主题:【第十二届原创】【第十二届原创大赛】【仪器说】日本岛津原子吸收光谱仪SAS/727负高压发生器故障维修(10月)

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wccd
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分析者端木月之队发表于:2019/10/31 13:30:38 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复
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日本岛津原子吸收光谱仪SAS/727负高压发生器故障维修

一、【前言】:

原子吸收光谱仪广泛的应用在冶炼冶金、地质矿产、石油化工、环境监测、医疗卫生、质量监督、商业检验、计量检定、理化检测、大专院校及科研院所等行业领域。它也是主要的光谱分析仪器之一,尤其在常规无机元素微量和痕量分析中占有非常重要的地位。

日本岛津公司进军我国检测仪器市场比较早,早期的原子吸收光谱仪在国内还有一定的用户群,这些早期的原子吸收光谱仪为我国做出了一定的贡献。但在使用多年后也多多少少的出现了不少问题,由于仪器较老,售后早已过期,零配件也奇缺,维修起来非常麻烦,给用户带来不小的困难。

本文以日本岛津SAS/727原子吸收光谱仪负高压发生器故障维修实例,介绍在无配件情况下如何自救维修光谱仪负高压发生器,故障虽然不大,但经过得当修理,使仪器恢复了正常工作。通过此案例,希望对具有维护经验和维修能力的操作人员或技术人员从中得到启发,举一反三延伸到其他类似仪器的维修中,起到一个抛砖引玉的作用。个人经验和能力有限,介绍若有不足之处,望大家批评指正,本人万分感谢!

二、【故障现象】:

开机数码显示初始化正常,能量指示仪表超出“+”区范围,调光电倍增管(PMT)负高压,能量指示无反应,仍无法回到正常区域(中间绿区),按PMT高压测量按钮,数码显示值很低(-32V左右)不正常。空心阴极灯点亮正常,调工作电流正常,观察光路有光进入光栅箱。

三、【分析检查】:

根据原子吸收光谱仪原理分析(图1),光源正常,光路系统未发现异常,重点在电气系统,因为前级小信号接收由PMT放大完成,所以PMT负高压是个关键参数。


图1 岛津SAS/727原子吸收光谱仪工作原理框图

打开机盖仔细观察机内无明显烧焦和焦糊味异常现象,检查各电路板连线完好,接插件联接可靠。怀疑因天气潮湿电路板是否存在漏电故障,将各印刷电路板插口用酒精清洗晾干后,安装复原故障仍然不变。在开机状态下检测PMT负高压发生器低压电源+15V、-15V正常,检测负高压输入控制电压0—-10V(调节机外旋扭)正常,当检测到负高压输出时最高只有-8V异常,测控制负高压发生器高频振荡器电源调整管TR1-E极电位随控制电压变化而变化,怀疑PMT负高压发生器电路板存在故障。

单独检查负高压发生器电路板。用万用表测量自激高频振荡管TR3、TR4各PN结电阻(或电势)正常,测量高压整流二极管D2、D3未发现开路、短路(击穿)正常,检查负高压发生器其他元器件也未发现异常。怀疑负高压发生器高频振荡变压器(环形变压器)内部异常,有可能存在局部短路或绝缘下降,取下高频振荡变压器靠近仔细闻有轻微焦糊味,说明线圈确实发生了局部烧焦,从而导致局部短路,由此判断故障为高频振荡变压器损坏。

四、【维修操作】:

由于该原子吸收光谱仪为岛津早期产品,型号较老,高频振荡变压器(环形铁氧体磁芯)无配件可买。于是征得用户同意,决定根据自己多年的维修经验,用手工绕制高频振荡变压器,自行修复环形变压器,解决无米之炊之困难。

1、工具材料准备:

为了确保重绕线圈的规范和可靠,需准备必要的工具和材料,电烙铁,电吹风,剪刀,裁纸刀,尖嘴钳,医用尖嘴镊子,千分尺,软毛刷,无水乙醇,黄蜡绸,绝缘胶带,高强度QZ聚酯漆包线(图2),聚酯薄膜,专用绝缘清漆,不干胶标签,塑料套管,高温热缩管,记录纸,签字笔,塑料布或绸布,细纱手套,干净的台面,自作绕线线梭等。


图2  高强度QZ聚酯漆包线

2、拆卸旧绕组:

先拆卸旧环形变压器外层绕组,用剪刀将最外面保护层剪破(图3),去掉线圈外层绝缘层,当心不要把外层(高压)绕组线圈碰断,然后一匝一匝地拆除并统计匝数。由于高压绕组匝数较多在千匝以上,线径较细,加之绝缘材料又被烧焦粘连在线圈上,所以拆卸线圈时操作要格外小心,遇到粘连严重时可用镊子及裁纸刀小心剥离线匝。外层线圈拆卸完毕,用样方法拆卸工作绕组和自激绕组。




图3  用剪刀剪破旧环形变压器外面保护层


数出初/次级线圈匝数,并用千分尺测量出初/次级线圈漆包线线径,实测初级和次级线圈为:工作绕组2×44匝,φ0.127mm,自激绕组2×6匝,φ0.127mm,高压输出绕组1175匝,φ0.127mm,做好线圈绕向及抽头标记(图4)。




图4 旧环形变压器拆解数据图


3磁芯绝缘处理:

当旧环形变压器线圈烧坏后,浸有绝缘漆的环形磁芯的绝缘层同时会不同程度地受损,在重新绕线圈前应进行浸漆处理。旧环形磁芯因附着有残留异物,必须清除干净,用裁纸刀、剪刀、尖嘴钳、镊子等工具,去掉磁芯上被烧坏的线圈包裹残渣及绝缘清漆等残留物,用无水乙醇清洗干净环形磁芯,再用电吹风吹干,将环形磁芯浸在绝缘清漆中,数分钟后取出晾干,放入烘箱中烘干,为重新绕制线圈做准备。

4、绕线线梭制作

环形变压器线圈的绕制不同于EI铁芯变压器线圈的绕制,手工绕制比较麻烦,为了便于手工绕制,需要制作一种特别的工具绕线线棱(图5)。线梭可用硬质塑料片或竹木片等材料加工而成,线梭内槽长度可取环形变压器单股线匝周长的6倍左右,宽度小于环形磁芯内径1- 2cm 左右。这样线梭穿绕时不易发生碰伤线圈,而且还有利于穿绕方便。


图5 手工绕制环形变压器的线梭


漆包线在线梭上绕一圈的长度为单股线匝周长的 2×6=12 倍,若采用双线并绕,线梭上每绕一圈漆包线相当于2×12=24倍。这样就可在环形磁芯上绕线圈时节省翻梭次数,大大提高手工绕制的效率。

6、绕制线圈

将烘干的环形磁芯仔细检查,浸好的绝缘清漆表面应光滑清洁,没有毛刺、突起颗粒等异物。在环形磁芯上用黄蜡绸打底层,绕环形磁芯完整裹绕一圈,目的是防止漆包线与环形磁芯发生摩擦,破坏漆皮造成绝缘不良或短路。

大致计算一下绕组所用漆包线长度,按计算绕组线圈的长度裁剪,将漆包线双线并绕在自制线梭上,再用线梭在环形磁芯内孔中穿绕(图6)。


图6  环形磁芯内孔中线梭穿绕示意图


绕线长度可按一下公式计算:

L=2×(H+W)×N×(1.1-1.5)。

L绕线长度,H磁芯截面高,W磁芯截面宽,N线圈总匝数,(1.1-1.5)截面放宽系数




图7  绕线长度计算相关参数示意图



原漆包线线径为φ0.127mm,选取φ0.13mm优质高强度QZ聚酯漆包线代替。为提高变压器工作可靠性,绕组参数略作少许改动,初级L1为2×50匝(增加2×6匝),L2为2×8匝(增加2×2匝),次级L3为2×600匝(增加25匝),绕制环形变压器数据详见图8。先绕初级工作绕组L1,用φ0.13mm漆包线双线并绕2×50匝,再绕初级自激绕组L2,用φ0.13mm漆包线双线并绕2×8匝,两组线圈不要重叠绕制,分别做好引线标记以免搞混(注意绕制方向及抽头不能搞错)。用绝缘清漆在线圈上均匀涂刷,再用黄蜡绸包缠绕组线圈,再在黄蜡绸外层均匀涂刷绝缘清漆。用电吹风给绕组线圈加热,待绝缘清漆稍干一些,自然冷却后准备绕制输出绕组L3。由于有高压存在,绕组线圈初次级之间一定要保证绝缘良好,在黄蜡绸外层用耐高压聚酯薄膜完整绕制一层,以确保初次级线圈在工作时因高压及发热而不被击穿。



图8 绕制环形变压器数据


用φ0.13mm漆包线双线并绕2×600匝(串接后为1200匝),绕制线圈要均匀分布在环形磁氧体磁芯上,每绕满一层线圈,用绝缘清漆涂刷一层,(即有利于线匝定位。同时也是提高绝缘,防止线圈线匝之间因过热导致因绝缘不良或产生高压放电而发生局部短路,)直到绕制线圈及绝缘清漆涂刷完成。

用黄蜡绸完全缠绕整体线圈,再用聚酯薄膜缠绕覆盖黄蜡绸,做好引线标记,最后再用绝缘清漆均匀涂刷2-3层,或用绝缘清漆浸泡环形变压器(使内部充分渗透绝缘清漆)N分钟,取出稍干后放入烘箱,(没有烘箱可用红外灯照射或用电吹风吹烘,但不如烘箱烘干效果好。)在按40℃→60℃→80℃逐渐升温保温下烘24小时,自然冷却后取出,用1500V手摇兆欧表检测,各线圈间绝缘电阻均为∞,到此手工绕制环形变压器大功告成(图9)。



图9  环形变压器实物参考图

五、【故障排除】:

为了便于检查维修负高压发生器电路板,本人根据电路实物绘出负高压发生器电路图(图10),供大家参考。因电路原理较为专业,故省略了电路简介。


图10 岛津SAS/727原子吸收光谱仪负高压发生器电路原理图(局部)


将手工绕制环形变压器装回到负高压电路板上,按拆卸时原标记一一对应焊接连线,确认接线无误后,通电测量负高压恢复正常(表1,表2)。开机观察能量表指示恢复至正常绿色区域,调节高压旋扭数码显示正常。光谱仪经连续工作数小时拷机,监测负高压工作稳定,漂移极小,进行样品测试,分析数据结果正常。性能指标完全达到光谱仪技术要求,到此岛津SAS/727原子吸收光谱仪负高压故障排除,光谱仪恢复正常工作。

表1  控制电路工作点与负高压工作状态线性关系表

                                                                                                                       

HV

【A】(Z1-2)

【B】(Z1-6)

【C】(TR2-E)

-40V

-0.17V

-13.58V

-14.02V

-100V

-0.81V

-12.67V

-13.07V

-200V

-1.64V

-11.06V

-11.17V

-300V

-2.47V

-9.20V

-9.15V

-400V

-3.28V

-6.68V

-6.90V

-500V

-4.11V

-3.66V

-4.46V

-600V

-4.95V

-1.13V

-2.13V

-700V

-5.75V

+1.15V

-0.03V

-800V

-6.59V

+3.61V

+2.30V

-900V

-7.33V

+6.12V

+4.43V

-1000V

-8.13V

+7.92V

+5.60V



表2 负高压发生器工作状态表

                                                                                       

输出高压HV

电源电压U

工作电流I

-100V

1.6V

6.4mA

-200V

3.4V

16.7mA

-300V

5.3V

21.9mA

-400V

7.4V

24.7mA

-500V

10V

27.3mA

-600V

12.4V

31.5mA

-700V

14.6V

36.5mA

-800V

16.7V

42.4mA

-900V

18.9V

49.2mA

-1000V

21.1V

57.3mA



六、【小结】:

环形变压器铁氧体磁芯具有导磁率高、漏磁小、转换效率高、频率响应宽等特点,因此被广泛应用在开关电源、信号隔离传输、DC/DC升降压转换、高频逆变电源等电子线路中。如果环形变压器烧坏,又买不到原配型号来替换,只要有足够的材料和动手能力以及相应的专业知识,采取自行手工绕制的方法来修复,也不失为一种可取的良方。


通过上面维修过程的介绍,希望能够给大家一点启示,在光谱仪遇故障而一时买不到配件时,仔细分析一下该配件是否可以自行维修或用同功能配件代替,如果维修条件具备则可自行维修。若没有把握,不要轻举妄动,可以找市面上较专业的电器维修店协商进行维修,当然主要还是根据自己仪器故障的实际情况综合起来考虑,在力所能及的范围内选择最佳的维修方案,合理的解决仪器所出现的问题。

2019.10.31

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2019/10/31 15:45:46 Last edit by v3237657 举报
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版主,这是压轴大作呀,厉害,真厉害!
sc360xp
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wccd老师功底深厚,这样的绕制质量恐怕再也不会烧了。建议图中线圈标上同名端,特别是双线并绕后的连接,图文结合多叙述一下,就更清楚了。
wccd
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版主,这是压轴大作呀,厉害,真厉害!
谢谢鼓励!凑双积分!哈哈!
wccd
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wccd老师功底深厚,这样的绕制质量恐怕再也不会烧了。建议图中线圈标上同名端,特别是双线并绕后的连接,图文结合多叙述一下,就更清楚了。


谢谢建议,本想标同名端,因为意思表达清楚就行了,打了懒注意!如果是内行的话,从图8的就可以判断接线方式了。

这里还是说明一下,双线并绕的初级线圈中心抽头均为线圈头尾相接。高压线圈也为头尾相接串联而成。
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2019/10/31 21:00:08 Last edit by wccd
Insm_e5ea6d7b
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完成这个故障维修,得要很长久的维修保养经验积累
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原文由 Insm_e5ea6d7b(Insm_e5ea6d7b) 发表:
完成这个故障维修,得要很长久的维修保养经验积累


多动手,多实践,勤学习,进步就会很快的。
gangzi3617
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如此维修,赞一个
谢谢点赞,大家互相学习,共同进步!
夕阳
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这个高压包(升压变压器)绕得真漂亮!没有多年的维修功底估计是绕不出来的。估计此篇原创是阳春白雪啊!
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2019/11/9 16:08:38 Last edit by anping
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这个高压包(升压变压器)绕得真漂亮!没有多年的维修功底估计是绕不出来的。估计此篇原创是阳春白雪啊!
我这只是实践总结,经验之谈,与安老师的大作无法相比,您的原创才是阳春白雪,