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主题:【第十一届原创】【仪器故事】拆灯看设计,点灯探原理

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一片枫叶
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分析者端木精英队发表于:2018/10/14 19:47:11 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复
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10月二等奖
                        拆灯看设计,点灯探原理

一:现象很怪异,临机做处理(引入主题)

     
安捷伦1200色谱仪,配置VWD1314B检测器,最近现象很怪异,让人匪夷所思——点击按钮启动仪器,总是进入就绪分析,而且氘灯只预热不启辉,启辉失败不能正常工作,停止分析,预热随即停止。

紧急情况,不能迟疑,面对现实,采取措施——更换新氘灯一只,以解燃眉之急。

      遗憾的是——对换下来的氘灯没有进行能量测试,也没有留下点灯失败的诊断信息,只查看了氘灯使用时间,超出寿命很远矣! 更换下来的氘灯光窗变黑,失去了新氘灯的光泽,已是——黄昏独自愁,更著风和雨,寿命已到而且光窗也黑了。

        当然,环境温度湿度对氘灯的启辉都有影响,特别是氘灯使用的后期需要多次启辉才能正常,再者光路的老化,电源老化也在考虑其中,然而更换新氘灯后得以解决。
        总之,寿命是氘灯不能正常启辉的必然,而且光窗变黑也正是氘灯寿终正寝的表现——不入虎穴焉得虎子,不拆氘灯难得其设计,要想弄清点灯失败的真正原因就必须搞清氘灯的构造原理。

二:拆灯看构造,偷窥其设计(中心主旨)

拆开氘灯石英罩——暴力坼灯,结构设计,彰显无遗!





根据氘灯构造利用画图软件,做出了氘灯原理构造图(作图功底较差,看起来有点乱)


氘灯构造部件说明:
      基本原件——阴极,阳极,屏蔽罩组成。
        灯阳极与屏蔽罩连接的电阻——使屏蔽罩带有正电荷,并与阴极较近,起到了加速极的作用。当阴极发射出电子后经加速极加速,从而更有利于激发和电离氘分子,达到降低灯管点燃电压的目的。
      灯丝电阻——有两部分组成:阳极灯丝和阴极灯丝。阳极灯丝通过电流产生热量加热阴极,使阴极产生电子发射,碰撞激发氘分子电离,获得更大的能量,在加速极的作用下,被激发的氘分子很快到达阳极。
      屏蔽罩——屏蔽罩的目的是防止发射的离子溅射到其他地方,施加上正电压就是吸收负离子。屏蔽罩的电压要低于阳极,所以串接了一个降压电阻
      挡光板——避免阴极辉光光斑干扰,设置在阴极旁边。

      光栅——设计成半球反碗状,使光输出集中,提高其辐射强度。
      光窗——设计成矩形,增加其辐射角。
      灯外罩——透紫率极高的石英材料。
      氘灯光窗变黑挡光板变黑——氘灯不能起辉。其根本原因是:灯丝(阴极)上的材料和阳极,屏蔽罩的材料被溅射出来,造成灯管内的“氘气”纯度下降了,所以不能起辉了。


三:点灯观视频,诊断找原理(拓展深思)



点灯视频——预热不启辉的视频和预热启辉的视频(附有视频)


      氘灯启辉之前——依靠独立的电源(灯丝电阻)加热阴极,在这过程中氘分子剧烈碰撞,使氘气分子激发电离,氘气的正离子往阴极中和,负离子往阳极中和,氘气的正负离子发生猛烈地碰撞,于是就产生了“辉光”。
      氘灯正常启辉——当在阳阴极间和阴极回路加上适当的电压后,阴极发射电子,在电场的加速下向阳极运动。在这过程中与氘分子发生非弹性碰撞,使氘分子处于激发电离态,被激发的氘分子从激发态返回原来状态时,将能量以辐射形式发出形成氘光谱,产生辉光放电。
      氘灯启辉后——则是依靠正电子轰击阴极及灯管,电流流过阴极表面加热阴极(启动后切断阴极加热的情况下),使阴极维持电子发射。对于氘灯启动后还维持一定灯能电压(电流),阴极产生的热量维持电流通过阴极使灯管稳定工作。
      灯丝电源必须提供阴极最佳的工作温度,并在施加触发压之前能给阴极预热一些时间。
      灯管着火后还要保持一定的维持电压,此电压必须是稳定的直流供电,否则会给灯带来噪声,维持电压必须小于预热是的电压。


下图为安捷伦新氘灯启辉过程中,电压/电流——时间曲线变化的静态图,很好滴诠释了启辉时灯电压/电流——时间变化的过程。






由新的氘灯启辉电压/电流—时间曲线可以看出:
      起辉后灯电流变小的原因是:氘灯本身就是一个充气的电子二极管。在没有起辉时等效内阻很大,接近无穷大。但是到了起辉后,由于电子流的缘故,使电子管的等效内阻变小了,所以灯电流由于带上了负载,故本身电流就变小了。
      1:灯丝的预热电压必须要达到2.5V以上,预热电流6.5A以上。
      2:氘灯启辉后,维持阴极正常激发的电压必须到1.7V,维持电流必须到3.8A。
      3:阳极启辉电压要到163V,才能产生343mA的启辉电流,而产生辉光放电。
      4:当氘灯启辉以后,维持电压88V,维持电流324mA,才能使氘灯正常工作。

      以上是
安捷伦氘灯BB5173正常启辉电压/电流——时间的参数值,不同的氘灯会有不同的参数,只做参考,不具类同!


后语
      一个报废的氘灯,采取了暴力滴拆卸,虽然手段有点残忍,但收益却是很深,了解了氘灯的构造,懂得了一些氘灯的原理,感到欣慰!也得到了以后遇到此类现象所采取的判断措施——观察氘灯外貌是否异常,查看氘灯寿命是否已到,进行必要的能量测试,利用诊断软件对氘灯进行诊断。当然在氘灯不能正常启辉以前还有可能伴随着基线噪音增大的现象。
        最后希望各位板油对此提出不同的看法和建议,便于共同借鉴共同进步!
该帖子作者被版主 夏天的雪10 积分, 2经验,加分理由:原创奖励
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2018/10/16 10:38:44 Last edit by v2960432 举报
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一片枫叶
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对氘灯启辉放点及维持电压/电流——时间曲线重调,便于观察!

氘灯拆开石英罩后的俯视图

氘灯石英罩和屏蔽罩拆开后的图片
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2018/10/16 20:02:06 Last edit by v2960432
symmacros
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枫叶老师的图片总是那么清楚,标注很详细。讲述的很透彻,让人一看就理解明白。多谢分享佳作。
一片枫叶
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原文由symmacros(jimzhu)发表:枫叶老师的图片总是那么清楚,标注很详细。讲述的很透彻,让人一看就理解明白。多谢分享佳作。
过奖了老师!
文章多处通过夕阳老师的指教进行了完善充实,在此要对夕阳老师说声谢谢!
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2018/10/16 10:11:04 Last edit by v2960432
dadgoh
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一片枫叶
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原文由 dadgoh(dadgoh) 发表:
非常专业的文章。
惭愧惭愧,,说专业有点牵强附会!
WUYUWUQIU
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sc360xp
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拆解分析不错。灯丝是各家制造的关键工艺之一,用显微镜看看更好。提醒各位坛友,观看启辉点亮时,一定要带上玻璃眼镜阻挡紫外线,不要长时间看,保护好眼睛哈。
一片枫叶
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原文由 sc360xp(sc360xp) 发表:拆解分析不错。灯丝是各家制造的关键工艺之一,用显微镜看看更好。提醒各位坛友,观看启辉点亮时,一定要带上玻璃眼镜阻挡紫外线,不要长时间看,保护好眼睛哈。
阳极灯丝穿在阴极灯丝管内,但不接触阴极灯丝管,在阴极灯丝管内,由于通过电流阳极灯丝产生热量,把缠在灯丝管外面的阴极灯丝预热,阴极灯丝激发氘分子电离态,激发的氘离子能量增加,产生辉光放电。
wccd
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真空电子管没有阳极灯丝一说,通常称阳极板、阳极棒、阳极圈、阳极罩等,因为灯丝可做阴极,固有阴极灯丝一说。
电子管是靠灯丝给阴极加热或自身加热在电压(高压)的作用下,阴极与阳极之间有电子运动,栅极可加速电子的运动。
一片枫叶
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原文由 wccd(wccd) 发表:真空电子管没有阳极灯丝一说,通常称阳极板、阳极棒、阳极圈、阳极罩等,因为灯丝可做阴极,固有阴极灯丝一说。电子管是靠灯丝给阴极加热或自身加热在电压(高压)的作用下,阴极与阳极之间有电子运动,栅极可加速电子的运动。
谢谢老师指正,我只是根据实物基本的构造理解的不专业,您这样的解释才是专业的呢!