各种材料测试仪器

第一篇：各种材料测试仪器

1、X射线衍射仪

主要用途：材料结构相关的多方面分析：金属、陶瓷、矿物及人工合成的无机晶体；有机晶体；非晶态；聚合物、各种复合材料等。

研究和分析内容：物相鉴定，相变，非晶态晶化过程，聚合物、聚集态结构，多晶择优取向，结晶度，晶格常数，一定范围的长周期测定，单晶定向，外延膜晶格匹配等等。

2、金相显微镜

用于研究金属的显微组织，作金属学与热处理、金属物理学、炼钢与铸造过程等金相试验研究之用，能在明场、暗场和偏光下进行观察、投影和摄影

3、高分辨透射电子显微镜

主要用于材料内部的显微结构分析和微区成分的定量分析，主要应用如下：

物相鉴定，采用电子衍射花样和电子显微图像相结合的方法，对未知物相进行研究判定。材料显微结构的表征，如材料的形貌、尺度、晶界、相界、孪晶、层错、位错、取向关系等等，在一定条件下，可获得材料相变过程及显微结构变化的信息。高分辨晶格点阵像和原子结构像的获得，可揭示材料在原子分辨尺度上的显微结构细节，对物相鉴定，结构表征更有助益。

利用X射线能谱对材料的微小区域进行定量分析，把材料的结构研究和成分分析结合起来，有益于对材料的全面了解。

4、场发射扫描电子显微镜

主要用于观察材料表面的微细形貌、断口及内部组织，并对材料表面微区成分进行定性和定量分析，主要用途如下：

无机或有机固体材料断口、表面形貌、变形层等的观察和机理研究 金属材料的相分析、成分分析和夹杂物形态成分的鉴定

观察陶瓷、混凝土、生物、高分子、矿物、纤维等无机或有机固体材料表面形貌。微型加工的表征和分析集成电路图形及断面尺寸，PN结位置，结区缺陷。金属镀层厚度及各种固体材料膜层厚度的测定。

研究晶体的生长过程、相变、缺陷、无机或有机固体材料的粒度观察和分析

进行材料表面微区成分的定性和定量分析，在材料表面做元素的面、线、点分布分析。

5、电子探针显微分析仪

材料表面微区（微米级、亚微米级）化学组成的高速定性或定量分析；

材料表面或截面（包括纳米薄膜）的点扫描、线扫描（涂层或梯度结构中成分分布信息）、面扫描（成分面分布图像）分析；

材料表面形貌观察（二次电子像、背散射电子像、断口表面分析）； 材料或生物组织的扫描透射电子像（STEM）观察； 工业产品质量评价和失效分析。

6、热膨胀仪

可用于精确测量材料在热处理过程中的膨胀或收缩情况，且还可提供提供c-DTA（计算型DTA）功能。可用来研究材料的线性热膨胀、热膨胀系数(CTE)、烧结温度、烧结步骤、相变、分解温度、玻璃化转变温度、软化点、软化温度、密度变化、添加剂对原材料的影响等。右图所示为铁的线性热膨胀系数和热膨胀系数。在氦气气氛下以5 ℃/min测量。在960 ℃（曲线峰值）和1409 ℃出现晶体结构变化（bcc-fcc-bcc）。广泛应用于无机陶瓷、金属材料、塑胶聚合物、建筑材料、涂层材料、耐火材料、复合材料等领域材料的测试。

7、X射线荧光光谱仪

可以进行准确的定性、定量分析，可用来研究和测定各种材料成分。

8、热分析仪

热分析技术包括TG，DTA，DSC，DMA，TMA。我们常用的有DTA和 DSC

热重分析仪（TG, Thermogravimetric Analysis）：可测量物质的热分解温度和分解速率等。

热重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA），是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组份。TGA在研发和质量控制方面都是比较常用的检测手段。热重分析在实际的材料分析中经常与其他分析方法连用，进行综合热分析，全面准确分析材料。

差示扫描量热仪（DSC）：可测定物质熔点、熔化热、晶化、晶化热、玻璃化转变等。

差热分析仪（DTA）：可定性测量物质在升温过程中热量的变化。差热分析（Differential Thermal Analysis，DTA），是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应。广泛应用于无机、硅酸盐、陶瓷、矿物金属、航天耐温材料等领域，是无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等方面热分析的重要仪器。

9、表面粗糙度测试仪

对工件表面粗糙度进行高精度测量。

10、万能试验机

功能：金属、非金属材料、工程塑料等的拉伸、压缩、弯曲和剪切等试验。

11、硬度计

布氏、洛氏、维氏等硬度计，用于材料的硬度测量。

12、激光拉曼光谱仪

用于测定分子的振动光谱，与红外光谱互补，是分析物质组分、结构等的光谱分析手段之一。测量时无损样品并几乎不受水溶液的拉曼峰干扰。

13、傅立叶变换红外光谱仪

主要用于有机物的组成及定性、定量分析，给出重要的集团信息。带有混合气体定量分析系统，可在线定量极低浓度的气体及结构复杂的燃烧、热解产物。可进行热重-红外联机分析。

14、比表面分析仪

微孔容积。测单点、多点BET，吸附、脱附等温线，可分析材料的孔径分布、孔体积等。适用于各种催化剂、吸附剂等多孔材料。激光粒度分析仪

提供粒度分布，适于分析各种有机物、无机物、金属粉体，涂料，催化剂，陶瓷原料，各种乳液等。

16、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)适用于元素定性、半定量和精确定量分析，同时测定很高浓度的元素含量和较痕量元素含量，广泛应用于环境、冶金、地质、农林、石化、矿物、材料生物、食品等领域未知样品中的微量元素的定性、半定量和精确定量分析。能分析除氧、氯、硫、氟和惰性气体元素外的绝大多数金属元素和非金属元素。

第二篇：测试仪器示波器使用技巧经验总结

测试仪器示波器使用技巧经验总结

姓名： 施三保

部门： BMP开发部

工号： 91248

日期： 2006-9-5

摘要：通过实际项目模块测试过程，探讨和总结了公司Agilent示波器的一些使用技巧和方法，结合公司的测试规范，介绍了一些常用性能指标的测试。关键词：示波器；技巧；性能；总结；模块

Abstract: According to the process of practical test of the model, and in order to share my test experience, some skills and methods of how to use the oscillograph well are presented.In term of the test criterion of our company, test way of common performances is introduced as well.Keywords: Oscillograph;Skill；Performance;Conclusion;Module

前

言

示波器是电源开发工程师必要的工具，几乎每天都要使用。公司一般使用安捷伦示波器，功能十分强大，许多开发人员都是第一次使用这样的示波器，对于其繁琐的操作和复杂的功能往往不知所措，许多人也只了解其一般的基本功能，这些都会一定程度的影响工作效率和开发进度甚至测试错误的数据。我自入职以来，没有参加很多的调试和设计工作，但做过很多模块的测试，对于安捷伦示波器54624A的使用有了一些自己的心得，鉴于公司没有示波器使用的教程、培训和使用手册等，现写下我的一点体会，希望能对其他同事有一点点帮助。

一，示波器使用注意事项

1,测量时不要超过模拟探头的最高电压：

①类为300Vrms,400Vpk;② 类为100Vrms,400Vpk，否则可能损坏示波器。

2,注意测量时的接地，如果需要把接地线连到不能用电源线接地的电路中某一点，就应该使用差分探头。

3,开始测量时，进行探头补偿，使其特性与示波器相匹配。方法是将探头连到Probe Comp上，按下autoscale(自动定标)，然后使用非金属工具调整探头上的电容器，获得较为平坦的脉冲。

4,选择示波器输入阻抗；按Inped软键选择，50欧模式使用50欧配套电缆，用于高频测量，可使得信号通道中反射最小，得到最准确的测量结果；1M欧模式用于普通测量，需要使用探头，阻抗越高，示波器对被测电路的负载影响越小。

5.调节显示亮度；按下Display软键，旋转输入旋钮可以改变显示亮度，可在0到100%之间调节，Grid软键中显示了其亮度级，网络中的每个主格对应于显示屏顶部状态行中示出的扫描速度时间；为了改变显示波形的亮度，可以通过旋转前面板左下角的Intensity（亮度）旋钮。

6.开始和停止数据采集。通过按Run/Stop键来进行波形采集与停止采集的切换，当其为绿色时，为采集信号状态，为红色时为停止采集状态，当触发模式为stop时，可以旋转水平与垂直按钮，对显示的波形进行缩放与测量。二，基本测量功能

1，选择触发模式

①Normal常规模式显示符合触发条件时的波形，否则示波器不触发，显示屏也不更新，示波器等待从触发源来的有效信号；②Auto自动模式，显示屏自动更新，即在不符合触发条件时强制示波器触发，在其它触发事件未发上时产生内部触发信号；③Auto Level自动电平模式，示波器首先是常规触发，如果没有发现信号就自动触发。2.选择触发耦合

按下Mode/Coupling键，可以选择DC，AC，LF Reject和TV耦合等方式。①DC直流耦合允许DC和AC信号进入触发通道；②AC耦合将高通滤波器（3.5Hz）放入触发通道，去除任何DC偏执电压。③LF Reject耦合将50KHz高通滤波器与触发器串联，去除波形中的低频噪声，得到稳定的边沿触发。TV耦合通常为灰色不可选状态。④Noise Rej为触发电路增加了时滞，触发电路对噪声灵敏度会降低，需要大幅度波形来触发示波器。⑤HF Reject耦合在触发通道增加了一个50KHz的低通滤波器，去除触发波形中的高频成分。以上方式都是为了防止误触发，当信号源杂讯较大时可作适当调节。3.采集模式的选择

按采集键（Acquire）显示采集菜单，通过其可以调节信号中的细节水平或是完整信号，对仪器进行全面控制。①Normal常规模式，在大多情况下常规模式可以得到最好的波形图象。可以在更多工作点看到正确信号。②Peak Detect峰值检测模式，将峰值检测与无限余晖结合，是查找伪信号和毛刺的有效方法，可以显示任何宽度大于1ns的信号脉冲，在500us/div或更小的扫描速度时，窄毛刺与尖边沿的显示更加明显。③Average平均化模式，在触发模式时为了滤除噪声干扰一般选择这种模式，平均化多次触发，以减小噪声并提高分辨率，对多次触发的平均化需要有稳定的触发，通过旋转输入按钮来设置平均数，设置的平均数越高，就越能更好的减小噪声和提高分辨率。④Realtime实时模式，此模式下示波器在一次触发事件期间采集所有的波形样本，在打开其它任何采集模式时，都可以打开实时模式，可以捕捉偶然触发、不稳定的触发或复合变化波形，如眼图等。4.进行游标测量

使用面板Cursors键，可以进行定制电压或时间测量。可以选择三种模式：①Normal模式显示△X, 1/△X和△Y的值。②Binary（二进制）显示在该键上方的二进制逻辑电平，指示所有显示通道的当前X2和X2游标位置。③Hex（十六进制）显示在该软键正上方的十六进制逻辑电平，指示当前X2和X2游标位置。选择X和Y软键，通过旋转输入按钮可对其进行调节。5.进行自动测量

按Quick Meas可对任何通道源在任何运行中的数学函数进行自动测量，所选择测量的最后三次测量结果显示在软键上方的屏幕上，或当选择某些菜单时在显示区中心示出，当平移或缩放时，也可用快捷测量方法测量已停止的波形。开启的游标示出最新选择测量的波形部分。具体操作是：按下Quick Meas键显示则栋测量菜单，按下Sourse键选择要进行快捷测量的通道或运行数学函数，如果显示No Edge(无边沿)，Clippod(被削波)，Low Signal(低信号)，“<值”或“>值”时，表示测量结果不可靠。按下Select软键，然后旋转输入按钮选择所要进行的测量，按下Measure软键，开始自动测量，可以进行自动测量的参数值分别为：①时间测量：有计数器、占空比、频率、周期、上升时间、下降时间、+宽度、-宽度、最大处的X值、最小处的X值；②相位和延迟：分别有相位和延迟；③电压测量：有平均化、幅度、波低、最大值、最小值、峰峰值、RMS、波顶；④前冲和过冲等参数； 其中均方根RMS的定义为： RMSDCxi1n2in

(n为测量的点数，xi为测量的第i点的值)

占空比=正宽度/周期

相位差=两个波形之间的延迟/第一波形的周期.6.触发类型的选择

通过定义触发条件，将示波器显示与被测电路进行同步，对于大多数触发类型，可以将任何输入通道或外部触发BNC连接器作为触发源。可以使用的触发类型有：边沿触发、脉冲宽度触发（毛刺）、码型触发CAN（局域网控制器）触发、持续时间触发、IIC总线触发、序列触发、SPI（串行协议接口）触发、TV触发、USB（通用串行总线）触发等。根据需要选择不同的触发方式。在每次选择之后，当下次再使用示波器显示信号时，将自动的按照新的触发特性来显示。7.快速自动显示信号

为了省略以上烦琐的操作，快速的配置示波器，可以按下面板上的Autoscale软键，来显示所有活动的连接信号。此时示波器自动配置好，以最佳状态显示输入信号，自动的查找、开启和定标任何具有频率大于等于50Hz，占空比大于等于0.5％，峰峰值大于10mv的重复波形通道，所有不符合的通道将被关闭。如果不小心按下Autoscale键，可以按下Undo Autoscale来恢复原来设置。按下Channals（通道）软键来确定随后的自动定标中要显示的通道，可以是All Channals（所有通道），也可以是Only Displayed Channals（只显示有信号的通道）两种模式。

三，特殊测量功能

1.设置屏幕保护

按下Utility（实用键），选择Option软键，按下Screen Svr(屏幕保护)后选User Spell，同时旋转输入按钮进行选择字母，一共有35个字母可供选择，注意选定后应按下enter键确认。选择Svr Time可以设置示波器屏幕保护前闲置等待时间，软键中显示该分钟数，默认为6小时，设置完毕后，按下Preview可以进行预览。2.设置时钟

可以设置当前日期和时间，为24小时格式，这一时间和日期标记将显示在打印的硬拷贝以及软盘的目录信息中。按下实用键Utility，按Options软键，然后按clock软键显示时间菜单。按下year, month, day, hour或minute软键，通过旋转输入按钮选择所要设置的数字即可。3.使用软盘

可以使用软盘菜单向软盘装入文件或从软盘删除文件。①删除文件：将软盘插入示波器，按下file键选择软盘上的文件，然后按Delete File键来删除该文件；②输入文件：按下Load File软键将示波器中的文件装入软盘，可以装入的文件有设置文件、轨迹文件，以及使用示波器面板Save/Recale键建立的其他用户定义的设置或轨迹文件；本地语言文件包和系统软件文件。4.使用默认设置

按下Save/Recale软键，显示保存/调用菜单，按下Default Setup可以将示波器返回到工厂默认设置，其水平、垂直、触发、显示和其他等都将回到默认设置状态下。5.进行维护自检

按下Utility软键，然后再按下Service（维护）键，可以进行显示维护，主要有一下功能：①执行示波器上的自动校准，按下User Cal键；②查看用户校准状态，按下User Cal Status；③进行仪器自检；按下Start Self Test键；④查看关于示波器型号、代码版本信息、接入模块和校准状态的信息，即按下About Oscilloscope即可。

四，结语

以上就是我在上一段时间里，进行二次电源测试时对实验室仪器示波器使用的一些经验和体会，示波器功能强大，其中还有许多疏忽、遗漏和没有弄得十分透彻的地方，这些都有待于以后的总结，希望以上所写的能都为将来的员工有一点点帮助。

第三篇：体质健康标准测试仪器

《国家学生体质健康标准》测试器材统计

一、身高： 身高测量计。

二、体重 ：

杠杆秤或电子体重计。

三、台阶试验： 台阶或凳子、节拍器（或录音机及磁带）、秒表、台阶试验仪。

四、肺活量： 电子肺活量计。

五、800米或1000米跑： 秒表若干块

六、立定跳远： 丈量尺

七、握力： 电子握力计或弹簧式握力计。

八、坐位体前屈： 坐位体前屈测试计。

第四篇：《安检仪器使用与维护》测试.doc

― ― ― ― ― ―部―系― ― ― ― ― ― ― ― ― 线 ―业―专― ― ― ― ― 订 ― ― ― ― ―号―试―考装 ― ― ― ― ― ― ― ― ― ―名―姓― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ―级―班― ―淮海技师学院

《安检仪器使用与维护》试卷

一、选择题（40╳2’=80’）

1.安装在冶金、玻璃、化工等生产线的自动传送皮带上，用以检测矿石、烟草等原料中混入废金属，保护粉碎机不受损坏，这种探测器称为（）A.工业型金属探测器 B.人身探测器 C.安全型金属探测器 D.物品探测器

2.安装在机场、银行、珠宝店和珠宝制造场，需要对过往人员进行检测，以使贵重物品不丢失及排除危险品、枪支等，这种探测器称为（）A.工业型金属探测器 B.人身探测器 C.安全型金属探测器 D.物品探测器

线3.（）金属探测器是安检过程中人身检查的重要辅助工具，检测旅客的金属物，提高人身检查效率。

订 A.X射线 B.手持式 C.安全型 D.物品 装4.1831年8月，（）科学家发现了感应电流。

A.爱迪生 B.爱因斯坦 C.法拉第 4 D.波尔

此5.一般来说，金属物品的隐藏深度需在（）以内，探测器才能找到它们。

A.10cm B.20cm C.30cm D.40cm 过6.铁与铝两种金属物，（）更容易用金属探测仪检测出来。

超A.铝 B.铁 C.一样 D.无法比较 7.目标物越（感应电流强度越大，越容易检测。

得A.大 B.小 C.尺寸无影响 D.无法判读

8、A flight from one country to another country is called a（）.不(A)domestic flight(B)international flight 题(C)global flight(D)countries flight

9、安检人员的礼貌礼仪，通常是在安检现场各种情况下操作使用，以表达对（）。答(A)旅客的谢意(B)旅客的好感(C)旅客的敬意(D)旅客的好恶

10、“无人不穿花”的爱美民族是（）。(A)苗族(B)壮族(C)藏族(D)维吾尔族

11、“十”字架是（）。

(A)伊斯兰教的标志(B)佛教的标志(C)基督教的标志(D)天主教的标志

12、乘机旅客对安检人员的知觉主要通过安检人员的仪表特征、姿态表情和（）三个途径获得。

(A)服饰(B)眼睛(C)站姿(D)语言

13、安检过程中乘机旅客的认知心理包括乘机旅客对安检现场环境的知觉和旅客对（）的知觉。

(A)安检人员(B)免检人员(C)值机人员(D)要客人员

14、下面哪一项是边防检查站的工作职责。（）

(A)查缉走私(B)为入出境人员办理预防接种(C)实施口岸查控、防止非法入出境(D)检查动植物

15.在查验机场控制区通行证件时，以（）及本机场有关文件为准。（A）安检机构（B）机场公安机关（C）民航总局公安局（D）民用航空主管部门

16、空勤登机证、航空安全员执照、公务乘机通行证、特别工作证均属于（）。（A）有效乘机证件（B）全民航统一制作的人员证件（C）由各航空公司保卫部制发的人员证件（D）工作证件

17、部队证件大体可分为（）种。(A)九(B)八(C)七(D)六

18、机票中包含()及行李票。

(A)保险票(B)行李条(C)货运单据(D)客票

19、在旅客登机时，电子客票登机牌由（）查验。

(A)空勤登机人员(B)工作人员(C)值机人员(D)监护人员 20.安检门能检测出（）

A.枪支 B.子弹 C.管制刀具 D.以上都是 21.金属探测仪的原理与安检门的原理（）

A.相同 B.不同 C.类似 D.无法比较 22.金属探测器的探测能力与（）有关。

A.敏感度 B.探测器的大小 C.物品的大小 D.导体中涡流的大小

23、探测物通过探测器速率过快或者过慢，（）探测效果。A.不影响 B.影响 C.可能影响 D.无法比较

24.在通过安检门时，同一个探测物当通过探测区不同部位时，可能探测的结果是（）

A.相同 B.不同 C.类似 D.无法比较 25.环境温度的变化对安检门的灵敏度造成（）A.没有影响 B.很大的震动 C.影响 D.无法比较 26.在安检门的周围存在（），会对安检门的检测造成影响。A.金属构件 B.金属家具C.携带的大件金属物 D.以上都是 27.我们所学的金属探测门有（）A.SMS-B2000 B.MCD-800 C.SMS-B2000 和 MCD-800 D.以上都不是 28.安检人员职业道德规范是安检人员处理好（）各种关系的行为准则。(A)文明服务中(B)职业活动中(C)安检勤务中(D)岗位工作中

29、安检人员职业道德规范是评价安检人员（）好坏的标准。(A)职业修养(B)职业纪律(C)职业技能(D)职业行为

30、安检人员职业行为好坏的评价标准是安检人员的（）。(A)职业素养规范(B)职业考评标准(C)职业评价标准(D)职业道德规范

31、落实安检职业道德规范的前提是（）。

(A)确保航班正常(B)确保服务质量(C)确保旅客满意(D)确保民航安全

32、爱岗敬业，忠于职守就是要求安检人员对本职工作（），在任何时候任何情况下都能坚守岗位。

(A)勤奋工作，严格检查(B)兢兢业业，勤奋工作(C)兢兢业业，一丝不苟(D)恪尽职守，诚实劳动

33、人们对所从事的职业的好恶、倾慕或鄙夷的情绪和态度称为（）。（A）职业态度（B）职业情绪（C）职业情感（D）职业感情

34、职业技能是安检人员在职业活动中实现职业责任的（）。(A)工作方法(B)能力手段(C)工作技巧(D)技术能力

35、安检人员必须自觉遵守的纪律包括（）。（A）安检岗位纪律、外交纪律和保密纪律（B）安检岗位纪律、外事纪律和保密纪律（C）安检工作纪律、外事纪律和保卫纪律（D）安检值勤纪律、外事纪律和安全纪律

36、（）的含义是指从事职业的个人对社会、集体和服务对象所应承担的社会责任和义务。

(A)职业社会义务(B)职业道德义务(C)职业社会责任(D)职业道德责任 37.X射线机图像把物品的材料分为3类，其中橙色表示为：（）A.有机物 B.无机物 C.金属 D.混纺

38.X射线机图像把物品的材料分为3类，其中绿色色表示为：（）A.有机物 B.无机物 C.金属 D.混纺

39.X射线机图像把物品的材料分为3类，其中蓝色色表示为：（）A.有机物 B.无机物 C.金属 D.混纺 40.X射线机图像表现出的黑色或者黑红色表示（）A.有机物 B.无机物 C.金属 D.混合物

二、判断题（20╳1’=20’）

1.随着电子技术的进步，金属探测器有了更新换代的发展，使用范围扩大到各领域（）。

2.楞次定律可以表述为：运动导体上的感应电流受的磁场力，总是反抗导体的运动。（）

3.金属物品越远离探测器，报警声越响。（）4.线圈受潮会影响金属探测器的检测效果。（）5.环境温度不该影响金属探测器的检测效果。（）

6.某些物质属于自然导体，可能会严重干扰金属探测器。（）7.安检门的发射的磁场对体弱者、孕妇和其他电子装置有害。（）

8.脉冲式金属武器门具有独特的性能，符合主要安全标准和客户安全标准。（）9.探测物的质量和形状、金属种类和合金成分是影响探测的重要因素。（）10.在导电率相同的情况下，铁磁物质比非铁磁物质更容易探测。（）

11、通用航空运输的民用航空器一般定期执行飞行任务。()

12、国际航空运输协会是全世界航空运输企业自愿联合组织的非政府性的国际组织。（）

13、《中华人民共和国民用航空安全保卫条例》的立法目的是为了防止对民用航空活动的非法干扰，维护民用航空秩序，保障民用航空安全（）

14、现场值班领导应按规定处理安检现场发生的问题（）

15、在排爆现场，应将爆炸物附近的仪器设施全部转移，现场的门窗要关闭，以防万一爆炸，损失降到最低。()

16、处置爆炸装置的基本程序是先判断爆炸物的真假、威力、机械结构等，然后再采取适合的方法进行处置。()

17、机场飞行区地面部分包括机库、塔台、救援中心、旅客服务区等。()

18、劳动者对用人单位管理人员违章指挥、强令冒险作业，有权拒绝执行。()19.可见光的波长越长，其能量就越大。（）20.X射线的穿透能力与X射线光子的能量有关。()

第五篇：电化学分析测试仪器的现状和发展趋势

电化学分析测试仪器的现状和发展趋势

刘永宏（2016211539）

（西北师范大学化学化工学院，甘肃兰州730070）

摘要：随着对分析测试仪器的需求不断地增长，我国的电化学分析仪器的研制开发有了很大发展。本文通过对恒电位仪、极谱仪、分析测试系统三大主要电化学仪器进行分析，综述了电化学分析测试仪器的现状和发展趋势。关键词：电化学分析测试系统；恒电位仪；极谱仪；发展趋势

1引言

随着国家对食品安全、环境、能源、新材料和人类健康的重视，对分析测试仪器的需求不断地增长，同时对分析测试仪器的要求也越来越高。分析测试仪器的发展除了继续追求更低的检出限、更高的灵敏度和分辨率外,有如下一些特点:小型化和便携式；自动化和智能化；通用型和专用型；联用；原位、在线；快速、高通量。

近代电分析化学的研究不仅能对组成和形态进行分析，而且对电极过程理论，对生命科学、能源科学、信息科学和环境科学的发展有重要作用。而恒电位仪、极谱仪恒电位仪、极谱仪、电化学分析测试系统是进行电化学分析、测试、研究的基本工具。PC微机的迅速普及和发展为电化学分析测试系统的微机化提供了非常好的应用平台,使电化学分析测试仪器更加广泛地应用于化学、生物学、材料学、环境科学等领域,也使现代电化学仪器步入了新的发展阶段。

2电化学分析仪器的发展现状

经过多年发展, 目前, 我国电化学分析仪器工业已经具有一定的研究、开发和生产能力, 但主要产品总体技术水平与国际先进水平还有一定的差距。目前生产和使用的国产电化学测量仪器的种类很多, 但是性能比较单一, 准确度也不高, 具体表现在技术系统性差、集成度不够、持续创新能力不强等方面。约73%的分析测试仪器需要进口, 其中电化学高档精密仪器进口比例份额还要更高。

随着电化学测量的应用越来越广泛, 对测量仪器的要求也逐步提高, 高灵敏度、专一性、低成本、速度快、取样少、简易便携的电化学分析测量仪器是研究和展的方向。近年来, 随着计算机和集成模块的大量使用, 仪器更新换代的速度也逐渐加快, 大量自动快速新型的测量仪器不断问世。从酸度计的发展历程来看, 20世纪80年代前后, 为指针式仪表, 准确度低, 误差大;进入20世纪90年代后期, 数显式酸度计逐渐取代了指针式的仪器;近几年酸度计更是快速发展, 集成模块的应用使操作更加简单, 使测量数据更加准确。

为此本文拟从恒电位仪、极谱仪、微机化电化学分析测试系统等三个方面综述国内电化学分析测试仪器的发展现状。

2.1 恒电位仪

恒电位仪是电化学测试中最重要的仪器,其性能的优良直接影响电化学测试

结果的准确度。恒电位装置在教学、科研、冶金、石油化工、原子能、医药等领域有着十分广泛的应用。早起由于半导体集成技术相对落后，恒电位仪主要由大量的分立元件构成，存在体积庞大、机构复杂、恒电势控制差等不足，限制了其应用范围，随着微电子和计算机技术的蓬勃发展，恒电位仪在便携性、低功耗、精度方面有了很大进步，涌现出一批新型的恒电位仪，比如基于无线遥控技术的双通道恒电位仪和高性能芯片级恒电位仪。

溶液电阻R的存在是造成恒电位仪电位控制误差的主要因素。许多课题组从不同方面研究了消除R引起的电势误差的方法。从样品溶液阻抗角度出发，一般可以用增加样品溶液的浓度或降低其黏度等方法来提高介质的电导率，以减小溶液的总电阻进而降低R值；另外，研究表明，移动参比电极的位置，使其尽可能地接近工作电极，可以使R所占比例减小。Bruckenstein等人提出并验证了使用微电极的优越性，主要是因为使用微电极产生的电流非常小，这样不仅简化了实验设计，而且无须考虑参比电极的位置，可以极大地减R值，进一步降低了电势控制误差。以上这些解决方案在实际应用上都难以推广，一方面由于检测对象的多样化和复杂性，只针对某一测试体系设计检测溶液，不可能满足通用测试的需求；另一方面微电极制作不仅造价昂贵，而且受制造工艺水平的限制，难以在实际应用中推广。

目前许多研究者更偏向于运用电子学手段对溶液电阻R进行补偿，这种方法具有设计灵活、制作简易，成本低、恒定控制效率高等优势。

随着超大规模集成(VLSI)技术和微机电系统(MEMs)技术的发展，芯片级恒电位仪开始见诸报道。这类芯片有别于传统的恒电位仪电路，它功耗低，具有超高灵敏度，稳定性好，能最大限度地降低器件本身的耦合噪声，同时可以结合微电极阵列，搭建一先进的微型检测系统。Prakash等人基CMO工艺技术设计出芯片级恒电位仪(见图1a)，它主要由电压跟随器O P1、基于运放OP2和R1的反馈电路、基于运放OP3与反馈电阻Rf的电流跟随器等三部分组成。要达到恒电位仪的设计性能，运放部分必须满足如下要求；高增益(>50dB)，以实现电位恒定；轨对轨输入输出，尽量满足输入输出动态变化范围；具备大电流处理能力，从而驱动传感器阵列发生电化学反应。但是基于CMOS技术集成的芯片供电电源电压通常比较低，一般采用0.18µm CMOS技术设计的标准单端型恒电位仪，其最大供电电压为1.8V，将无法驱动大部分样品溶液发生电化学反应。针对这问题，Martin等人基CMOS技术设计一种新型的全差分恒电位仪(见图1b)，主要利用全差分运放OP6来动态控制工作电极与辅助电极之间的电压，达到增大信号摆幅的目的。

图1 基于CMOS技术的恒电位仪电路原理图

在使用同样供电电源的条件下，全差分型恒电仪的信号摆幅几乎是标准单端型恒电位仪的两倍，极大地提高了检测范围。除此之外，在低电压电源条件下，不仅整个电路功耗低，而且有效地抑制了共模噪声，这种设计非常适合微型电化学检测系统的要求。

2.2极谱仪

自从1922年海洛夫斯基提出极谱法,极谱分析很快成为电分析化学中最重要和最成功的一种分析方法。极谱仪的应用也更加广泛,并成为测量微量元素的常用分析仪器。它能测量纯金属中的杂质,检测有机物、无机物中金属类微量元素(如金、银等)和非金属微量元素(如砷、硅等)的含量。

近二十年来,人们围绕极谱仪的改进与微机化开展了许多工作。1980年代初,极谱仪的记录方式发生重大改变,从原始的人工记录转变为记录仪记录或示波器显示,如慢扫的笔录式极谱仪和快扫的示波极谱仪。随着微电子技术的不断发展,数字式、微机化的示波极谱仪也就孕育而生了。裘民洲研制了可直接读取元素含量的数字快速极谱测定仪。吕民达等人将JP-2型示波极谱仪与紫金-ÒB微机进行联机,不仅减轻了劳动强度,而且提高了分析速度。龚学贤采用Z-80Ò型单板计算机控制方波极谱分析仪,使测量速度提高,输出结果直观,自动化程度提高,尤其是保证了方波电压、固体开关的通断和采样三者之间严格的时序关系,使电容电流的影响减到最小。这种方法是常规仪器较少采用的。但是,以Z-80Ò型单板计算机控制的极谱仪仍然存在局限性,功能单一,数据分析效率低,仪器体积大,操作复杂。在这样的背景下,1990年代的极谱仪又派生出许多新技术和新方法。如天津职大研制的MC98-A型多功能极谱仪采用了STD标准总线结构和宽带放大器,把新极谱法和方波、微分脉冲技术结合起来,提高了仪器的灵敏度,并集多种功能为一体。李申等研制了CP-A微机极谱仪。成都仪器厂的JP-303极谱仪是专用微机控制自动分析仪,其可靠性、稳定性、重现性和准确度较好;江苏电分厂的XJP-821新极谱仪的最小检测电流可达10pA,具有扫描幅度宽、扫描速度快等特点;国土资源部南京地质矿产研究所的JPS全微机化极谱仪和江苏金坛市荣华仪器制造有限公司生产的AD系列极谱仪也有其特点。此外,采用APPLE II和PC微机的多功能电位溶出分析仪则是溶出分析检测不断发展的结果,微机化的计时库仑仪、XHX-1型便携式电化学分析仪等也有所报道。

2.3 微机化电化学测试系统

电化学分析测试方法主要包括:恒电位、恒电流、线性扫描、脉冲、方波、交流技术、阻抗测试等,人们使用这些测试方法可以得到电化学体系较全面的信息。若不用微机来组成包含这些技术的电化学综合测试仪则是相当复杂的。1980-1990年代PC微机在国内的普及,大大地加快了电化学综合分析测试系统的微机化进程,20世纪80年代初期,江苏电分析仪器厂与中国科学技术大学合作开发和生产的MEC-12A多功能微机电化学分析仪是我国自行研制的第一代微机化电化学分析系统,并在1990-2000年出现了研制开发智能化、多功能、微机自动控制电化学综合分析测试系统的一个小高潮。1997年,中国科学技术大学化学系研制的KD586微机电化学分析系统通过成果鉴定,其主要性能已达到国际同类产品的先进水平。

自1990年以来,我国在电化学测试仪的微机化方面进行了大量工作,将微机化电化学分析与微机化电化学测试有机结合,研制出可满足不同需求的多功能微机电化学分析测试系统。例如:朱迎春将MEC-12A多功能微机电化学分析仪与APPLE-Ò型微型计算机配套应用于腐蚀中;许荣达研制的微机化多功能电化学分析仪还可进行(多扫描)电位溶出和计时电位溶出实验;还有计算机化的多功能超微电极电化学仪器、计算机控制的腐蚀电化学测量与分析系统、智能电化学分析系统等。

在电化学测试仪的微机化过程中,曾出现以单片机为前端机,结合HDV-7恒电位仪研制的微机化电化学测试系统,电位分辨可达0.1mV,输出信号放大10倍。但是,从微机化电化学分析测试系统的实用性和商业化的角度来看,单板机控制恒电位仪的电化学测试系统仍然存在问题:首先单板机的支持软件少;其次,系统是利用自制专用接口与计算机连接,但这些接口一般是针对某种机型的计算机设计的。因此,人们又改进了微机化电化学分析测试系统,于是形成了现在以单片机为下位机,以微机为上位机的二级系统。单片机进行数据的采集与存贮,微机进行数据的管理和分析处理。例如,于庆泽等研制了适应性广的腐蚀电化学测试分析系统,并配置有专门研制的恒电位/恒电流仪。

到1990年代末期, 我国的微机化电化学分析测试系统不断完善, 逐步走向成熟, 如天津兰力科公司生产的LK98 系列微机电化学分析系统。他们首先推出的主要是用于电化学分析的LK98A, 恒电位范围为±4V, 电流为100mA, 电流检测下限≤200pA;随后与长春应化研究所研制的ECS2000电化学测试系统相结合又推出LK98B微机电化学分析测试系统，恒电位范围提高到±10V。随着电子技术的不断进步和软件开发力度加大, 他们生产的LK98ǁ系统能够进行30多种不同方法的电化学与电分析化学测试，系统稳定，性能上也有明显的改进，恒电流范围达到±500mA，电流灵敏度也可达到≤50pA , 软件的数据处理功能明显增强。另外，还有江苏电分仪器厂MEG-12B多功能微机电化学分析仪、中腐公司的PS-168系列电化学测量系统、郑州杜甫仪器厂的DF-2002电化学工作站等，这都展现出我国微机电化学分析系统已迈向自动化、智能化。

交流阻抗测定是微机化电化学综合分析测试系统的重要组成部分。在研究复杂电极表面动力学行为、金属腐蚀等方面，交流阻抗技术是强有力的手段。国外的微机化交流阻抗测试仪相对成熟，但价格较高。国内的电化学分析测试系统中也逐渐融入交流阻抗测试技术，如林广等研制的电化学暂态联机测试、隋青美等研制的微机自动控制电化学测试系统等。另外，人们对独立的交流阻抗测定系统也做了大量研究工作，例如，张小武等发明了采用LAPLACE变换的交流阻抗微处理机测量系统(0.01kH-10kHz，董泽华等基于高速数据采集并采用计算机拟合研制了频域法的阻抗测试系统, 徐和春等则提出一种高精度测量阻抗实部的新方法。总之, 交流阻抗测试的研究引起广泛关注, 但进一步提高频率测量范围和准确度、缩短在低频区的测量时间和改进仪器设备将是这一领域的主要发展方向。电化学分析仪器发展趋势

业内专家认为，21世纪分析仪器的发展将向在线分析倾斜，并向综合、联用、信息网络化方向发展，同时更趋微型化和智能化。近期行业的发展重点将围绕科研、生产、人类环境三大领域的需求以基础工业和支柱产业的产品质量控制及环保、医疗等领域需要的分析仪器和技术含量高的中档产品为主。重点开发的

产品将包括在线检测与质量控制仪器，人类健康与环境检测仪器等。快速、准确、便携将成为电化学测量的宗旨。有专家预测，作为中国仪器仪表工业重要组成部分的电化学分析仪器，将在未来几年内快速发展。

主要表现在以下几个方面：

(1)采用新技术、电子集成化新型电化学测量仪器。目前，字图像处理式的电化学计量仪器正在开发和试用中。其可通过计算机控制器和数字模型进行数据采集、运算、统计、分析、处理，提高了分析仪器的数据处理能力。

这些仪器大多采用微电脑处理系统和数字显示，在分析信号处理的方法上，引入小波分析(wavelet analysis)，为分析信号的压缩、去噪、分辨及背景肖除等带来了新思路和新方法。从近年来此方面的研究成果看，我国在分析信号处理的研究方面处于国际先进水平。用这些方法生产的测量仪器量程宽泛、线性好、重现性高、价格低廉、维修方便。

(2)特殊行业使用的电化学测量仪器的开发。这些仪器可以测量非水溶液的电化学指标，测量误差小、便于测量不确定度的估算。

(3)“测量过程控制”方法的引用，测量和控制一体化。可以从根本上实现生产的自动化和实时监控。大量在线仪器的使用。使计量控制一体化得以真正的实现。此外，还可通过生产过程的监控，实现参数反馈，从而提高产品质量．减少人为误差，提高生产效率。

(4)适应新型仪器的计量标准和检测方法将出台，并可以进行量值传递与溯源。结论

综上所述, 电化学测量的发展前景是乐观的, 测量仪器的研发和使用会更加宽泛、精密和便捷, 操作也会更加简单方便。虽然目前有些计量检定的方法和仪器的发展还不同步, 个别计量检定和测试项目还不能满足测量仪器的需要, 尤其是在线仪器的计量检定和实际工作还有一定的距离, 但是随着我国电化学测量的发展, 在广大化学计量工作者的共同努力下, 相信在不远的将来, 电化学测量技术将会发展到一个更高的层次。

参考文献

[1] 汪正范.从第13届BCEIA看分析测试仪器进展,中国分析测试协会

[2] 朱果逸, 张月霞.国外电化学分析仪器进展, 现代科学仪器, 1992,(2):19-21 [3] 陈昌国, 刘渝萍, 吴守国.国内电化学分析测试仪器发展现状, 现代科学仪器, 2004,(3):8-11 [4] 张蓓.我国电化学测量仪器的现状和发展趋势, 中国计量, 2006,(4):16-17 [5] Harrar J E, Stephens F B, Pechacek R E.Analytical Chemistry, 1962, 34:1036-1037 [6] Rocchitta G, Migheli R, Dedola Sonia, etal, Sensores and Actuators B, 2007,126(2):700-709 [7] Britz D.Journal of Electroanalytical Chemistry, 1978, 88(3):309-352 [8] Bruckenstein S.Analytical Chemistry, 1987, 59(17):2098-2101 [9] 钟海军, 邓少平.恒电位仪研究现状及基于恒电位仪的电化学检测系统的应用, 2009(2):1-5 [10] Prakash S B, Abshire P, Urdaneta M, etal.Circuits and Systems, 2006:5555-5558 [11] Martin S M, Gebara F H, Strong T D, etal.Circuits and Systems, 2004, 4: 892-895 [12] 龚学贤.采用单板计算机控制的方波极谱分析仪.上海海运学院学报, 1 98 9,(4): 7 0-75 [13] 蒋敦斌, 付植桐.MC98-A 型多功能极谱仪研制.分析测试技术与仪器, 1995, 1(3): 2-6 [14] 李申,张溪,宋义民.CP-A型微机极谱仪的研制.齐齐哈尔师范学院学报(自然科学版), 1995, 15(4): 19-21

[15] 晏双龙,王少年.XJP-20型新极谱仪的研制.分析仪器, 1999,(4): 30-32 [16] 李培标,刘清,赵藻藩.微机化多功能电位溶出分析仪.第三届全国计算机化学学术报告会议论文集.杭州,1990,255-256 [17] 吴志军,刘清,赵藻藩.微机化的计时库仑仪.第三届全国计算机化学学术报告会议论文集.杭州,1990,253-254 [18] 毛英,李毅,金洁.XHX-1型便携式电化学分析仪.地质仪器,1996,(4): 29-34 [19] 许荣达,洪丽娟,陈庆绸,杨孙楷.微机化多功能电化学分析仪的研制.分析仪器, 1990,(2): 35-39 [20] 朱迎春.铜缓蚀剂的筛选研究)MEC-12A多功能微机电化学分析仪的应用.化学传感器, 1990, 10(3): 55-60 [21] 许荣达,洪丽娟,陈庆绸,杨孙楷.微机化多功能电化学分析仪的研制.分析仪器, 1990,(2): 35-39 [22] 于俊生,张祖训.计算机化的多功能超微电极电化学仪器.高等学校化学学报, 1992, 13(7): 902-905 [23] 许立名,董泽华.计算机控制的腐蚀电化学测量与分析系统的研制.计算机与应用化学, 1996, 13(1): 60-64 [24] 徐和春,黄瀛洲.一种高精度测量阻抗实部的新方法.浙江丝绸工学院学报, 1994, 11(3): 25-30