一种多工位全自动电熔式熔融制样的装置

摘要

本实用新型涉及一种多工位全自动电熔式熔融制样的装置，数个的成型器间隔排列在成型器加热台上，数个热熔工位间隔排列在转动臂的底板上，热熔工位与成型器一一对应，前后对齐；每个热熔工位是相互独立的，即每个热熔工位均包括铂金坩埚、坩埚支撑架、旋转电机和电磁感应加热线圈，坩埚支撑架设置在旋转电机的电机轴上，铂金坩埚设置在坩埚支撑架的坩埚架内，电磁感应加热线圈设置在坩埚架的外围；控制器中内置数个相互独立的分支控制器，每个热熔工位和相对应成型器分别与不同的分支控制器连接，每个热熔工位的热熔温度、热熔时间以及转动速度等热熔条件都可以分别控制，特别适合批量作业的高通量检测场景。

说明书

技术领域

本实用新型涉及X射线荧光光谱检测领域，特别涉多一种工位全自动电熔式熔融制样的装置。

背景技术

X射线荧光光谱检测过程中需要对待测样品进行制备，其中压片制样和熔融制样是两种常见且重要的制样方式，而熔融制样能更好的将样品混合，即采用高温将样品充分熔化并混合均匀后，制成检测玻璃片，以备上机测试。目前实际工作中常用电熔式熔融制样机、丙烷气体熔融制样机，但是这两种设备实际工作中均存在一些问题：

其中电熔式熔融制样机存在如下问题：第一、现有电熔式熔融制样机熔样加热依靠陶瓷加热光管，不能均匀的分布在铂金坩埚中，造成坩埚受热不均匀样片会出现裂纹，甚至曾出现铂金坩埚熔裂的现象，导致经济损失，同时影响工作效率；第二、现有电熔式熔融制样机的加热机构是陶瓷加热光管元件，该元件较脆弱、易破碎，更换成本较高；第三、现有电熔式熔融制样机受陶瓷加热光管制造工艺、制造成本等因素的制约，其长度相对较短，这就造成单次熔样数量有限，扩展性差，单次熔样效率低；第四、由于前三个原因，导致制样失败几率很高，而每个坩埚融样一次后，都需要浸泡酸洗，至少二十分钟，然后水洗，再烘干，因此制样成功率严重影响了工作效率。

专利号为CN 210243331U文件中公开了一种电熔式熔融制样机，使用感应线圈热熔的方式制作X射线荧光光谱检测的玻璃片，通过设置高频熔样部进行熔样，在坩埚外围设置高频感应线圈，样品在坩埚中熔化后直接成片，坩埚旋转步进电机旋转均匀，能将样品均匀制样，坩埚摇摆步进电机带动坩埚支架从而带动坩埚部进行摇摆，使得制样过程更加的均匀。设置的红外测温仪进行温度检测，为设置的控制器实时提供温度参数。设置的控制器采用PLC使得整个装置的控制过程的抗干扰能力得以提高、控制过程更加的准确。其中存在的缺陷是：第一，在坩埚中直接熔样成片，坩埚深度使玻璃片取出时容易损坏，同时坩埚的处理也同样影响制样成功率；第二，每个坩埚外围的线圈连在一起，也就是说不同坩埚的温度是一致的，每次所熔的样品也必须熔点接近，由于不同样品的标准要求不同的加热时间，实际中流水作业往往连续收到的是大量不同的样品，如果将相同样品归类后上机熔样，将会影响样品正常的流水号和先后顺序，容易造成结果颠倒混乱，也会相应耽误时间；第三，采用红外测温仪放置在箱体外部，远离所熔样品，不能准确反应所熔样品的真实温度。

丙烷气体熔融制样机存在如下问题：第一、现有丙烷气体熔融制样机使用丙烷或其他气体作为加热原料，此类气体存在爆炸、漏气等安全风险隐患；第二、现有丙烷气体熔融制样机连续长时间使用会大量消耗气体，因此实际工作过程中需要经常中断换气，费时费力效率低，用气量较大耗材费用较高；第三、现有丙烷气体熔融制样机操作不当会使熔样倒在气体点火炉眼上方从而堵塞炉眼。

实用新型内容

为上述解决背景技术中提到的实际问题与不足，本实用新型提供多工位全自动电熔式熔融制样的装置，每个热熔工位有独立的感应线圈和热电偶，有独立的控制系统，每个热熔工位的热熔温度、热熔时间以及转动速度等热熔条件都可以分别控制，能够实现定制化作业，即可根据不同样品标准要求的熔样时间，设定不同的加热曲线和加热时长，便于批量处理不同样品的熔样需求，极大提高工作效率，因此本实用新型特别适合批量作业的高通量检测场景。

本实用新型的技术方案是：一种多工位全自动电熔式熔融制样的装置，包括转动臂、成型器加热台、成型器、热熔工位、支撑板、控制器和底座，两个所述支撑板分别设置在所述底座一侧的两端，所述转动臂两侧的侧板设置在支撑板的转动轴上，所述成型器加热台设置在底座的另一侧，与转动臂并排平行；数个所述的成型器间隔排列在所述成型器加热台上，数个所述热熔工位间隔排列在所述转动臂的底板上，热熔工位与成型器一一对应，前后对齐，当转动臂倾斜铂金坩埚里的熔体倒出时正好倒进成型器内；控制器与控制电路连接，控制器设置在底座底座正面，通过控制器操作面板上的按钮操作控制，转动臂与控制电路连接，每个热熔工位是相互独立的，即每个热熔工位均包括铂金坩埚、坩埚支撑架、旋转电机和电磁感应加热线圈，所述坩埚支撑架设置在旋转电机的电机轴上，所述铂金坩埚设置在坩埚支撑架的坩埚架内，所述电磁感应加热线圈设置在坩埚架的外围，二者相互不接触；在所述控制器中内置数组相互独立的分支控制器，所述控制电路包括数支分支控制电路，每个热熔工位和相对应的成型器分别与独立的分支控制电路连接；每支分支控制电路与对应的分支控制器连接。

在上述技术方案中，坩埚支撑架的材质选用既耐高温又有弹性的镍基高温合金，坩埚支撑架的上部分是U形状的坩埚架，下部分是支撑杆，在坩埚架的上方内部对称设置卡夹，所述卡夹的内表面及内部的卡槽是与铂金坩埚同心的圆弧；在所述铂金坩埚的外壁上部设置坩埚卡台，所述坩埚卡台与卡夹的高度一致，坩埚卡台的外形与卡槽的内部形状匹配。

在上述技术方案中，所述热熔工位有六个，即：六个旋转电机间隔排列设置在转动臂的底板上，六个成型器间隔排列在成型器加热台上，相应的，铂金坩埚、坩埚支撑架、电磁感应加热线圈的数量各有六个，在控制器中设置六组分支控制器。

在上述技术方案中，在所述坩埚支撑架内设置热电偶，所述热电偶的探头靠近坩埚架的底端，热电偶与控制电路连接。

在上述技术方案中，在每支所述分支控制电路中内置PID运算器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型每个热熔工位有独立的感应线圈和热电偶，有独立的控制系统，因此每个热熔工位的热熔温度、热熔时间以及转动速度等热熔条件都可以分别控制，能够实现定制化作业，即可根据不同样品标准要求的熔样时间，设定不同的加热曲线和加热时长，便于批量处理不同样品的熔样需求，极大提高工作效率，因此本实用新型特别适合批量作业的高通量检测场景；采用热电偶作为测温装置，并将其放置在贴近熔样的铂金坩埚底部，能够真是得实时监测所熔样品的温度；PID运算器的设置使测温环节增加了PID算法反馈机制，形成闭环控制，能够通过调节电磁感应线圈的电流将加热温度稳定在一定范围内；采取先在坩埚中熔样然后利用成型器中成片的方式，既保证了玻璃片的成功率又降低了坩埚对制样的影响。卡夹的设置使坩埚紧紧卡在卡槽中，方便熔液准确倒出。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是图1中A部放大图；

图3是图2的俯视图；

图4是控制器控制面板按钮示意图；

图5是本实用新型分支控制电路图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，一种多工位全自动电熔式熔融制样的装置，包括转动臂1、成型器加热台2、成型器3、热熔工位4、支撑板5、控制器6、底座7和控制电路，两根支撑板5以螺接方式垂直固定在底座7一端的两侧，转动臂1是一个上端敞口的矩形框架，转动臂1的两侧的侧板1-2固定在两根支撑板5的转动轴5-1上；六个旋转电机4-3间隔排列固定在转动臂1的底板1-1上，与六个成型器3前后对齐，一一对应；根据支撑杆4-2-3的高度，确定成型器加热台2的位置，保证当转动臂1倾斜铂金坩埚4-1里的熔体倒出时正好倒进成型器3内，将成型器加热台2以螺接方式固定在底座7的另一端；六个成型器3间隔排列固定在成型器加热台2上。

坩埚支撑架4-2选用牌号GH3030的镍基高温合金，上部分是坩埚架4-2-2，下部分是支撑杆4-2-3，坩埚架4-2-2是U形框架，坩埚架4-2-2的宽度及高度与铂金坩埚4-1的最大宽度及高度相等；电磁感应加热线圈4-4套在坩埚架4-2-2的外围，二者相互不接触，保证在旋转电机4-3带动坩埚架4-2-2转动时，电磁感应加热线圈4-4不跟着铂金坩埚一起转动。

铂金坩埚4-1以模具方式加工，在铂金坩埚4-1外壁的上部制作坩埚卡台4-1-1，在坩埚架4-2-2的上方对称制作与坩埚卡台4-1-1高度一致的卡夹4-2-1，将卡夹4-2-1的内表面4-2-4铣成与铂金坩埚4-1同心的圆弧，在卡夹4-2-1的内部铣出是与铂金坩埚4-1同心的圆弧状卡槽4-2-5，坩埚卡台4-1-1的外形形状与卡槽4-2-5的内部形状匹配，保证卡夹4-2-1能够将铂金坩埚4-1卡紧固定。这样结构的卡夹即方便取放控制器铂金坩埚4-1，又能牢固、可靠的保证控制器铂金坩埚4-1的转动中不会掉落。

六个坩埚支撑架4-2的支撑杆4-2-3通过联轴节分别与旋转电机4-3的电机轴连接，六个铂金坩埚4-1分别卡在在坩埚支撑架4-2的上端的坩埚架4-2-2内，卡夹4-2-1的内表面4-2-4贴紧铂金坩埚4-1的外表面，坩埚卡台4-1-1卡在卡夹4-2-1的卡槽4-2-5内。

将热电偶4-5放置在硬皮管中，热电偶4-5的探头靠近坩埚架4-2-2的底端，用于监测铂金坩埚4-1底部的实时温度，导线端穿过转动臂的底板1-1与控制器电路连接。

控制电路包括六支分支控制电路，安装在底座7内，控制器6包括六套分支控制器6-1，安装在底座7的正面，每套分支控制器6-1分别与对应的分支控制电路连接，通过控制器控制面板按钮操作控制；旋转电机4-3、转动臂1驱动电机和成型器加热台2均与控制器电路的功率模块控制，电磁感应加热线圈4-4的导线穿过转动臂的底板1-1通过高频电源与控制器电路的信号输出模块连接，热电偶4-5的导线端穿过转动臂的底板1-1与控制器电路的信号调理模块连接。

控制器6的核心是微控制器（MCU），采用嵌入式C语言编写的控制程序固化存储在微控制器中。

如图4、图5所示，通过在控制器6控制面板上的六路控制按钮操作控制电路，在每组分支控制电路中内置PID运算器，信号调理模块将热电偶4-5的温度信号传送给微控制器，当微控制器接收到信号调理模块传送过来的温度信号后，结合PID算法形成闭环控制，信号输出模块将经过PID运算调理过的控制信号输出高频电源，调节控制电磁感应加热线圈4-4的输出功率，使铂金坩埚4-1底部温度相对稳定在一定范围内，保证熔样质量。

使用时，按如下方法进行:

第一步：在铂金坩埚4-1内装入熔样药剂和样品粉末并充分混合，同时向外拉伸坩埚架4-2-2两侧的卡夹4-2-1，将铂金坩埚4-1放在坩埚架4-2-2内，再同时松开坩埚架4-2-2两侧的卡夹4-2-1，卡夹4-2-1利用自身的弹性缩回，卡夹4-2-1的内表面4-2-4贴紧铂金坩埚4-1的外表面，坩埚卡台4-1-1卡在卡夹4-2-1的卡槽4-2-5内，由于卡夹4-2-1的内表面4-2-4及卡槽4-2-5均是与铂金坩埚4-1同心的圆弧，卡夹4-2-1把铂金坩埚4-1夹紧在坩埚支撑架4-2内；

第二步：接通装置电源，不同矿物样品的熔样时间和温度不同，可根据需要，在控制器6控制面板上操作各分支控制器6-1，在温度控制区域设定各热熔工位4的加热温度，在时间控制区域设定各热熔工位4的加热时间，设定完毕后，按启动按钮程序启动；微控制器指示功率模块驱动旋转电机4-3以30r/min的速度带动铂金坩埚转动，5s后进入下一步；

第三步：微控制器指示功率模块驱动转动臂1倾斜，转动臂1带动铂金坩埚4-1、坩埚支撑架4-2、旋转电机4-3、电磁感应加热线圈4-4部件缓慢倾斜30°角，同时，电磁感应加热线圈4-4通电工作，输出75%功率，对铂金坩埚4-1加热，此时，铂金坩埚4-1内样品和熔样药剂在转动的作用下边混合边熔融，待加热工作60s后，实时温度与设定加热温度基本一致，进入下一步；

第四步：电磁感应加热线圈4-4持续加热，输出100%功率，通过控制面板时间控制区域显示的加热时间控制加热30min；同时，每间隔2min，支撑板5与转动臂1夹角由30°缓慢变为45°，直至样品完全熔融成为液体状；

第五步：在第四步加热到还剩2min时，微控制器指示功率模块驱动启动成型器加热台2开始对其上面放置的成型器3加热，使成型器3的温度与铂金坩埚4-1温度一致；

在加热过程中，热电偶4-5感应到铂金坩埚4-1的温度信号，控制电路的信号调理模块将热电偶4-5的温度信号传送给微控制器，当微控制器接收到信号调理模块传送过来的温度信号后，结合PID算法形成闭环控制，信号输出模块将经过PID运算调理过的控制信号输出高频电源，调节控制电磁感应加热线圈4-4的输出功率；

第六步：在第四步完成后，旋转电机4-3停止旋转，向上抬起转动臂1，倾倒铂金坩埚4-1中液态熔样至成型器3中，电磁感应加热线圈4-4停止加热；成型器加热台2停止加热，等待成型器3中熔样凝固冷却；

第七步：熔融制样完成，取出成型器3中样片进行X射线荧光光谱检测，关机。

对于不同的矿物样品熔样时间不一样，可根据需要设定不同时长程序模式。

根据需要可以设置更多的工位，更适合批量测试。

在上述方法中，所涉及的微控制器采用32位144引脚的STM32F407ZET6系列单片机，控制程序使用C语言编写，控制面板使用SPI通信协议。