云南昆明煤矸石砖坯钙元素测量仪的原理跟构造特征

1.仪器简介

1.1概述

OK-5F型X荧光硫钙铁分析仪是一种微机化的新型台式分析仪器。

根据元素特征射线的X荧光能量色散原理，采用低能小功率X光管激发（不用放射源）、计数管接收、核电子脉冲分离及微机计算分析等组成，采用先进的物理测量方法，符合节能、环保、安全要求，在水泥厂可用多种原料分析，一台可顶钙铁分析仪、测硫仪两台用。

1.2用途

1.主要用于水泥粉磨站，测量水泥中SO3百分含量，为二水石膏或硬石膏数掺入量快速提供分析数据；同时也测量水泥中CaO和Fe2O3百分含量，为掺入混合材配比快速提供分析数据。

2.用在生料磨后，快速检测生料中CaO、Fe2O3的百分含量；用在水泥企业水泥磨后，快速检测出水泥中SO3、CaO、Fe2O3百分含量，为该种水泥搅拌的混凝土的凝固时间和强度提供分析数据。

3.可分析石膏、石灰石等材料中SO3、CaO、Fe2O3的百分含量，为进厂原材料提供质量数据。

4.其它需要分析硫、钙、铁的场合，例如火电厂为环保降硫，脱硫灰中SO3百分含量的准确分析。

1.3特点

1.微机组成为一体的台式仪器、结构紧凑、外形美观。

2.大屏彩色触摸屏显示，全中文菜单提示操作，使用极为方便。

3.分析时间短：30秒钟给出SO3、CaO、Fe2O3百分含量。

4.仪器分析时，不破坏样品，样品可重复检测。

5.不用任何化学试剂，无三废排放，不含放射源，低耗电，符合环保、节能、辐射安全要求。

6.数据存储量大，含量结果、仪器自检数据都可查询，避免了打印耗材。

7.环境适应能力强，可靠性高。

8.仪器执行GB/T《水泥X射线荧光分析通则》国家标准。

9.价格功能比低，适合我国国情。

1.4主要技术指标

1.分析范围：SO3、CaO、Fe2O3：0.01%~%;

2.分析宽度：SO3（CaO、Fe2O3）%max~SO3(CaO、Fe2O3)%min≤5%，例如水泥中SO3：0.01%~5%，

CaO：38%~43%，Fe2O3：1%~6%，通过标定工作曲线选定；

3.分析精度：标准偏差SSO3≤0.04%、SCaO≤0.10%、SFe2O3≤0.05%;

4.允许误差：ΔSO3%≤0.15%;ΔCaO%≤0.25%;ΔFe2O3%≤0.15%;

5.分析时间：n*30秒（n为1~5自然数，通常取n=2）;

6.稳定性：绝对漂移：

ΔSO3%

≤0.10%，

ΔCaO%

≤0.10%,

ΔFe2O3%

≤0.10%;

7.使用条件：供电ACV~V,50Hz；环境温度5~40℃；相对温度≤85%（30℃）;

8.整机功耗：≤70W;

9.尺寸与重量：mm*mm*mm,13.8Kg。

2.仪器成套性及安装

2.1仪器成套性

1.主机（三芯市电电源线）1台

2.压模（样品钢环）1套

3.使用说明书1本

2.2仪器安装

用户收到仪器后，第一步请仔细阅读使用说明书，并按使用说明书要求安装和使用仪器。

第二步按本使用说明书2.1节所列，检查仪器成套性，如有缺少，请立即与本公司联系。

上述两步完成后，将仪器从包装箱内小心地拿出，此仪器属精密贵重物品，一定要轻拿轻放，以免人为损坏。

仪器必须放置在清洁、无腐蚀性气体的室内，室内温度5~40℃最好有空调，以减少腐蚀气体对仪器的损害及环境温度、湿度变化对分析准确度的影响。

仪器应放置在便于操作的不振动平台上，仪器四角垫些海绵，有利于仪器防振。

仪器使用交流V市电。供仪器使用的交流V市电三芯插座，一定要有良好的接地线，接地线不好或使用两芯插座，既不安全也不能保证仪器正常工作。

压片机与仪器最好隔室放置，不能靠近放置在一起，以防压样灰尘对仪器的影响。

3.仪器的使用方法

3.1仪器简貌

3.2仪器的使用步骤

3.2.1购买仪器的新用户，按下列步骤调试仪器：

开机→预热仪器→能谱测量→计数测试→（标定）→含量测量

3.2.2已标定好仪器的用户，按下列步骤操作仪器：

开机→预热仪器→含量测量。

连续开机的用户，开机与预热仪器两步不需要进行；例如交接班时要对自备标样品含量测量比对，分析结果准确无误时方可进行进入含量测量应用。

3.3开机

仪器安装好后，插入电源大屏彩色触摸屏亮，表示仪器已接通市电，表明仪器已开机。此时仪器大屏彩色触摸屏将显示公司名称，商标，产品编号，如图[3—0]：

按屏幕中下方的，显示屏转换显示[3—1]主菜单画面：

显示[3—1]主菜单画面：仪器进入预热状态。

3.4预热仪器

开机后，必须预热仪器30分钟，预热时间由仪器时钟自动控制。在预热仪器期间，仪器不能进行样品含量测量。

开机后，预热时间即开始计时，开机30分钟内进入“主菜单”程序，显示屏面[3—2]下方有“预热还需**分钟”提示字样，预热30分钟后，提示字样消失，即说明仪器预热时间已到；开机30分钟后，进入“主菜单”[3—1]屏面，显示屏下方“预热30分钟”字样不出现，也说明仪器已进入正常测量工作。

3.5软件流程总图

对于新用户，软件流程图右下方的工作应先进行，即先测能谱，再测计数，再进行仪器的标定，使用前请您仔细阅览，当您清楚了软件流程总图，您也就基本掌握了仪器操作思路，对于调试与使用仪器是十分有利的。下面按新用户使用步骤中各项功能作详细介绍。

3.6系统设定之一：时钟与密码

3.6.1设置时钟

设置时钟，实际上就是校准时钟。在[3-1]上，按，键入公司出厂密码‘’后，按确认，已经进入到修改状态，可按相应的时间位置点进行修改。

3.6.2修改密码

仪器管理人员为保障仪器正常运行，防止非管理人员误操作键盘而造成仪器不正常运行而设置的，也为质量管理提供了保证。

按，键入公司出厂密码‘’后，按确认，已经进入到修改状态，按[2]，即可输入6位新密码，按确认，它就更新了仪器出厂密码“”，仪器管理人员应将新密码记在笔记本上，以后仪器要进入，就必须输入这个新密码。

3.7能谱测量

能谱测量是为了设备厂家技术人员保证调试仪器准确进入元素的通道而设置的辅助功能，进入这个功能后，仪器将自动进行。具体操作方法如下：

在[3—1]主菜单画面中，拉出滑板，参考样处在测量位置，按，仪器进入能谱测量状态，测量结束，蜂鸣器发出“嘀”提示音，提示测量完成，显示如上图。可以查看各阈值下的计数，对应计数最大的阈值为峰位。正常情况下，硫钙铁元素分析仪的能谱峰位在阈值2.4~2.6V范围内。若峰位偏低，则顺时针调正比管高压电位器；若峰位偏高，则逆时针调高压电位器。注意：调高压电位器时每次只能调1/4圈。电位器在仪器内部，并已标识，这需要关断电源，拆掉滑板推手，打开机盖才可见到。重新开机，再测谱，直至峰位正常后，复原仪器。

3.8计数测量

计数测量也是为了保证分析稳定准确，检测仪器设备是否有故障而设置的第二个辅助功能。计数测量必须在仪器开机30分钟后进行，是检查仪器计数率是否符合统计学规律。具体操作方法如下：

在[3—1]主菜单画面中，拉出滑板，参考样处在测量位置，按，进入计数测试状态，再按，仪器进入计数测量状态，测量结束，蜂鸣器发出“嘀”提示音，提示测量完成，显示如上图。

屏面右边X均值分别为SO3、CaO、Fe2O3这11次计数的平均值，分别为SO3、CaO、Fe2O3这11次计数统计值。在95%置信度、自由度为m-1=10下，

l满足下式：0.≤ly值≤11.45

若不满足此式，则必须再连续检测6次，均满足此式，才说明计数正常，否则说明电子系统有故障。

3.9系统设定之二：标定

标定是为了准确分析样品中SO3、CaO、Fe2O3百分含量必须进行的工作，国内外大小型X荧光分析仪器无一例外。同样,本X荧光硫钙铁分析仪在使用前，使用一段时间后，或测量对象基体组成变化较大后，均需进行标定工作。

3.9.1标定工作的意义

标定工作实际意义就是校准仪器，就像电子天平用若干个标准重量的砝码来校准杆秤一样。杆秤校准是找到不同重量砝码所对应的秤杆上的刻度。仪器标定是确定样品中元素化学成份含量对应元素荧光计数率比值，并用K、b值把这种对应关系确定下来，所以标定工作也就是确定K、b值。但天平标定和仪器也有不同，杆秤在很大重量范围与刻度成直线关系，而仪器分析样品时，从0.01%~%这样大的分析范围来讲，“化学成分含量”与“元素荧光计数率比值（即N样/N参）”二者的关系是曲线，如下图所示：但在一段仅为5%左右的含量区间内，我们可以用一条直线来代替曲线，且误差是很小的。因此从原则上来讲，仪器在很大含量范围内都是可以做到准确测量的，用户只需在不同的含量范围内分段标定，即用不同的直线分段模拟曲线。对SO3、CaO、Fe2O3以3%~5%的百分含量宽度为一区段进行标定，此时以直代曲引入的微小误差足以满足生产控制对准确度的要求。也满足水泥中SO3、CaO、Fe2O3波动对检测范围的要求。而检测范围的具体区段设定，应以实际生产控制目标为中心值。由于各用户的生产控制目标不同及不同的水泥矿物来源导致X荧光分析的基体效应不同，用户要自己动手用自己的水泥在上述设定区段范围内做一套标定样来做标定。不同用户原料适用于不同的K、b值。

另外，不同的仪器激发源的强度和参考样的计数率在制造时无法做到完全相同，因此同一套标定样在不同的仪器上标定出的K、b值就会有一些差异，不能把在这台仪器上适用的K、b值照搬到另一台仪器上使用。

3.9.2SO3、CaO、Fe2O3标定样的制备

SO3、CaO、Fe2O3标定样是不同水泥厂家，根据自己生产工艺，建立适合该厂待测样仪器分析条件，为求出标定工作曲线K、b值必须制备的。通常SO3含量宽度为3%，在工艺控制目标值±1.5%范围内，CaO含量宽度为5%，在工艺控制目标值±2.5%范围内，在生产线上，取十几个不同SO3、CaO、Fe2O3含量样品，干燥后重约克，经不同化验室的不同化验人员或同一化验室几个分析人员，用准确的化学分析方法，认真重复分析SO3、CaO、Fe2O3百分含量的平均值作为标准值。这个来自生产线上，知其准确化学分析含量值的样品，就作为标定样，它的基体、细度、水份和待测样是一致的。对这些标定样的另一要求是，必须在宽度范围内含量应有差别，即相邻样品中SO3、CaO、Fe2O3的含量各相差0.5%~0.8%，以使用其标定的直线有代表性。在生产线上取标定样，这是为了使它的基体等和待测样一致，但按这样取标定样必定要花很长时间，因为一般生产线上的水泥样品与控制目标值接近，SO3、CaO、Fe2O3百分含量基本差不多，不符合仪器标定对标定样品SO3、CaO、Fe2O3百分含量有3%~5%范围宽度及相邻标定样中SO3、CaO、Fe2O3百分含量各相差0.5%~0.8%的要求，为了较快地做好标定样，用户可在基本满足标定样要求的情况下，采用人工方法配制标定样。具体配制方法根据用户待测样成分与配比确定，用户也可与本公司仪器安装调试工程师联系，以获取具体指导。

3.9.3标定样的压片及其要求

下面介绍标定样的压片及其要求，以后待测样进行SO3%、CaO%、Fe2O3%仪器分析时，压片及其要求和标定样完全相同。作为仪器配件，随仪器都给用户提供了一套压模及12只样品环，还为用户提供选购件手动压模。这些也是标定样压片的工具。

(1)压模部件名称及压片过程示意图如下

a.加压力前b.加压力后c.制好的样品

(2)压片前，先将样品环置于压模垫上，外径大的一端向下，再在样品环上套上压模环，称7.0克±0.3克（具体称重，请按照手动压模能加入的物料为准）标定样粉末，倒入压模环内，用手扶住压模环，然后用压模杆缓慢放入压模环内，下落后转动一下压模杆，使粉末充填均匀。注意，在标定粉末样倒入压模环后，样品环在压模垫上不允许再移动。

(3)将装好标定样粉末的压模，整体水平移到手动压模工作台中心位置上，逆时针按下压手动压模。使压力达到最大。保压5~10秒，以消除粉末样受压后的内应力；然后顺时针提起手动压模，即可取出压模。

(4)取出压模后，用左手按住压模环，右手转动一下压模杆、使压模杆端面和压样背面脱离粘连，拔出压模杆，再将标定样压片和样品环一起从压模环上取出。压片应平整、光滑，不凸出样品环，不破裂，即说明压样符合要求，也可用洗耳球轻轻吹去二面浮尘，将带标定样压片的样品环与压制时方向翻个身，此时，上表面为标定样测量面，这个测量面一定要保护好，不可手摸，划痕等；凹进样品环内一面为背面，可用细尖物在背面写上标定样编号，防止搞错。至此，标定样压制完成，可供仪器标定时使用。

(5)用其它型号的压片机，也可用本公司提供的压模和样品环压制标定样压片。

3.9.4标定仪器

在仪器能谱峰位、计数检验l正常，标定样压制完成，每个标定样用化学分析出SO3、CaO、Fe2O3百分含量后，就可对仪器进行SO3、CaO、Fe2O3的标定操作。仪器标定开始时必须对标定数据区进行清空标定两次，以使以前的数据不影响本次标定。

则完成清空标定两次后，再按标定输入，进入自动标定状态。

将滑板拉出到底，放入第1号标定样，再将滑板推到底，仪器自动启动测量标定程序。开始测量计时，倒计时结束后，蜂鸣器发出“嘀嘀嘀…”连续提示音,同时显示屏显示“（请拉出滑板）”，此时将滑板拉出到底，屏面中提示字样消失，声响自动停止，仪器自动开始测量参考样数率值，测量完毕，在屏面中显示出该标定样数率值及参考样测量的数率值。

这一个测量结束，自动进入下一个的测量。

一般标定样以11个为一组，且要编号，[标定样序号提示您已测到的标定样顺序号。第1个标定样测量完毕，再按事先编好顺序步骤，测量第2号、第3号……，直至全部标定样测完。仪器限定每次标定的标定样数不超过15个。全部标定样测量完毕，返回到页面。标定样测量完后，可对全部标定计数进行查询，以观测这组标定样计数与含量相关情况。

是不是按事先编好顺序依次放入测量，如有顺序错误，重新编制放入顺序。

下一步则需输入化学含量。在页面下，按，则显示化学含量输入屏面，再按事先编好顺序输入标定样SO3化学分析含量，

再按事先编好顺序输入标定样CaO化学分析含量，

再按事先编好顺序输入标定样Fe2O3化学分析含量，

再按计算K、b值，即能计算出要求的K、b值及相关系数γ，

3.9.5γ的含义及其要求

[3-25]屏面中的K、b、γ值是标定数据按最小二乘法计算得到的，γ称为相关系数，它的含义是

标定样含量与仪器检测的荧光计数比率之间的相关性，检验标定样化学分析含量是否准确，表征该工作曲线的好坏。

一般要求：

γSO33≥0.99,,γCaO≥0.98，γFe2O3≥0.98。

如果达不到该要求，就应检查标定样SO3、CaO、Fe2O3化学分析的准确性。

4.含量测量

仪器标定好后，就可以将仪器投入待测样的含量测量。

4.1对待测样样品的要求

(1)待测样样品应在基体（即基本成份）、细度、水份应与标定样基本一致。混合材品种与掺入量变化较大时，就可能影响基体成份，所以不同品种不同标号的待测样应选择对应标定样的工作曲线进行含量测量。待测样细度满足国家规定要求即可，因为颗粒度小于0.08mm时，仪器测量结果与颗粒大小无关，

待测样细度满足此细度要求，可以不考虑细度对测量结果的影响。但其他样品一般细度不能达到此要求。测量时，仪器示值将偏低，用户要粉碎后再压片给仪器分析，才能得到正确结果。待测样水份应小于0.5%，一般水泥厂可以做到，但对熟料等待测样搁置太久，可能吸湿，影响测量结果，所以待测样水份也应与标定样一致。

(2)由于成片状的待测样有足够的机械强度，压片的待测样厚度约有4mm，而光子能激发的原子仅在浅表测量面，在物料均匀分布的情况下，测量结果与待测样厚度（即重量）无关，仅与密度（由成片压力保证）有一些关系，但是影响不大。

(3)待测样的压制方法与要求和3.9.3节标定样压片完全相同。

4.2仪器分析时间与测量精度的关系

仪器的测量精度定义为用同一台仪器在相同K、b值条件下，对同一样品连续11次含量分析结果进行统计计算的标准偏差，用S表示。测量时间为原来的n倍，则标准偏差下降至原来的n分之一。

若S1为用一个单位时间，例如30秒，测同一样品11次得到的标准偏差；S2是用n个单位时间，例如n=2，则测量时间为2×30秒=60秒测得的标准偏差，则它们的关系是S2=S1/n本仪器分析测量时间为n*30秒，n为1~5自然数，即有30、60、90、、秒五档可选，分析时间越长，SO3%、CaO%、Fe2O3%多次分析结果跳动越小。本公司建议用户测SO3%、CaO%、Fe2O3%时，选择60秒档作为测量时间。

4.3含量分析的操作

4.3.1进入主菜单屏面

进入主菜单[3-1]屏面有按：

4.3.2选择含量测量功能后

在主菜单[3-1]屏面，按，进入“含量测量”功能，显示屏显示[3-26]屏面，这时将待测样品放入滑板的凹槽内，用手推入到底，5秒钟后，仪器自动检测，测量结束结果显示在触摸屏上并同时打印出结果。

1.如果出现采样情况。在显示屏最中间下方，“采样①②③④⑤”提示字样；这时不能测量试验，等“采样”字消失时，方可继续测量。必须将置样滑板完全拉出，使滑板处于测参考样位置。

2.工作曲线号选择正确。要用标定时K、b值输入的工作曲线号，才能准确分析相应标定样的待测样。工作曲线在显示屏左上方显示，共有0-9条，通过按或最终应选定在标定时K、b值存入的工作曲线号；

关机或停电后，再开启仪器，仪器将处于初始状态，工作曲线序号为1。这时应特别注意工作曲线序号是否选择正确。

4.测量时间的选定。用户可根据自己的要求，选定测量时间。通过输入1秒、2秒、3秒、4秒、键，测量时间将30秒、60秒、90秒、秒、用户最后选定自己确定的测量时间。仪器关机或停电后，再开启仪器，仪器将处于初始状态，测量时间为30秒，自定测量时间的用户，应当选定测量时间。

4.3.3含量测量状态下，在仪器拉出的滑板凹槽中，放入待测样，然后将置样滑板推入仪器，显示屏左下角显示的“参考样”变为“待测样”。这时含量测量工作完全准备就绪，5秒钟自动开始测量，显示屏显示中间显示测量时间的倒计时。如在测量过程中需停止分析，则自动停止等待下次推入，自动测量结束，显示屏显示SO3、CaO、Fe2O3仪器分析结果，如[3-28]屏面。此时，含量结果自动存入仪器内保存，即使仪器断电关机，再开机也不丢失，在含量数据查询时，将查询到测这个待测样的月、日、时、分，所用的工作曲线号，测量时间，SO3%、CaO%、Fe2O3%，供质量管理之用。

同时，这个含量结果在测下一个待测样之前，也不消失，有足够的时间，供分析人员记入生产记录台帐。

在含量结果结束后，只要显示屏下面没出现“采样”提示，即可对该样品重复测量；

也可拉出置样滑板，放上新的待测样，推进仪器，则开始对新放上待测样进行含量分析。

4.3.4含量测量中的三点说明：

4.3.4.1X荧光强度比率相对比较法的科学利用为了克服X光管疲劳，仪器电气参数漂移，环境温湿度，灰尘变化对分析结果的影响，本仪器采用了X荧光强度比率的相对比较分析法，为此在置样滑板上装了一个特制参考样，含量分析时，本来应像仪器标定时一样，测一下待测样，接着测一次参考样，先测出对应元素化合物X荧光比率强度，再测出含量结果。现在在本仪器中科学地利用X荧光强度比率，连续测参考样五次，取其平均值，在半小时内应用。含量分析时，就直接测待测样，这样保证高测量准确度，又缩短了待测样分析时间，

还简化了分析操作步聚，只要一放上待测样，按一下启动，人离开仪器也没关系，回过头来，就可以看到分析结果。如果半小时内，连续不断分析样品，半小时后，就要对参考样进行测量，显示屏下方有“采样”提示字样。这时将置样滑板拉出，参考样置于测量位置，显示屏左下角有参考样显示，15分钟即可完成采样，仪器又将连续不断分析50个以上样品。

4.3.4.2置样滑板位置

参考样和待测样被置于同一滑板上。当滑板拉出时仪器处于测“参考样”位置，此时显示屏右下角有：“参考样”字样，当滑板推入时仪器处于测“待测样”位置，此时显示屏左下角有：“待测样”字样。

注意1：滑板只能处于测“参考样”位置或测“待测样”位置，即拉到底或推到底，不能处于其它任何中间位置，处于其它位置仪器将报警，也不能正常工作。

注意2：仪器在不测含量时请尽量使滑板完全拉出，处于测“参考样”位置。显示屏左下角有“参考样”提示字样，仪器即对参考样采样，且采用最当前的五个数据平均值，供仪器测量含量时使用，这样仪器一直处于等待状态，来待测样就可以分析。

4.3.4.3不能启动含量测量的三种情况：

仪器在下列三种情况下，不能进行含量测量

(1)仪器处于预热阶段；

(2)仪器处于“采样”时。

(3)待测样未推到测量位置

在仪器完成预热，采样，待测样到位后，仪器处于含量测量状态，可以启动含量测量功能。

4.3.4.4出错提示

在仪器运行中，由于用户或仪器的原因造成错误，仪器将给出中文出错提示。

(1)仪器在进行含量测量时，如含量计算式除数为零，这时仪器将提示你“除数为零”，表示仪器计数为零。

(2)仪器在标定或数据处理过程中，当出现输入化学含量位置与标定样不对应时，仪器将提示“错误！化学含量和标定样不对应！”。当标定样数量少于3个时，仪器将提示您“错误！标定样数量不够！”；当标定样数量多于15个时，仪器将提示您“错误！标定样数量太多！”。此时，可根据不同情况，重新输入数据或重新进行测量，以使各项计算得到进行。

4.3.5系统设定之三：K、b值修改K、b值一般通过标定直接得到，但也可经过人为计算得到后直接输入；有时需微调K、b值，或K、b值偶然被强干扰冲坏，也需重新输入。在主菜单[3-1下，按，则显示：