数字号分析仪

1． 引言　　作为一国工业现代化发达程度标志之一的精密仪器仪表产业，目前正经历着第二次跳跃（跨越）发展。第一次是从模拟式测量到数字化智能型高精度、高稳定性的数字化测量、运算分析、诊断、以及控制等功能的跨越发展。早在几年前工业网络及数字化在线分析器在过程自动控制中的应用，就已经率先在以石油和煤炭为主的能源工业，以钢铁、化工为主的原材料及化肥工业的流程上开展起来，并取得了令人鼓舞的成果。最近全国化肥行业会议已经形成决议，推荐建立我国自己的行业现场总线和网络通讯标准。这标志着我国工业过程生产自动化已经开始第二次跳跃，向以通讯为基础的网络化、信息化方向发展：具有检测、监控、信息传输特征的数字化仪器已经成为集监、管、控综合功能为一体的监管控网络系统最前端的网络神经元。这种网络化分布式智能计算系统以其高效率、大信息量、高度实时性之优势发展十分迅速，通过网络利用数字在线监测设备所提供的信息，实时掌控现场实时情况（数据/信息），已成为ERP体系中的重要资源并因此而迈进信息化阶段。　　2． 数字化在线分析器在现代工业过程自动控制领域的作用及国内外现状　　2.1 作用　　为了了解这个作用有必要简略介绍工业过程自动控制的思想及其体系结构。工业流程自动化这一过程经近半个世纪的发展使现代生产在降低生产成本、控制产品质量、提高生产效率、减少能源消耗、充分利用企业资源以满足产品品种变化，质量不断提高等方面取得很大成绩，而作为在线气体分析仪器被纳入这个系统，除了上述这些因素以外，还有生产过程的安全监测，生产过程所造成或产生的污染情况的监测，这些对现代工业生产来说都需要实时性的检查与控制。工业流程自动控制系统的发展到目前大体形成如下图所表示的企业一级的体系结构。 　 图1: 一个现代工业自动化过程控制体系结构　　　现代流程制造企业的监督、管理与控制从技术实现方面考察，从下往上有三个主要层次：　　1）FCS/DCS层，即现场总线网络层　　2）MES层，即制造执行管理系统或生产执行系统层　　3）ERP层，即企业资源规划层即高层管控层　　FCS层是自动化最底层的现场控制器、现场数字化智能仪器设备互连的实时监测控制通讯网络，是全数字式的连接，它遵循ISO的OSI开放系统的互连参考模型的全部或部分通讯（握手）协议。这一层所完成的主要工作是：将总线上传输的信号按照“信息公路交通规则”进行编码、解码，转换、甄别、纠错、分配等等；由于其历史的原因，DCS接纳的在线仪器可以是数字式的也可以是模拟量输出的。当前一个发展趋势是FCS被部分或大部分纳入到DCS中，替换其信号获取的方式，现场进行大量的底层运算从而对风险较低的分布式计算模式的发展有极大促进。　　MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品和服务质量。不仅适用于众多的基础产业，还有如家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药等行业，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。目前不论是国外还是国内，都在大力发展MES以提高企业竞争力。　　ERP层在于对一个生产段内部，或由数个生产段构成的一个完整的生产流程段，乃至整个企业进行资源的最优化管理，使其得到更加高效率的合理的使用。　　作为要连入FCS的在线分析器的主要工作是：将物理信号转变成数字信号并对其进行转换、处理、运算、分析、编码存储、编码传输等，并对这个分析计算设备本身进行自适应调节，自整定，自标定以及检查报警、识别故障，记录状态并报告等等，要满足这些，在线分析仪器必须是数字化的，因为信息量的增大以及FCS结构的要求就是信息的全数字化流通。　　这种系统结构有效地解决了DCS的结构性问题：在很大程度湖广泛的范围内化解了分布式控制集中式运算对系统的所承受的集中性风险，使中枢神经尽可能地避开这种风险。　　图2展示了一个具有现场总线接口能力的数字化在线气体分析器接入工业自动监控网络体系。 图2 具有现场总线接口能力的数字化在线气体分析器接入工业自动监控网络　　2.2 目前国内外数字化在线分析器的现状　　诸如流量、压力、位移等数字化在线智能测控仪表等目前国际上已进入比较成熟的阶段，国内发展则十分迅速，但是数字化气体在线分析仪器在这方面的发展在我国却相对滞后。　　1、国外一般情况　　上个世纪80年代末90年代初开始，几个主要的国外在线分析器生产厂家如SIEMENS、ABB、ROSEMOUNT、YOKOGAWA、SICK│MAIHAK等将数字化的在线分析仪器打入中国市场。这些产品都是数字化产品，大部分具有数据通讯和网络通讯能力。其一般特点如下： 　　A） 对采集信号进行数字运算和分析；　　B） 测量信号的输出表达均呈线性特性； 　　C） 测量信号屏幕直读，均有传统的模拟信号输出；　　D） 具有数字补偿功能，有些是自动的，有些需要人工进行；　　E） 有较强的自诊断能力；　　F） 功能很强的通讯能力，通常的RS232/485等，也有网络或总线输出；　　2、国内情况　　目前国内有不少生产在线气体分析器的厂家，投入市场的数字式的在线分析器也有不少品种。模拟量输出如20mA的电流环路输出是必备的，相当一部分产品具有RS232或485串行口输出能力，但掌握的资料而言，目前只有北分瑞利集团北分麦哈克公司一家的产品具有现场总线接口能力。　　导致目前这种状况的主要原因据了解有这样几个：　　1、国内许多过程工业现场的条件不具备，很多仪器都是模拟量的，同时工业网络的建立需要一定的投资，建立、完善，这需要时间和资金的持续支持，这对国内众多中小型企业来说，呈现出较大的困难。工厂的设备更新改造不但需要资金、技术等的支持，对它也有一个认识过程，为这种设备更新的未来预期收益所投入的成本与所能得到的收益对企业来讲总是比较模糊而且这种收益并非能100%保证，如果不是对生产或安全有重大影响的情况时企业下这个决心有很大难度；　　2、仅有这种功能的仪器但没有其运行的平台即较为成熟的工业网络也发挥不了作用，从而延缓甚至在一定程度上阻滞了仪器设备生产厂商的开发动力。虽然随着国外先进的成套设备的引进，仪器与平台安装并运行而且显现出很好的运行效果，但由于其价格偏高，使得众多用户想装备但也望而却步；　　3、另一方面，国内DCS近一二十年的发展已经相对成熟，能够较顺利地将模拟仪器的输出纳入到工业网络系统中去，一部分用户并不急于更新提高，这更使供货商在这方面的投入意念不强，动力不足。　　但是，发展是持续的而且是快速的。工业现代化产生成果的同时所带来的负面效应日益明显，更大地降低能源和原材料消耗，更严格地控制污染（排放），更加安全地生产等，使得国际现场总线技术及流程现场装备的发展势头十分迅猛，国内一些基础产业如能源、材料等工业领域早几年也已经开始运用，并且产生了良好效果，越来越多的工业部门认识到这些是现代工业过程自动化生产的重要目标和要求之一，是一个必然的发展趋势，而作为体现并实现这一思想的现场总线及其满足这一要求的在线分析器设备是促进并推动过程工业自动化向更高程度发展的必须具备的物质条件，为适应这种发展北京北分瑞利集团北分麦哈克公司推出了具有这种功能的产品。其更进一步的内容稍后还有介绍。

多元素分析仪测量范围:(因该仪器可检测的元素较多，现以钢中C、S、Mn、P、Si、Cr、Ni等常见元素为单人操作分析仪广州天成牌具小王13794444058，采用先进的数字处理技术例) C:0.010~6.000% S:0.0030~2.000% Mn:0.010~20.500% P:0.0005~1.0000% Si:0.010~18.000% Cr:0.010~38.000% Ni:0.010~48.000% Mo:0.010~7.00% ΣRE:0.0100~0.500% Mg:0.0100~0.800% Cu:0.010~8.000% Ti:0.010~5.000% 如多元素分析仪改变测试条件，该范围可相应扩大。　　测量精度　　符合GB223.3-5-1988、GB223.68~69-1997等国标标准。　　主要特点　　多元素分析仪，一台仪器可检测钢铁等材料中所有常规元素C、S、Mn、P、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Al、W、V、Zn、Fe等;多元素分析仪采用品牌电脑微机控制，电子天平称量，台式打印机打印检测结果;多元素分析仪测试软件功能齐全，能完全替代传统化验室的各项手工书写工作，并可根据各单位实际需求，任意设置检测报告格式;检测功能庞大，具备检测108个元素的通道空间，储存n 条曲线。　　折叠编辑本段红外分析　　折叠工作原理　　该仪器属于不分光式红外线气体分析器，其工作原理是基于某些气体对红外线的选择性吸收。仪器采用单光源、单管隔半气室及先进的检测器，工艺精湛、分析精度高、稳定性好。采用先进的数字处理技术，全新的液晶显示画面。

图像分析仪在金相分析中的应用近年来，随着计算机技术和体视学的发展，图像分析仪被广泛地应用于金相分析中，使传统的金相分析技术从定性或半定量的工作状态逐步向定量金相分析方向发展。 金相工作者多年来一直从金相试样抛光表面上通过显微镜观察来定性地描述金属材料的显微组织特征或采用与各种标准图片比较的方法评定显微组织、晶粒度、非金属夹杂物及第二相质点等，这种方法精确性不高，评定时带有很大的主观性，其结果的重现性也不能令人满意，而且均是在金相试样抛光表面的二维平面上测定，其测量的结果与三维空间真实组织形貌相比有一定差距。现代体视学的出现为人们提供了一种由二维图像外推到三维空间的科学，即将二维平面上所测定的数据与金属材料的三维空间的实际显微组织形状、大小、数量及分布联系起来的一门科学，并可使材料的三维空间组织形状、大小、数量及分布与其机械性能建立内在联系，为科学地评价材料提供了可靠的分析数据。 由于金属材料中的显徽组织和非金属夹杂物等并非均匀分布，因此任何一个参数的测定都不能只靠人眼在显微镜下测定一个或几个视场来确定，需用统计的方法对足够多的视场进行大量的统计工作，才能保证测量结果的可靠性。如果仅靠人的眼睛在显微镜上进行目视评定，其准确性、一致性和重现性都很差，而且测定速度很慢，有些甚至因工作量过大而无法进行。图像分析仪以先进的电子光学和电子计算机技术代替人眼观察及统计计算，可以迅速而准确地进行有统计意义的测定及数据处理，同时具有精度高、重现性好，避免了人为因素对金相评定结果的影响等特点，而且操作简便，可直接打印测量报告，目前已成为定量金相分析中不可缺少的手段。 图像分析仪是对材料进行定量金相研究的强有力工具，也是日常金相检验的好帮手，可以避免人工评定带来的主观误差，从而也避免了扯皮现象。虽然在日常金相检验中，不可能也不必每次都使用图像分析仪，但当产品质量出现异常或金相组织级别处于合格与不合格之间而无法判别时，则可以借助图像分析仪对其进行定量分析，得出准确结果，确保产品质量。图像分析仪在金相分析中的应用，拓展了金相检验的检测项目，促进了检测水平的提高，对于提高检测人员的素质也是十分有益的。 图像分析仪的系统由金相显徽镜和宏观摄像台组成的光学成像系统，其用途是使金相试样或照片形成图像。金相显微镜可直接对金相试样进行定量金相分析；宏观摄像台适用于分析金相照片、底片及实物等。 为了能用计算机存贮、处理和分析图像，首先需将图像数字化。一帧图像是由不同灰度的一种分布所组成，用数学符号表示为j＝j（x,y），x、y为图像上像素点的坐标，j则表示其灰度值。所以，一帧图像可以用一个m×n阶矩表示，矩中每个元素对应于图像中一像素点，aij的值即表示图像中属于第i行第j列的像素点的灰度值。CCD摄像机（电荷耦合器件摄像机）就是一种图像数字化设备。金相试样上的显微特征经过光学系统后在CCD上成像并由CCD实现光电转换和扫描，然后作为图像信号取出，由放大器进行放大，并量化成灰度级以后贮存起来，从而得到数字图像。 计算机根据数字图像中需测量特征的灰度值范围，设定灰度值阈值T。对于数字图像中任何一个像素点，若其灰度大于或等于T，则用白色（灰度值255）来代替它原来的灰度；若小于T则用黑色（灰度值0）来代替原来的灰度，可以把灰度图像转化为只有黑、白两种灰度的二值图像，然后再对图像进行必要的处理，使计算机能方便对二值图像进行粒子计数、面积、周长测量等图像分析工作。若采用伪彩色处理，则可把256个灰度级转换成对应的彩色，使灰度很接近的细节和其周围环境或其他细节易于识别，从而改善图像，更利于计算机处理多特征物图像。 图像分析仪通常都具有下列基本图像处理、分析功能：图像采集。 图像增强和处理：包括阴影校正，伪彩色处理，灰度变换，平滑、锐化；图像编辑等。 图像分割。 二值图像处理：包括形态学处理（腐蚀、膨胀、骨胳化等），二值图像的算术运算、联接、自动修补等。 测量：包括特征物统计，对其周长、面积、X／Y投影、轴长、取向角等参数进行统计测量。 数据输出。