722S可见分光光度计电路解析

sc360xp

2016/08/20

私聊

紫外可见分光光度计（UV）

随着社会人力成本的提高，一些小型分析仪器的维修困难越来越突出。要不，厂家不愿意上门维修，说早已升级，没有备件，建议购买新型号；要不，让用户寄回工厂维修，费用高昂不说，时间还长，检验工作等不及。没有电路图及维修技术资料，自己动手修理困难大，临时找第三方维修又不容易，真是让人叫苦不迭。
本文针对懂一点电子技术的实验室人员，尽量图文并茂，通俗易懂地拆解722S可见分光光度计，绘出电路图，说明大多数故障的原因，指出维修要点，给大家自修仪器一点帮助。
目录如下：
一、外貌
二、工作原理
三、拆解及简要分析
1、供电电源
2、直流电源及光源控制电路
3、光路元件及波长调整机械结构
4、光电传感器
5、主电路板
四、各单元电路参数
五、更换卤钨灯
结束语
一、外貌
一台车间班组使用的722S可见分光光度计：

样品池，有四格比色皿槽，一格为空白对照，其余三格放置样品：

后部是散热器，RS232通信口：

侧面底部的电源插座、保险管、开关：

波长用手动旋钮调节：

二、工作原理
722S的光学系统原理图如下：

722S的电路原理框图如下：

仪器工作原理：
卤钨灯发出可见光，经聚光镜→滤光片→狭缝→反射镜→光栅分光→准直镜投射→狭缝→透镜聚光→样品池（比色皿）→红外截止片（380nm以下接入）→透镜→传感器（光电池）。

传感器（光电池）收到信号后，经前置放大，压频转换器构成的A/D电路转换，单片机进行数据处理，由LED数码管显示出来。
三、拆解及简要分析
首先，取下波长调节旋钮。用小刀拨开上盖：

再用手钳旋下固定螺母：

然后，取下机壳前端下面两颗固定螺丝：

掀开外壳，看见内部结构：

1、供电电源
本机采用C型铁芯工频电源变压器，容量为40伏安。初级有两组线圈，可以通过转换开关切换，适应交流220V电压或110V电压。该变压器初次级绕组之间，有屏蔽层接地，提高抗干扰能力：

变压器次级有三组绕组，分别是双18V（为±15V直流电源供电），8V（为+5V直流电源供电）,14.5V（为钨灯电路提供电源）：

绘出供电电路原理图如下，KX是选择220伏或110伏电源的切换开关：

变压器常见故障：变压器的故障较少，有时，电源保险管有烧断故障（本身质量不好），换一只2A的保险管即可，换上新保险管后，立即又烧断，不要再换了，应拆机、检修排除故障。变压器内部短路故障，有烧糊的味道，应更换变压器；变压器线圈断路，会没有电压输出。
2、直流电源及光源控制电路
直流电源电路
拆下直流电源板的四颗固定螺丝：

取下直流电源板，上面有5V、±15V稳压电源电路，光源控制电路在右边：

直流电源板背面：

用7915和7815三端稳压器构成±15V稳压电源，为主电路板上的双电源IC供电；用一只7805三端稳压器构成5V稳压电源，为主电路板上的单片机及其它低电压IC供电：

绘出两组直流稳压电源电路图：

直流电源常见故障：整流桥的半桥烧毁（断路），整流电压低，全桥烧毁（断路），没有电压，整流桥内部短路，会使变压器过载，烧保险，严重的致使变压器烧毁；整流滤波电容容量降低，滤波效果差，质量不好的还有“鼓包”现象；三端稳压器内部故障，不能起到稳压作用。这部分电路简单，用万用表测量、确认后，对故障元件予于更换。
光源控制电路
这部分在电源板的右边，元件分布下图所示：

控制灯电流的BU508A硅大功率三极管，耐压为1500V、电流8A、功率125W：

灯光的强弱由波长转盘控制，两只对射式光电开关检测转盘的缺口，发出对应的控制信号：

绘出722S光源控制电路图：

光源控制电路原理：
图中，硅整流桥BR810和电解电容C8构成直流整流电路，HCF4052BE（U5）是ST公司的双四选一电子开关，OP07CP（U4）是IT公司的低噪声运放，2DW232（D1）是电压基准二极管），T1、T2、T3分别是大、中、小功率三极管，K1、K2是对射式光电开关，这些元件组成受控恒流源，给卤钨灯提供工作电流。灯工作电流的大小受到波长转盘控制，两只对射式光电开关检测转盘的缺口，发出的电信号接到电子开关U5的A、B控制端口，再分别接通R6、R13、R7（并联在微调电位器VR1两端），使得U4的反向输入端电压发生变化，控制大功率管T1的电流为相应的值。A、B端控制的真值表如下：

光源控制电路常见故障：对射式光电开关接线断路，灯光强弱控制混乱；有些功率管（BU508A）的质量不好，有过热烧坏（断路）的情况；集成电路OP07CP（U4）内部故障，无法起到可控恒流的作用；个别情况，有的灯泡烧毁原因是灯电源功率管（BU508A）短路故障造成的，当遇到不明原因，灯泡或电源保险管连续烧毁，应检查T1、T2、T3三只晶体管及集成电路U4，排除故障后，再换上新灯泡。
3、光路元件及波长调整机械结构
先取下样品池光路塑料导筒：

再卸下光路匣三颗固定螺丝（波长转盘必须在图示位置，孔的下方有螺钉）：

轻轻抬起：

看见内部的光学元件了：

元件名称及光路图如下：

光源灯采用12V/20W卤钨灯：

卤钨灯点亮情况：

这是狭缝及滤光片、光栅，可以看见当两色滤光片结合部挡在狭缝前时，会对测量值有影响（应尽量避开这一nm区域测量）：

正面看，滤光片拨杆的位置，波长转盘旋转时，会将其压下或释放（压下接入黄光滤光片，释放接入蓝光滤光片）：

光栅是由主动齿轮（面板上是波长旋钮）带动扇形大齿轮转动，光栅支架上的几颗螺丝（火漆点封）可以调节位置，但不要轻易动它：

这是出射聚光透镜：

光路元件及波长调整机械常见故障：长期使用，机械松懈或间隙增大致使波长调节不准；使用环境不好，粉尘多，使光学元件表面被污染，仪器灵敏度、准确度降低，使用环境中腐蚀性气体严重，会造成光学元件表面镀膜损坏，机件腐蚀，污染不易清理。小心调节有故障的部分，切忌全面调节并拆卸光学通道上的元件，否则将很难精确恢复。严禁用溶剂对光栅进行清洗！！！一般对镜面上的灰尘，使用干净的洗耳球吹去。
4、光电传感器
拆下传感器匣的固定螺丝：

取下传感器：

取下传感器后盖板，看见内部电路板：

电路板上有一片ICL7650，是Intersil公司利用动态校零技术和CMOS工艺制作的斩波稳零式高精度运放。除了具有普通运算放大器的特点和应用范围外，ICL7650还具有高增益、高共模抑制比、失调小和漂移低等特点，所以常常被用在热电偶、电阻应变电桥、电荷传感器等测量微弱信号的前置放大器中。

电路板背面，有一只硅光电池：

近看硅光电池，注意不要在强光源下长期搁置，避免损坏：

绘制传感器电路图如下：

722S传感器工作原理：由于硅光电池接近短路时，其电流和光照近似为正比关系。为此，将它接在运放的两个输入端之间，利用两端电位差接近为零的特点，可以得到输出电压有如下的关系：
Vo=-IR(I 是光电池的电流，R是反馈电阻)
这是一个由运放7650S组成的TIA（trans-impedanceamplifier）跨阻放大器。跨阻放大器电路，简单地说，在检测微弱光电流信号的场合，需要将电流信号转为电压信号，便于下级的A/D电路工作。输出电压跨阻放大就是电流转电压放大。
D1、D2是稳压二极管，为集成电路7650S提供±5.2V电源。
传感器故障：光电池传感器故障极少，个别情况有调零故障或不能工作，有可能是光电池失效、IC损坏、稳压二极管（或直流电源有故障）损坏，造成信号强度不正常及无信号输出。
（楼下继续，请移步观看!)

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sc360xp

第1楼2016/08/20

（接楼上，继续发。）
5、主电路板
卸下箭头所指5只固定螺丝：

取下主板：

背面是LED数码管显示器、绿LED状态灯和按键：

主电路板各元件功能如下所示：

⑴前置放大器采用OP07CP；A/D电路由压频转换IC（VFC32KP）组成；HCF4501BE是单通道八选一电子开关，用于电路增益的控制；单片机采用ATMEL公司的AT89C52，是一款低电压、高性能CMOS 8位单片机，内含8K字节可反复擦写Flash只读程序存储器和256字节RAM：

绘出前置放大电路、增益控制电路及A/D电路图：

前置、增益控制及A/D电路的工作原理：
传感器送来的信号Vo经过电阻R8，输入前置放大器U12的同相输入端，放大电路的增益由单片机4、5、6脚的编码信号经过缓冲器U13（SN74LS07N），接到电子开关U2的控制端A、B、C,控制电子开关U2接入不同的电阻，使得电路放大倍数不同，稳压二极管D6是起限幅作用，防止电压太高造成下级的A/D转换器不能正常工作，U3是电压-频率转换IC，将送来的电压模拟信号转换为频率数字信号，再传输给单片机进行数据处理并显示。
这部分电路故障：
前置放大器U12损坏，仪器无法正常工作；增益控制电路的电子开关U2故障，造成无法调节；A/D转换器U3损坏，仪器显示出现随机数字显示，无法工作。用万用表检查，初步确定故障元件后，用替换法排除故障。
⑵显示部分。主电路板右边，有6片HD74LS164P逻辑-移位寄存器，其中4片（U5、U6、U7、U8）用于LED数码管的驱动，一片（U9）用于4个LED状态灯驱动，还有一片（U10）用于按键动作读取，向单片机传送信号：

显示采用两只2位共阳极LED数码管，型号为SM210501G，右边是4只绿LED发光二极管，作功能状态显示，下方四只方形蓝色元件是按键：

绘出显示部分电路图如下：

显示部分电路工作原理：
5只74LS164（U5、U6、U7、U8、U9）串联接法，U5从单片机21、22脚接收显示信号并传递到其余IC。74LS164是8位串行输入转并行输出，这种电路的特点是，只要单片机数据不刷新，寄存器内的数据就不会变，各个74LS164会维持LED显示，不会出现不断闪烁状况，缺点是电路比较臃肿。
显示部分电路故障：
主要是缺笔画，数字乱跳，严重故障黑屏。用万用表仔细检查，限流电阻有无接触不良或短路断路问题，对照电路图，用替换法看看是不是寄存器（U5、U6、U7、U8、U9）问题，最后，只剩下数码管损坏，只有更换了。对本机数码管的检测，可以参看下图：

⑶单片机、通讯、按键部分。电路板上MAX232CPE是美信公司的CMOS双RS232总线收发器，用于本机与外接PC机的通讯电路：

单片机对按键动作的读取，是由U10（主板上与显示电路中的寄存器U7紧挨）进行的。绘出单片机与通讯口及按键部分电路图如下：

通讯、按钮部分故障：
通讯电路不常用，故障极少，一般是信号线缆或接插头故障。按钮有时不灵，质量不好，换一只。单片机是仪器核心，出故障后，除开电源系统和传感器，其余电路不能工作，只能更换。
四、各单元电路参数
1、变压器输出电压
电源板上，变压器次级接线端：

电源开关接通后测量：

2、直流电源测量
电源板上，主板直流电源接线端，提供±15V直流稳压电源，5V直流稳压电源；灯电源接线柱，为卤钨灯提供工作电流：

直流电源接线端的电压值，红黑蓝接线为±15V，黑白接线为5V，实测值如下：

灯电源接线柱的直流电压值，实测强光为9.293V，中光为6.763V，弱光为4.569V：

3、传感器测量
硅光电池（脱机）在室内光线下，测得直流电动势为0.408V，这是判断硅光电池是否失效的直接方法，但对衰老的判断不是很准确：

仪器正常工作状态下，传感器的输出信号Vo，是直流电压信号，打开传感器匣的后盖，用万用表直流2V档测量电路板上的Vo（测量点见下图）：

传感器输出信号Vo的大小与滤光片、灯光强弱、波长都有关系，见下图，维修时应予注意（本机测量数值，供参考）：

五、更换卤钨灯
本机卤素灯规格为12V/20W。低压卤素灯的寿命通常标称400-2000小时，实际使用中，光衰的影响不能一概而论，存在不确定性，当发现能量不够时，即可更换。

首先，拔掉仪器电源线，彻底切断电源。用改刀松开灯电源线固定螺丝，脱离两根灯电源线：

用手钳松开灯座固定螺丝：

取出灯座：

先用改刀松开弹性铜片：

戴干净手套，更换灯泡：

特别注意：一定要使用同型号卤钨灯，其灯丝结构为水平式，如果错用垂直式，会无法调整仪器到工作状态。

更换完毕，接通电源，开机。打开观察孔盖，检查卤钨灯光斑是否完全覆盖入射狭缝：

看见光斑覆盖入射狭缝，合格：

如果光斑没有完全覆盖狭缝，需要调整螺丝，使其覆盖。松开两颗锁紧螺丝（不要旋下），调节灯座前后移动，使光斑完全覆盖狭缝，再锁紧螺丝：

结束语：
722S可见光分光光度计是一种结构简单、价格低廉、使用方便的单光束分光光度计，运用比较广泛。厂家的使用说明书，仅列出了常见故障识别及一般处理。通过拆解，进一步了解结构和原理，有利于提升维修技能，可以节约不少时间和费用。这篇文章是本人用心之作，可作为此类仪器电路维修手册参考使用，希望对坛友们自修仪器有益。
（由于不是厂家设计人员，难免没有错误，欢迎指正并谢谢！）