专利名称：三元素二元碱度分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种元素分析仪，特别是涉及一种计算机控制检测烧结矿样 碱度值的三元素二元碱度分析系统。
背景技术：
早期在我国矿产生产中经常使用x荧光分析仪来检测矿物质中的元素含 量，主要采用能量色散的x荧光分析仪，该分析仪是直接用探测器探测被激 发的x射线，然后利用核电子学对其进行分析，用这种分析仪探测出元素含
量的精度会下降。
分析矿产元素还可用波长色散元素分析仪，该仪器主要有两种， 一种是 多通道固定式，另一种是多元素旋转式。多通道固定式对每一种元素均配置 一个分光晶体和一个专用探测器，探测器和晶体位置是预先调整好而后固定 的，由于受到空间的限制，采用这种方式测量的元素，在一个探测器中设置 的探测系统数量有限。而且该方法由于使用了数量较多且价格昂贵的探测器 和分光晶体增加了仪器的成本。多元素旋转式波长色散分析仪采用一块晶体
和一种探测器进行元素测量，根椐布拉格定律，晶体旋转e角，特征x射线 旋转2e角度。通过旋转晶体和探测器就可以依次测量不同种类的元素了。 此方法是理论上最佳测试方法，但是该方法最大的缺点就是要求制造单位具 有极高的机械加工精度，精度控制要求达到千分之二至万分之一度，这对于 一般的加工企业来说是无法达到的，而能够制成的仪器价格自然不菲。而且 制造出来的仪器由于精度过高极易磨损，不适合于工矿企业的经常性测量， 只适合于专业的实验室。
目前工矿企业普遍采用x射线光谱分析，该分析方法的物理原理是利用X光管发出X射线照射被测物品，被测物品依其元素种类的不同而被激发 出不同能量(波长的)特征X射线。利用分光晶体将这些特征X射线进行折 射，使其依照其不同的射线能量(波长)进行偏折，然后利用探测器在相应
的角度进行探测，即可测得该元素特征x射线的强度，然后通过对比计算即
可测出该元素在该被测物质中含量丰度。采用通用的波长色散光谱仪检测成
本太高；而采用简易能量色散光谱仪检测硅等轻元素的精度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可快速、准确测量元素碱值含 量的三元素二元碱度分析系统。
本发明所采用的技术方案是 一种三元素二元碱度分析系统，包括碱度 仪和控制装置；所述碱度仪包括X光管、样品托盘、抽真空装置、X射线 探测器、分光晶体装置、分光晶体装置旋转电机、分光晶体装置定位机构和
真空腔室，所述x光管、x射线探测器的发射端、分光晶体装置设置于真空
腔室内，所述样品托盘、抽真空装置通过法兰与真空腔室连接，所述样品托
盘上放置待测样品；所述分光晶体装置旋转电机和分光晶体装置定位机构连 接控制分光晶体装置；所述控制装置包括信号处理单元、控制单元和计算机 分析系统；将探测器中X射线信号转换成的电信号通过信号处理单元进入计 算机分析系统，通过显示装置输出或通过控制单元控制碱度仪部件。
所述X射线探测器包括探测器旋转轴和探测器旋转定位机构；所述探测 器旋转轴与探测器旋转定位机构连接，对X射线探测器进行准确定位。
所述分光晶体装置包括分光晶体、晶体转轴和晶体支架；所述晶体支架 为正三棱柱形，棱面上固定有分光晶体，所述晶体转轴与晶体支架连接。
所述探测器旋转轴与所述分光晶体转轴相互垂直。
信号处理单元包括依序连接的前置放大器、主放大器、多道分析器和接口装置；所述计算机分析系统与控制单元交互连接；所述控制单元分别与碱 度仪的样品托盘、抽真空装置、X光管、分光晶体旋转电机和探测器旋转电 机连接，并控制相应部件。
本发明的有益效果是该分析系统精度高、价格低、测量时间短，可直 接输出元素的测量结果及样品中的碱度值。
图1是本发明碱度分析系统的方框示意图; 图2是分光晶体装置结构示意图。 图中
I、 X光管 3、待测样品 5、 X射线探测器 7、分光装置旋转电机 9、真空腔室
II、 前置放大器 13、多道分析器 15、系统控制单元 17、显示输出装置
2、样品托盘 4、抽真空装置 6、分光晶体装置 8、分光装置定位机构 10、信号处理单元 12、主放大器 14、接口装置 16、计算机
具体实施例方式
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一歩详细说明 如图1和图2所示，本发明三元素二元碱度分析系统，包括碱度仪和控
制装置；所述碱度仪包括X光管l、样品托盘2、抽真空装置4、 X射线探 测器5、分光晶体装置6、分光晶体装置旋转电机7、分光晶体装置定位机构 8和真空腔室9，所述X光管1、 X射线探测器5的发射端、分光晶体装置6
6空腔室9内，所述样品托盘2、抽真空装置4通过法兰与真空腔室9连接， 所述样品托盘2上放置待测样品3;所述分光晶体装置旋转电机7和分光晶 体装置定位机构8连接控制分光晶体装置6;所述控制装置包括信号处理单 元10、控制单元15和计算机分析系统16;将探测器5中X射线信号转换成 的电信号通过信号处理单元IO进入计算机分析系统，通过显示装置输出17 或通过控制单元15控制碱度仪部件。所述X射线探测器5包括探测器旋转 轴51和探测器旋转定位机构52;所述探测器旋转轴51与探测器旋转定位机 构52连接，对X射线探测器5进行准确定位，同时某些晶体折射的特征X 射线种类较多，同一块晶体也可以测量多种元素，通过控制探测器旋转角度 即可实现在一块折射晶体下的多元素测量。所述分光晶体装置6包括分光晶 体61、晶体转轴62和晶体支架63;所述晶体支架63为正三棱柱形，棱面上 固定有分光晶体61，所述晶体转轴62与晶体支架63连接，三块分光晶体分 别探测三种不同元素，分光晶体装置6中还可以放置多块晶体可以同时测量 更多种类的元素，还可以通过更换分光晶体分析多种元素，扩大测量分析范 围。所述探测器旋转轴51与所述分光晶体转轴62相互垂直。所述被探测器 旋转轴51与所述分光晶体转轴62相互垂直。信号处理单元10包括依序连接 的前置放大器ll、主放大器12、多道分析器13和接口装置14;所述计算机 分析系统16与控制单元15交互连接，所述计算机可直接输出元素的测量结 果及样品中的碱度值；所述控制单元15分别与碱度仪的样品托盘2、抽真空 装置4、 X光管l、分光晶体旋转电机7和探测器旋转电机51连接，并控制 相应部件。
本发明的工作原理是将被测铁矿石经研磨、压制成为标准样品后放入 三元素二元碱度仪样品盘2内放置在真空腔室9内，系统控制单元15将样品 托盘2升高密封接口 ；系统控制单元15控制抽真空装置4对真空腔室9进行 抽真空；当真空度提高到一定程度时，系统控制单元15控制X光管1发出
7X射线照射待测样品3，反射出特征X射线；特征X射线照射到分光晶体装 置6后，对某一特定角度折射出某种单一元素的特征X射线；X射线探测器
5在特定角度接收经分光晶体61折射的某一单一元素特征X射线，探测器将 X射线信号转换成电信号，X射线探测器5发出的电信号经前置放大器11 、 主放大器12、多道分析器13、接口装置14处理后上传至计算机，计算机16 接收第一个元素测量信号后，向控制单元15发出指令；控制单元15受到指 令后控制分光装置旋转电机7旋转，利用分光装置定位机构8进行精确的角 度定位；控制单元15同时控制探测器旋转电机51旋转，利用探测器旋转装 置定位机构52进行精确的角度定位。计算机可以准确输出检测样品中Fe、 Ca、 Si三种元素的相对含量，通过与计算机内保存的拟和曲线进行对比，可 以得出该样品中CaO和Si02的含量，这两种物质的含量值表明了该样品中 的碱度。精确测量计算样品中的碱度可为下一道工序配料添加的种类和数量 提供依据。如样品中碱度偏大就要在下一道工序添加沙子(Si02)、反之则 要添加生石灰(CaO);该仪器测量时间一般不超过10分钟，远远小于化学 分析的1 2小时，特别适合于钢铁冶金企业特别是烧结行业连续生产的需 求。本发明三元素二元碱度分析系统，测量精度高于能量色散的X荧光元素 分析仪，单元素测量能力价格低于传统的波长色散元素分析仪。
值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，本装 置还可用在测量水泥、煤炭等行业，用于测量水泥的组成成分、煤炭的灰份 等。根据本发明的基本技术构思，只要本领域普通技术人员无需经过创造tf 劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种三元素二元碱度分析系统，其特征在于，包括碱度仪和控制装置；所述碱度仪包括X光管(1)、样品托盘(2)、抽真空装置(4)、X射线探测器(5)、分光晶体装置(6)、分光晶体装置旋转电机(7)、分光晶体装置定位机构(8)和真空腔室(9)，所述X光管(1)、X射线探测器(5)的发射端、分光晶体装置(6)设置于真空腔室(9)内，所述样品托盘(2)、抽真空装置(4)通过法兰与真空腔室(9)连接，所述样品托盘(2)上放置待测样品(3)；所述分光晶体装置旋转电机(7)和分光晶体装置定位机构(8)连接控制分光晶体装置(6)；所述控制装置包括信号处理单元(10)、控制单元(15)和计算机分析系统(16)；将探测器(5)中X射线信号转换成的电信号通过信号处理单元(10)进入计算机分析系统，通过显示装置输出(17)或通过控制单元(15)控制碱度仪部件。
2. 根据权利要求1所述的三元素二元碱度分析系统，其特征在于，所述 X射线探测器(5)包括探测器旋转轴(51)和探测器旋转定位机构(52); 所述探测器旋转轴(51)与探测器旋转定位机构(52)连接，对X射线探测 器(5)进行准确定位。
3. 根据权利要求1所述的三元素二元碱度分析系统，其特征在于，所述 分光晶体装置(6)包括分光晶体(61)、晶体转轴(62)和晶体支架(63); 所述晶体支架(63)为正三棱柱形，棱面上固定有分光晶体(61)，所述晶 体转轴(62)与晶体支架(63)连接。
4. 根据权利要求2或3所述的三元素二元碱度分析系统，其特征在于， 所述探测器旋转轴(51)与所述分光晶体转轴(62)相互垂直。
5. 根据权利要求1所述的三元素二元碱度分析系统，其特征在于，信号 处理单元(10)包括依序连接的前置放大器(11)、主放大器(12)、多道 分析器(13)和接口装置(14);所述计算机分析系统(16)与控制单元(15)交互连接；所述控制单元(15)分别与碱度仪的样品托盘(2)、抽真空装 置(4) 、 X光管(1)、分光晶体旋转电机(7)和探测器旋转电机(51)连 接，并控制相应部件。
全文摘要
本发明公开一种三元素二元碱度分析系统，包括碱度仪和控制装置；碱度仪包括X光管、样品托盘、抽真空装置、X射线探测器、分光晶体装置、分光装置旋转电机、分光装置定位机构和真空腔室；X光管、X射线探测器的发射端、分光晶体装置设置于真空腔室内，样品托盘、抽真空装置通过法兰与真空腔室连接；分光晶体装置旋转电机和分光晶体装置定位机构连接控制分光晶体装置；控制装置包括信号处理单元、控制单元和计算机分析系统；将探测器中X射线信号转换成的电信号通过信号处理单元进入计算机分析系统，通过显示装置输出或经控制单元控制碱度仪部件。有益效果是该仪器精度高、价格低、测量时间短，可直接输出元素的测量结果及样品中的碱度值。
文档编号G01N23/20GK101446562SQ20071015043
公开日2009年6月3日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者唐卫东, 涛 徐, 帆 杨, 斌 杨, 贾福洲 申请人:天津滨海北方辐照技术有限公司