公 司 介 绍1.1 公司历史北京万联达仪器有限责任公司（简称万联达公司）创建于1994年，是具有独立法人资格和自主知识产权，集红外技术研制开发、生产制造、市场销售、售后服务为一体的现代化高科技公司，公司的主要技术人员均具有从事军事红外装备的研发、生产经验。1.2 主要产品公司的主要产品有：l CS-900系列高频红外碳硫分析仪；l GALS-800系列在线气体监控系统，包括：CO、CO2、SO2、NOx等组份。说明：本文档将主要介绍CS-900系列高频红外碳硫分析仪。1.3 研发力量姓名负责模块工作经历介绍金老化学分析指导专家l 中国第二代化学分析类专家；l 前大氧，后控氧 理论的倡导人。王总仪器总体设计l 高级工程师；l 中国陆军单兵作战红外监控系统总设计师。 尚工红外探测系统设计l 高级工程师l 中国坦克红外检测系统总设计师赵工控制板设计l 高级工程师l 中兴通信公司DWDM系统硬件总设计师；董工软件、算法设计l 高级工程师l 清华大学学士、中国科学院硕士l 前MOTOROLA公司资深软件系统工程师。张工机械设计l 高级工程师l 中国卫星回收再入大气层外部机械系统总设计师 2 CS-900系列碳硫仪综述CS-900系列高频红外碳硫分析仪是公司的拳头产品，目前已经在国内具有多家用户。整个系统得设计指导思想可以简单概括为：高转换率、高可靠性、高稳定性、易维护、易操作。2.1 高转换率所谓高转换率是指系统在燃烧样品时采用 前大氧，后控氧 的思想，保证样品中碳硫元素的高转换率。应用该原理具有如下优点：l 碳转换率高，分析结果更准确，但是仍然有部分碳在剧烈燃烧的情况下会转换成一氧化碳；l 硫转换率高，使得硫分析结果准确性国际领先；l 燃烧效率高，使得环境温度高低、大气压大小对不同时间分析样品的转换率影响减小，从而大大地提高了系统的长期稳定性。2.2 高稳定性根据基本原理，可能影响分析就结果准确性的因素列举如下：样品本身（样品的均匀性以及是否受污染）、钨粒的纯度、氧气的纯度以及坩埚的杂质、样品的燃烧转换率高低、碳元素－多少没有燃烧，多少转换成了一氧化碳、硫元素－多少转换成了二氧化硫、气体流量的稳定性、气路是否畅通，是否漏气、红外探测系统的稳定性、环境温度的影响、环境压力的影响、红外检测系统的背景二氧化碳干扰、红外系统的信号饱和导致信号失真。针对这些干扰因素，CS-900系列高频红外碳硫分析仪引入了如下设计。2.2.1 一氧化碳补偿为了考虑燃烧过程中转换成一氧化碳的碳元素部分，系统引入一氧化碳补偿设计。l 为什么要引入一氧化碳补偿：n 无论如何提高燃烧效率，燃烧过程中部分碳转换成一氧化碳不可避免；n 主要进口仪器LECO、掘场、艾尔特均有一氧化碳补偿设计；n 实际使用效果来看，分析结果的重现性和再现性均得到极大的提高。l 补偿设计：n 系统设计时增加了一套一氧化碳红外探测系统，在测量每次样品生成的二氧化碳的同时，也测量本次分析的一氧化碳生成量，在计算总碳含量时，将这两部分含量加在一起，作为样品中的总碳含量。l 引入优点：n 使得样品分析结果中碳含量更准确，样品分析的重现性更好；n 由于系统处于的温度、压力、湿度不断变换的环境中，有效的补偿了因为这些因素变化从而引起转换效率问题。2.2.1.1 温度补偿为了解决红外信号稳定性受环境温度干扰的问题，系统引入了温度补偿的设计。l 为什么要引入温度补偿：n 无论室内如何恒温，环境温度变化是不可避免的，而红外器件的固有特点决定了其受温度影响，因此必须引入温度因素；n 如果象美国LECO一样引入恒温装置，鉴于国内恒温装置的可靠性不高，系统设计采用了温度补偿的方案，虽然效果上比不上恒温装置，但是工作可靠性却大大增高，否则用户势必需要经常维修恒温装置。l 补偿设计： n 在系统内引入一个温度传感器，实时测量系统内部的当前温度；对每一台出厂的仪器都进行高低温实验，得出分析结果受温度影响的具体参数，将该参数引入分析算法中。l 优点：n 系统从早到晚分析结果受环境温度因素变化影响不大，使得仪器既能适用于实验室的舒适环境，也同样适用于相对恶劣的环境。n 对恶劣环境的适应能力大大增强。n 用户只需要开机时永标钢校正一次后，一个工作日不需要再次代标钢。2.2.1.2 压力补偿红外法测量的是气体的浓度，我们知道相同体积内的气室内气体的浓度与外界大气压有很大关系，我国地域广阔，气压变化大，因此必须引入压力补偿。我们的做法是在系统设计中增加大气压传感器，实时监控环境的压力变化并将该参数引入到系统补偿算法中。由此带来的优点有：n 仪器在大气压变化较大时，分析结果稳定性不受影响；n 监控环境因素是否有利于分析结果的稳定性。n 对恶劣环境的适应能力大大增强。2.2.1.3 流量补偿由分析原理我们知道分析结果的稳定性对流量稳定性有很大依赖性，由于我们设计采用的是数字质量流量计，能够提取出瞬间的流量信号（这一点浮子流量计是无法实现的），因此我们在软件算法时将瞬间流量也考虑了进去。由此带来如下优点：n 燃烧过程中将大量消耗氧气，从而引起流量的微小波动，流量补偿将有效的解决该微小波动对分析结果稳定性的干扰；n 在系统发生流量不稳、堵塞等问题时，能够及时的给出流量告警，并判断系统的流量稳定性。2.2.1.4 峰宽补偿由分析原理我们知道红外探测系统具有饱和的特点，气体浓度和测量出来的电压数值并不呈线性关系。而实际分析过程中，对于同一样品，有时候分析释放过程比较慢，表现为曲线比较胖；有时分析释放过程比较快，表现为曲线比较瘦高。这时必须引入峰宽补偿，而不是简单的进行面积积分。引入峰宽补偿的优点有：n 有效的提高了系统重现性指标；n 使得系统的全程线性有大大的提高，价款了系统的量程范围。2.2.1.5 背景干扰吹扫有分析原理知道，大气中二氧化碳浓度变化将对系统分析结果的稳定性产生很大的影响。CS-900系列高频红外碳硫仪采用的密封思想，用户每次开机时对密封盒内的背景干扰进行清扫，然后系统将自动对碳探测系统进行密封，保证一个工作日的分析结果不受环境二氧化碳浓度变化的影响。由此带来的优点有： n 碳分析结果不受周围环境内的二氧化碳浓度变化的影响。n 提高了每次分析结果的重现性、再现性。n 对恶劣环境的适应能力大大增强。数字质量流量计国产仪器中唯一采用数字质量流量控制器，具有如下优点：n 长期稳定性好，避免了温度、压力等因素对浮子流量控制器稳定性的影响；n 主要进口仪器LECO,掘场，艾尔特均采用数字质量流量控制器；n 该流量计已经成为正式成品，11所首家采用我们的流量计替代原来的流量计，使得红外镜头镀膜的合格率由原来的20％提高了99％。2.3 高可靠性根据目前的国内的工业状况，在功率期间上我们采用的是： 大马拉小车 的设计思想。具体的说，如果系统实际运行需要某一额定功率，系统设计时将采用额定功率大数倍的器件。这样保证了系统的高运行可靠性，降低了系统故障率，从而大大得降低了用户因系统故障可能带来得损失。2.3.1 红外探测系统CS-900系列红外探测系统具有独立的自主知识产权，其特点如下：l 信号放大采用专用厚膜电路，长期稳定好，几乎不受环境温度和压力因素的影响；l 由于红外探测系统必然受温度、压力的影响，系统增加温度和压力监控，并在分析结果中引入温度和压力补偿。l 采用瑞士进口的频率控制调制电机，长期稳定性好，MTBF达20000小时。l 针对光源衰减这一不可避免的因素，万联达公司在光源外增加了特有的涂层，大大增加了光源的效率，降低光源工作温度到500度，延长了光源的工作寿命并且保证了系统的稳定性。l 按键、汽缸盒电磁阀均具有10万次以上得寿命；2.3.2 高频感应组件组件名称实际使用需求元件额定值可控硅耐压：220V电流：15A耐压：600V电流：50A高压硅堆耐压：4000V电流：600mA耐压：15000V电流：2A高压电容耐压：4000V耐压：15000V2.3.3 气路系统l 独有的气路反吹设计，具有如下特点：n 2年清洗一次过滤器；n 每1000个样清扫一次炉头；n 大大减轻了操作人员的工作量和仪器成本；n 自动收尘设计。l 金属锁母接头，气密性好，易操作，不易漏气；l 采用金属接口，内部镀金的气室结构，长期稳定性好，气体吸附性好，不应受腐蚀。l 采用日本进口SMC截止阀，系统长期稳定性好。2.4 易维护、易操作l 电路接头采用等力矩冷压，有效防止虚焊；l 插头设计具有防错性，用户自行维修检查时不会因为差错插头而烧坏工作器件；l 同类型前防可以互换，帮助用户快速检查故障；l 三键分析 ：自动上升、下降坩埚托，有效的减轻了炉前用户的工作量；l 自动辨识国内市场主要天平：赛多利思天平，梅特勒天平，奥豪斯天平以及上海天平；l 重量储存功能:用户在分析过程中仍然可以继续称样，能够提高操作者的工作效率，系统最多可以存储10个重量；l 通道命名：用户可以对通道进行改名，从而方便地选择对不同样品的分析方法；l 20个通道均拥有自己完全独立的分析参数，从而用户可以根据样品的不同特性指定不同的分析方法。l 8小时内响应用户的维修请求，48小时内派人到现场，1年内保修，终身维修；l 提供及时的软件免费升级。l 20－40个独立分析通道，用户可以自行摸索特别样品的分析特性曲线；l 一键恢复功能，使得用户在特别情况下轻易将系统恢复到出厂状态；l 用户管理功能，用户分级管理，针对不同级别的用户设置不同的权限；l 日志记录功能，记录主要的日常事务，便于错误跟踪和日常管理；l 告警设置功能，在系统出现特别情况下，及时给用户提供警告；l 强大的数据库，使得用户十分方便的查询过去的分析结果，以及最近500个样品的详细分析过程；3 各型号碳硫仪详细介绍3.1 CS-901B型高频红外碳硫分析仪北京万联达公司生产的CS-900系列包括CS-901K（双碳双硫扩展型），CS-901B（双碳单硫标准型），CS-902T（单碳单硫通用型），CS-902T（单碳单硫高档型），CS-903（单碳单硫经济实惠型）。下面主要从碳硫分析范围、分析精度以及分析样品种类和附加功能等几个方面来比较这五种型号产品的覆盖范围。 3.1.1 综合介绍CS-901B型高频红外碳硫分析仪采用高频燃烧部分和红外分析部分一体化结构，具有分析范围宽，分析样品种类多，分析精度高的特点。 3.1.2 分析范围l 碳元素：n C1:0.00002%-0.1%n C2:0.01%-99.99%n RSD 0.4%n 准确度高于ISO9556标准要求l 硫元素：n S1:0.0001%-10%（可扩展）n RSD 1.0%n 准确度高于ISO4935标准l 分析样品：n 普通钢铁n 铁合金n 有色金属n 矿石n 焦碳n 原材料与炉渣n 稀土等。3.1.3 主要设计特点3.1.3.1 硬件设计特点l 高频燃烧和红外检测部分一体化设计；l 戴尔品牌台式计算机，液晶显示器和激光打印机；l 国产仪器中，独有一氧化碳补偿，分析结果更准确；l 气路控制系统采用标准金属接插件，气路系统简洁，气密性好，控制阀采用日本SMC阀，系统连续分析10，0000个样品无故障；l 独有的气路反吹设计，可连续分析上千个样品而不需清扫炉头。l 两套碳探测系统，碳测量范围更宽；l 两套硫探测系统，硫测量范围更宽(此项只适用于CS-901K)；l 高精度气体数字质量流量控制器，不受温度、压力等外界因素影响，精度和稳定性均超过浮子流量计；l 红外探测装置采用独有的光电一体化设计，结构精巧耐用，可靠性和稳定性达到J(军)级标准；l 瑞士进口的调制电机，可连续工作30000小时无故障；l 超微孔不锈钢金属粉尘过滤器，耐蚀、无需清洗长期使用。3.1.3.2 软件设计l 独有的双操作系统，系统平均无故障(MTBF)指标为20000小时；l 独有的多曲线设计，系统最多可存储20条碳曲线，10条硫曲线(CS-901K为20条)，支持用户自行设置曲线；l 独有的温度、压力、流量和峰宽补偿，系统稳定可靠。3.1.3.3 其他特点l 双套打印系统，既可实现实时打印，又可实现文本打印；l 配备高精度万分位天平，系统可自动辨识德国塞多利斯、上海天平、瑞士梅特勒和美国奥豪斯天平；l 每次分析结果可通过串口或局域网(UDP/IP协议)外送其他计算机；l 可以外送大屏幕显示(此项选配，传输距离：10公里)。缆线要客户自己购买。 4 比较结论在目前国内市场上主流仪器中，万联达公司生产的仪器对于样品中硫元素的测量指标重现性、再现性和线性指标均排在第一位（此报告可以接受市场上任何一家该仪器的对比测评），而且高硫的分析指标要明显好于竞争对手；关于钢样品中碳元素的测量：l 重现性：万联达公司生产的CS-901B和国外公司的高端产品指标相当，且均明显好于国内公司。l 再现性：万联达公司生产的CS-901B和国外一些知名公司生产的分析仪指标几乎相当，且均明显好于国内其他公司。l 线性：万联达公司生产的CS-901B和国内资深公司的分析仪基本相当，而国外的一些碳硫分析仪器则明显无法将铁中碳和钢中碳做到一条线上。关于铁样品中碳元素的测量：l 重现性：万联达公司生产CS-902T在分析结果指标上要明显好于国外公司生产的一些碳硫分析仪。l 再现性：万联达公司生产CS-902T在分析结果指标上要明显好于国外公司生产的高频红外碳硫分析仪，后两者甚至有时无法满足ISO9445的要求。l 线性：万联达公司生产的CS-902T在分析结果指标上要明显好于国外公司生产的一些和国内一些公司的仪器，，国内的一些厂家甚至有时无法满足ISO9445的要求。特别提醒：l 在计算RSD时，通常都是由生产厂商选定一种特别的标钢达到标准即可，而不是由用户任意指定标钢。事实上，对于标定碳含量在0.1%左右的标钢，目前没有仪器能够稳定地将RSD做到1%以下。此外RSD还与样品本身的品质关系很大，有些样品本身的离散性就很大。l 国内的一些公司在计算RSD时总是要求允许从实验数据中剔除1到2个不好的数据，而万联达公司和国外的公司是没有这种要求的。l 国外公司的碳硫分析仪在分析铸铁样品时要求使用钨锡作为助燃剂，其代价要明显高于使用钨作助燃剂。在有些型号的仪器上进行实验时，还需要纯铁作为助燃剂方能将结果做稳。l 国内其他公司宣传从0.0005-4%均为一条线，而实际操作时却指定用户用不同的通道去做钢、铁和超低碳样品。l 国外公司的碳硫分析仪从0.0005 4%则需要4条曲线，即需要4种不同的分析方法.