紅外碳硫分析儀中,用到的是加熱爐系統,加熱爐系統有高頻感應爐,電阻爐,電弧爐。目前大部分碳硫儀都采用高頻感應爐。
高頻感應爐主要由高頻振蕩電路、燃燒室,及爐子的升降部分構成。在高振蕩頻率的電磁場中,金屬感應生成渦流。渦流屬于高頻振蕩電流,它的趨膚效應使物體表面通過較大的電流密度,從而使材料發高熱。這種應用感應渦流的加熱方式叫做高頻感應加熱。下圖就是高頻感應爐。
高頻感應爐的加熱原理是將樣品及助熔劑送入到交變磁場中,利用金屬顆粒在交變磁場中產生的渦流,從而使樣品加熱熔融直至燃燒。因為是在一定壓力(一般是1.5bar)的氧氣氣氛中,樣品中的碳主要轉變為二氧化碳和微量的一氧化碳,硫轉變為二氧化硫。高頻感應爐主要由高頻振蕩電路、燃燒室,及爐子的升降部分構成。

高頻感應爐結構示意圖
(1) 高頻振蕩器
電路部分可以分為高壓部分和低壓部分,或者分為振蕩部分和補償部分。經過升壓整流后送入到高頻電路的電壓大約有5000 V高壓,所以沒有電工經驗的操作人員在沒有斷電的情況下不要輕易的打開高頻振蕩器箱。電路的左半部分為振蕩的補償電路,核心部件是振蕩管,由振蕩管的柵極控制補償右半部分的振蕩電路振蕩所損失的電壓。右半部分為振蕩電路,因有左邊能量損失的補償,產生諧振。核心部件為感應線圈,在感應線圈內產生交變磁場,如若內部有金屬樣品,將產生渦流。因振蕩管和感應線圈在工作時將產生大量熱量,高頻箱都要有冷卻部分,一般采用鼓風機、離心風機或者風扇進行風冷。感應線圈通常采用外風冷或內外風冷(由于高頻電流的集膚效應通常振蕩線圈用銅管制成)有的廠家在外部涂有防氧化涂料。

高頻振蕩電路電路圖
(2)燃燒室
燃燒室主要由燃燒管、坩堝托、密封椎、氧槍、清掃刷、陶瓷熱保護套等構成如圖6。坩堝托將樣品送入到感應線圈的正中央,樣品及助熔劑發生高頻感應燃燒。氧氣由氧槍進入,直接吹到坩堝內部,保證樣晶燃燒完全。因燃燒溫度高,氧化反應激烈,會有噴濺,一般會在坩堝上方加有保護氧槍及燃燒管裝置陶瓷熱保護套。因為樣品燃燒產產生大量灰塵,要加自動清掃裝置。
(3)爐子升降機構
樣品怎樣被送入到燃燒管中?現在的碳硫儀一般采用氣缸推動。動力氣由箭頭處進入倒向閥,當爐子上升時,氣缸下進氣管進氣,上面進氣管出氣;爐子下降時,氣缸上進氣管進氣,下進氣管出氣。 圖中的動力氣路裝有防夾傷保護裝置,氣缸壁上裝有磁力開關。當活塞上升的位置處于磁力開關下方時,下進氣管的的動力氣來自于減壓閥,壓力一般調到0.2bar左右,壓力比較低,不會產生夾傷。當活塞運動到磁力開關的上方時,氣缸的下進氣管的動力氣的壓力直接來自于動力氣的壓力,保證了爐子的密封性。
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