных лабораториях.

Рис. 30. Стационарный стилоскоп СЛ-13

Характеристики стилоскопа СЛ-13:

  • диапазон спектра 383...700 нм;
  • увеличение окуляров стилоскопа 13,5χ и 20χ;
  • ширина щели - не более 0,015 мм

Характеристики дифракционной решетки стилоскопа, выполняющей роль фокусирующего диспергирующего элемента:

  • R - 250 мм; N - 1200 1/мм;
  • величина обратной линейной дисперсии - 3,2 нм.

Питание стилоскопа:

  • напряжение 220 В ±10 %;
  • частота 50 Гц ± 0,1;
  • потребляемая мощность стилоскопа - не более 2,2 кВхА;
  • габаритные размеры: стилоскопа - 690x390x395 мм; приставки 720x335x220;
  • масса комплекта стилоскопа - не более 70 кг.

Генератор стилоскопа обеспечивает работу и в следующих режимах: в режиме дуги переменною тока (имеется возможность получения униполярной душ - изменение полярности «АНОД», «КАТОД»); в режиме низковольтной искры (имеется возможность получения униполярной низковольтной искры); в режиме комбинированного разряда (низковольтная искра с дуговой затяжкой) - имеется возможность получения униполярного комбинированного разряда.

3. Стилоскоп СЛУ.

Стилоскоп универсальный СЛУ (рис. 31) предназначается для быстрого визуального качественного и сравнительного количественного спектрального анализа черных и цветных сплавов в видимой области спектра.

Рис. 31. Стилоскоп СЛУ, собранный по стационарному варианту

Универсальный стилоскоп применяется для экспрессного анализа, к точности которого не предъявляется высоких требований. Анализу могут быть подвергнуты образцы любых размеров и форм как непосредственно на месте, где расположен объект анализа, гак и в лабораторных условиях.

Стилоскоп может быть использован на складах при контроле материала, на шихтовых дворах, пунктах сортировки металлического лома, экспресс-лабораториях литейных цехов, в научно-исследовательских лабораториях. Возможно применение стилоскопа, собранного по переносному варианту.

Характеристики стилоскопа СЛУ:

  • рабочий спектральный диапазон - от 390 до 700 нм;
  • обратная линейная дисперсия, нм/мм: для области 390 нм - 1,65;
  • для области 470 нм - 3,5; для области 700 нм - 13,34;
  • предел разрешения 0,089 нм;
  • фокусное расстояние объектива 322,2 мм;
  • ширина входной щели 0,01 мм;
  • ток душ 7 А;
  • ток искры 3,5 А;
  • потребляемая мощность 930 ВхА;
  • параметры питания 220 В, 50 Гц;
  • габаритные размеры, не более: стилоскопа - 175x190x695 мм; блока питания - 375x150x350 мм; источника света 300x180x380 мм;
  • масса комплекта - не более 35 кг.

Комплексные системы анализа металлов и сплавов в настоящее время представлены как зарубежными, так и российскими производителями.

Востребованность приборов спектрального анализа определяет их постоянное совершенствование и новые модификации. Остановимся на некоторых приборах данного класса

4. Test-Master PRO.

Мобильный оптико-эмиссионный анализатор (рис. 32) химического состава металлов для анализов (на потоке) и в цехе.

Рис. 32. Мобильный оптико-эмиссионный анализатор химического состава металлов Test-Master PRO

Спектрометр, предназначенный для точного анализа, быстрой идентификации и сортировки образцов. Прибор полностью оптимизирован под непрерывную работу в тяжелых цеховых условиях и предлагает новые подходы к определению состава металлов и сплавов. Анализатор производится на заводе фирмы WAS AG в Германии.

Анализируемая продукция: листы, слитки, заготовки, пластины, трубы, прутки, электроды, болты, части различных конструкций, непосредственно большие конструкции без разрушения, образцы химико-аналитических лабораторий, мелкие детали, сложные для других анализаторов.

Основные преимущества прибора состоят в том, что он спроектирован специально для круглосуточной работы и 100%-го контроля в условиях металлургического производства. Характерна высокая точность анализа. Test-Master обладает мощным источником, что позволяет измерять даже неотбеленные чугуны. Система считывания работает под управлением DSP (Обработка цифрового сигнала). 14 CCD-детекторов оснащены индивидуальными процессорами, что позволяет получать и обрабатывать данные за микросекунды в реальном режиме времени. Благодаря этому анализатор имеет время проведения одного измерения до двух секунд.

Корпус Test-Master полностью герметичен, что особенно важно в тяжелых цеховых условиях. Специально разработанный герметичный теплообменник термостабилизирует внутренние системы прибора.

5. Анализатор сплавов. VIETALSCAN 3010/20/30

Производитель прибора - Arun Technology, Великобритания. Анализаторы сплавов METALSCAN 3010/20/30 (рис. 33) - современные мобильные оптико-эмиссионные спектрометры для многоэлементного экспресс-анализа металлов, включая цветные сплавы, сплавы чёрных металлов и чугуны. Модель 3020 - искровой анализатор, модель 3010 - дуговой и модель 3030 - комбинированный анализатор состава сплавов.

Рис. 33. Анализатор сплавов METALSCAN 3010/20/30

Реализованное в моделях анализатора сплавов Metalscan 3020 и 3030 возбуждение искрой в атмосфере аргона позволяет проводить на месте количественный экспресс-анализ, результаты которого сравнимы с результатами, получаемыми при использовании дорогостоящих лабораторных методов. Спектрометр может служить одновременно полевым и лабораторным анализатором состава металла (в конфигурации с внешним монитором, выносной клавиатурой и принтером). Переход между дуговым и искровым режимами работы в модели 3030 занимает всего 1-2 минуты. Основной цветной жидкокристаллический сенсорный дисплей и специальное программное обеспечение значительно упрощают работу и анализ результатов. Дополнительный плазменный дисплей и клавиши управления на пробнике значительно упрощают работу оператора: не нужно возвращаться к прибору для просмотра результата между замерами. Длина соединительного кабеля между спектрометром и пробником составляет 5 м.

Анализатор сплавов обладает небольшим весом (17 кг вместе с пробником) и размерами (41x38x18 см), что позволяет в модификации «только дуга» переносить прибор на плечевом ремне.

Технические характеристики:

  • пылезащищенный ударопрочный корпус пробника и собственно прибора из армированного пластика;
  • герметичная, термостабилизированная оптическая система. Голографический дифрактор. Диапазон длин волн 240...410 нм;
  • линейный CCD-детектор;
  • параметры возбуждения автоматически задаются в соответствии с аналитической программой;
  • В дуговом режиме: биполярный поджиг дуги; регулируемый ток дуги (от 1 до 3 А), управляемый компьютером; серебряный электрод.
  • В искровом режиме: униполярный поджиг искры с предварительной искровой обработкой; автоматический контроль частоты искрообразования (от 10 до 800 МГц); автоматический контроль тока разряда (пиковый до 200 А);
  • вольфрамовый электрод с аргоновой продувкой;
  • встроенный сенсорный цветной восьмидюймовый LCD, TFT дисплей и плазменный контрольный дисплей на пробнике;
  • анализатор сплавов оснащён мощным индустриальным PC (330MHz, OS Windows 98, 32Mb RAM, 2Gb HDD, FDD) с усовершенствованным программным обеспечением;
  • встроенный принтер для оперативной распечатки результатов. Дисковод для гибких дисков:
  • программное обеспечение, совместимое с Windows 98;
  • порты для подключения внешнего принтера, клавиатуры, мыши и монитора;
  • входное напряжение однофазное, 90...260 В, 50/60 Гц.

Прибор позволяет производить вывод поэлементного процентного содержания, среднего значения по каждому элементу, абсолютного и относительного стандартного отклонения. Продолжительность одного многоэлементного анализа 10... 15 с.

6. Многоканальный эмиссионный спектрометр ДФС-71

Многоканальный эмиссионный спектрометр ДФС-71 (рис. 34) - прибор нового поколения спектрометров серии ДФС, широко распространенных в России и СНГ. ДФС-71 предназначен для экспрессного спектрального анализа черных и цветных металлов на все легирующие элементы и примеси, включая серу, фосфор, углерод. Спектрометр обеспечивает выполнение норм точности и диапазонов измерения концентраций элементов в соответствии с ГОСТ 18895-97 и методическими указаниями МУ МО 14-1-61-80. Спектрометр ДФС-71 внесен в Государственный реестр средств измерений России, Беларуси, Казахстана.

Рис. 34. Многоканальный эмиссионный спектрометр ДФС-71

Оптическая система построена по схеме Пашена-Рунге с диаметром круга Роуланда 1 м. Для достижения пространственной стабильности спектра все оптические элементы установлены на общей чугунной платформе. Корпус поли хром а тора термостатирован при температуре 37 ± 0,5 °С, что существенно повышает температурную стабильность прибора, снижает потребность в проведении профилирования и корректировки. Управление входной щелью при помощи шагового привода обеспечивает автоматическое профилирование спектра по веем аналитическим каналам одновременно для оптимальной настройки полихроматора. Выходные щели выполнены в виде щелевой маски, на которой прорезаны около 140 щелей. Тщательно подобранные спектральные линии, соответствующие этим щелям, позволяют решить практически любую аналитическую задачу. Использование щелевой маски в сравнении с отдельными щелями упрощает настройку полихроматора, добавление новых аналитических линий в процессе эксплуатации прибора выполняется быстрее и проще, позволяет использовать близко расположенные линии.

Конструкция столика оптимизирована для уменьшения расхода аргона. Отсутствие верхнего кожуха и удобный механизм прижима позволяют анализировать образцы разной формы. Для тонких стержней и проволоки существуют специальные адаптеры. Процедура чистки разрядной камеры очень проста и не требует разборки с использованием инструмента. Замкнутая система водяного охлаждения устраняет влияние разогрева столика.

Источник возбуждения спектра «СПАРК-400» является генератором низковольтного CRL-разряда в атмосфере аргона с цифровым управлением напряжением. Амплитуда и форма тока в разряде, а также частота следования разрядных импульсов могут изменяться в большом диапазоне. Благодаря этому источник обеспечивает анализ самых разнообразных металлов и сплавов, как черных, так и цветных. Управление всеми параметрами генератора от компьютера спектрометра обеспечивает: выбор оптимальных параметров разрядного контура и частоты импульсов; переключение режимов разряда в ходе одной экспозиции, возможно использование до 4 различных режимов, включая обжиг, в течение одного анализа; дополнительное обострение переднего фронта разрядного импульса; дополнительное укорачивание заднего фронта разрядного импульса; автоматическое задание параметров генератора при выборе аналитической программы.

Все это повышает точность анализа и расширяет аналитические возможности спектрометра.

Система регистрации КМС-2 обеспечивает управление узлами спектрометра, его проверку, измерение аналитических сигналов. В ней реализован метод спектроскопии с временным разрешением, который позволяет развернуть во времени каждый разряд и определить период оптимальной регистрации для каждого элемента. Начальное и конечное время интегрирования задается для каждого канала индивидуально с дискретностью 2 мс. Система регистрации обеспечивает широкий динамический диапазон (до 6 порядков). Все это позволяет: расширить диапазон измеряемых концентраций при одном и том же напряжении на ФЭУ, т. е. в рамках одной аналитической методики; уменьшить шумы, исключив интегрирование темпового тока ФЭУ между разрядами; улучшить чувствительность, точность и воспроизводимость анализа.

Спектрометр работает под управлением IBM-совместимого компьютера. Простое и удобное программное обеспечение WinQuant, ориентированное на работников заводских лабораторий, позволяет легко управлять прибором, проводить его градуировку, получать результаты измерений концентрации непосредственно в процентах.

Технические характеристики:

  • оптическая система: полихроматор по схеме Пашена-Рунге с диаметром круга Роуланда 1 м; для черных металлов - герметичное, с продувкой аргоном или азотом, спектральный диапазон 178 - 420 нм, решетка 2400 штр/мм; для цветных металлов - не герметичное, с заполнением воздухом, спектральный диапазон 190...550 нм, решетка 1800 штр/мм; возможна установка дополнительных выходных щелей на линии 589 нм (Na), 670 нм (К), 766 нм (Li);
  • столик образца оптимизирован для минимального потребления аргона, позволяет анализировать образцы разных размеров и формы;
  • искровой источник: управление всеми режимами от компьютера;
  • напряжение в разрядном контуре - 300...850 В;
  • емкость - 2...8 мкФ;
  • индуктивность - 15...350 мкГн;
  • частота - 50...400 Гц;
  • диапазон измерения концентраций - от 0,0001 % до десятков %;
  • относительная погрешность (в зависимости от концентрации) - 0,5... 5%;
  • время измерения - от 10 до 40 с;
  • максимальное число выходных щелей - 120 шт.;
  • максимальное число выходных каналов - 36 шт.;
  • приемники излучения - фотоумножители фирмы HAMAMATSU, Япония;
  • габариты спектрометра - 1 800x550x760 мм;
  • масса спектрометра - 350 кг;
  • размещение спектрометра напольное;
  • требования к помещению: температура 15...25 °С, скорость изменения не более ± 5 °С/ч, относительная влажность < 80 %;
  • требования к электропитанию: однофазная сеть 220 ± 22V 50 Гц с защитным заземлением, потребление 2,5 кВ;
  • требования к аргону - 99,995 %.

Компания Укринтех предлагает качественные и недорогиеоптико-эмиссионные спектрометры от производителя MetalPower по самым выгодным ценам.

Купить спектрометр эмиссионный в Киеве, Харькове, Днепре, Одессе, Запорожье и в других городах Украины

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.