电子探针X射线显微分析仪（JCXA-733）故障维修几例
【前言】：
电子探针X射线显微分析仪（Electron ProbeMicroanalysis，缩写EPMA）（简称电子探针）是一种显微分析和成分分析组合微区分析的电子仪器，它主要用于分析样品微小区域的结构组织和元素分布状态，非常适用于样品微小区域的化学分析和材料研究。电子探针镜筒结构与扫描电镜基本相同，它的检测器（分析晶体或分光晶体）部分使用的是X射线谱仪，用来检测X射线的特征波长（波谱仪，WavelengthDispersive Spectrometer,缩写WDS ）或能量（能溥仪，Energy DispersiveSpectrometer,缩写EDS），由此对材料样品的成分进行微区分析。电子探针结构原理框图参见图1.
图1 电子探针结构原理框图
我国在80年代初购置了一定数量的日本电子公司生产的JCXA-733电子探针，该仪器二次电子图像分辨率高达7nm，放大倍数十万倍，元素分析范围B5～U92，大部分元素的分析灵敏度可达10-5，并配有计算机自动控制系统和相应的自动分析软件。因为我们属于科研单位，所以有幸购置安装了一台JCXA-733电子探针，由于此电子探针属于日本电子公司生产的大型电子仪器，结构庞大，电路复杂，在我国有些地方水土不服，尤其是南方潮湿的环境下工作容易发生故障。该仪器在我单位使用过程中前前后后也产生了不少问题，本人在多年的维护保养工作中，遇到过多种不同类型的故障。以下是我单位JCXA-733电子探针出现一些典型故障及维修处理实际例子的经验小结，供大家分享。由于案例大多是根据好多年前的维修笔记整理而成的，那时基本都没有拍照留影，实物图片无法提供，敬请各位谅解！
一、【故障现象】：
波谱仪（简称谱仪）X-RAY ，第二道CH2线扫描指示仪表（RM，计数率计指示仪表）无峰值指示。
【检查与处理】：
该谱仪有5个通道CH1-CH5，首先确认CH1，CH3-CH5的指示均正常，说明电源系统是正常的。将CH2与CH1分析晶体探测器接口互换，结果CH2有峰值指示，判断CH2分析晶体与探测器正常，故障在后级电路。根据检测原理分析，整个检测通道由前置放大器（121J），主放（490J），计数率计（441J）及指示仪表（RM）等多个单元组成，故障就应该在这几个单元中。由于谱仪各通道单元是独立的，而且是可以互换的，所以故障相对来说可采用互换法检查比较方便。谱仪工作原理参见图2.。
图2 谱仪工作原理图
前面已判断分析晶体和探测器正常无需检查了，所以首先从CH2的前级开始，先将CH2前放（121J）与CH1前放互换，故障不变，再将主放（490J）与CH2的主放互换，结果CH2（RM）峰值指示恢复正常，说明CH2主放（490J）有故障。
检查主放（490J）电路，打开内部测量电源电压，结果发现无-24V，沿电路查找发现-24V电源滤波电阻（100Ω，0.5W）烧焦，焊下测量已断开，因为是电源电路故障，所以暂不轻易更换电阻，继续查找结果发现-24V滤波电解电容220μF，35V有漏液现象，焊下测量结果已严重漏电几乎被击穿，再检查其它元件及电路未发现异常。
更换新电解电容（220μF，35V）和电阻（100Ω，1W），检测电源电压-24V恢复正常，复原主放（490J），CH2有峰值指示了，谱仪恢复正常工作。
【小结】：由于主放（490J）是个密封金属盒，内部散热不是很好，电解电容在发热环境下受高温影响，导致电解液膨胀使电解电容破裂溢出，造成严重漏电被击穿。
二、【故障现象】：
波谱仪X-RAY ，CH1—CH5面扫描（PHA）图像正常，线扫描图像无峰出现。
【检查与处理】：
根据原理分析通道CH1—CH5面扫描（PHA）图像正常，判断分析晶体及探测器正常，也说明扫描电路前放（121J），主放（490J），计数率计（441J）均正常，线扫描图像由计数率计441J输出至图像通道选择器（通道选择开关），检查图像选择器CHA—CHE记录输出端子，发现已经松动不稳，重新固定输出端子，线扫描图像显示已有峰值信号，仪器恢复正常工作。为更可靠的工作，同时将通道选择开关用电子清洗剂一起清洗，以保证选择开关触点接触良好。
【小结】：仪器长期使用受环境影响有些接线端已发生松动，接触不良，造成电子信号异常，仪器无法正常工作。
三、【故障现象】：
开机抽真空，机械泵（RP）不能正常工作，RP故障指示灯点亮。
【检查与处理】：
机械泵在开机时，机械泵（RP）旋转几秒钟后，随后进入故障失控状态，自动停止旋转。打开机械泵箱，检查机械泵工作传感器位置正常，用手压传动皮带发现很松，已经有打滑现象，由于该机械泵传动皮带无原装配件，国产皮带又无合适尺寸的可替代。经过分析决定采用升高机械泵的方法来解决此问题。寻找到不同厚度的垫圈，准备根据具体情况来选择合适厚度的垫圈，将机械泵底座四个固定螺钉取下，分别垫上一个垫圈，使机械泵整体抬高，确定最合适厚度的垫圈，适度将传动皮带拉紧一些，重新固定螺钉，此时皮带松紧正合适，开机机械泵旋转正常，故障排除，仪器恢复正常工作。
【小结】：该仪器的真空泵为间歇式启动停止工作方式，仪器连续工作时间很长，机械泵的工作频率也很高，长期运行导致传动皮带磨损发软松弛，最后出现打滑现象。
四、【故障现象】：
试样台卡死无法打开，样品室真空指示灯未亮，按手动放气钮无效，样品室内部呈真空状态，无法进行取样。
【检查与处理】：
按动试样台放气按钮，试样台真空指示灯灯不亮，无放气反应。关闭主机重新开机，再次试按放气钮仍然无效。由于主控台操作无效，于是决定采用应急放气方式，根据真空系统各密封室控制阀门工作流程分析，样品室由阀LV2控制，找到按钮开关LV2即可进行手动排气，在仪器尾部试将LV2按钮开关打到ON，排气成功。样品室可正常打开，将样品室内样品更换后，从新将LV2按钮开关打回OFF，再抽真空，真空度到位后试样台真空指示灯点亮，故障排除。
【小结】：经仔细检查其原因是在装样品时样品架未推到位，此时就开始抽真空，结果导致真空指示灯未亮，同时放气按钮无效。
五、【故障现象】：
电子探针无灯丝电流，调节灯丝电流控制旋钮，电流表指针移动很小无峰值出现。
【检查与处理】：
泄掉镜筒真空，打开镜筒上端盖，检查灯丝及灯丝安装座，灯丝良好未烧断，仔细观察发现灯丝簧片有烧黑现象，感觉是接触不良，有点像打火造成的，用酒精清洗效果不佳，用研磨膏打磨后再用酒精清洗，簧片恢复如初。
灯丝完好确无灯丝电流，说明电路存在故障。检查灯丝电流推动电路，用万用表分别测量灯丝推动电路板上各元器件。结果发现有一只三极管烧坏，其它无异常发现，在备件库里找到同型号三极管更换后。重新安装灯丝，打开仪器抽真空，真空度到位后，调节灯丝电流控制旋钮，电流指示出现峰值，故障排除电路恢复正常工作。
【小结】：此故障是由于安装灯丝时灯丝黄片位置未完全对位，固定螺丝上紧未压实黄片，导致灯丝黄片接触不良，灯丝电路启动中电流较大出现打火造成三极管损坏。因此安装灯丝时一定要注意，连接灯丝的簧片应对准位置并拧紧螺丝。
六、【故障现象】：
谱仪测量系统低压CH1—CH5均无电源指示，即低压指示灯未点亮。
【检查与处理】：
由于谱仪CH1—CH5电源（+12V、-12V、+24V、-24V）是公用的，CH1—CH5均无电源指示，说明谱仪低压总电源存在故障，检查总电源220VAC输入发现保险丝（4A）已烧断，该电源由电源变压器降压后分多路输出，整流稳压后输出各路低压直流电源，供给谱仪CH1—CH5各单元使用。分别检测各低压整流桥及相关电路元器件，结果发现有一只整流桥击穿，顺电路查找为+24V整流桥（3A，50V）击穿，再检查+24V滤波电解电容（2200μF，35V）严重漏电击穿，在备件库里找到保险丝（4A）、整流桥（3A,50V）和电解电容（2200μF，35V）更换后电源恢复正常，谱仪测量系统CH1—CH5低压电源（+12V、-12V、+24V、-24V）指示灯均被点亮。仪器恢复正常工作
【小结】：分析原因谱仪CH1—CH5电源在机柜里散热不是很理想，电源箱是密封的，在打开电源箱时发现散热风扇网栅有脏堵现象，造成机内温度较高，使电解电容受热导致损坏，最后击穿损坏整流桥和保险丝。为此特地重新清洗了散热风扇网栅，这样恢复并加强了机柜电源箱内部的散热力度。
七、【故障现象】：
样品室调节试样台上下限时，无上限报警，下限报警正常。
【检查与处理】：
查样品室工作正常，泄真空后取样、装样也正常，但试样台上下限到位后无上限报警，调整试样台上下限手柄，试样台运动平稳顺畅，无阻尼卡滞现象，观察看上限报警微动开关限位顶杆位置，未发现异常，感觉很奇怪，再次观察下限报警微动开关限位顶杆位置，与上限报警微动开关限位顶杆位置仔细对比，结果发现微动开关限位顶杆有微弱偏斜现象，原来问题出在这里。由于开关限位顶杆有微弱偏斜使微动开关杠杆压片未对准限位端位置，重新调整上限限位报警微动开关位置并固定紧，并使杠杆压片对准限位端位置，关闭样品室重新抽真空，调节试样台上限位报警恢复正常。
【小结】：经过与操作者沟通最后了解到，可能是在装取样品时，由于异性样品未注意碰到了上限位报警微动开关，微动开关产生了轻微的偏移。由于此仪器是精密仪器，各个部位位置都要求很精准，即使是微小的偏离也会造成故障。因此必须要注意在装取样品操作时一定小心，绝对拒绝鲁莽的动作出现，否则就会发生一些看似轻微，但很难察觉的意想不到的故障。
八、【故障现象】：
在进行电子探针图像观察时，显示屏无图像，调节亮度、辅助亮度、对比度各种旋钮和各种工作模式按键开关均无图像显示。
【检查与处理】：
根据电路分析，显示屏工作由CRTHV UNIT 单元电子电路完成，CRT HVUNIT单元为显示管（注：显示管与电视机显像管不同，主要区别在高分辨率与余辉指标上）提供各种工作电压，其工作原理类似于黑白电视机显像管的电路原理，有灯丝、阴极、控制栅极（-10 V～+40V）、第二栅极（加速极，+400V）、聚焦极（≤1.5kV）及阳极（高压，10KV）等，显示管原理如图3所示。
图3 显示管原理图
打开显示屏主机柜后盖，仔细观察显示管灯丝是亮的，说明灯丝电路正常，再仔细观察高压盒，发现高压盒加速极接线端子严重发黑并伴有打火现象，该加速极电压正常为+400V，用万用表测量只有几十伏且不稳定，由此说明该电压过低导致显示屏无亮度，也就造成无图像显示。
关闭总电源，将高压盒外围清理干净，仔细观察加速极接线端子很脏，严重发黑，但未见烧坏痕迹，于是先用酒精清洗接线端子和绝缘瓷柱，再用金相砂纸打磨接线端子绝缘瓷柱周边发黑部位，最后用酒精彻底清洗干净，晾干后，再用电吹风吹干所有部位，用704硅绝缘胶涂抹接线端子瓷柱，及周边有可能会发生打火的部位，48小时固化后装回加速极接线端。检查接线及其它无误后，开机显示屏有图像显示了，调节亮度、辅助亮度及对比度旋钮图像随之变化正常，无电子图像故障排除，显示屏电子图像功能恢复正常使用。
【小结】： 由于我们地处南方，梅雨季节环境潮湿，使很多电子元件容易受潮，尤其是在仪器停机一段时间后，再开机机内容易发生打火，电晕，爬电等现象，造成仪器无法正常工作。因此平时应尽量多打开仪器让其工作，这样机内的热量可以烘走潮气，有空调的可用抽湿功能进行除湿，另外有条件可安装抽湿机，以保证仪器在潮湿的环境下也能正常工作，同时也减小了仪器发生故障的概率。
【结语】：
JCXA-733型电子探针是日本电子公司八十年代的早期产品，在当时属于顶极的电子仪器产品，现在看来此仪器已经比较老旧了，但仍具有较优良的技术指标和性能。无论如何，不可否认的是，在那个年代JCXA-733型电子探针还是为我国的科学研究、学术教学和产品研发做出了一定的贡献。虽然在仪器使用过程中多多少少出现了一些这样那样的问题，个人认为就日本的电子技术产品设计和研发的态度，以及对仪器生产、组装、调试的严谨性而言，此仪器仍不失为优秀的电子仪器，这也是值得我国电子仪器研发单位和生产厂家所应该学习的。大家都应该记住，科学无国界，技术共发展。
应助达人
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