Назначение
Спектрометры эмиссионные «ПАПУАС-4» предназначены для формирования и измерения аналитического сигнала, пропорционального интенсивности спектральных линий различных элементов.
Описание
В основу работы спектрометра «ПАПУАС-4» (в дальнейшем спектрометр) положен метод эмиссионного спектрального анализа, использующий зависимость интенсивности спектральных линий от содержания элемента в пробе.
Спектрометр состоит из оптического блока со световодом и системой регистрации спектров, штатива с системой возбуждения спектра, а также автоматизированной системы управления на базе IBM-совместимого компьютера.
Проба, химический состав которой надо определить, устанавливается в штатив и выполняет функцию одного из электродов. Между пробой и подставным электродом возбуждается электрический разряд - искра или дуга. Необходимые величина и форма напряжения и тока создаются генераторами дуги и искры, расположенными, также как и столик, на который устанавливается образец, в штативе. В разряде происходит испарение и возбуждение свечения атомов пробы. Излучение разряда фокусируется кварцевой линзой на входное отверстие кварцевого световода , который передает это излучение на входную щель оптического блока. Ширина входной щели 20 мкм. В оптическом блоке излучение раскладывается в спектр при помощи дифракционной решетки (1800 штрихов/мм). Разложенный спектр регистрируется при помощи системы регистрации спектра на базе набора фотодиодных линейных приборов с зарядовой связью (ПЗС). Размер фоточувствительной области ПЗС составляет (30x0,2) мм. Полихроматор построен по схеме Пашен-Рунге, в которой входная щель, вогнутая дифракционная решетка и приемники излучения установлены на круге Роуланда. Диаметр круга Роуланда 330 мм. Обратная линейная дисперсия (1-й порядок спектра) составляет 1,6 нм/мм. Конструктивно спектрометр выполнен в виде настольного прибора.
Спектрометр эмиссионный «ПАПУАС-4» выпускается в 7-ми модификациях, различающихся применяемыми источниками возбуждения спектра («ПАПУАС-4ИР», «ПАПУАС-4ИМ», «ПАПУАС-4ИМР» и «ПАПУАС-4И» - искровой генератор; «ПАПУАС-4ДИР» и «ПАПУАС-4ДИ» - искровой и дуговой генераторы; «ПАПУАС-4ДД» - дуговой генератор, установленный в оптическом блоке) и рабочим спектральным диапазоном, что обусловлено применением 5 (модификации «ПАПУАС-4ИР», «ПАПУАС-4ИМР», «ПАПУАС-4ДИР», «ПАПУАС-4ДД»), либо 4 (модификации«ПАПУАС-4И», «ПАПУАС-4ИМ», «ПАПУАС-4ДИ») фотодиодных ПЗС. В приборе «ПАПУАС-4ДД» вместо штатива используется пистолет-датчик, включающий в себя зажим для подставного электрода, лапку для касания образца (к лапке может быть подсоединен столик), крепление световода и защитное кварцевое стекло.
По защищенности от влияния пыли и воды спектрометр «ПАПУАС-4» соответствует степени защиты IP54CH по ГОСТ 14254-96. Спектрометр не является источником радиопомех. Спектрометр «ПАПУАС-4» ремонтопригоден, восстановление работоспособности осуществляется в системе заводского обслуживания. По способу защиты человека от поражения электрическим током спектрометр соответствует классу I по ГОСТ 12.2.007.0-75.
Внешний вид спектрометра приведен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Внешний вид спектрометра эмиссионного «ПАПУАС-4»
Программное обеспечение
Управление процессом измерения и обработки выходной информации осуществляется от IBM-совместимого компьютера с помощью специального программного обеспечения SP, входящего в комплект поставки спектрометра. Программным образом осуществляется настройка прибора, построение градуировочных зависимостей на основе анализа стандартных образцов, оптимизация его параметров, управление его работой, обработка выходной информации, печать и запоминание результатов анализа.
Идентификационные данные программного обеспечения SP приведены в таблице 2.
Таблица 1
| Наименование программного обеспечения | Идентификационное наименование программного обеспечения | Номер версии (идентификационный номер) программного обеспечения | Цифровой идентификатор программного обеспечения (контрольная сумма исполняемого кода) | Алгоритм вычисления цифрового идентификатора программного обеспечения |
| SP | Sp.exe | 1.61 | b3e5ee30cdee347d67f30 f879ab16893 | MD5 |
| F3FFE3E3 | SFV |
Нормирование метрологических характеристик спектрометра «ПАПУАС-4» проведено с учетом того, что программное обеспечение SP является неотъемлемой частью спектрометров. На этапе производства и ввода в эксплуатацию выполняется настройка спектральных характеристик прибора и программного обеспечения, после которого корпус оптического блока пломбируется, и последующие изменения спектральных характеристик, способные привести к искажениям метрологически значимой части ПО СИ и результатов измерений, становятся невозможными. Уровень защиты «С» по МИ 3286-2010 «Проверка защиты программного обеспечения и определение ее уровня при испытаниях средств измерений в целях утверждения типа».
Технические характеристики
Таблица 2
| Рабочий спектральный диапазон, нм - «ПАПУАС-4ИР», «ПАПУАС-4ДИР», «ПАПУАС -4ДД», «ПАПУАС-4ИМР» - «ПАПУАС-4И», «ПАПУАС-4ДИ», «ПАПУАС-4ИМ» | 210 - 410 210 - 350 |
| Спектральное разрешение на длине волны 324,7 нм, нм, не более | 0,09 |
| Фотоприемники - «ПАПУАС-4ИР», «ПАПУАС-4ДИР», «ПАПУАС-4ДД», «ПАПУАС-4ИМР» - «ПАПУАС-4И», «ПАПУАС-4ДИ», «ПАПУАС-4ИМ» | 5 фотодиодных ПЗС 4 фотодиодных ПЗС |
| Дрейф положения спектральных линий, нм, не более | 0,09 |
Продолжение таблицы 2
| Пределы детектирования легирующих и примесных элементов (по критерию 3о), %, не более при анализе алюминия - меди, цинка - кремния, железа | 0,050 0,070 |
| при анализе меди - цинка, олова, свинца, железа, никеля | 0,10 |
| при анализе цинка - алюминия, меди, свинца, олова | 0,050 |
| при анализе углеродистых сталей - хрома, никеля, марганца - кремния | 0,050 0,10 |
| при анализе свинца - меди, олова, сурьмы, серебра | 0,050 |
| Предел допускаемого относительного СКО выходного сигнала спектрометра в режиме измерения относительных интенсивностей, %, не более | 9,0* |
| Минимальное время накопления спектра, с | 0,1 |
| Система возбуждения спектра: дуга, - стабилизированного постоянного тока искра, - высоковольтная высокочастотная | (5-8) А (5-10) кВ; (200-400) Гц |
| Время измерения, с дуга искра | от 3 до 20 от 30 до 120 |
| Сменные электроды | Угольные ЕС-12 или аналогичные |
| Характеристики компьютера (IBM - совместимый ПК, MS Windows XP или выше): процессор, не ниже винчестер, не менее оперативная память, не менее обязательно наличие: | Intel Celeron 1.7 или AMD Duron 1200 40 Гб 256 Мб CD-ROM, 2 х USB |
| Габаритные размеры, мм, не более: для модификаций «ПАПУАС-4И», «ПАПУАС-4ДИ», «ПАПУАС-4ИР», «ПАПУАС-4ДИР», «ПАПУАС-ДД» (в модификации «ПАПУАС-4ДД», дуговой генератор устанавливается в оптическом блоке): - оптический блок - штатив для модификаций «ПАПУАС-4ИМ», «ПАПУАС-4ИМР» (оптический блок и штатив с искровым генератором расположены в одном корпусе) | 590x260x390 520x360x410 500х390х200 |
| Масса, кг, не более, для модификаций «ПАПУАС-4И», «ПАПУАС-4ДИ», «ПАПУАС-4ИР», «ПАПУАС-4ДИР», «ПАПУАС-4ДД» | |
| - оптический блок | 15 |
| - штатив | 21 |
| для модификаций «ПАПУАС-4ИМ», «ПАПУАС-4ИМР»: | 14 |
* - при анализе содержания меди (на линии Cu 324,754 нм / линия сравнения Al 308,215 нм) в
алюминиевом сплаве типа Д16
Продолжение таблицы 2
| Потребляемая мощность (без ПК), Вт, не более, при горении дуги или искры, Вт, не более, | 100 400 |
| Электрическое питание | (220+2233) В (50+2) Гц |
| Время установления рабочего режима, мин, не более, | 20 |
| Средний срок службы, лет | 7 |
| Условия эксплуатации: Диапазон температуры, °C Диапазон атмосферного давления, кПа Диапазон относительной влажности, % при t = 25 °C | 10 + 35 84,0 + 106,7 20 + 80 |
Знак утверждения типа
наносится типографским способом на титульный лист руководства по эксплуатации и на корпус спектрометра в виде наклейки.
Комплектность
Таблица 3
| Наименование | Кол-во | Примечание |
| Штатив с системой возбуждения спектра: - модификация «ПАПУАС-4ДД» - пистолет-датчик и дуговой генератор; - модификация «ПАПУАС-4ДИ» и «ПАПУАС-4ДИР» - искровой и дуговой генератор; - модификация «ПАПУАС-4И», «ПАПУАС-4ИМ», «ПАПУАС-4ИМР» и «ПАПУАС-4ИР» - искровой генератор. | 1 | Модификация по заявке потребителя |
| Оптический блок со световодом и системой регистрации спектра (В модификации «ПАПУАС-4ДД» дуговой генератор устанавливается в оптическом блоке, а в модификациях ПАПУАС-4ИМ и ПАПУАС-4ИМР оптический блок и штатив с искровым генератором расположены в одном корпусе). | | Модификация по заявке потребителя |
| Персональный компьютер (системный блок персонального компьютера, монитор, клавиатура, мышь) | 1 | |
| Программное обеспечение SP | 1 | |
| Кабель для подключения к компьютеру | 1 | |
| Станок для заточки электродов | 1 | |
| Комплект ЗИП | 1 | |
| Контрольный образец для профилирования алюминия марки Д16 по ГОСТ 21488-97 | 1 | |
| Паспорт ПС 4434-003-86712431-2011 | 1 | |
| Методика поверки МП-242-1153-2011 | 1 | |
| Руководство по эксплуатации СПП.001.00.000.11 РЭ | 1 | |
Сведения о методах измерений
Методика измерений приведена в документах «Спектрометр эмиссионный "ПАПУАС-4". Паспорт» ПС 4434-003-86712431-2011; «Спектрометр эмиссионный "ПАПУАС-4". Руководство по эксплуатации» СПП.001.00.000.11 РЭ.
Нормативные документы
1. ГОСТ Р 52931-2008. Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия.
2. Технические условия ТУ 4434-005-86712431-2011.
