李建軍

(太原煤炭氣化(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山西 太原 030024)

JY-A6型全自動膠質(zhì)層測定儀是采用智能控溫、智能感應(yīng)測量、智能圖形分析等諸多技術(shù)于一體的膠質(zhì)層測量儀器。2009年公司化驗室使用至今已經(jīng)近十年，它在提高工作效率方面發(fā)揮了重要作用。在使用過程中也遇到了一些問題與故障，針對這些問題積累并歸納了故障處理措施。

1 運(yùn)行原理及特點(diǎn)

化驗員點(diǎn)擊智能全自動膠質(zhì)層測定儀軟件的“開始新測量”，輸入煤樣編號，確定自檢通過后點(diǎn)擊“開始”，儀器顯示溫度與時間信息，進(jìn)入加熱階段。首先熱電偶將檢測出的煤樣溫度毫伏信號放大進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后送給計算機(jī)，計算機(jī)通過PID算法輸出PWM信號來控制雙向可控硅的導(dǎo)通，從而實現(xiàn)對煤樣溫度的控制。當(dāng)煤杯溫度到達(dá)250 ℃時，計算機(jī)開始記錄體積曲線。隨著煤樣的焦化膨脹，壓桿會發(fā)生上升或下降，連接壓桿的體積曲線位移傳感器的拉桿位置就會發(fā)生變化，產(chǎn)生的電信號會根據(jù)煤樣體積的變化而呈線性改變。隨著體積曲線開始下降，通過先前的設(shè)置(通用配置文件一般設(shè)為70 min開始)開始測量Y值，包括測量上部層面和下部層面。計算機(jī)通過輸入/輸出接口實時采集信號，在探針下扎煤層時，遇到的阻力變化會傳給壓力傳感器，壓力傳感器將此信號傳輸給計算機(jī)，同時將位移傳感器采集的位置信號傳給計算機(jī)，從而確定出膠質(zhì)體的上、下部層面。軟件根據(jù)煤種，選取相應(yīng)的配置文件按照算法確定的時間進(jìn)行測量，將實測數(shù)據(jù)實時存儲在數(shù)據(jù)庫中，將感應(yīng)機(jī)械手的各項測量數(shù)據(jù)實時顯示在圖上，形成上、下兩級的多個采樣點(diǎn)。測量結(jié)束后由計算機(jī)調(diào)用繪圖程序自動繪制平滑的上部曲線和下部曲線，并計算出X值、Y值和Y值出現(xiàn)的時間。儀器主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 儀器主體結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)膠質(zhì)層測定儀相比，該儀器主要從2個方面有了突破：智能感應(yīng)機(jī)械手與感應(yīng)探針的組合替代了手工測量膠質(zhì)體厚度；體積曲線位移傳感器替代了轉(zhuǎn)筒記錄體積曲線。針對不同煤種，采取相應(yīng)的算法程序智能判斷探針下探時機(jī)，運(yùn)用程序里已設(shè)定的壓力傳感器的信號閾值判斷出上、下層面，基本排除了人為憑經(jīng)驗造成誤差的可能。

2 使用中需要注意的幾個方面。

膠質(zhì)層的測量是一種非常規(guī)范的測試方法。煤樣的粒度、煤杯的檢查、裝煤的要求以及壓強(qiáng)的檢查許多文章都有描述，這里不再敘述。JY-A6型全自動膠質(zhì)層測定儀的正確使用關(guān)系到試驗結(jié)果是否可信。使用過程中需要注意的幾個方面如下。

2.1 硅碳棒的檢測

硅碳棒是以高精度碳化硅(SiC)為主要原料，以高溫(2 200 ℃)“再結(jié)晶”制造的非金屬電熱元件。硅碳棒的作用主要是提供熱源，保證升溫情形與工業(yè)狀況接近。為了使煤杯均勻受熱，獲得平整的上、下部層面，就必須保證每個煤杯底下的1組硅碳棒電阻值接近，偏差不超出10%。國標(biāo)要求硅碳棒電阻值為6～8 Ω。這里需要強(qiáng)調(diào)的是電阻值指通電熱態(tài)下的電阻值。在室溫狀態(tài)下先用萬用表測1組里2根硅碳棒的阻值是否一致或接近，若滿足，安裝后，用鉗式電流表在通電狀態(tài)下測量電流。升溫階段電流大小隨主機(jī)雙向可控硅的開度變化，測量時需要注意查看軟件上電壓的開度值。用測得的電壓除以電流的方法算出其熱態(tài)阻值。實踐證明，一般萬用表常溫下測量硅碳棒阻值在5～14 Ω范圍內(nèi)，即熱態(tài)阻值在5～6 Ω都可正常使用，最佳阻值為6 Ω。硅碳棒有一定的使用壽命，使用次數(shù)的增加，其電阻會增加，加熱性能也會下降。這時應(yīng)該經(jīng)常檢查硅碳棒的阻值變化，只要符合升溫的要求就可以繼續(xù)使用，否則，要及時更換。

2.2 熱電偶的校準(zhǔn)

熱電偶是影響膠質(zhì)層測定最大因素——升溫速度的關(guān)鍵。熱電偶在采集信號時在長時間高溫狀態(tài)下，其熱電特性會發(fā)生變化，隨之產(chǎn)生誤差。一般每半年就需要檢測校準(zhǔn)。通常被檢對象需接補(bǔ)償導(dǎo)線至0 ℃的冰槽中，在需要在線校準(zhǔn)的場合，如果使用此方法就極不方便。這里建議使用多功能信號校準(zhǔn)儀進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。具體方法如下：將已檢二等標(biāo)準(zhǔn)的鉑銠—鉑熱電偶和待檢K型熱電偶捆綁在一起熱端放入升溫中的馬弗爐內(nèi)，當(dāng)加熱到一定的溫度(這里我們可以取幾個溫度點(diǎn)，250 ℃、350 ℃、600 ℃、730 ℃等)，用多功能信號校準(zhǔn)儀分別測量二者電位毫伏值，記錄比較二者的值，通過對比計算出待檢K型熱電偶是否合格。由于多功能信號校準(zhǔn)儀已經(jīng)帶有溫度補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)源，其溫度探頭內(nèi)置，在測定前，需要放在待檢區(qū)域足夠長的恒溫時間，使其與環(huán)境溫度一致。二者型號不同，熱電勢溫度表也會不同，要注意轉(zhuǎn)換。

如果比較后待檢熱電偶誤差太大，則必須更換，或?qū)⒃瓱岫饲袛嘁还?jié)，然后再焊接，檢驗合格方可使用。

2.3 主機(jī)的顯示溫度與實際溫度是否一致

使用多功能信號校驗儀的熱電偶信號輸出功能給主機(jī)提供毫伏信號，分別輸出0 ℃、250 ℃、350 ℃、500 ℃、630 ℃、730 ℃等對應(yīng)的毫伏電壓至主機(jī)后部熱電偶信號端，對比主機(jī)的顯示溫度與實際溫度是否一致。若不一致，調(diào)試主機(jī)溫度信號放大電路相應(yīng)的電位器或檢查程序參數(shù)設(shè)置，使其一致。

2.4 位移傳感器和壓力傳感器的檢定

體積曲線位移傳感器使用的是WYDC-100L直線位移傳感器。WYDC系列位移傳感器是將直線移動的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量，用于位移的自動測量與控制。傳感元件為差動變壓器，由3個螺紋線圈、移動鐵芯測桿、導(dǎo)磁外殼組成，位于中部的為勵磁線圈，兩端線圈反向連接為差動信號線圈。當(dāng)鐵芯位于中間位置時，信號為零；當(dāng)鐵芯上下移動時輸出一個與鐵芯位移呈線性關(guān)系的電氣信號，實現(xiàn)位移測量。廠家建議最好不要隨意拆卸。如果發(fā)現(xiàn)體積曲線圖形異常可以通過測量電源輸入與信號輸出判斷。一般使用位移標(biāo)定儀對位移傳感器進(jìn)行校驗，通過測量位移量與傳感器輸出信號(電壓或電流)對比即可對位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定。實踐經(jīng)驗，建議需要精度檢定時最好送檢。

壓力傳感器在智能機(jī)械手內(nèi)部，通過探針的升降與不同界面的觸碰來采集信號。此傳感器發(fā)生故障的異常表現(xiàn)為采點(diǎn)時漏點(diǎn)或不出點(diǎn)等。建議一般情況下最好不要輕易拆卸，對于精密器件發(fā)生故障最好更換。它一般不具備現(xiàn)場檢定條件，最好拆卸送檢。此處故障多為傳感器固定螺絲松動，緊固后即可。在智能機(jī)械手上方安裝有拉線位移傳感器(NS-WY06)，主要是采集探針下探深度，此處故障提示多為系統(tǒng)顯示窗口無探針位置數(shù)字顯示，一般更換同型號的位移傳感器即可修復(fù)。

2.5 針對不同煤種，采用的配置文件是否合理

在儀器正常工作后，必須對試驗進(jìn)行必要的設(shè)置。 如果在試驗前已經(jīng)知道煤杯中煤樣的品種，比如“山”型，或者“之”型，或者“平滑下降”型，可以通過打開配置文件的形式直接完成設(shè)置，軟件里面已經(jīng)集成了所有煤種的配置文件，都可以直接調(diào)用。如果不知道煤樣的品種，可以按照系統(tǒng)默認(rèn)的通用配置文件來進(jìn)行試驗。實踐證明，對于那些粘結(jié)指數(shù)G值為0的煤種，不需要再檢測Y值。對于弱粘結(jié)的煤種(尤其是貧瘦煤)，Y值一般在7左右。若選用通用配置文件測試，測定時，機(jī)械手壓力傳感器的壓力在探針下扎時容易刺穿膠質(zhì)體，因為膠質(zhì)體太薄，探針?biāo)艿阶枇^小導(dǎo)致不易測準(zhǔn)，這時建議在配置文件里選擇瘦煤的配置文件，測定結(jié)果一般較好。若還不行，必要時可以采用手動測試方法。

2.6 中途停電如何處理

在開機(jī)后意外停電時，需要注意停電前溫度是否已經(jīng)達(dá)到250 ℃。因為煤樣在250 ℃后才開始軟化，隨著溫度升高形成膠質(zhì)體，所以250 ℃是個分水嶺。若沒有達(dá)到250 ℃，通過處理再次給電可以繼續(xù)試驗，基本不影響試驗結(jié)果；630 ℃也是個分水嶺，這之后停電，若X值未走平，會影響X值大小，但不會影響Y值；在試驗中要注意當(dāng)250～630 ℃發(fā)生停電時，因為煤樣已經(jīng)開始處于軟化結(jié)焦過程，這時停電勢必要影響試驗結(jié)果，造成測值不準(zhǔn)，所以需要重新裝樣再測。

2.7 測試結(jié)果如何判斷是否可靠

全自動膠質(zhì)層指數(shù)測定儀在測定一些膠質(zhì)體較薄的煤種時，存在一定的不準(zhǔn)確性，偶爾會出現(xiàn)明顯失誤，這時可以通過試驗數(shù)據(jù)判斷所測數(shù)據(jù)是否異常。若有個別采樣點(diǎn)明顯偏離，是探針遇到煤顆?；蚱渌^大阻力所致，因此，當(dāng)探針被判定在較低的水平時，誤差被判定為上層，其結(jié)果尤其異常。此時，可以利用軟件修正功能將點(diǎn)固定到曲線或刪除該時間的測量點(diǎn)，從而得到一個正確的圖形。通過查閱相關(guān)資料，得出體積曲線對應(yīng)的煤種信息，僅供參考：

“平滑傾斜”的煤可能是弱粘煤或不粘煤，也可能是無煙煤或貧煤、瘦煤等；

“平滑下降”的煤可能是1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤、氣煤等；

“波”型、“微波”型的煤可能是氣煤、氣肥煤、焦煤；

“之”字型的煤有可能是氣肥煤、焦煤，“之”字型很大的有可能是肥煤；

“山”型或“之山”混合型的煤可能是肥煤。

測試結(jié)果明顯異常時，應(yīng)該采用標(biāo)樣在前后爐同時做平行樣，以便判斷儀器是否正常。

3 常見故障分類及相應(yīng)的解決措施

(1)開機(jī)測定時，計算機(jī)死機(jī)、進(jìn)度條卡死。出現(xiàn)這種狀況的主要原因可能是計算機(jī)CPU過熱；硬件驅(qū)動出現(xiàn)故障；系統(tǒng)丟失必要文件；計算機(jī)硬件故障；主機(jī)與計算機(jī)的信號線連接出現(xiàn)問題；系統(tǒng)中病毒等。

解決方案：逐一檢查并排除上述問題。一般重裝膠質(zhì)層測定系統(tǒng)軟件可以修復(fù)。

(2)開機(jī)運(yùn)行初始，溫度、時間項不顯示。出現(xiàn)此種情況可能是通訊主板故障，也可能是主機(jī)外圍設(shè)備故障導(dǎo)致，還有可能是計算機(jī)系統(tǒng)故障。

解決方案：在實際工作中遇到過此種故障，首先排除外圍故障，發(fā)現(xiàn)后爐硅碳棒卡子處打火花，立即處理后故障依舊。隨后查找通訊線路是否正常，通過點(diǎn)擊軟件中的探針復(fù)位，儀器信號正常。再通過對機(jī)械手的升降操作，點(diǎn)擊電機(jī)復(fù)位，機(jī)械手正常?？申P(guān)機(jī)后重啟，故障依舊。更換通訊主板，再次試機(jī)，系統(tǒng)恢復(fù)正常。后與廠家售后技術(shù)人員聯(lián)系得知：由于所用測定儀時間較長，板卡過于老舊，替換法是解決此類問題的常用方法。

(3)升溫過程中，升溫不平穩(wěn)，時快時慢，主要分為3種情況：① 硅碳棒驟亮，立即關(guān)閉主電源，檢查雙向可控硅和熱電偶；② 硅碳棒不亮，檢查電路是否斷路，電源負(fù)載輸出不正常；硅碳棒斷；接線夾處斷；③ 硅碳棒亮，但顯示不升溫，主要原因可能是熱電偶前后爐裝反、線路連接處松動、熱電偶放置位置不對或熱電偶短路。

(4)機(jī)械手在測試時，發(fā)出異響。智能感應(yīng)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)由壓力傳感器、位移傳感器、步進(jìn)電機(jī)、高強(qiáng)度探頭和機(jī)械傳動部分組成，能夠模擬手工測量膠質(zhì)層厚度。正常狀態(tài)下，電機(jī)發(fā)出“絲絲”的轉(zhuǎn)動聲音。如果發(fā)出的聲音很大，且一直不停，這時要及時采取相應(yīng)措施處理，否則會損壞機(jī)械手。還遇到過一種特殊情況，開機(jī)后，探針復(fù)位時，前爐正常(系統(tǒng)顯示探針位置為45 mm左右)，后爐探針原地來回打轉(zhuǎn)，就是不升降，初步分析懷疑是后爐通訊線松動造成。把探針處的前爐RS232通訊線一頭接至后爐測試，后爐探針升降自如，說明后爐機(jī)械手正常。而后爐RS232通訊線一頭接至前爐機(jī)械手后反而不正常了，分析后爐RS232通訊線有問題，然后把原后爐RS232通訊線整體調(diào)換至前爐后，前爐探針升降自如，說明原后爐RS232通訊線良好。經(jīng)過反復(fù)測試線路，發(fā)現(xiàn)JY-A6(UCB)通信板端口處前爐輸出正常，后爐輸出異常，由此判斷此通信板已壞。由于此板單片機(jī)為激光點(diǎn)焊，只能整板更換，但更換后儀器故障仍然沒有解決。此時，更換后爐機(jī)械手的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動板，后爐機(jī)械手能升降了，但升降方向相反，調(diào)換一對電機(jī)接線(有兩對電機(jī)接線)后，升降正常了。檢查電機(jī)復(fù)位，此時，系統(tǒng)顯示探針位置為80 mm左右，儀器恢復(fù)正常使用。智能感應(yīng)機(jī)械手為此儀器的核心部件，廠家在儀器出廠時已經(jīng)提示不能擅自拆卸，建議聯(lián)系廠家后再拆開檢查，一般機(jī)械故障是傳動部分干燥缺潤滑油和緊固螺絲松動所致。

(5)曲線圖整體偏低，不能全面查看分析。測試時發(fā)現(xiàn)曲線圖整體偏低，導(dǎo)致曲線圖顯示不完整。經(jīng)過仔細(xì)查找問題，發(fā)現(xiàn)是由于體積曲線傳感器的挑針安裝位置錯誤導(dǎo)致的，調(diào)節(jié)指示體積變化的挑針，使傳感器零點(diǎn)指示標(biāo)志的高度為7 cm 左右，重新試驗，圖譜正常。

(6)Y值已經(jīng)測完，但體積曲線一直走不平。體積曲線走不平說明煤樣體積仍在變化，但溫度已經(jīng)超過煤樣固化溫度區(qū)間(550～600 ℃)。經(jīng)過分析，造成體積仍在變化的原因主要是體積曲線位移傳感器發(fā)生故障。通過實踐發(fā)現(xiàn)，由于傳感器的拉桿使用時間久，有卡頓現(xiàn)象，造成信號延遲，導(dǎo)致計算機(jī)CPU誤判斷所致。這時可用酒精棉擦拭、清潔測桿；實在不行，更換同型號的位移傳感器可以徹底解決。除此以外，還有一種狀況，在測定膨脹性的煤(如山型或之山混合型的煤樣)也會出現(xiàn)體積曲線走不平。這時可以在730 ℃以后通過手動方式繼續(xù)恒溫加熱，直至曲線走平。

(7)前后爐測試平行樣時，兩者Y值超差。平行樣是指在完全相同的條件下，對同一樣品的2個或多個樣品同時進(jìn)行分析。實踐中，出現(xiàn)Y值超差的原因，筆者分析主要是由升溫速度造成的，前后爐升溫速度存在差異導(dǎo)致，煤在焦化過程中膠質(zhì)體體積在同一時間會產(chǎn)生差異，探針測試時采集的數(shù)據(jù)就會有差距。當(dāng)然，煤樣裝填是否均勻，機(jī)械手探針是否正常等這些因素也會造成Y值超差。

(8)測試時，突發(fā)電源跳閘，并有糊焦味。使用過程中曾經(jīng)發(fā)生過這種狀況，化驗員及時關(guān)閉了總電源。事后經(jīng)過仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)由于儀器使用時間較長，前后爐負(fù)載線出現(xiàn)老化，尤其在主機(jī)后部接線柱部位已經(jīng)燒斷，兩線觸碰造成短路。更換接線柱和電源線后儀器恢復(fù)正常使用。因此，使用儀器設(shè)備時要注意經(jīng)常檢查電路各節(jié)點(diǎn)處是否接觸良好，確保儀器始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

(9)通訊板自檢綠燈閃亮不正常。系統(tǒng)發(fā)生過主界面顯示窗口無任何數(shù)字顯示，一片空白。此時多為主機(jī)單片機(jī)與電腦的信號連接出現(xiàn)異常。主機(jī)通訊板上的MAX232與TLC2543容易損壞。當(dāng)用單片機(jī)和PC機(jī)通過串口進(jìn)行通信，盡管單片機(jī)有串行通信的功能，但單片機(jī)提供的信號電平和RS232的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，因此要通過MAX232這種類似的芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片的作用：是將單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換成PC機(jī)能接收的232電平或?qū)C機(jī)輸出的232電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能接收的TTL電平。TLC2543是德州儀器公司生產(chǎn)的12位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用簡單的3線SPI串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，將主機(jī)的模擬信號轉(zhuǎn)換成微機(jī)的數(shù)字信號。此處2個芯片的故障常用代換法進(jìn)行檢查。

4 結(jié) 語

膠體層指數(shù)的測定是一種非常標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法。加熱速度是關(guān)鍵因素，它會顯著影響X值，對Y值也會造成測量誤差。結(jié)果表明，由于煤種不同，升溫速度很快，X值會降低，Y值變動方向不確定，各階段的加熱速度應(yīng)嚴(yán)格控制。平時使用中要注意經(jīng)驗積累。只有正確按照國標(biāo)操作，維檢修好膠質(zhì)層測定儀，才能保證測試的順利進(jìn)行。