《紧凑型荧光灯内填充气压测试台》使用说明书

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

2、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

3、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

4、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P

5、0，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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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“总电源”开关，“总电源”指示灯亮（三台真空计的电源同时被接通）。512 接通气源：打开氩气钢瓶开关，调节“减压器”，使输出气压为0.5MPa，给V1（电气动阀门）送

16、气；调节“减压阀”(V5)，将其输出气压调至0.1MPa，将氩送至充气电磁阀(V4)进气口处备用。513 装上被测灯管：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）；514真空计预热30分钟和G1、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、V1、V3阀的鈕子开关，预热30分钟后，通常，此时系统内真空度已抽高（Pn10-3 托），然后，对真空计G1、G2“调零”。52 “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

17、作用，转由PLC自动控制）。 53 运行：（可参见本设备“简要说明书”）531 按下“运行”按钮：（“运行”灯亮）a) 机械泵(RP)工作，2秒钟后，V1、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，G0、G1、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：510-2 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G2计的最高压力指示值(P0)“静态本底气压”）。，在

18、其间(t = 10s )，因“漏放率”而引起的静态测试容积内的压强增量(P0)应小到可以忽略的程度【P0510-2托】。c) 当G2计指示值再次达到设定点（如：510-2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G2计的最高压力指示值(P)。红灯闪烁10秒钟后，V1、V3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。54 连续测试：541 更换被测灯

19、管：a) 按下“暂停”按钮（“暂停”灯亮）：V1阀关闭，2秒钟后，V4阀打开，Ar通过V4阀先充入系统主管道；2秒钟后，V2阀打开，当G1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）。542 按下“运行”按钮（“运行”灯亮）：设备将自动重复5.31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）。55 停机（欲结束测试，应按下述步骤进行）：551 按下“暂停”按钮（“暂停”灯亮）：a) 重复5.4.1(a)条款中的各个动作，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”。552 按下“结束”按钮（“结束”灯亮）a) V1、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，G0、G1、G2计指示值由大气压逐渐变小。b) 当G2的指