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自己动手维修PPMS部件，省却三月时间与一点经费

大陆

2015/03/19

物性测试综合讨论

PPMS旋转杆修复过程记录
原创：大陆

实验室有一套稳定运行十几年的物性测量系统(PPMS，Quantun Design量子设计公司制造)，如图1所示，它最大的优势是提供最低1.8 K（加3He可达0.4 K）与最高14 T的低温强场条件下的准直流电、热、磁的标准测量。在中科院与物理所的仪器拓展研制项目资助下，我将它作为低温强磁场平台之一将我研制的介电、铁电、光电、磁电以及高频测量系统移植过来，以方便科学家进行大温度与强场窗口条件下更多种类的物性测量，是陪伴我多年的伙伴。

图1 实验室的量子公司的PPMS-14H

2015年春节期间，由于一个学生的误操作，导致旋转杆部件出现故障，无法进行电阻测量。旋转杆部件照片如图2与图3所示，通过旋转杆对样品进行自动控制下的旋转测量一方面可以帮助科学家研究本征的磁效应，另一方面研究材料的磁各向异性帮助分析材料的晶体结构与电子结构。没有旋转杆有好几个研究组将无法进行相关实验，同时设备闲置带来运行费用的浪费，所以大家非常着急。

图2 PPMS旋转杆在仪器上安装照片
图3 PPMS旋转杆照片

首先想到的是给量子公司打电话报修，结果其报价维修费3万人民币，往返美国时间需要3个月，考虑到维修周期太长，而且维修费有点高(一根新的旋转杆部件报价8万元人民币)，我们决定不麻烦老美。
其次想到单位技术部有专门的电子维修队伍，交给他们后，他们鼓捣几天答复维修太困难，一是旋转杆中机械结构复杂，二是线断的复杂，三是线太细难操作。
得到技术部维修人员反馈消息时我想这次维修的确有挑战性。我喜欢挑战，而且我一直认为做仪器研制的人必须具备高操的维修水平，即不是普通仪器维修人员通常干的替换部件(如二级板卡封装层次，三级模块封装层次)，而是干元器件层次的一级维修或集成电路IC芯片内部的零级维修。既然提起兴趣，而且刚提交了一个小基金的申请有点闲工夫，说干就干，把单位技术部负责维修的同事叫过来做帮我一起干。现在将具体的维修过程记录如下。
第一步，根据仪器手册上的结构示意图确认断点序号并记录下来，如图4所示，旋转杆的连线第#3、#5、#6、#10 与 #13共五根线不通，这里为什么没有#1与#2编号呢？可能是系统统一编号，已将它们分配给了超导磁体的两个出口；
第二步，将样品台拆下来，具体过程是将旁边的一个齿轮拆下，然后将两根轴捅出来，最后将带着线的样品台拔出来；
第三步，焊线，具体分为以下5小步，因为相对复杂，有图5所示：

a、黄绿两色线缠绕图示，黄线0.2mm，绿线0.1mm，各6根，为什么要用两种颜色两种线径？可能是焊接时好区分或制作时就地取材的原因吧，我见过新款的旋转杆的线是一个规格全是0.2mm黄线编织而成;

b、找到断点6处，全部是绿线拨出线头12根，为什么功能测量是5根断点，实际发生的是6处断裂？很简单，因为有一根线断了两次断成三截，5个功能断点原则上可以有无数个物理断点;
c、给12个断头处使用300C度碾烫的方法去漆上锡，并根据电阻功能判断摘出一根重复断线;
d、确定断线连接序号，挨个焊接，使用尖焊头，注意控制焊点质量与大小，其中13号线是飞线，焊接结束后在焊点上涂上绝缘漆;
e、待绝缘漆固化后，使焊点保持松弛状态贴在绳干线上然后用生料带将修补线与干线绑在一起，最终如图6所示，测试12根连线电阻在1.1与1.6欧姆之间，OK，维修进行下一步.

图4 PPMS旋转杆样品台与仪器底座的编号图示
图5 焊接过程图示
图6 焊接完毕后的样品台与引线照片

第四步，装配，在装配过程中发生了一点意外，轴太小太光洁，镊子没夹稳崩掉一只轴，花了几分钟地毯式搜索无果后自己用镀锌黄铜(磁场下使用的任何材料必须要无明显磁性)做了一个直径1.18mm长4.32mm的轴作为替代，装配进去。
第五步，测试电连接，根据图4a的管脚顺序，即限位突起两侧对应的端口号是#11与#12，交给着急等待测量的学生，如图2放入仪器，运行测量程序，OK。
第六步，记录整个维修过程放入仪器档案。

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happy水中月

第1楼2015/03/19

陆老师太神勇了！
让单位奖励你3万都不多！

0

happy水中月

第2楼2015/03/19

这个帖子加了精华很多人就看不到了，不加精华有点可惜了

1

大陆

第3楼2015/03/19

没事，被人看到比精华重要。
给实验室省了点钱，关键是给大家争取了时间，没浪费大家测量时间，值了。
原本想着从其他实验室借过来一根旋转杆就能用，结果发现温度计不匹配很难进行完美匹配，样品附近温度指示在300K差别超过10K，尽管只看系统温度也勉强可用，但总觉得缺点什么，或者更改软件中的温度校准系数，只是相对有些麻烦，所以选择修是正确做法。
happy水中月(lianlxh) 发表:这个帖子加了精华很多人就看不到了，不加精华有点可惜了

2

又又1990

第4楼2015/03/19

牛啊！

0

999youran

第5楼2015/03/20

单位确实要给奖励啊

0

官人|云飘飘

第6楼2015/03/20

怎么会这样？

0

zyl3367898

第7楼2015/03/20

应助达人

大陆是牛人呀，这么小的焊点如何焊上？有特殊的工具吗？家里的电器出问题，都是你自己修吗？

0

上海依阳实业

第8楼2015/03/20

陆老师厉害，有机会用你们的仪器做一些低温热物性测量。

0

wallewang

第9楼2015/03/21

细致而又步骤清楚呀。学习了。

0

lostking2008

第10楼2015/03/21

图文并茂的维修实例，大赞！好东西学习了。

0

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