光譜儀故障分析

1、ICP光譜儀點火 系統(tǒng)故障分析 周西林 一、前言一、前言 ?ICP光譜儀的故障有很多種， 最常 見的是點火系統(tǒng)故障， 即點火 系 統(tǒng)不能正常點燃火焰?，F(xiàn)從點火系 統(tǒng)的工作條件、 組成部分、 工作 原理、 參數(shù)分析入手， 分析不能 正常點火的故障及排除方法。 二、ICP工作的基本條件 ?RF系統(tǒng)能夠輸出持續(xù)、 穩(wěn)定、 合適的能量 到工作線圈。 ?炬管安裝良好且通有純凈、 流量適宜的氬 氣。 ?點火裝置向氣體中釋放適當?shù)碾姾伞??如果其中某個條件沒有滿足則儀器不能正 常點火 三、三、點火系統(tǒng)各組成部分的 基本原理 ?ICP的 RF系統(tǒng)部分 ?ICP的功率放大部分 ?ICP的點火過程 ?點火故障分析

2、 1、ICP的 RF系統(tǒng)部分 ?RF是什么意思呢？ ?RF是Radio Frequency的縮寫，即射頻。在電子學 理論中，電流流過導體，導體周圍會形成磁場； 交變電流通過導體，導體周圍會形成交變的電磁 場，稱為電磁波。在電磁波頻率低于 100khz時， 電磁波會被地表吸收，不能形成有效的傳輸，但 電磁波頻率高于100khz時，電磁波可以在空氣中 傳播。RF指具有遠距離傳輸能力的高頻電磁波， 射頻技術在無線通信領域中被廣泛使用。 1、ICP的 RF系統(tǒng)部分 ?RF系統(tǒng)采用晶體諧振他激式振蕩源、兩級功 率放大系統(tǒng)， 雙閉環(huán)的功率反饋控制。由晶 體產(chǎn) 生的高頻振蕩信號被 RF Source (工作

3、電 壓+12 V) 進行四倍頻( 或六倍頻) 放大， 輸出 一個 03 W 的 27.12 MHz ( 或40.68 MHz ) 信號, 經(jīng)過 RF Driver 工作電壓+4 8 V) 被放大到 070W， 放大單元( 工作電壓+4 0 0 0 V) 放大 到02000w， 最后輸出到工作線圈， 每一個 環(huán)節(jié)的輸入與輸出 都需要進行精確調(diào)制， 確 保 R F系統(tǒng)正常工作。 2、ICP的功率放大部分 ICP的功率放大部分的核心部件為功率 ( PowerTube ) 它是一個大功率的真空電子 管，內(nèi)部 有一細長的燈絲，當燈絲通電 而 RF系統(tǒng)未工作時, 10 A左右的燈絲電流 使燈絲發(fā)熱并發(fā)射熱

4、電子， 這些電子受 到陽極電壓( +4000 V左右) 的吸引而向陽 極運動，形成的電流被稱為陽極電流( IP 電流) ，由于陽極與燈絲相距較遠， 只有 少數(shù)電子才能到達陽極， 大多數(shù)電子都 損失了， 所以這時的IP電流很小， 被稱 為漏電流。 3、ICP的功率放大部分 ?而當RF系統(tǒng)工作后，有RF Driver 輸出的高 頻信號加到功率管燈絲 與陽極之間的柵極 上， 對燈絲發(fā)射的電子進行加速， 這樣就 使得有大量的電子到達陽極， 形成較大 的I P電流， 實現(xiàn)對高頻信號的放大。功率管的 漏電流( 大約 3 0 mA) 在陰極經(jīng)一個 7 5 0 歐 姆的電阻 產(chǎn)生大約 2 0 V的偏電壓， 驅(qū)

5、動管 子工作，確保高頻信號順利傳輸。 3、ICP的點火過程 ?當操作軟件發(fā)出點火命令后， 儀器首先開 啟各個輔助設備、如+48 V工作電源、循環(huán) 水、Driver 的冷卻風扇、 功率放大的冷卻 風扇、 等離子氣( 冷卻、 輔助、 霧化) 和吹 掃氣( Nozzle ) ，對炬管進行凈 化， 完成后 關閉霧化氣； 等待 10 s 后加高( +4000V) ， 關閉吹掃氣， 開始點火。 點燃后提高RF功 率 使其保持穩(wěn)定， 然后返回設置狀態(tài)， 從 而完成點火過程。 4 點火故障分析點火故障分析 ?I C P的點火過程中 I P電流變化如下： 首先 在吹掃凈化的過程中， 由于沒有加陽極電 壓， I

6、P應該 為 0 . 當RF未工作時， I P應該 為漏電流水平， 約 3 0 mA左右； R F工作 后 I P電流會迅速提高到幾百 mA。氣體在 電離前后導電能力的不同， 氣體未電離時I P應為 2 0 0 mA左右， 電離后應在 6 0 0 mA 左 右。因此， 我們可觀察到 I P電流有一個 0 30 200 600的變化過程。 4、點火故障分析、點火故障分析 ?正常的點火過程時間很短,可能最后一個 200 -6 0 0的變化過程不一定能觀察到， 但是當 儀器不能點燃時， 我們就可以觀察到一個 完整的 I P電流變化過程， 從而可以根據(jù)它 的變化來判斷RF的工作情況。所以當儀器 點火異

7、常時， 必須仔細觀察 I P的變化情況， 認真記錄下來， 便于維修。 4、點火故障分析、點火故障分析 ?儀器右側面板的顯示窗口可以顯示 I P電流 值及其他重要的參數(shù)。 ?( 1 )當I P電流始終為0 ： 陽極高壓一旦啟動， 功率管的漏電流就將達到 3 0 mA, I P電流為 0時， 有三種可能： 無高壓、 無燈絲電流 和功率管故障。 有無高壓可以在儀器右側 窗口的讀到， 然后再檢查 功率管的好壞和 是否有燈絲電流。 4、點火故障分析、點火故障分析 ?( 2 )當I P電流為 0一30 mA： I P電流能達到 漏電流值 3 0 mA時說明高壓與燈絲都在正 常工作，若仍無功率輸出只有兩種可

8、能： 無功率輸入和功率管無放大能力RFSource與 RF Driver出現(xiàn)故 障時就可能導致這樣的結 果， 常規(guī)檢查可以測量 RF Source與RF Driver r的工作電壓是否有+1 2 V 與+4 8 V。 由于是高頻信號， 若要進一步檢查， 最好 聯(lián)系專業(yè)維修人員， 采用專門的測量工具 來進行 。 4、點火故障分析、點火故障分析 ?( 3 )I P電流為0 30 200 mA： 如果 I P電 流是按上述值變化時， 而氣體始終沒有電 離， 可以認 為R F系統(tǒng)沒有問題， 問題可 能在于另外兩個點火基本條件上， 可從下 面所列的條件及位置進行仔 細檢查和處理： 4、點火故障分析、點火

9、故障分析 ?氬氣不純； ?霧化室有積水或噴嘴堵塞； ?進樣系統(tǒng)漏氣； ?炬管安裝不到位； ?炬管污染或損壞； ?炬管與線圈不同心； 4、點火故障分析、點火故障分析 ?中心管0型圈未安裝好； ?泵管未裝好或堵塞； ?點火頭距炬管太遠； ?點火頭損壞 ； ?環(huán)境太潮濕； 其中氬氣不純導致不能正常點火是最常見現(xiàn) 象， 通常更換氬氣便能解決問題。 4、點火故障分析、點火故障分析 ?( 4 )I P電流為0-30 -600 mA： 當氬氣沒有電 離時， 出現(xiàn)這么大的I P電流， 有可能是高 壓部分 有漏電現(xiàn)象， 仔細確認后， 應立即 停止啟動儀器， 避免儀器進一步損壞。 漏 電的位置一般多為電容和 線圈

10、， 可以對這 部分進行認真檢查。 另外， 調(diào)諧不好也可 能產(chǎn)生大的 I P電流， 可嘗試調(diào)整一下調(diào)諧 馬達的位置， 再進行一次點火。 出現(xiàn)大的I P電流一定要引起重視， 不能反復試機， 否則會釀成嚴重后果。 四、常見故障分類和排除四、常見故障分類和排除 ?點不著火 ?點火后熄火 ?測定精密度差 ?測定靈敏度差 ?電源電壓不正確; ?氬氣不純;點火頭太遠或點火頭 損壞； ?進樣系統(tǒng)漏氣,氣路堵塞,造成等 離子體氣體不夠; ?炬管污染；(多為:水平火炬) 1、點不著火 ?冷卻循環(huán)水太臟; ?高壓大于3500VDC供給不正確; ?高頻源,功率放大器損壞. ?水,排風,門等及過流開關連鎖保護開關 損壞

11、 ?調(diào)諧和反射功率太大 1、點不著火、點不著火 ?進樣系統(tǒng)漏氣(特別是霧化器與霧化器相 連密封圈等漏氣; ?光纖探頭太臟,用無水乙醇清潔或者更換. ?運行樣品與儀器硬件和分析條件不匹配 (用水溶液條件和硬件分析高 鹽溶液) ?循環(huán)泵夾沒固定或循環(huán)泵管壞 ?功率管老化(功率管一般使用5年左右) ?水,排風,門等及過流開關連鎖保護開關損 壞 2、點火后熄火、點火后熄火 ?進樣系統(tǒng)有堵塞或太臟,需要檢查進樣系需要檢查進樣系 統(tǒng)(毛細管,泵管,霧化器,霧化室,中心管,炬管) 并做清潔處理; ?排風風量太大,焰炬飄動太大(利用風門控制利用風門控制 風量到要求范圍) ?泵夾調(diào)節(jié)太緊或太松(優(yōu)化好泵夾調(diào)節(jié)位置) 3、測定精密度差、測定精密度差 ?譜線因為光室溫度變化過大或者震動發(fā)生譜線漂 移:左右偏離可以等其恒溫或者采用大約 1- 10ug/ml 的待測元素溶液進行譜線尋峰校準 ; ?進樣系統(tǒng)有堵塞或太臟