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紧凑型荧光灯灯内填充气压测试仪 ( CFL Filling Gas Pressure Test System )使用说明书上海市真空学会科技咨询部2009年目录1用途2主要技术指标3测试原理4简要说明5测试方法6“灯管系数”自测定的原理与方法7使用中注意事项及主要误差来源8相关资料目录1用途11 本设备适用于 各种型号的、管径为6-20mm的“紧凑型荧光灯”(CFL)灯内填充气体压力的测试。 12通常,CFL灯内填充的工作气体为纯氩或氩与其他惰性气体(如Ne)的混合气。向灯内注入这些填充气体的作用可归纳为:a. 与汞蒸气合成潘宁效应,易于灯管启动;b. 为电子选择一个适宜的平均自由程,调整带电粒子向管壁扩散的速率,于是得以提高253.7nm紫外线的辐射效率;c. 抵挡阴极溅射,抑制电子粉中氧化钡的蒸发,延长阴极寿命。综合考虑上述(启动、光效、寿命)性能,对各种型号的CFL而言,填充气压都有其最佳数值及其控制范围。本设备能够准确而及时地监测排气后灯管的填充气压,以便进行生产过程中的质量控制。2主要技术指标21 灯内填充气压的测量上限为10 托,测量精度优于0.1 托,气压测量仪器(电容薄膜计)的响应时间20ms。22 测量误差(不包括灯管容积误差)由以下几部分组成:a)真空计读数(显示)误差0.5(精度等级为0.5级);b)压力传感器的温度系数测量上限的0.04/ ;c)真空计的零点漂移(预热30min后在恒温条件下工作)0.5/ 72h;d)灯管取样系统的静态漏放率。23 对紧凑型灯而言,除“击破灯管”外,其它测试过程是自动完成的。24 本设备对“灯管系数”(测试中的“气体膨胀比”)具有“自标定”功能“自标定”指的是本设备在测试中,(待测灯管被击破后)灯内填充气体的“气体膨胀比”,即所谓“灯管系数”,可以事先用自身的测试系统、用未经排气的待测灯管(此种“灯”内的气压为当天的大气压值,本设备可准确测定)、用设备中现有的测试仪器便可测定各种灯管的“灯管系数” ,因而,本设备适用于各种形状、各种功率的紧凑型荧光灯。25 由于本设备的工作原理是建立在BoyleMarlottr定律基础之上的,为了确保测量的准确性,设备最好应放置在253的实验室环境中工作。3测试原理 根据“波意尔马略特”(BoyleMarlotte)定律,一定质量的气体(Q),如果其温度(T)保持不变,则其压力(P)和体积(V)的乘积为常数。即,Q = PV = CM式中,C = T(其中,R摩尔气体常数;M气体的摩尔质量;T绝对温度)。测试荧光灯内填充气压时,通常采用“静态气体膨胀法” 。 在测试过程中,当V2阀关闭后就形成了一个“静态测试容器”(如上图所示)。它包括:测量气压的“电容薄膜规G2”;待测灯;连通与隔断真空系统的管道及阀门V2等。设“静态测试容器”的总容积为V0,其中的残余气体压强为P0,则其中的残余气体量Q0=P0V0;设灯管的容积为VL,填充气压为PL,则灯内填充气体量(QL): QL = PLVL通常,测试前,用机械真空泵将测试容器抽至真空(P00.010 Torr),且当抽气阀(V2)关闭后,在测试期间(t = 10s )内,因“漏放率”而引起的静态测试容积内的压强增量(P0)小到可以忽略的程度。当测试时,击破待测灯排气管后,待测灯内的填充气体便会迅速膨胀至整个静态测试容器,由真空计(G2)测出击破待测灯后的平衡气压(P)。此时,测试容器内总气体量Q为:Q = Q0 + QL = P0 V0 + PL VL = P (V0 + VL) -(1)灯内填充气压(PL)便可依照由式(1)变换后的下式求出:PL = -(2) 当P0P(且P0P)时,式(2)可简化为: PL = () P = k P -(3)式中,为气体膨胀比(又称“灯管系数(K)”)。此系数若经事先测定,便可根据测得的P值求出灯内填充气压(PL)来。本设备具有“灯管系数”自测定功能,以适用于VL不同的各种被测灯的测试(“灯管系数”自测定方法见第6条)。为确保测试精度,测试系统(含真空系统与待测灯管的密封连接处)的静态漏放率要严格控制,以满足P0P、P0P的条件,达到P0可忽略的水平。在允许的条件下,应尽可能地将“静态测试容器”的容器设计得小些,使得膨胀系数也相应的小些,以确保膨胀后的平衡气压P的读数位于数显真空压力计(G2)的合适量程内,且远高于P0和P0的数值。 4说明41本设备共有三台真空计:G0: 为数显电阻真空计(其量程为760托)。它用耒测量系统的本底真空(在压力高于1托时,其显示值与气体种类有关)。当系统真空度优于1102 托时,作为G1、G2 【电容薄膜真空计 】“调零”的依据。 G1: 为CPCA140型电容薄膜真空计(量程为100001托)。当系统真空度(G0的指示值)优于1102 托时,方可对G1“调零”。它的作用有两个: 在标定“灯管系数”(k)时,其指示值可以先后显示当天的大气压数值和用作标定的“试验灯管”(该灯没经排气、灯内气压为当天的大气压值)经膨胀后的测试值,当天的大气压数值与此测试值之比即为该种型号灯管的“灯管系数”(k); 在“自动”挡测试中,按下“暂停”按钮时,用它控制取下灯管前充入系统内的氬气压力值(设定值略高于大气压值,如770托)。 G2: 为CPCA120型电容薄膜真空计(量程为100001 托)。当系统真空度(G0的指示值)优于1102 托时,方可对G2“调零”(它可显示的最高压力值可扩大到13托)。 它也有两个作用: 监控“自动”运行的必要条件(以满足P0P、P0P的条件,达到计算时P0可忽略的水平),此值(指P0和P0)通常设定在510-2托。 在正式测试时,由它显示被测灯管的测试值(P)。该测试值(P)与事先标定的、该种型号灯管的“灯管系数”(k)的乘积即为该灯管内填充气压值(PL= k P) 42 G1和G2各使用一个压力控制设定点,测试前,应事先将它们设定在相应的压力数值上。 G1相应的设定压力数值为G1 770 托(此设定值略高于1个标准大气压,是用耒控制取下“被测灯管”前向系统内充入Ar压力值的); G2相应的设定压力数值为G2 5102托(此设定值主要是用耒判断“测试系统”是否满足P0P、P0P条件的)。43 本装置组成:灯管取样(击破)系统 保护性气体供气系统系统气压测量 系统灯管取样真空抽气系统 系统44 阱: 接在“机械泵”进气口上的“阱”,所起的作用是阻挡玻璃屑或(和)荧光粉随气流一起进入泵中,它是用耒保护泵的。这些玻璃屑和荧光粉是因为发生“意外情况”时进入真空系统的,这种“意外情况”,例如在测试中拗断排气管时,由于用力过猛使整根灯管破碎,因为这时测试系统内处于真空状态,灯管破碎后,玻璃屑或(和)荧光粉随气流一起进入真空系统 中,有可能“卡”在阀门内(引起阀门关不死且线包的声音很响,若长期不排除会引起阀门线包烧坏);也有可能存在于真空管道中,但最终会被抽入泵中的。因此在泵的进气口前加一道屏障是十分必要的。 阱的结构如下页附图所示。它对气流的通导要足够大,它利用三层“带滤网的有孔挡板”阻挡玻璃屑的通过;使用前需要拆下阱的“下部外罩”,向内部倒少许(油面高度约2 mm)真空泵油,其目的就是用油层粘住抽入阱内的荧光粉。因此,阱要定期(视设备使用中出现灯管破碎的频率高低而定,一般每月)拆洗一次。拆洗时先拧下四只用来固定和密封阱的“上部外罩”和“下部外罩”的内六角螺栓,将“下部外罩”内的玻璃屑和混有荧光粉的油倒掉、清除干净并用有机溶剂(汽油或丙酮)清洗后,再装上(拧紧四只内六角螺栓,确保不漏)。45 关于“自动”测试过程的解读: 我们推荐用户在实际使用中采用“自动”方式测试。“自动”测试由PLC(可编程序控制器)控制,一致性好、也不会出现差错而引起设备损坏。“自动”测试过程完全摸仿人的操作过程: 第一步:先对装上“被测灯管”的测试系统抽气一定时间(统一为100秒钟),且G2真空度必须优于5l0一2托(满足P0P的条件。因为拗断排气管后测得的“灯内填充气体”经膨胀后的气压(P)一般在“托”量级),说明测试系统真空度抽得上去,满足P0P的条件,测试可以进行下去; 第二步:关闭V2阀10秒鈡,在“静态”(泵不对V2以上测试管道部分抽气,称“静态”)条件下,看“V2以上测试管道部分”因放气或漏气在其间(10秒鈡内)所引起的压强增量(P0),是否满足P0P的条件?(一般关V2阀10秒钟,G2的指示值 P00.05托为正常),说明测试系统不存在影响测试的漏气和放气源,满足P0P的条件,可以进行测试了; 第三步:打开V2阀,让测试系统重新抽到P0(且抽气15秒后),再次关闭V2阀,正式开始测试(拗断“被测灯管”排气管,将灯内填充气体扩散到整个“静态”测试系统中)。灯内填充气体经膨胀后测得的气压(P)一般在“托”量级。为确保读数的可比性和考虑到“灯内填充气体”有足够的扩散时间,读取由测试系统的“静态漏放率”所引起的压强増量(P0)数值和正式测试时,击破待测灯排气管后,待测灯内的填充气体膨胀至整个静态测试容器,由真空计(G2)测出其膨胀后的平衡气压(P)的时间都规定为10秒(即“绿灯闪烁”和“红灯闪烁”的各10秒钟末)。为了保护G2传感器(因它的最大量程为10托,在G2与测试系统的其他部分之间加了V3阀隔离,但测试系统充进略高于一个大气压的Ar或更换被测灯管前V3阀就关闭,这就要求拗断“被测灯管”排气管的操作过程必须在“红灯闪烁”的10秒鈡之内完成;若在“红灯闪烁”期间排气管没拗断,只能再次按下“运行”按钮,重新测试一遍。 第四步:为防止在真空状态下拔出“已测灯管”时,碎玻璃及荧光粉吸进真空系统,在拔出“已测灯管”前必须对测试系统充入略高于一个大气压的Ar,这就是“自动”程序中按下“暂停”按钮所做的事。在V1阀关闭(与真空泵隔离)的情况下,先开V4阀充Ar,2秒钟后再开V2阀(若V4、V2同时开,考虑到V4V2阀之间的管道还处于真空状态,碎玻璃有可能在V2阀打开的瞬间吹进V4V2阀之间的管道;先开V4阀充Ar,2秒钟后这段管道内已有n102托压力的Ar,再开V2阀就可避免上述弊病的发生)。 第五步:若较长时间停止使用(如下班前)本设备时,当程序运行完“暂停”程序,取下“已测灯管”换上“专用金属塞头”后,按下“结束”按钮,设备会自动先对测试系统抽真空,再充入略高于一个大气压的Ar,在设备停止使用期间“测试系统”在此气氛中保存。若车间24h三班运转,本设备不必按下“结束”按钮,可长期处在“暂停”状态下(真空计一直开着,传感器的稳定性会更好)。5 测试方法51准备工作:511接通电源:合上“总
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