主题：【原创】解剖F732-V测汞仪并检修及题外话

解剖F732-V测汞仪并检修及题外话

实验室同时报修两台测汞仪，一台现象为汞灯不亮，另一台气泵输出气量不足。打算两台拼一台完好的。但将汞灯和气泵分别交换后故障依旧，显然这两台机器的故障并非仅仅交换元器件就能解决问题。
这是2006年购入的比较老的产品，但目前市场上仍然有销售。据说内部电路有改进了。
                                                          图1 仪器外观
先查说明书，看看正常情况是如何工作的。再找相关的资料，看看内部结构，电路组成。
结果很失望，说明书_②仅仅介绍了使用，原理只提了一句“冷原子吸收”。相关资料也仅仅找到一篇，《F732-V智能型测汞仪使用技巧及故障分析与维修》_①，只是介绍了使用和简单维护方面的内容，作者是鹤壁市农产品质量检测中心的张艳丽老师，似乎看到过她在本论坛发表的内容，大概也是本论坛的热心人。
查询了“冷原子吸收”这个名词和测汞仪简单的原理，简述如下：汞灯发射的光线（就是所谓的“冷原子”，253.7nm波长在紫外线范围内的光，杀菌灯也用这个波长）照射进入吸收池的样品气体，如其中含有微量的汞，则透过的光线会被汞吸收而减弱。经过光电转换电路、微处理器分析，就可以根据光线减弱的程度，测出气体中的汞含量（显示、打印）。
明白了其中原理，就可以按照它拆机检修了：
首先打开左侧的盖板（标有F732-V字样），看到了汞灯（不是通常路灯用的高压汞灯）、隔膜泵、吸收池和光敏元件的黑盒子。
再旋开机器背后的两个螺钉，打开后部银灰色的机壳，可以看见后仓里面的变压器、汞灯电源、主电源板、显示单元等组件。
将汞灯和隔膜泵摘下来后，其上没有任何标识。汞灯（黑线）和气泵（红线）的两对电线通过机器中间隔板孔接入后部的接线架上。
一、汞灯是由汞灯电源点亮的，汞灯电源由电源板供电12V，并接受主控板的指令是否开启并点亮汞灯。
判断汞灯电路是否故障，先查看汞灯电源是否有直流12V电源输入，再看看输出是否有电压（600V~700V）。简单判断汞灯电源的好坏方法：汞灯电源输入12V后，不接汞灯或者汞灯是坏的，汞灯电源正常情况下会发出微弱的啸叫声，反之汞灯电源有故障。
若都无问题，才是汞灯自己的问题。
其中将其中一台更换了汞灯，故障依旧，查汞灯电源的输入，发现没有+12V，反过来查主电源板，发现一整流桥BR3（KBPC604，400V/6A）开路，换了后，汞灯电源就有输出了，故障排除。
另一台则是汞灯自身故障，厂方的售后经理说，汞灯从来没有坏的！但将新的汞灯换上，故障就排除了。

                                                      图2 后仓左侧局部

                图3 汞灯
二、再说说这个“泵”，此为电磁隔膜泵。

                                                图4 电磁隔膜泵

这个隔膜泵装在白色塑料盒中，打开底部的封盖，可见：左侧为电磁铁，两颗红色电线引出，为电磁铁驱动；右侧衔铁前端粘有一个磁性材料（磁钢？），衔铁中部固定一个橡胶胶碗，胶碗内部有个8mm的胶膜片，盖在胶碗的进气口，类似逆止阀，只能进气不能出气。
当电源加载在电磁铁上面时，吸合衔铁左侧的磁性材料，带动衔铁和胶碗做压缩的动作，同时内部的胶膜片封住进气口—排气；当胶碗被压缩到极致，会产生反弹力，使衔铁弹起，打开进气口的胶膜片—吸气。如此循环往复产生进气排气作用。
这个“泵”的驱动控制并不是在电路上处理的，我们在电路原理图（图7）上看的很清楚。加载气泵电磁铁的只是一个220V的交流电源，其上串联了一只电位器调整电压，并没有什么吸合释放的控制电路。
我们调整电位器改变电磁铁的供电电压（图7），出气量并没有根本改善。考虑到隔膜泵的胶碗或胶膜片老化会造成出气量不足，后清洗这个泵的胶碗、更换了胶膜片排气量恢复正常_①。
三、主电源板（附原理图）
后仓右侧装有变压器、噪声滤波器、泵电压电位器，变压器为主电源板提供了六组交流电压，经电源板电路输出为主控板、显示板、打印机、吸收池（光敏元件）供电。
电源板为最常见的整流滤波电路，给主控板78、79系列的三端稳压器供电。这板上包含一个7824三端稳压器，大概是为光敏元件（光电倍增管？）供电，因与这部分故障无涉，没仔细查。

                                                            图5 主电源板

                                                      图6  变压器

                                                          图7 电源部分原理图
四、主控板
打开前端左侧盖板后，在舱室右壁上可以找到主控板舱室盖板的固定螺丝，取下后，右侧盖板连同键盘、打印机一起掀起，就能看见主控板。

                                                                    图8 主控板
这是Z80的单片机系统，集成度比较低，这电路比较老了，远不能与今日的电子技术相比。但在八九十年代应用的非常普遍。电路比较老，而且现在应用的也不多了，原理图就没画，无非是三总线结构：地址、数据、控制……
主板左上方为稳压电路78、79系列。四条扁平电缆分别接入主电源板、键盘、显示单元、打印机等。
在前述查到的应用维护方面的文章中，提到主板有W1、W2、W3、W4四个电位器_①，文中只是说调整哪个电位器，并未提及它们的作用，不知它们是调什么。这主板上只有三个，分别是W1、W3、W4，而W2没装。
五、显示单元
由四个共阳极数码管、八只LED发光二极管以及它们的驱动元件组成。最右侧的是隔膜泵的启停开关。

                                                        图9 显示面板单元
六、打印机
打印机接受主控板的指令打印参数报表。机型就是普通的微型打印机，与超市收款机的并无二致。没什么可说的。
以上为正文，只是提供一些相应资料，为同行有用途的人提供参考，少走弯路。
题外话：
之所以将这篇文章冠以“解剖”二字，是因为我们拆修机器（任意一台）时，都是如医学上的解剖学一样，将它的各个单元拆解，认识分析它的组成、结构、功能……，然后才能针对所出现问题进行处理（治疗）。
例如，我们可以将电源模块比作心脏，提供能量；CPU（MCU）中央处理器比作大脑；传感器、显示器比作五官皮肤；执行机构比作骨骼肌肉；其中连接的线路就可以说它是神经、血管……。
此文中提到的“汞灯—光敏元件”就是传感器，气泵则是执行机构，主控板就是大脑了，当然这只是“大体解剖”。至于说到每个功能单元上的元器件，例如上面提到的整流桥，可以比作局解（局部解剖）中的各个器官或者细胞了。
在维修（治疗）过程中通常两种方法：
1、直接换功能单元，例如ICP-MS中的主电源是由多个不同的模块组成的，为各个单元如真空泵、蠕动泵、射频、雾化器…….提供各自电源。其中任何一路电源的电压电流不正常，机器都无法正常工作。厂家或代理商的工程师就要整个换掉，而不是有针对性的检查修理这其中的某一个电路。这就相当于换肝换肾（排异反应不在此列），费用当然不菲！
2、另一种则是针对有故障的单元，分析检测具体的元器件来排除故障。就等于是医学中的用药、小手术治疗。
通常我们都喜欢第2种方式，省钱啊！当然这需要相当的功力，也耗费更多的时间、精力。
年轻时学过一些医学解剖知识，用在这里觉得拆修机器与此道理相通。本坛中大多是搞化学、医学方面的专家，对所使用的仪器却并不一定了解，这样说了之后，专家们可能更容易理解一些，故此啰嗦几句。
不当之处，欢迎指正。拍砖亦可！呵呵
参考文献：
1、F732-V智能型测汞仪使用技巧及故障分析与维修，《分析仪器》2009年第3期。
2、F732-V智能型测汞仪使用说明书


补充修正：谢谢@WCCD先生提供的资料，判定笔形汞灯的型号应该是“GP3Hg-n”,至于到底是“GP Hg2”还是“GP Hg3”，对于这台机器来说不必纠结，他们的区别只是在于发光区的长短。它们的启辉电压、功率、电流都是一样的，光谱特性亦相同。
据此汞灯的启辉电压应该是1500V，即电路图中汞灯电源的输出为1500V，而非图示 的600~700V。