CN205719983U - 脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，包括主机单元和测量单元，所述主机单元包括显示屏、控制模块、光谱分析处理模块、脉冲高压电源模块；所述测量单元包括进料斗、样品仓、下料控制装置、下料口、测量室，所述测量室竖壁上相对地设置有一对放电电极，所述放电电极的正负两极与脉冲高压电源模块通过导线连接；所述测量室的内壁还设置有与所述放电电极放电端位于同一水平面的采光探头，所述采光探头通过光纤连接光谱分析处理模块。本实用新型在测量固体粉末的组分时，无需压片制样、测量周期短、结构简单，使用寿命长。

Description

脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置

技术领域

本实用新型涉及固体成分测量技术领域，具体涉及一种脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置。

背景技术

目前对于过程工业中固体样品的元素测量主要采用传统离线化学分析法和电感耦合等离子体光谱法等。但是这类分析法方通常需要先进行采样，再送至实验室进行制样和分析。从采样、制样到检验结果的报出一般需要几个小时，检测结果严重滞后于工业过程。这不仅在一定程度上造成了能源的浪费，不利于工业过程生产的实时控制和优化运行。因此采用先进、快速的分析手段已经成为当务之急。近些年来，随着技术的发展陆续出现了一些固体成分在线分析仪，目前市场上相对成熟的主要有 X射线荧光光谱分析技术、γ射线技术和中子活化分析技术（PGNAA）。X射线荧光光谱分析技术测量周期较长，分析精度较差，一般只能分析原子量大于23的元素，而且受样品特性的影响大，在运行期间需要经常校正。中子瞬发γ射线活化分析技术中γ射线对人体存在很大的安全隐患，双能γ射线投射法测量精度受矿物元素（如铁）含量波动的影响较大，误差较大。这类设备的技术复杂，售价高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决目前固体成分测量周期长，受样品特性影响大，设备故障率高、测量结果精度低等问题，本实用新型一方面提供一种脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，其方案如下：

脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置和方法，包括主机单元和测量单元，

所述主机单元包括显示屏、控制模块、光谱分析处理模块、脉冲高压电源模块；所述控制模块用于控制测量装置的参数设置，包括装置启动开关、脉冲频率、脉冲高压电源的电压、光谱采集的延时和门宽；所述光谱分析处理模块用于分析由采光探头接收到的光谱信号，并计算和存储获得的固体成分测量数据；所述显示屏用于显示固体成分测量结果、脉冲放电频率、高压电源电压、装置运行/停止状态；

所述测量单元包括右上而下依次连接设置的进料斗、样品仓、用于开启和停止下料的下料控制装置、下料口、测量室，所述测量室竖壁上相对地设置有一对放电电极，固体粉末掉落路径位于两个放电电极之间，所述放电电极的正负两极与脉冲高压电源模块通过导线连接；所述测量室的内壁还设置有与所述放电电极放电端位于同一水平面的采光探头，用于接收固体粉末样品激发形成的发射光谱信号，所述采光探头通过光纤连接光谱分析处理模块。

进一步地，所述测量室的内壁四角设置有与所述放电电极放电端位于同一水平面的四个采光探头，从而多角度接收光信号，提高测量的精确度。

进一步地，所述下料控制装置包括相对地设置在样品仓内壁同一高度上的激光发射器和光电探测器、设置在所述样品仓底部的下料挡板，当光电探测器检测到激光时下料挡板关闭，当固体粉末样品堆积高度达到阻隔激光光路使光电探测器无法检测到激光信号时下料挡板开启下料，同时向脉冲高压电源模块输出触发信号。

进一步地，所述样品仓内的样品堆积高度通过调节激光发射器和光电探测器在样品仓内的高度实现，以满足不同的测量需要。

进一步地，所述测量室底部的卸料口处设置有废样阀，方便卸料。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、结构简单，提高现场长时间运行的可靠性。

2、通过合理设计的进料口可以和不同的工业过程粉末样品取样系统连接实现在线测量，也适用于人工制备粉末样品的快速测量。

3、可实现固体样品中几乎所有元素的同步测量。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为下料控制装置示意图。

图3为下料挡板关闭时的下料控制装置状态图。

图4为下料挡板开启时的下料控制装置状态图。

其中：1.主机单元；2.测量单元；3.显示屏；4.控制模块；5.光谱分析处理模块；6.脉冲高压电源模块；7.进料斗；8.样品仓；9.下料控制装置；10.下料口；11.放电电极；12.测量室；13.废样阀；14.采光探头；15.导线；16.光纤；17.激光发射器；18.光电探测器；19.下料挡板。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，下面结合附图和具体实施实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1和图2所示，脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，包括主机单元1和测量单元2，

所述主机单元1包括显示屏3、控制模块4、光谱分析处理模块5、脉冲高压电源模块6；所述控制模块4用于控制测量装置的参数设置，包括装置启动开关、脉冲频率、脉冲高压电源的电压、光谱采集的延时和门宽；所述光谱分析处理模块5用于分析由采光探头14接收到的光谱信号，并计算和存储获得的固体成分测量数据；所述显示屏3用于显示固体成分测量结果、脉冲放电频率、高压电源电压、装置运行/停止状态；

所述测量单元2包括右上而下依次连接设置的进料斗7、样品仓8、用于开启和停止下料的下料控制装置9、下料口10、测量室12，所述测量室12竖壁上相对地设置有一对放电电极11，固体粉末掉落路径位于两个放电电极11之间，所述放电电极11的正负两极与脉冲高压电源模块6通过导线15连接；所述测量室12的内壁四角设置有与所述放电电极11放电端位于同一水平面的四个采光探头14，用于接收固体粉末样品激发形成的发射光谱信号，四个采光探头14从多角度接收光信号，提高测量的精确度，所述采光探头14通过光纤16连接光谱分析处理模块5，所述测量室12底部设置有废样阀13。

具体来说，如图3所示，所述下料控制装置9包括相对地设置在样品仓8内壁同一高度上的激光发射器17和光电探测器18、设置在所述样品仓8底部的下料挡板19，所述样品仓8内的样品堆积高度通过调节激光发射器17和光电探测器18在样品仓8内的高度实现，以满足不同的测量需要。当光电探测器18检测到激光时下料挡板19关闭(图3)，当固体粉末样品堆积高度达到阻隔激光光路使光电探测器18无法检测到激光信号时下料挡板19开启下料，同时向脉冲高压电源模块6输出触发信号(图4)。

本实施例提供的固体成分测量装置使用方便，结构简单，提高现场长时间运行的可靠性。通过合理设计的进料口可以和不同的工业过程粉末样品取样系统连接，可以实现在线测量。同时可以将固体样品通过人工制样，制备成粉末样品直接放入本测量装置进行快速测量，可实现固体样品中几乎所有元素的同步测量。每个固体样品的成分测量可以在半分钟内完成，极大地提高了固体样品成分测量的速度和效率。

采用上述实施例的测量装置，其固体成分测量方法，包括以下步骤：

1）将待测的固体粉末样品通过进料斗7进入样品仓8，当固体粉末样品堆积到一定高度后下料控制装置9开启下料挡板19使固体粉末样品通过下料口10以颗粒流的模式进入测量室12的同时，下料控制装置9同步输出信号触发主机单元1中的脉冲高压电源模块6工作，以设置好的频率通过放电电极11进行脉冲放电，并形成空气等离子体；

2）固体粉末样品流经放电电极11间的空气等离子体时被瞬间激发电离，向外发射光谱信号。通过采光探头14接收光谱信号进入光纤16，由光纤16传输并采集至主机1中的光谱分析处理模块5；

3）采集到的光谱信号由光谱分析处理模块5中的元素定量分析模型转化为元素含量，并将元素含量的测量结果显示在主机单元1的显示屏3上，同时存储在主机单元1的光谱分析处理模块5中。

具体来说，所述当固体粉末样品堆积到一定高度后下料控制装置9开启下料挡板19使固体粉末样品通过下料口10以颗粒流的模式进入测量室12的同时，下料控制装置9同步输出信号触发主机单元1中的脉冲高压电源模块6工作的步骤具体为：当固体粉末样品堆积到一定高度后，固体粉末样品阻隔所述下料控制装置9的激光发射器17发出的激光，使光电探测器18无法检测到激光信号时，下料挡板19开启使固体粉末样品通过下料口10以颗粒流的模式进入测量室12的同时，下料控制装置9的光电探测器18同步输出信号触发主机单元1中的脉冲高压电源模块6工作。

开始测量时，使固体粉末样品通过进料斗7进入样品仓8内，如图1所示。通过主机单元1上的控制模块4开启整套装置，并由控制模块4设置好主要参数，如脉冲频率、脉冲高压电源的电压、光谱采集的延时和门宽。当固体粉末样品进入样品仓8并堆积到一定高度阻隔了激光发射器17发出的激光时，光电探测器18发出信号开启下料挡板19，如图2所示。与此同时，光电探测器18同步输出信号触发主机单元1中的脉冲高压电源模块6工作，放电电极11进行脉冲放电形成空气等离子体。固体粉末样品通过下料口10以颗粒流的模式进入测量室12，并连续流经放电电极11间的空气等离子体，被快速激发电离，发射光谱信号。光谱信号由固定在测量室12四角的采光探头14接收进入光纤16，并传输至光谱分析处理模块5光电转化后进行处理，获得固体样品成分的测量结果显示在显示屏3上，同时存储在光谱分析处理模块5中，测量后，打开测量室12下端的废样阀13，即可将废料卸掉。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，其特征在于，包括主机单元（1）和测量单元（2），

所述主机单元（1）包括显示屏（3）、控制模块（4）、光谱分析处理模块（5）、脉冲高压电源模块（6）；所述控制模块（4）用于控制测量装置的参数设置，包括装置启动开关、脉冲频率、脉冲高压电源的电压、光谱采集的延时和门宽；所述光谱分析处理模块（5）用于分析由采光探头（14）接收到的光谱信号，并计算和存储获得的固体成分测量数据；所述显示屏（3）用于显示固体成分测量结果、脉冲放电频率、高压电源电压、装置运行/停止状态；

所述测量单元（2）包括右上而下依次连接设置的进料斗（7）、样品仓（8）、用于开启和停止下料的下料控制装置（9）、下料口（10）、测量室（12），所述测量室（12）竖壁上相对地设置有一对放电电极（11），固体粉末掉落路径位于两个放电电极（11）之间，所述放电电极（11）的正负两极与脉冲高压电源模块（6）通过导线（15）连接；所述测量室（12）的内壁还设置有与所述放电电极（11）放电端位于同一水平面的采光探头（14），用于接收固体粉末样品激发形成的发射光谱信号，所述采光探头（14）通过光纤（16）连接光谱分析处理模块（5）。

2.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，其特征在于：所述测量室（12）的内壁四角设置有与所述放电电极（11）放电端位于同一水平面的四个采光探头（14）。

3.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，其特征在于：所述下料控制装置（9）包括相对地设置在样品仓（8）内壁同一高度上的激光发射器（17）和光电探测器（18）、设置在所述样品仓（8）底部的下料挡板（19），当光电探测器（18）检测到激光时下料挡板（19）关闭，当固体粉末样品堆积高度达到阻隔激光光路使光电探测器（18）无法检测到激光信号时下料挡板（19）开启下料，同时向脉冲高压电源模块（6）输出触发信号。

4.根据权利要求3所述的脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，其特征在于：所述样品仓（8）内的样品堆积高度通过调节激光发射器（17）和光电探测器（18）在样品仓（8）内的高度实现。

5.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体激发颗粒流的固体成分测量装置，其特征在于：所述测量室（12）底部的卸料口处设置有废样阀（13）。