一氧化碳分析仪的维护与维修
根据平时的工作心得介绍了一氧化碳分析仪的原理、构成部件和一些维护维修中比较重要的技术参数和一些解决疑难故障的技术。
关键词 一氧化碳分析仪;维修;维护
无论是监测大气质量还是研究大气中自然源与人工源的比例抑或是分析汽车尾气都需监测一氧化碳(CO)。由于CO只在红外区有较强的吸收光谱所以即使使用长光程光谱法仪器的空气自动监测系统也必须另外购置普通的干法CO分析仪。本文以美国热电子公司MDDEL48系列CO分析仪为主结合具体例子给出在CO分析仪的维护维修中需要用到的几个重要参数与指标尤其是维修维护人员平时不太注意或容易忽略的参数而这些参数常常与CO分析仪的一些故障有关。
1 CO分析仪的工作原理与结构简介
利用CO在红外谱段具有吸收峰的特性制造的CO分析仪与传统的（非色散红外）检测技术相比采用的是红外过滤相关技术。所谓红外过滤相关主要是使红外光通过一个旋转滤波器(以下简称滤波器)滤波器的一半充满高纯氮气(N2另一半充满高纯CO气利用旋转对红外光源发出的红外光进行调制然后分别被CO和Ｎ2吸收后的光强调制信号在经过窄带滤波之后剩下的处于CO吸收峰附近波段的光再通过充满样气的光吸收池由固态红外检测器获得光强信号。此信号与样气的浓度对应关系是非线性的仪器通过储存的校准曲线将其转化为线性关系。
仪器主要由红外光源、滤波器及切光电机、光吸收池、采样系统及控制电路等几部分组成。其中电路部分又由红外检测器及前置放大、输入信号调节板、电源、微处理器、温度及压力控制转换板、Ｄ/Ａ板等组成。
2 CO分析仪的几个重要参数
对于CO分析仪的维护和维修有几个参数是十分重要的。
2.1 基准值
基准值是CO分析仪所给出的一个与滤波器有直接关系的参数;同时基准值与实测值原始基准值与校准系数、零背景系数都密切相关。基准值可随时从仪器菜单中调出来样气浓度越高检测器接受的能量下降基准值越低所以当需要利用基准值对仪器进行判断时应该给仪器通零气好是高纯氮气因为滤波器中密封的参比零气是高纯氮气。在通入高纯氮气的状态下基准值应该在1 14到1 18之间太高或太低都说明仪器存在问题。原始基准值是厂家在仪器出厂时设定的主要反映了滤波器的状态所以当更换滤波器之后应对基准值做一次测定同时据此调节原始基准值。否则有时会出现校准系数或零背景值过高或过低直接导致可调节的裕量偏低甚至无法再进行校准。同样当由于种种原因导致原始基准值发生变化后也需要重新调节。许多经常无法解释的故障其实就源于此。
维修实例一:广州市空气自动测报系统使用的48Ｃ型CO分析仪出现零背景值单向向上漂移即每次零值校准后背景值抬高一点约0 375～0 500ｍｇ/ｍ3(0 3～0 4ｐｐｍ)。在对多点校准仪和零气发生器进行详细检查之后又排除了仪器的其它问题后确认问题在于仪器滤波器的微泄漏故可以通过调节原始基准值解决零背景值的调节裕量问题。但要解决问题必须更换滤波器。由于滤波器价值昂贵当滤波器微泄漏造成的测量偏差在允许范围内时仍可继续使用。
2.2 光强频率
反映检测器检测到由红外光源发出的光经过滤波、吸收、反复折射后终到达检测器的光强。将光信号转化为电信号又在信号输入板被转化为频率信号所以称为光强频率单位为Ｈｚ。48型仪器给出了INT(Intrnsity光强)和AGC(自动增益控制光强)两个参数可从仪器菜单中调出来INT正常值在10000到20000之间;ＡＧＣ的正常值为38000左右通常漂移不过5000。48Ｃ型的仪器则只有一个光强频率正常值在250000左右。通过对光强频率的逐级检查可以判断仪器故障是出在光源、光吸收池还是信号输入板。同时也是判断仪器是否需要清洗和除尘的依据。
2.3 基准方波的频率及其幅度
一参数仪器的菜单没有提供在光学反应池的下面有一个小的光频率检测器检测滤波器旋转时调制出的基准方波输入到信号输入板作为为基准。用示波器接光检测器输出的13脚即可测到基准方波的频率和幅度。一般而言基准方波的频率和幅度不会出问题一旦出了问题仪器可能时好时坏;有时会出现反常现象即通入0 25ｍｇ/ｍ3(200ｐｐｂ)的标气仪器显示为-200ｐｐｂ;更多时看起来象其他的部分如滤波器、信号输入板、光源出了问题。
维修实例二:仪器运行几个小时左右突然出现数据反相经仔细检查并用示波器观察基准方波其幅度处于临界状态当该方波幅度过低时数据出现反相。经检查发现光频率检测器因震动而出现位置偏差调整后仪器正常工作。一般而言如果基准方波的频率出了问题很可能是由于切光电机问题。比如由于轴承老化导致转速不均匀;中轴变形导致旋转不平衡等。如果基准方波的幅度不够可能是光频率检测器本身的问题如失效或者位置发生了偏差需要调节。基准方波的幅度一般应为1Ｖ以上否则将会导致相位翻转。这种情况MODEL48Ｃ型仪器出现过几次。在维修时测量基准方波的大用处是可以立刻判断故障发生在前级还是后级。
3 CO分析仪的几个重要部件
滤波器及切光电机无疑是CO分析仪中重要的部件多数故障都多少和它有关其价格也非常贵。滤波器里面密封了两种高纯的气体并且依据此气体的比值测出了基准值所以其密封性非常重要。一个滤波器的设计寿命是两年在使用过程中每个滤波器或多或少地漏气有的还会因为外力或温差的剧变而破裂。所以每使用半年左右好对原始基准值作一次校准。滤波器沾染灰尘会导致基准值降低光强频率下降所以一定要定期清洗否则会导致仪器无法正常工作或校准上的麻烦。同时在清洗滤波器时要非常地小心好等滤波器拆下来冷却之后再清洗。切光电机旋转的频率是30Ｈｚ在滤波器上有一对不锈钢片靠它的遮挡与透过将红外光调制成多个不同频率的交流信号。所以要保持其光亮以使其能有效工作。
维修实例三:有一台48C型CO分析仪基准值大幅下降检查其滤波器并未漏气透光部分又未染灰但发现钢片氧化更换后仪器正常。信号输入板是电路部分设计复杂也是故障率高的。其功能是将光强的电压信号转换成数字化的频率信号同时利用基准方波将样气和参比气信号分离出来分成两路再加以放大后送入微处理器。通过对光强频率的逐级测量和对板上提供的几个测试点进行测试基本上可以找到出现故障的元件并加以排除。板上电路明显分为两路查找时可以用作对比。要注意当使用示波器对几个测试点进行测量时仪器只有处于采样状态时才会出现说明书上所画的图形才可用做分析。
维修实例四:有一台48型CO分析仪数据乱跳用示波器沿测试点检查发现一边波形正常一边波形不反转。经查找出现其中一路提供电源的三端稳压ＩＣ故障更换后仪器正常。
固态红外检测器灵敏度高其内部有一个小制冷器以保持它的稳定和可靠前置放大器与检测器结合在一起。当基准方波正常测量值不稳定时就有可能是检测器出了问题。但的来说检测器故障率相当低。电源板上的一个三端电压放大器件故障率较高导致固态红外检测器得不到所需的电压同样造成测量值不稳定的现象。测量三端电压放大器件输出电压但其表现是先正常十来分钟后输出电压下降。
4 CO分析仪的维护与预防性维修
CO分析仪使用了大量的光学器件所以对于防尘的要求非常之高在订购仪器时可以增加选件滤波器防尘罩;同时要定期清洗和除尘任何时候开机都要接上滤尘盒。CO分析仪的流量是用毛细管来控制毛细管也要定期通洗。
说明书要求光吸收池也要定期拆开清洁反射镜等实际上反射镜能长期保持得很干净完全可以不用去动它。更需要注意的是虽然每个反射镜都有定位螺丝事实上一旦拆开想调回到原来的佳方位基本上是不可能的。
泵膜和红外源等易损件可以定期预防性更换切光电机、采样泵都可设立更换时间。如有条件滤波器也可以两年更换如果定期做基准值的测定和原始基准值的校准则可视情况而定。
联系： 南京衡权 钮工
