《紧凑型荧光灯内填充气压测试台》使用说明书.docx

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1、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-3 -1 .用途1. 1本设备适用于 各种型号的、管径为6-20mm勺“紧凑型荧光灯” （CFL）灯内填充气体 压力的测试。1 . 2通常，CFL灯内填充的工作气体为纯或与其他惰性气体（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

2、；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，抑制电子粉中氧化钢的蒸发，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2. 1灯内填充气压的测量上限为 10托，测量精度优于土 0.1托，气压测量仪器（电容薄膜 计）的响应时间v 20mso2. 2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W 0.5% （精度等级为0.

3、5级）；b）压力传感器的温度系数&测量上限的士0.04%/ C；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。2. 3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。2. 4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

4、而，本设备适用于各种形状、各种功率的紧凑型荧光灯。3. 5由于本设备的工作原理是建立在 Boyle Marlottr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 25±3C的实验室环境中工作。4. 测试原理根据“波意尔一马略特” （Boyle -Mariotte）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 = P .V = CM式中，C = RT （其中，R摩尔气体常数；M-气体的摩尔质量；T绝对温度）。测 M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”

5、（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切等。设“静态测试容器”的总容积为V0,其中的残余气体压强为 Po,则其中的残余气体量Q=Po Vo;设灯管的容积为 Vl,填充气压为FL,则灯内填充气体量（Q）:QL = P L Vl通常，测试前，用机械真空泵将测试容器抽至真空 （Po<O.O1O 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（AR）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

6、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= C0 +Q = P 0 Vo +Pl Vl = P (Vo+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 =P *(Vo Vl) -Po *VoVl(2)当Po<<P （且 Fo<<P）时，式（2）可简化为:P l = （ VilV!） P = k P （3）Vl式中，"LYi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Vl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

7、”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Po<<P、APo<<P的条件，达到Po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 Po和APo的数值。4.说明4. 1本设备共有三台真空计:_、一一，一一> 4G： 为数显电阻真空计（其量程为7605 XI 0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1X1

8、0-2托时，作为 GG【电容薄膜真空计】“调零”的依据。G:为CPCA 140型电容薄膜真空计（量程为10000. 1托）。当系统真空度（G的指示值）优于1X10-2托时，方可对 G “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氧气压力值（设定值略高于大气压值，如 770托）。G：为CPCA 120型电容薄膜真空计（量程为10

9、0. 001托）。当系统真空度（G的指示值）优于1X10-2托时，方可对 G “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P0<<P、AR<<P的条件，达到计算时 R可忽略的水平），此值（指 P。和AR）通常设定在5X10-2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）4. 2 G1和G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 G770托（此设定值

10、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® 5 x 10-2托（此设定值主要是用耒判断“测试系统”是否满足R<<P、 R<<P条件的）。4. 3本装置组成：4. 4 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

11、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 mn）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、

12、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）。4. 5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5X10 -2托（满足Po<<P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Po<<P的条件，测试可以进行下去；

13、第二步：关闭V2阀10秒金中，在“静态”（泵不对 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秒金中内）所引起的压强增量（ Po）,是否满足 Po<<P的条件？（一般关 V2阀10秒钟，&的指示值PoWO.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 Po<<P的条 件，可以进行测试了 ；第三步：打开阀，让测试系统重新抽到 Po （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

14、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”所引起的压强增量（A P。）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G传感器（因它的最大量程为 10托，在G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秒金中之内完成；若在“红灯闪烁”期

15、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（若切、*同时开，考虑到V43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 V4%阀之间的管道；先开 V4阀充Ar, 2秒钟 后这段管道内已有nx 102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

16、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5. 1准备工作：5. 1. 1接通电源：合上“总电源”开关，“总电源”指示灯亮（三台真空计的电源同时被接 通）。5. 1 . 2接通气源：打开壶C气钢瓶开关，调节“减压器”，使输出气压为0.5MPa,%V V1 （电气动阀门）送气；调节“减压阀”（V5）,将其输出气压调至 0.1M

17、Pa,将壶C送至充气电磁阀（V4）进气口处备用。5.1.3装上被测灯管：-7 -拔去“专用堵头”，插入“被测灯”（并将灯管封离后的排气管插入橡皮管的专用套管内）；5. 1. 4真空计预热30分钟和Gi、G2调零：本设备在正式测试前，应事先打开“总电源”开关，让 真空计预热30分钟。应先将“工作模式”选择开关置于“手动档”，并打开机械泵、Vi、V3阀的子开关，预热 30分钟后，通常，此时系统内真空度已抽高（ P由父10-3托），然后，对真空计 Gi、G2“调零”。5. 2 “自动”档选择：关闭所有钮子开关，再将“工作模式”选择开关转至“自动”档，（此时，各钮子 开关均不起作用，转由PLC自动控制

18、）。5. 3 运行：（可参见本设备“简要说明书”）6. 3. 1按下“运行”按钮：（“运行”灯亮）a）机械泵（RP）工作，2秒钟后，、S阀同时打开；经5秒钟后，V3阀打开；此后，随着真空度的提高，G、G、G2计指示值由大气压逐渐变小。b）当Q的指示值达到设定点（如：5X10-2托）、且需经过设定的抽气时间（抽气时间可事先选定，如t=100s）后，V2阀关闭，经10秒钟后，V2阀重新打开。注：在V2阀关闭期间，“静态提示”（绿灯）不停地闪烁，以提醒操作者时刻关注G2计指示值的变化（操作者应记下 V2阀重新打开前 Q计的最高压力指示值（P0） “静态本底气 压”）。，在其间（t = 10s），因“

19、漏放率”而引起的静态测试容积内的压强增量 （AP。）应小到可以忽略的程度【 P0<5X10-2托】。c）当R计指示值再次达到设定点（如：5X10-2托）且再抽气15秒后，V2阀再次关闭；此时，“击破提示”灯（红灯）闪烁10秒钟，提醒操作者应立即用人工方法将插 入“专用套管”内的灯管排气管拗断，引出灯内填充气体，并记下红灯停闪（t = 10s）时R计的最高压力指示值（P）。红灯闪烁10秒钟后，V1、弦阀关闭，“运行”灯随即 熄灭。d）用测试中记录下的P值乘以事先测得的、被测灯管的“灯管系数” （k）按 式 （3）求出灯内填充气压（Pl）来。5. 4连续测试：5. 4. 1更换被测灯管：a）

20、按下“暂停”按钮 （“暂停”灯亮）：Vi阀关闭，2秒钟后，V4阀打开，Ar通过切阀先充入系统主管道；2秒钟后，V2阀打开，当G计指示值达到770托后，V2、V4阀再次关闭，“暂停”灯灭。b）更换被测灯管：操作者此时在取下“已测灯管”，并清除掉可能残留在真空橡皮管内 的玻璃碎片和荧光粉末后，再换上新的“待测灯管”（必须将灯管封离后的排气管插 入橡皮管内的“专用套管”内）。5.4.2按下“运行”按钮 （“运行”灯亮）：设备将自动重复 5.3 . 1款中各步骤，进行下一根灯管的测试（若需连续测试多根灯管，只需反复按 5.4条款进行操作）。5. 5停机（欲结束测试，应按下述步骤进行）：6. 5. 1按

21、下“暂停”按钮（“暂停”灯亮）：a）重复，在上述一系列动作完成后，“暂停”灯灭。b）取下已测灯管，换上相应“堵头”。7. 5. 2按下“结束”按钮（“结束”灯亮）a） Vi、V2阀同时打开，经5秒钟后，V3阀打开；此后，随着真空度的提高， GO、G、G2 计指示值由大气压逐渐变小。b）当G2的指示值达到设定点（如：5X10-2托）后，Vi、V3阀关闭，机械泵停转；2秒钟后，V4阀打开，Ar通过V4阀充入测试系统，当 G计指示值达到770托后，V2、V4阀 再度关闭，“结束”灯灭。5. 6结束工作：5. 6. 1关闭Ar气钢瓶开关，切断气源。5. 6. 2视具体情况决定是否要切断“总电源”（若是

22、短时间“停机”，不要切断“总电源”开关和不必关闭 Ar气钢瓶开关，可让真空计仍旧通电，以便再次工作时，不用“预热 30 分钟”；若在较长时间内不工作，可切断“总电源”开关）。6. “灯管系数”自测定的原理与方法由本说明书“ 3.测试原理” 一节可知，当 R<<P （且 R<<P）时，灯内填充气压 PL与测试中灯管击破后测得的平衡压强 P之间的关系，如式（3）所示：V 。 VlP L = （ V-） P = k P （3）VI式中，k = V0+VL称为“灯管系数”，其中，vo静态测试容器的容积；Vl Vl灯管容积。显然，对于不同容积的灯管，“灯管系数”k各不相同。V0、

23、Vl值通过理论计算或“注水法”固然可得到，但实际操作时，或者精度不高，或者比较麻烦。我们推荐采用“气体膨胀法”求解。6. 1 “灯管系数”自测定的原理由式（3）可知，若事先测得 PL、P值，则“灯管系数" K =匕土土便可很方便的求Vl得。“灯管系数”自测定的原理，便是利用高精度（0.5级）电容薄膜真空计分别测出 Pl、P值，然后，计算出K值来的。6. 2 “灯管系数”自测定的方法：a）将G传感器（其量程为10000. 1托），装在真空系统中 G2的位置上，此时G2传感器暂放置在一边（G、G传感器的内容积均为 7ml）,原安装G传感器之处暂时用CF 16盲法兰代替密封。在“手动”工作

24、模式下，打开 M阀，使测试真空系统（含 G真 空计）暴露在大气下（2分钟以上），使其指示值稳定地显示当天的大气压数值（如：760托）。b ）将一只同“待测灯管”相同型号、相同尺寸的未经排气的灯管充当“试验灯管”，在常温（25C）下适时地封离排气管（即P l =760托），然后，接入本设备中，用“手动”工作模式参照“自动”模式的运行程序操作，测得“试验灯管”排气管击破后的平衡压强P。c ）根据式（4）便可求得K值：PlVo : Vlk= （4）PVl“自测定”指的是用自身测试系统、用未经排气的“待测灯管”、用自备的测试仪器 自行测定“灯管系数”（测试中的“气体膨胀比”）的功能。它具有实用性强、测

25、定方 便、精度高等优点。“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。7.使用中注意事项及主要误差来源7. 1注意事项：a）在取下“已测灯管”后，必须清除净“真空橡皮管”内的玻璃碎片和荧光粉后，方可 更换（插入）新的“待测灯管”，为确保有良好的气密性可在“真空橡皮管”

26、内侧涂抹少量的真空油脂，这样，也便于新的“待测灯管”的插入。b）测试已装灯头的灯管前，应先设法剥去灯头并刮清焊泥，以防影响真空密封。c）在短时间停止使用本设备的情况下（如交接班时），气源、“总电源”开关和真空计 电源不必关掉。d）测试中若出现特殊情况，必须立即停止自动程序运行时，可将“工作模式”开关立即 由“自动”转至“手动”档（并再转回“自动”档），正在运行着的自动程序便会停 止，恢复到初始状态。e）当“工作模式”开关置于“自动”档后，应将出K4钮子开关全都放在“关”的位置，以防“工作模式”开关由“自动”档转至“手动”挡时，设备执行误操作。f ） “阱”要定期（视设备使用中出现灯管破碎的频率

27、高低而定），一般每月拆洗一次；g ） Vi阀是电气动阀，它工作时必须同时提供A 0. 5MPa的气体压力和220V的交流电；M W阀为电磁阀，它们工作时仅需 220V的交流电；若ViV4阀中被玻璃屑卡住，应及时处理。 由于阀门被玻璃屑卡住，一方面关不死；另一方面，电磁线包会因过热而发出很大的响声；若 不及时维修，将会使阀门烧坏【处理方法有：可将阀拆离真空系统，在阀门打开（通电或通 电、通气）的条件下用干净的气体吹去卡在阀中的玻璃屑；拆开阀门，去除玻璃屑，再重新 装好阀门（记住拆卸的顺序和各零件安装的方向）；将有问题的阀门送阀门制造厂维修】。h ）为防止稍大的玻璃屑进入阀门，我们在连接“被测灯管

28、”、V2和V3阀之间的三通细管道的三个“夹紧型真空快卸法兰”中，采用了 “带有不锈钢细网的支架”。i ）为适应各种型号的、管径为 7-20mm勺“紧凑型荧光灯” （CFL）灯内填充气体压力的 测试，本设备配有从小到大共五套“真空橡皮管”和与其配套的“KF - 16快卸法兰接头”、内衬管和堵头组成的“连接件”。测试不同管径的灯管时，应选择相应规格的“连接件”。快 卸法兰接头、内衬管和堵头（乃至“被测灯管”）塞进“真空橡皮管”前都应该涂抹少量 7501型“真空油脂”（硅脂）。“真空橡皮管”裁剪的长度要适当，不宜过长或过短。经长 时间使用后，或“真空橡皮管”老化、或被玻璃屑戳破，“真空橡皮管”应及时

29、更换（在“备 件袋”内有五根直径不同的各 1. 5米长的“真空橡皮管”备件）。“真空橡皮管”应贮存在光线较暗和温度不高的环境中。“内衬管” 一端内孔直径我们是按照通常的排气管外径确定的 （见附图），若贵公司嫌大或嫌小，可将“内衬管”的另一端内孔加工到你们希望的尺寸。7. 2主要误差来源：在通常的情况下，本设备的测量误差在土0.1托以内。可能引起误差的来源有：8. 2. 1真空计的读数误差：a）测量精度等级：0.5级（0.5%）,属于精密测试仪表；b）压力传感器的温度系数：小于测量上限的士0.04%/oC （工作条件：0+50 °C,相对湿度：& 80%» ;c）真空

30、计的零点漂移：每次测试前，应在“手动”模式下，打开 RP泵、Vi、M阀，当 机械泵抽高真空（ P0WX10-2托）后，调整真空计的零位指示；在测试过程中【除“绿灯闪烁”和“红灯闪烁”期间外】也可适时“调零”。7. 2. 2灯管容积的误差：指灯管内径在公差范围内的变化而引起的灯管容积Vl的变化导致的测量误差。8. 2. 3测试系统本底真空度 P0和静态漏放率引起的误差:在通常情况下，按正常“运行”程序执行时，RW5X10-2托；在阀门V2关闭的10秒钟内（ R<5m10-2托）；P。和 P。相对于测试压强 P而言，可忽略不计。若出现 P0和AR>5X 10-2托时，应立即寻找原因并加

31、以排除（可能的原因有：a）灯管密封处有漏；b）机械泵故障;c）阀门故障或电气动阀的气源压力不足； d）真空计零漂）。8.相关资料目录8. 1 ZDZ D1型数显电阻真空计使用说明书上海云捷真空仪器有限公司；8. 2 CPCV 100Z型系列电容薄膜式绝对压力变送器使用说明书上海振太仪表有限上海振太仪表有限公司 ；上海振太仪表有限公司 ；成都南光机器有限公司；上海西马特机电研究所；公司;8. 3 SXZ型系列数字显示仪表使用说明书8. 4电容薄膜式绝对压力变送器校验报告 （2份）8. 5直联旋片式真空泵使用说明书8. 6 GDOA型系列电磁高真室截止阀样本8. 7 GDQ型系到电气动高真空挡扳阀（波纹管密封）样本上海西马特机电研究所;8. 8本设备电器原理图；9. 9 “自动”测试时程序运行过程的简要说明;-12 -