主题:【第十一届原创】认识一下火焰监测器

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夕阳
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7月三等奖
    在原子吸收火焰分析方式中,大家比较关心的一个隐患就是火焰“回火”故障。
    当因某种原因造成助燃气(空气)流量突然中断供给或者减弱时,原本燃烧正常的火焰就会突然缩回到燃烧室(雾化室),产生很可怕的爆破声,甚至有可能将燃烧头或者雾化器炸开。这绝不是危言耸听,而是我亲身经历过的场景,那是70年代在使用PE340型原吸做火焰测试时,燃烧器突然发生回火爆炸(当时该仪器没有防回火装置),造成将喷雾器前盖从燃烧室炸开,并从两个操作仪器的女孩子的头部中间飞过,险些酿成人身伤害。
  为了杜绝这种“回火”隐患,目前许多仪器厂家均在仪器上设计有一种防回火的装置,这个装置的名称就是“火焰监测器”。这种装置的工作示意图见图-1所示:

                          图-1 火焰检测器工作示意图
    从图-1可以看出,这个装置的其实就是一个闭环的光/电控制电路。其工作原理如下:
当燃烧头的火焰被点燃后就会产生一定波长的辐射光,而这个辐射光就会被火焰传感器(亦称为检测器)立刻检测到;通过识别控制器的鉴别放大作用,去控制通往燃烧头的乙炔气供给的电磁阀,使电磁阀保持导通供气。如果火焰突然熄灭或者缩回到燃烧室里时,火焰检测器就会检测不到火焰辐射信号,于是识别控制器就会立刻控制乙炔电磁阀关闭,从而阻断了燃气的继续供给,保障了仪器和操作者的人身安全。
  这种防回火装置看起来并不复杂,但是最主要的一个技术指标就是反应速度;为此对于火焰传感器的灵敏度的要求的就比较高。在有些老旧或简易的仪器上,这个传感器使用的是硅光电池,见图-2所示:

                  图-2 硅光电池
    硅光电池的优点是价格低廉,但是其缺点是反应速度有时跟不上火焰熄灭的速度,也就是电路上所说的“滞后”现象。
于是目前比较先进的仪器均使用了反应更为灵敏的紫外传感器,也称之为UV监测管。这种监测管的外观见图-3 所示:

                                                                        图-3  R2868型UV监测管
  目前结合这种监测管的紫外火焰监测器套件已经有市售的产品售出了,例如浜松(HAMAMATSU)公司生产的C3704火焰监测器套件就是例子。这种套件外形见图-4所示:

                                                      图-4 C3704型火焰UV监测器外观

    类似这种火焰检测器的最大特点就是检测灵敏度高、反应速度快,究其原因就是因为该设备有着完整的放大体系;UV管的工作原理类似光电倍增管,因为放大倍数高,自然灵敏度也就随之提高了。该监测器的电路见图-5所示:

                                                            图- 5 C3704火焰监测器电路图
      目前日立系列原子吸收仪器里面均安装了这款火焰检测器配套装置。图-6就是这款火焰监测器安装在仪器里面的实际图例:

                                          图-6日立Z-2000型原吸的火焰传感器的安装位置
    使用类似监测器的仪器有时会遇到燃烧头点火成功后却保持不住,火焰很快就熄灭了,尤其是在潮湿的南方地区或潮湿的季节经常发生。为此,下面做一个原因的分析和解决的方法介绍:
(1)原  因:空气中的水分附着在UV管的光窗上了,造成了火焰中的紫外光信号强度受阻,致使UV管无法正常工作,产生没有看到火焰被点燃的“假象”从而关闭了乙炔控制阀,火焰自然就维持不住了。
解决办法:①取出UV管用乙醇清洁受光窗。但是对于用户而言,这种措施有些难度。②用吹头发用的风筒对着UV管的检测孔吹干(见图-7所示)。但是要注意吹风机的温度要设在低档,并且边吹边晃动,时间不能过长。这种措施只是权宜之计,关键是要彻底解决室内潮湿环境问题,例如加装除湿机。

                                                            图-7 用吹风机烘干UV管
  (2)原  因:空气中的湿气尤其是沿海地区含盐分的湿气附着在火焰监测器的控制电路板上的高压发生器单元,使之电路板的绝缘电阻下降,造成供给UV管的正高压电压跌落,从而使UV管不能正常导通,总是呈现出报警状态。高压发生器的电路图和实体图见图-8所示:

                                                            图-8 高压发生器电路图以及实体图
解决办法:取下电路板,用无水乙醇棉签擦拭电路板高压发生器部位(图-8 电路板红框中的)后,再用吹风机吹干。
后  记:
经过我多年的维修经验,该火焰监测器质量很可靠,电路上几乎没有出现过故障。只是仪器在使用了十年以后有的UV监测管的灵敏度可能故有所下降,但是该监测管在网上可以购买到,价格在100元左右。
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学习了学习了!
特意去看了下普析TAS-990F的火焰监测器,和老师说的UV监测管一模一样
又去看了下岛津AA7000的,结果认不出来是不是同一个东西了
我理解的是受光窗应该垂直于光源,不知道我理解的对不对。。。
图一至TAS-990F的,图二是岛津AA-7000的
夕阳
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原文由 阮软软(v3127653) 发表:
学习了学习了!
特意去看了下普析TAS-990F的火焰监测器,和老师说的UV监测管一模一样
又去看了下岛津AA7000的,结果认不出来是不是同一个东西了
我理解的是受光窗应该垂直于光源,不知道我理解的对不对。。。
图一至TAS-990F的,图二是岛津AA-7000的



你的理解是对的。岛津的UV检测器从外观看似乎是硅光电的,如有机会打开仪器上盖拍照一下。赞赏你的实践精神。
另问,你这照片是咋拍的啊?能从这么小的孔径处拍到?是将手机塞进去拍的吗?
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2018/7/5 16:36:34 Last edit by anping
阮软软
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原文由 夕阳(anping) 发表:
你的理解是对的。岛津的UV检测器从外观看似乎是硅光电的,如有机会打开仪器上盖拍照一下。赞赏你的实践精神。
另问,你这照片是咋拍的啊?能从这么小的孔径处拍到?是将手机塞进去拍的吗?


老师您的意思是岛津是自己研发的把硅光电池和后边的紫外传感器相结合了么?还是说仅仅是您所说的第一种硅光电池啊?
拍照片不用把手机塞进去啦,把摄像头对准感光窗口然后对好焦,然后放大就能拍清楚了
中华8341
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安老师讲的很细致,学习了不少知识,谢谢您了!
漂浮云
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夕阳
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原文由 阮软软(v3127653) 发表:
老师您的意思是岛津是自己研发的把硅光电池和后边的紫外传感器相结合了么?还是说仅仅是您所说的第一种硅光电池啊?
拍照片不用把手机塞进去啦,把摄像头对准感光窗口然后对好焦,然后放大就能拍清楚了
因为看不清楚,我是根据你的照片猜测岛津的UV检测器是硅光电的,也不一定对。
qq250083771
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夕阳
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原文由 qq250083771(qq250083771) 发表:
看来这个东西的价值很大啊
是作用很大吧?
qq250083771
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原文由 夕阳(anping) 发表:
是作用很大吧?
别看一个小东西,能预防不少安全问题,对于内部原理还不是很懂,经过您的解释,受教了