X射線熒光光譜儀故障分析維修及改造說(shuō)明

劉振偉　師玉琳

摘 要 文章對(duì)熱電公司ARL ADVANTXP+X射線熒光光譜儀在日常使用期間發(fā)生的各類(lèi)故障，以及X射線熒光光譜儀發(fā)生各種故障的原因，排查故障的經(jīng)驗(yàn)和解決的辦法做了詳細(xì)的闡述說(shuō)明和分析，供其他儀器使用人員和維護(hù)人員用來(lái)參考。

關(guān)鍵詞 PBF初級(jí)光束濾光片水；電導(dǎo)率；X光管；冷卻系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào) TH74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）17-0024-02

近幾年，X熒光光譜儀分析在各行業(yè)應(yīng)用都很普及，已經(jīng)在地質(zhì)、建材、環(huán)保、衛(wèi)生、冶金等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。絕大部分分析元素也可以進(jìn)行分析，可分析固體、液體、粉末等樣品。分析范圍為Be到U，其特點(diǎn)是分析速度快、干擾小、范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。但是X射線熒光光譜儀是精密分析儀器，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，因此故障率一比較高，以下是幾個(gè)比較重要的維修、維護(hù)故障的例子總結(jié)如下。

1 PBF的故障現(xiàn)象

1）PBF初級(jí)光束濾光片的功能及用途。PBF的中文名稱是初級(jí)光束濾光片，用于改善X射線的激發(fā)。此裝置上有3個(gè)安裝濾光片的位置，這3個(gè)濾光片在儀器顯示板上的名稱分別為：F1、F2、F3。通常由計(jì)算機(jī)控制PBF上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)PBF進(jìn)入X光管和樣品之間。PBF初級(jí)光束濾光片的位置如圖1所示。濾光片F(xiàn)1：Be 0.127mm，用于防止從樣品掉落灰塵的防護(hù)板。濾光片F(xiàn)2：Cu 0.25mm，用于分析輕基體和各種基體中的Ru、Rh、Pd、Ag和Cd（這些元素受X光管的Rh線干擾）。濾光片F(xiàn)3：Al 0.5mm，用于改善輕基體中Pb和As的峰背比。

2）PBF初級(jí)光束濾光片裝置的工作原理，PBF裝置上3個(gè)濾光片的定位是由X熒光光譜儀的主控板與計(jì)算機(jī)接口之間的應(yīng)答來(lái)實(shí)現(xiàn)的。二者的連接圖如圖2所示。圖2的工作原理分析：首先，由XQM（X熒光光譜儀主控板通過(guò)計(jì)算機(jī)接口DJN41612給出pbfokpat信號(hào)，經(jīng)J220集成電路驅(qū)動(dòng)pbfmotpr（PBF馬達(dá)），使PBF裝置上的零位電子開(kāi)關(guān)Fzp打開(kāi)，讓PBF裝置復(fù)位。復(fù)位過(guò)程如下：計(jì)算機(jī)給出pbfmotpr+信號(hào)，經(jīng)過(guò)J220集成電路塊，驅(qū)動(dòng)pbfmotpr伺服電機(jī)工作，促使零位電子開(kāi)關(guān)打開(kāi)，給出pbfFzpdat信號(hào)，進(jìn)入計(jì)算機(jī)，又給出pbfmotpr-信號(hào)，讓pbfmotpr伺服電機(jī)停止工作。這時(shí)，PBF裝置退出初級(jí)光譜室，回到復(fù)位狀態(tài)。PBF初級(jí)光束濾光片裝置上3個(gè)濾光片F(xiàn)1、F2、F3的定位工作過(guò)程

如下：在計(jì)算機(jī)上選擇終端指令輸入方式，終端指令如下：F1定位：co 1，0，0，2048。F2定位：co 1，0，0，1024。F3定位：co 1，0，0，512復(fù)位：co 1，0，0，256。計(jì)算機(jī)給出pbfmotpr+信號(hào)，經(jīng)過(guò)J220集成電路塊，驅(qū)動(dòng)pbfmotpr伺服電機(jī)工作，促使信號(hào)電子開(kāi)關(guān)Fsok吸合，F(xiàn)zp打開(kāi)，依次分別給出pbfFsokdat信號(hào)，控制pbfmotpr伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、停止，依次分3段路程分別實(shí)現(xiàn)F1、F2、F3三個(gè)濾光片進(jìn)入到X光管和樣品之間。當(dāng)計(jì)算機(jī)給出pbfmotpr-信號(hào)，經(jīng)過(guò)J220集成電路塊，驅(qū)動(dòng)pbfmotpr伺服電機(jī)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，依上述相反順序，信號(hào)電子Fsok開(kāi)關(guān)吸合，F(xiàn)zp打開(kāi)重復(fù)3次后，F(xiàn)sok開(kāi)關(guān)打開(kāi)，F(xiàn)zp吸合。這時(shí)，PBF裝置退出初級(jí)光譜室，回到復(fù)位狀態(tài)。

3）PBF初級(jí)光束濾光片裝置的故障。PBF裝置上濾光片F(xiàn)1、F2、F3的定位是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制機(jī)械電子開(kāi)關(guān)Fsok、Fzp來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其缺點(diǎn)是：緊固機(jī)械電子開(kāi)關(guān)Fsok、Fzp的螺絲易松動(dòng)，造成機(jī)械電子開(kāi)關(guān)Fsok、Fzp工作失靈，使計(jì)算機(jī)無(wú)法得到正確的信號(hào)，在選擇PBF裝置上的任何一個(gè)濾光片時(shí)，在計(jì)算機(jī)輸入終端指令后，儀器顯示板上的名稱為F，正確的顯示應(yīng)該是F1、F2或F3。由上述PBF初級(jí)光束濾光片裝置的工作原理，經(jīng)過(guò)分析，可得出以下結(jié)論：計(jì)算機(jī)沒(méi)有得到正確的定位信號(hào)，說(shuō)明信號(hào)電子開(kāi)關(guān)Fsok、Fzp的機(jī)械位置已丟失。關(guān)閉電源，打開(kāi)光譜室，發(fā)現(xiàn)PBF已經(jīng)卡住了，不能進(jìn)退。把PBF初級(jí)光束濾光片裝置拆下后，發(fā)現(xiàn)緊固機(jī)械電子開(kāi)關(guān)Fsok、Fzp的螺絲松動(dòng)了，開(kāi)關(guān)的位置發(fā)生了變化，當(dāng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)PBF裝置時(shí)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)不能找到合適的機(jī)械位置來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的打開(kāi)和關(guān)閉。采取措施：用手旋轉(zhuǎn)螺桿，把PBF初級(jí)光束濾光片復(fù)位，然后帶電反復(fù)調(diào)試，找到了2個(gè)開(kāi)關(guān)的正確機(jī)械位置，并用螺絲緊固。這樣使用幾天后，以上故障多次重復(fù)出現(xiàn)，說(shuō)明2個(gè)開(kāi)關(guān)的機(jī)械位置要求非常精密，人工調(diào)節(jié)的可靠性差，因此必須改造。

4）PBF初級(jí)光束濾光片裝置故障的修復(fù)。與ARL公司聯(lián)系聯(lián)系購(gòu)置了一個(gè)用電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)代替原來(lái)的機(jī)械開(kāi)關(guān)的新PBF初級(jí)光束濾光片裝置，更換過(guò)程如下：關(guān)閉電源，打開(kāi)初級(jí)光譜室，拆下老的PBF初級(jí)光束濾光片裝置，把上面的機(jī)械開(kāi)關(guān)拆除，將新的電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)安裝上，連接好電路后，用計(jì)算機(jī)終端指令試運(yùn)行，F(xiàn)1、F2、F3三個(gè)濾光片均能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速定位，效果非常好。這樣，就解決了PBF初級(jí)光束濾光片裝置無(wú)法定位的故障。此故障修復(fù)以后，X射線熒光光譜儀已經(jīng)分析了9 000多件樣品，實(shí)踐證明：此次PBF裝置的故障的修復(fù)工作是非常成功的。PBF裝置故障的成功修復(fù)為正常的生產(chǎn)工作提供的有利的保障。

2 Resistivity（水的電導(dǎo)率）告警

1）離子交換樹(shù)脂是二次水循環(huán)的一部分見(jiàn)圖3，離子交換樹(shù)脂后水的電導(dǎo)率要求范圍450～4 500。儀器上的要求是電導(dǎo)率越大了越好，低于450以后就會(huì)告警。告警顯示是X-ray secondary water resistivity error。

2）解決辦法就是更換離子交換樹(shù)脂，更換離子交換樹(shù)脂時(shí)一定要關(guān)閉一次、二次水循環(huán)，離子交換樹(shù)脂上下兩頭有接口，更換時(shí)管內(nèi)有些存水，不用擔(dān)心，最好用最快的速度把離子交換樹(shù)脂接好?；謴?fù)儀器二次水循環(huán)電導(dǎo)率正常。endprint

3 X光管的冷卻系統(tǒng)故障現(xiàn)象：X光管點(diǎn)不亮，二次水循環(huán)系統(tǒng)告警

1）X光管冷卻循環(huán)水系統(tǒng)工作原理：X光管在正常工作時(shí)，99.9%的電能都轉(zhuǎn)化為熱能，因此，X光管冷卻循環(huán)水系統(tǒng)能否正常工作非常重要。X光管的冷卻是用采內(nèi)封閉循環(huán)的去離子水來(lái)實(shí)現(xiàn)的，去離子水帶出的熱量則通過(guò)熱交換器由一次循環(huán)水帶走，而一次循環(huán)水帶出的熱量則通過(guò)水循環(huán)機(jī)的制冷系統(tǒng)排除室外，儀器的微處理器對(duì)一次和二次循環(huán)水的各種參數(shù)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)的一次循環(huán)水參數(shù)包括：水流量、輸入水溫、輸出水溫、儲(chǔ)水罐液面高度等；監(jiān)測(cè)的二次循環(huán)水參數(shù)包括：儲(chǔ)水罐液面高度、輸入水溫、去離子水的電阻率、水流量（最小2.0升/分）、X光管入口處的水壓（最大4bar）、輸出安全水溫、輸出水溫等。初級(jí)水和二次水循環(huán)的流量計(jì)浮子是這樣工作的：X光管正常打開(kāi)時(shí)，微處理器先打開(kāi)二次水循環(huán)泵，這時(shí)二次循環(huán)水的流量計(jì)先浮起，如果儀器監(jiān)測(cè)的二次循環(huán)水的參數(shù)都正常，微處理器則會(huì)打開(kāi)一次循環(huán)水的輸入電磁閥，這時(shí)一次循環(huán)水的流量計(jì)也會(huì)浮起。

2）X熒光的故障表現(xiàn)是：在X熒光的光管無(wú)法點(diǎn)亮的情況下，二次循環(huán)水的流量計(jì)（見(jiàn)圖4）里的浮子沒(méi)有浮起來(lái)，說(shuō)明二次水循環(huán)的水泵沒(méi)有工作。檢查水泵發(fā)現(xiàn)在有電壓的情況下，不能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，說(shuō)明水泵損壞。更換新的水泵后，二次水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

3）還有一種現(xiàn)象是X光管的在正常工作的情況下，X光管自動(dòng)熄滅。二次水循環(huán)水壓告警。檢查發(fā)現(xiàn)是二次水循環(huán)系統(tǒng)里的水少了，但少的不多，剛好過(guò)了警戒線，就會(huì)導(dǎo)致X光管熄滅，這說(shuō)明有很小的地方漏水，只能進(jìn)行仔細(xì)檢查，把儀器內(nèi)的水路管路和儀器外的水路管線的接頭都要檢查，儀器內(nèi)部有很多的風(fēng)扇，這樣就會(huì)大大增加了對(duì)水路管路的檢查（風(fēng)扇多了風(fēng)大，剛漏出來(lái)的水就吹干了），經(jīng)過(guò)反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)在二次水循環(huán)流量計(jì)見(jiàn)圖4的左上角的地方有個(gè)管口老化（管口是用塑料的），一點(diǎn)一點(diǎn)的往外滲水，更換成金屬的管口，這樣就不怕老化。完畢后，儀器正常工作。

4 結(jié)論

現(xiàn)代化高科技儀器設(shè)備對(duì)使用人員的操作和使用都要有極高的要求，首先要熟練掌握儀器的使用方法，一定要注意細(xì)節(jié)，因?yàn)榧?xì)節(jié)會(huì)打敗一切，稍有不慎就會(huì)釀成不可挽回的事故。

參考文獻(xiàn)

[1]ARL ADVANTXP+X射線熒光光譜儀操作說(shuō)明書(shū).

[2]吉昂，卓尚軍，李國(guó)會(huì).能量色散X射線熒光光譜[M].北京：科學(xué)出版社，2011：22-49.

[3]高新華，宋武元，鄧賽文，等.實(shí)用X射線光譜分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017：13-25.endprint