手持式合金光谱仪-奥林巴斯VANTA

散热/高温检测性能

3.1 PMI分析仪在散热方面遇到的挑战

在散热方面分析仪面临着3种挑战：

1. 在高温环境中检测；
2. 对高温在役组件进行检测；
3. 重负载检测周期（运行很多次检测；60秒钟以上的长时检测；每次检测之间只间隔几秒钟）。

这些挑战可能单独出现或同时出现。
较近的一项创新性设计改进了分析仪的散热性能（图5）。分析仪的顶部可以起到散热器或散热片的作用。

PMI分析仪顶部的脊状铝制表面直接与分析仪内部的主要热源连通在一起。这样就形成了一个将热量从分析仪疏导出去的**、较好通道。以前，只有分析仪的金属探头具有这个功能。这种新式设计提高了分析仪的操作性能，解决了高温在役PMI检测中的散热问题。

图5. 新款PMI分析仪的设计可以更有效地发挥散热性能

3.2 PMI分析仪进行高温检测的指导原则

在材料成分辨别（PMI）的检测中，用户需要了解的有关高温在役组件检测的指导原则如下所述：

• 将检测时间限制在7秒钟以下（对于SDD型号分析仪来说，一般为2到4秒钟）；
• 只能检测温度在华氏900度/摄氏480度以下的材料；
• 只能使用主要的或“传统的”能量光束进行检测；
• 只能使用“颜色”的聚酰亚胺窗口（图6）。
• 不能检测轻元素。要直接检测轻元素，就：
  • 必须使用“透明”的聚丙烯纺织纤维窗口（表6）。聚丙烯纺织纤维会在华氏350度时熔化，因此不适于高温在役检测；
  • 必须在接下来运行第二个电压较低的能量光束；
    • 这第二个用于检测轻元素的光束，要使用10到60秒的时间完成检测，也就是说会使整个检测时间延长10到60秒，这个时间对于高温在役样件的检测来说，太长了。
• 检测频度为每分钟进行1次检测，每小时进行60次检测（一般规则）；
• 对温度在华氏600度或摄氏315度以上材料的检测，要使用倾斜技术，以尽量减少热量的传输。

图6. PMI分析仪的聚丙烯纺织纤维窗口和聚酰亚胺窗口

倾斜技术的应用如下图所示（图7）。

图7. 平压技术和倾斜技术

 

下面表2中的数据比较了使用“倾斜技术”（图7的第二张图片）与使用一层较薄的保护性陶瓷制隔热板的效果（图7的第三张图片）。PMI分析仪的探测器通过一个帕尔贴致冷器被冷却到-35° C。在检测热样件时，驱动帕尔贴致冷器以冷却探测器所需的电压会增加。下表显示要使探测器保持正常的温度，PMI分析仪必须要“努力工作的程度”。

表2. 帕尔贴致冷器的电压与时间的对比

倾斜技术，或许不太直观，但是在检测热样件时，其效果比隔热罩要好。不过，隔热罩依然是一个可选购配件，因为对于温度在华氏600度以上的样件来说，使用隔热罩比使用传统的平压技术更好（图7的第三张图片）。但是，当样件的操作温度达到了华氏900度时，倾斜技术会发挥非常好的效果。

4 用于微点PMI分析的光束准直功能和摄像头功能

由于合金是一种非常适合于手持式XRF检测的材料（合金的质地均匀，且富含反应灵敏的强元素），因此可以非常容易地对具有不规则形状或微小的合金样件完成PMI检测。不过，当2种异质金属相邻或相接时，如：会在焊缝检测中遇到的情况，就需要缩窄X射线束，然后再使这条窄光束瞄准所需测量的材料，这样就可以只对一种金属进行检测。
分析仪在X射线管和测量窗口之间内置有一个8个位置的滤波器，用于对X射线光束进行调节。使用操作方便的用户界面，我们可以选择直径被准直为3毫米的聚光点。除此之外，内置摄像头还有助于较好地瞄准光束，使其只在更微小的分析目标上聚焦。

下面的两张截屏图像为摄像头捕捉的图像，红色瞄准圈为聚光点的位置。较好个图像中只是一张名片，目的是让读者对图像和实物的比例有个了解。第二个图像中显示的聚光点标出了要测量的角焊缝的右边沿。这个焊缝宽7毫米，因此要测量焊缝不同部位的含量差异，实用的方法是测量焊缝的中间，左边沿和右边沿。在本例中，使用一种不锈钢焊缝材料将两个碳钢板焊接在一起。这样做的目的只是为了演示如何使用XRF分析仪进行检测，而不是用于建造桥梁！所得到的结果如下：左边沿和右边沿的镍含量分别为5.2%和5.8%。中间部分的镍含量为7.2%。这种从焊缝边沿到焊缝中间出现的镍含量的差异属于正常变化。

图8. 摄像头与微点准直器的示例

同样，在需要对表面进行磨光的应用中，使用摄像头和准直器可以方便地完成检测，具体表现在以下两个方面：

1. 用户可以看到所测量的样件部位是磨光的表面；
2. 较小的聚光点只需较小面积的磨光表面，从而可节省磨光表面的时间。