等离子技术及其在碳硫分析仪器中的应用

等离子技术及其在碳硫分析仪器中的应用一、等离子技术利用等离子体获得高温热源的一项技术。在化学工业中，利用等离子技术能实现一系列的反应过程。等离子体是指处于电离状态的气态物质，其中带负电荷的粒子（电子、负离子）数等于带正电荷的粒子（正离子）数。通常与物质固态、液态和气态并列，称为物质第四态。通过气体放电或加热的办法，从外界获得足够能量，使气体分子或原子中轨道所束缚的电子变为自由电子，便可形成等离子体。沿革等离子体在化学工业中的真正应用是在20世纪50年代以后。联邦德国赫斯和赫司特化工厂于50年代成功地从甲烷和其他烃类在氢等离子体中热解制取乙炔。此后，美国、苏联和日本都相应地建造了等离子体制乙炔的实验工厂。此法流程简单，对原料适应性强，但电耗偏高，限制了它的大规模推广。60年代，美国离子弧公司以锆英砂为原料在直流电弧等离子体中一步裂解制备氧化锆。70年代末，中国以硼砂和尿素为原料，在直流电弧等离子体中制备高纯六方氮化硼粉，该法具有产品纯度高、成本低、工艺流程简单等优点。此外，还可利用等离子技术生产二氧化钛。主要特点：①等离子体中具有正、负离子，可作为中间反应介质。特别是处于激发状态的高能离子或原子，可促使很多化学反应发生。②由于任何气态物质均能形成等离子体,所以很容易调整反应系统气氛,通过对等离子介质的选择可获得氧化气氛、还原气氛或中性气氛。③等离子体本身是一种良导体，所以能利用磁场来控制等离子体的分布和它的运动，这有利于化工过程的控制。④热等离子体提供了一个能量集中、温度很高的反应环境。温度为104～105℃的热等离子体是目前地球上温度最高的可用热源。它不仅可以用来大幅度地提高反应速率，而且还可借以产生常温条件下不可能发生的化学反应。此外，热等离子体中的高温辐射能引起某些光电反应。应用：①以热等离子体制备乙炔、硝酸、联氨和炭黑等产品。②用热等离子技术合成高温碳化物、氮化物和硼化物,如碳化钨、氮化钛等。③用热等离子技术制备超细粉末,如0.01～1μm的三氧化二铝、二氧化硅和氮化硅粉末。④冷等离子体中的聚合薄膜的形成或清洗，如半导体工业中的氧化硅膜。⑤在冷等离子体中实现材料表面改性，如离子氮化、渗碳等工艺。二、为什么碳硫分析中应用高频等离子弧?1、等离子弧的概念：自由电弧：未受到外界约束的电弧，如一般电弧焊产生的电弧。等离子弧：受外部拘束条件的影响使孤柱受到压缩的电弧。（1）机械压缩效应（作用）——电弧经过有一定孔径的通道，使电弧截面受到拘束，不能自由扩展。(2)热压缩效应——当通入一定压力和流量的氧气时，气流均匀地包围着电弧，使电弧外围受到冷却，迫使带电粒子流（离子和电子）往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。(3)电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使孤柱进一步收缩。(4)电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。2、等离子弧的特性等离子弧的最大电压降是在弧柱区里，这是由于弧柱被强烈压缩，使电场强度明显；增大的缘故。因此，等离子弧主要是利用弧柱等离子体热来加热金属，等离子弧的静特性曲线接近U形。与自由电弧比较最大区别是电弧电压比自由电弧高。此外，在小电流时，自由电弧静特性为陡降(负阻特性)的，易与电源外特性曲线相切，使电弧失稳。而等离子弧则为缓降或平的，易与电源外特性相交建立稳定工作，经压缩的电弧其能量密度更为集中，温度更高，稳定性更好。二、等离子技术的应用它的用途非常广泛．从我们的日常生活到工业、农业、环保、军事、航天、能源、等方面，它都有非常重要的应用价值．一个重要的研究是高温等离子体和受控热核聚变反应：如果用物质中最轻的元素，如氢的同位素氘，形成一个摄氏几千万度的高温等离子体，那么，这些原子核会发生核反应．结果会放出巨大的能量，科学家称它为热核聚变反应．氢弹就是这样一个爆炸性的热核聚变反应．但人类希望有一个慢慢放出能量并可以发电的热核聚变反应，建造一个“人造小太阳”，然而，这个目标至今尚未实现。目前我们身边的等离子技术应用如等离子彩电显像技术、等离子电弧焊技术、等离子体火箭发动机技术、等离子直读光谱技术、离子色谱技术等。三、最新专利科研成果--高频等离子红外碳硫分析仪一种高频等离子红外碳硫分析仪在无锡创想分析仪器有限公司研制成功,目前已批量生产投放市场,该仪器无锡创想拥有多项专利技术产权,各项技术指标国内外领先,具有一体化设计,外型美观大方,操作简便,检测精度更高,性能更加稳定的特点.产品问世后,无锡创想正式宣布淘汰分体落地电弧红外碳硫分析仪的生产,让客户用上最新的科研技术产品。无锡创想分析仪器有限公司技术部HH2000D型高频等离子红外碳硫分析仪（最新版升级机型）用途：本仪器参照德国埃尔特红外碳硫分析仪设计，是国内独家首创的新一代高科技碳硫分析仪器，仪器在原电弧红外碳硫分析仪的基础上，淘汰了自由电弧技术,采用了高频等离子电弧点燃技术,使仪器稳定性、可靠性、测试精度、抗干扰性能、使用寿命有了进一步提高，本仪器适用于钢、铁、合金及其它材料中碳硫两元素质量分数的测定，是目前电弧法红外碳硫分析仪行业产品中，技术最先进的碳硫分析仪。主要特点：●采用低噪声、高灵敏度、高稳定性的进口红外探测器。●外置式电脑、模块化开关电源，整机可靠性高、外形美观。●可增加双碳池、双硫池升级功能。●电子天平自动联机，不定量称样。●全中文操作界面，操作方便，易于掌握。●软件功能齐全，提供文件帮助、系统监测、通道选择、数理统计、结果校正、断点修正，系统诊断等四十多项功能。●动态显示分析过程中的各项数据和碳硫释放曲线。●测量线性范围宽，并可扩展。●进口电磁阀，提高气路系统的可靠性。●高频等离子非接触式引燃、自动跟踪燃烧样品。●节电、节材、高速准确。主要技术性能：●测量范围：碳：ω（C）0.0010%-6.0000%(可扩至99.999%)硫：ω（S）0.0005%-2.5000%(可扩至99.999%)●分析误差：碳优于GB/T223.69-1997标准硫优于GB/T223.68-1997标准●分析时间：25-60秒可调，一般在35秒左右。●电子天平：称量范围：0-100g读数精度：0.001g（可配万分之一天平）●电源：要求接地良好电压AC220V±5%频率50Hz±2%●通道设置：碳10个通道，硫10个通道（国内领先）●采样速度：25次/秒A/D转换频率：120Hz（国内领先）国内市场独家拥有的专利技术产品，其他均为仿冒品！！！创想高频等离子红外碳硫分析仪与其它的红外碳硫分析仪主要技术性能对比序号创想高频等离子红外碳硫仪其它红外碳硫仪1采用等离子技术，产生等离子弧，样品能够燃烧完全，提高分析精度采用一般电弧焊产生的电弧，产生臭氧，吸附二氧化硫，同时燃烧不完全，分析精度不能保证。2外观设计新颖，更具有人性化，美观大方，是上一代产品的全新升级普通设计3通道设置：碳10个通道，硫10个通道碳、硫各8个通道4采样速度：25次/秒，A/D转换频率：120Hz，可提高仪器的精密度4次/秒，50Hz速度慢5采用新型红外数字直流电机，不发热，功耗小，稳定可靠，可以长时间工作采用红外交流电机，体积和功耗大，发热，不已长时间工作，易造成气室信号漂移6仪器校正后，软件退出或关机自动保存最后一次设置，开机无须重新标样校正需重新标样校正，非常繁琐7可以实现线性一点或多点校正、平移线性是固定的8红外软件实现一键Setup自动安装，简单、方便、快捷先把VB语言软件装入计算机，然后再把红外软件复制到计算机后才能操作，步骤复杂，对于初学者就更难掌握了9电子分析天平同PC电脑重量数据实时动态显示不能实时动态同步显示10数据流水原始记录打印、数据统计打印和生成报告打印三种打印功能两种，不支持报告打印11报告打印能打印仪器使用单位和样品委托单位名称无此功能12可存储碳、硫各50条释放曲线，实现比较比较查询曲线10条存储13人性化设计，软件背景能自动切换，背景图像能任意更改不支持背景图像更换14独特的电磁阀防尘系统设计，保护电磁阀长期有效工作一般设计，粉尘通过载氧管道进入阀体，缩短电磁阀使用寿命15专用独立粉尘自动收集系统设计，改变使用环境直接排向室内，污染环境创想高频等离子红外碳硫分析仪与其它电弧（引燃炉）红外碳硫分析仪主要技术性能对比HH2000D型高频等离子红外碳硫分析仪其他引燃炉（电弧）红外碳硫分析仪1、采用直流等离子技术电弧引弧，稳定性好，产生的能量均匀、一致。1、采用交流普通电弧引弧，稳定性差，产生的能量不均匀。2、电弧发生装置采用集成晶体电路控制，集成度高，可靠性好。2、电弧发生装置采用普通触点空气继电器控制。3、电弧发生装置体积小，工作时无噪音，使用寿命长，无触点烧焦现象，稳定可靠3、电弧发生装置体积大，工作时有噪音，使用寿命短，触点容易烧焦，稳定差。4、引弧延时时间集成电路控制，时间恒定。4、引弧延时时间采用触点继电器控制，时间不恒定。无锡创想分析仪器有限公司