手持式合金光譜儀-奧林巴斯VANTA

散熱/高溫檢測性能

3.1 PMI分析儀在散熱方面遇到的挑戰(zhàn)

在散熱方面分析儀面臨著3種挑戰(zhàn)：

1. 在高溫環(huán)境中檢測；
2. 對高溫在役組件進行檢測；
3. 重負載檢測周期（運行很多次檢測；60秒鐘以上的長時檢測；每次檢測之間只間隔幾秒鐘）。

這些挑戰(zhàn)可能單獨出現(xiàn)或同時出現(xiàn)。
較近的一項創(chuàng)新性設(shè)計改進了分析儀的散熱性能（圖5）。分析儀的頂部可以起到散熱器或散熱片的作用。

PMI分析儀頂部的脊狀鋁制表面直接與分析儀內(nèi)部的主要熱源連通在一起。這樣就形成了一個將熱量從分析儀疏導(dǎo)出去的**、較好通道。以前，只有分析儀的金屬探頭具有這個功能。這種新式設(shè)計提高了分析儀的操作性能，解決了高溫在役PMI檢測中的散熱問題。

圖5. 新款PMI分析儀的設(shè)計可以更有效地發(fā)揮散熱性能

3.2 PMI分析儀進行高溫檢測的指導(dǎo)原則

在材料成分辨別（PMI）的檢測中，用戶需要了解的有關(guān)高溫在役組件檢測的指導(dǎo)原則如下所述：

• 將檢測時間限制在7秒鐘以下（對于SDD型號分析儀來說，一般為2到4秒鐘）；
• 只能檢測溫度在華氏900度/攝氏480度以下的材料；
• 只能使用主要的或“傳統(tǒng)的”能量光束進行檢測；
• 只能使用“顏色”的聚酰亞胺窗口（圖6）。
• 不能檢測輕元素。要直接檢測輕元素，就：
  • 必須使用“透明”的聚丙烯紡織纖維窗口（表6）。聚丙烯紡織纖維會在華氏350度時熔化，因此不適于高溫在役檢測；
  • 必須在接下來運行第二個電壓較低的能量光束；
    • 這第二個用于檢測輕元素的光束，要使用10到60秒的時間完成檢測，也就是說會使整個檢測時間延長10到60秒，這個時間對于高溫在役樣件的檢測來說，太長了。
• 檢測頻度為每分鐘進行1次檢測，每小時進行60次檢測（一般規(guī)則）；
• 對溫度在華氏600度或攝氏315度以上材料的檢測，要使用傾斜技術(shù)，以盡量減少熱量的傳輸。

圖6. PMI分析儀的聚丙烯紡織纖維窗口和聚酰亞胺窗口

傾斜技術(shù)的應(yīng)用如下圖所示（圖7）。

圖7. 平壓技術(shù)和傾斜技術(shù)

 

下面表2中的數(shù)據(jù)比較了使用“傾斜技術(shù)”（圖7的第二張圖片）與使用一層較薄的保護性陶瓷制隔熱板的效果（圖7的第三張圖片）。PMI分析儀的探測器通過一個帕爾貼致冷器被冷卻到-35° C。在檢測熱樣件時，驅(qū)動帕爾貼致冷器以冷卻探測器所需的電壓會增加。下表顯示要使探測器保持正常的溫度，PMI分析儀必須要“努力工作的程度”。

表2. 帕爾貼致冷器的電壓與時間的對比

傾斜技術(shù)，或許不太直觀，但是在檢測熱樣件時，其效果比隔熱罩要好。不過，隔熱罩依然是一個可選購配件，因為對于溫度在華氏600度以上的樣件來說，使用隔熱罩比使用傳統(tǒng)的平壓技術(shù)更好（圖7的第三張圖片）。但是，當樣件的操作溫度達到了華氏900度時，傾斜技術(shù)會發(fā)揮非常好的效果。

4 用于微點PMI分析的光束準直功能和攝像頭功能

由于合金是一種非常適合于手持式XRF檢測的材料（合金的質(zhì)地均勻，且富含反應(yīng)靈敏的強元素），因此可以非常容易地對具有不規(guī)則形狀或微小的合金樣件完成PMI檢測。不過，當2種異質(zhì)金屬相鄰或相接時，如：會在焊縫檢測中遇到的情況，就需要縮窄X射線束，然后再使這條窄光束瞄準所需測量的材料，這樣就可以只對一種金屬進行檢測。
分析儀在X射線管和測量窗口之間內(nèi)置有一個8個位置的濾波器，用于對X射線光束進行調(diào)節(jié)。使用操作方便的用戶界面，我們可以選擇直徑被準直為3毫米的聚光點。除此之外，內(nèi)置攝像頭還有助于較好地瞄準光束，使其只在更微小的分析目標上聚焦。

下面的兩張截屏圖像為攝像頭捕捉的圖像，紅色瞄準圈為聚光點的位置。較好個圖像中只是一張名片，目的是讓讀者對圖像和實物的比例有個了解。第二個圖像中顯示的聚光點標出了要測量的角焊縫的右邊沿。這個焊縫寬7毫米，因此要測量焊縫不同部位的含量差異，實用的方法是測量焊縫的中間，左邊沿和右邊沿。在本例中，使用一種不銹鋼焊縫材料將兩個碳鋼板焊接在一起。這樣做的目的只是為了演示如何使用XRF分析儀進行檢測，而不是用于建造橋梁！所得到的結(jié)果如下：左邊沿和右邊沿的鎳含量分別為5.2%和5.8%。中間部分的鎳含量為7.2%。這種從焊縫邊沿到焊縫中間出現(xiàn)的鎳含量的差異屬于正常變化。

圖8. 攝像頭與微點準直器的示例

同樣，在需要對表面進行磨光的應(yīng)用中，使用攝像頭和準直器可以方便地完成檢測，具體表現(xiàn)在以下兩個方面：

1. 用戶可以看到所測量的樣件部位是磨光的表面；
2. 較小的聚光點只需較小面積的磨光表面，從而可節(jié)省磨光表面的時間。