ARL9900 X射線熒光光譜儀日常故障檢修

李彥波，秦曉峰，杜書濤

（河鋼集團(tuán)邯鋼技術(shù)中心，河北邯鄲 056015）

0 引言

ARL9900 X 射線熒光光譜儀是賽默飛世爾公司2005 年推出的光譜分析儀器。該儀器集成了X 熒光和X 衍射技術(shù)，主要用于對鋼鐵、鐵合金、礦石、礦物質(zhì)、耐火材料等多種金屬和礦物質(zhì)內(nèi)部組分的定性和定量分析。具有操作簡便、分析速度快、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、自動化程度高的技術(shù)特點，可滿足工業(yè)生產(chǎn)中快速過程監(jiān)控和嚴(yán)格質(zhì)量控制的需要。ARL9900 X 射線熒光光譜儀是一種高精度、高靈敏度的電子分析儀器，其電路系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)都比較復(fù)雜，對工作環(huán)境要求也比較苛刻。

1 ARL9900 X 射線熒光光譜儀簡介

ARL9900 X 射線熒光光譜儀可分析元素周期表中B～U的83 個元素。高精度的莫爾條紋定位機構(gòu)能夠?qū)︿撹F、鋁、爐渣、燒結(jié)礦、礦石、耐火材料等金屬和礦物質(zhì)固體樣本進(jìn)行快速準(zhǔn)確定性和定量分析，特別對于粉末壓片樣具有更高的分析效率和準(zhǔn)確性。根據(jù)對靈敏度和待測樣品量的不同，光譜儀可以選擇1200 W、2500 W、3600 W、4200 W 等不同的運行功率。

ARL9900 采用全數(shù)字式智能化電子控制系統(tǒng)，整個儀器由8 個微處理器分別控制儀器的進(jìn)樣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、X 光管及發(fā)射器、測角儀、P10 氣體壓力等。分析指令由微處理器處理后，控制以上系統(tǒng)按照參數(shù)要求進(jìn)行測量分析，分析結(jié)果顯示在顯示器畫面。ARL9900 采用可編程自動進(jìn)樣系統(tǒng)，最多可以安裝32 個固定道，一個固定道指定分析一個元素，可對多種元素同時分析。ARL9900 光譜儀在WinXRF 或OXSAS 分析軟件支持下，可通過批指令按順序進(jìn)行自動分析，并對分析數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化、可視化處理。使得品控人員可以更準(zhǔn)確和直觀地掌握測量樣品的組分含量，為生產(chǎn)工藝和原料的調(diào)整提供參考，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2 ARL9900 X 射線熒光光譜儀常見故障分析與檢修措施

2.1 真空抽不到規(guī)定值

X 射線熒光光譜儀的工藝參數(shù)要求樣品元素檢測必須在低于8 Pa 的真空環(huán)境下進(jìn)行，這樣才能降低空氣等背景環(huán)境的干擾，提高分辨率和檢測準(zhǔn)確性。光譜儀主要是依靠真空油泵和分子泵的配合，將儀器內(nèi)環(huán)境變?yōu)檎婵眨婵毡米鲱A(yù)處理，分子泵為微處理，正常情況下可將分光室真空值降低至5 Pa 以下。真空系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為分光室真空度不足、真空值達(dá)不到要求，其原因及檢修處理措施如下。

（1）試樣裝載系統(tǒng)密封不嚴(yán)。儀器長期使用過程中，試樣中的粉塵顆粒容易污染進(jìn)樣口或粘附在密封處，導(dǎo)致密封磨損，真空泄漏。光譜儀屬于高精密度儀器，儀器日常使用中應(yīng)注意清理粉塵污垢，保證進(jìn)樣口、密封圈等處無污染。特別是要注意密封圈在X 光長期照射下很容易老化，應(yīng)重點檢查，定期對系統(tǒng)進(jìn)行清潔和更換密封圈。

（2）真空泵或分子泵工作異常。真空泵油液被污染或油液泄漏，分子泵部件磨損卡滯等均會造成真空泵和分子泵效率下降，導(dǎo)致設(shè)備在抽真空時無法滿足真空值要求。應(yīng)定期檢查真空泵的液壓系統(tǒng)和分子泵的運轉(zhuǎn)情況，觀察真空泵油位和油色是否有被污染和泄漏的情況，定期更換油液；儀器長時間停機再開機時，容易出現(xiàn)分子泵卡滯情況，應(yīng)檢查分子泵電流是否為“0”，如果是則說明分子泵被卡住。此時應(yīng)停機，使光譜室處于大氣正常壓力狀態(tài)下，然后手動撥轉(zhuǎn)分子泵，確定分子泵轉(zhuǎn)動正常無卡滯后，再開機抽真空。分子泵運行3 年以上，部件容易出現(xiàn)磨損和老化，效率降低，應(yīng)及時更換。

（3）PIO 氣流增大。窗膜破裂、接頭漏氣、氣體控制板故障等均可能造成流氣檢測器中PIO 氣流的增大，引起真空度降低。一般PIO 氣流增大，窗膜破裂的可能性最大，檢查和判斷故障方法：首先，將流氣檢測器兩根氣管短接，觀察參數(shù)是否正確，如果有偏差則說明氣管、接頭以及FPC 控制板有問題；如果正確則說明窗膜破裂。在排除窗膜破裂之后，可進(jìn)一步檢查氣管和閥體，在通入氣壓情況下檢查壓力損失，如果壓力損失超過0.2 kPa/min，則說明氣管或閥體存在漏氣，需更換。

2.2 設(shè)備無高壓

這是光譜儀運行中的常見問題，多發(fā)生在開機階段，故障原因如下。

（1）X 射線防護(hù)系統(tǒng)啟動。X 射線對人體具有輻射傷害性，因此設(shè)備設(shè)有X 射線防泄漏系統(tǒng)。只有在射線防護(hù)系統(tǒng)正常運行情況下，高壓發(fā)生器才會啟動。當(dāng)設(shè)備無高壓時，先檢查是否為射線防護(hù)系統(tǒng)保護(hù)所致。首先檢查X 射線警示燈是否正常，如有問題及時更換，燈泡燒壞同樣不會引起系統(tǒng)保護(hù)。然后檢查面板位置保護(hù)開關(guān)是否閉合，如確定閉合，則可通過人工短接的辦法判斷是否為保護(hù)開關(guān)故障。

（2）循環(huán)水冷系統(tǒng)效果不好。為保護(hù)設(shè)備，設(shè)備在高溫狀態(tài)下高壓發(fā)生器也不會啟動。高壓發(fā)生器的輸出功率中，只有極少數(shù)用于X 射線光管加壓，絕大多數(shù)是轉(zhuǎn)化為熱能。為防止大量熱能積聚損壞設(shè)備，光譜儀設(shè)置了循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，以冷卻高壓發(fā)生器和X 射線光管，調(diào)節(jié)儀器內(nèi)部溫度。影響高壓開啟的原因：①水流量過低。應(yīng)檢查冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是否存在堵塞，過濾器是否太臟，定期清洗系統(tǒng)。如果系統(tǒng)通暢，有一定流量，一般可以直接調(diào)節(jié)流量開關(guān)來消除故障。②內(nèi)循環(huán)水位偏低。首先應(yīng)補充循環(huán)水，提高水位；然后查找漏水點消除故障。③內(nèi)循環(huán)水導(dǎo)電率過高。冷卻循環(huán)水對水中的各種金屬和非金屬離子的含量都有嚴(yán)格限值。內(nèi)循環(huán)水通過儀器內(nèi)部的去離子樹脂柱來降低導(dǎo)電率，但樹脂柱長期使用后會出現(xiàn)老化失效問題，當(dāng)內(nèi)循環(huán)水導(dǎo)電率過高時，可考慮更換樹脂柱。

（3）高壓發(fā)生器及X 射線光管。在排除射線防護(hù)系統(tǒng)和循環(huán)水冷卻系統(tǒng)故障后，故障原因可能是高壓發(fā)生器及X 射線光管的問題。首先排除元件故障，可將高壓發(fā)生器及X 射線光管的電纜斷開，直接開機加高壓。如果高壓仍舊無法啟動，則判斷為高壓發(fā)生器故障，然后再進(jìn)一步檢查內(nèi)部的電路板和保險絲；否則判斷為外部線路和接頭故障。X 射線光管是光譜儀內(nèi)最貴重的部件，一旦損壞便無法修復(fù)，只能更換。可通過觀察射線管鈸窗是否破裂、變形，測量燈絲電阻等辦法，判斷是否為X 射線管故障。

2.3 晶體交換機初始化錯誤

晶體交換機是一個可雙向旋轉(zhuǎn)的獨立轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，由電機、驅(qū)動電路和機械部分組成。它是儀器光路系統(tǒng)的核心部件，直接影響測量強度。初始化錯誤將使設(shè)備無法測量，故障原因主要包括：①微動開關(guān)接觸不良。晶體交換機微動開關(guān)為機械式開關(guān)，長期使用容易出現(xiàn)老化損耗，導(dǎo)致接觸不良，出現(xiàn)情況時必須更換微觸開關(guān)；②晶體架平衡差別大。此種情況會使晶體交換機在旋轉(zhuǎn)時出現(xiàn)自旋現(xiàn)象，導(dǎo)致晶體位置異常。晶體位置調(diào)整需要經(jīng)過復(fù)雜的拆裝和十分精細(xì)的調(diào)試，最好交由廠家專業(yè)工程師調(diào)節(jié)；③電機效率低。長期使用的電機在軸承和電刷磨損后，容易導(dǎo)致效率下降，晶體轉(zhuǎn)動不靈活。應(yīng)更換磨損嚴(yán)重的軸承和電刷。

2.4 SC 探測器故障

光譜儀在日常分析時，有時會出現(xiàn)鐵元素?zé)o成分，而其他元素成分正常的情況。由此可判斷故障來自TFe 元素分析的相關(guān)部件。應(yīng)從LiF200 分光晶體、SC 探測器及其信號處理電路上排查故障點。排查方法可選用不同晶體和SC 探測器組合，進(jìn)行能量掃描和測量能量描跡，通過分析能量圖譜來判斷故障元件。如果SC 探測器能譜圖異常，則判斷為SC 探測器故障。首先測試SC 探測器高壓，排除高壓衰減板故障；然后檢查SC 探測器信號處理電路，將FPC 探測器的輸出信號經(jīng)SC 探測器前置放大電路作某元素能量描跡時，其強度值為正常值，說明SC 探測器信號處理電路正常。如果高壓衰減板和處理電路故障都被排除之后，最終可確定為SC 探測器本身故障，需更換。

3 結(jié)語

ARL9900 X 射線熒光光譜儀是高精密進(jìn)口儀器，很多部件價格非常昂貴，設(shè)備檢修成本非常高。因此，在日常使用中應(yīng)加強對設(shè)備的維護(hù)，對故障原因進(jìn)行深入分析，總結(jié)使用與維護(hù)的經(jīng)驗，減少設(shè)備故障。