圆盘旋光仪操作规程

经典再现，拆解33年前WXG-4型圆盘旋光仪 年龄大的分析人员一般都用过圆盘旋光仪测量物质的旋光度，其结构简单、操作维修方便。 早期的旋光仪是手动操作的仪器，因为用手轮转动旋光片（刻度圆盘），被称为圆盘旋光仪。由于精度不高、价格便宜，在一些要求不高的小工厂，或车间中间体检验，还在应用中，网上有销售。现在有些地方的旋光检验员考试，也有圆盘旋光仪操作内容。一、外观及技术指标 国产WXG-4型圆盘旋光仪曾经辉煌一时，下图是目前正在销售的WXG-4型圆盘旋光仪，经典的延续：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271359_524841_1807987_3.jpg技术参数：测量范围： -180°～+180°度盘格值： 1°度盘游标读数值 ： 0.05°放大镜放大倍数： 4 倍单色光源波长：低压钠灯 589.44nm试管长度： 200mm,100mm 各 1 支钠灯功率 ： 20W工作电流： 1.3A光源稳定时间： 5 分钟电源类型： 220V 50Hz外型尺寸： 500×135×330mm重量： 约 5Kg二、仪器结构WXG-4型圆盘旋光仪结构示意图如下：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271400_524842_1807987_3.jpg今天拆解的主角亮相，一台33年前的WXG-4型圆盘旋光仪，还能正常使用：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271400_524843_1807987_3.jpg仪器铭牌，1981年上海大庆光学仪器厂生产，车间作中间体检验，外观比较脏：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271401_524844_1807987_3.jpg各部位细节：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271401_524845_1807987_3.jpg为了减少读数误差，度盘被设计为左右同时读数，通过左右两个4倍放大镜观察。度盘内圈是定盘，外圈是动盘（带动偏振片同步旋转）：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271402_524846_1807987_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271403_524847_1807987_3.jpg打开样品镜筒盒盖子，内部放置的是样品管：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271403_524848_1807987_3.jpg取出样品管，检测时，要将被测液体装入管内旋紧：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271403_524849_1807987_3.jpg镜筒盒是黄铜材质的，这是光源端：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271404_524850_1807987_3.jpg这是度盘端：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271404_524851_1807987_3.jpg这是钠灯，灯罩很结实：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271405_524852_1807987_3.jpg取下灯罩，内部是单色光源低压钠光灯，波长为589nm：http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271405_524853_1807987_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2014/11/201411271406_524854_1807987_3.jpg[

WXG-4型圆盘旋光仪镇流器是非标产品，由各厂家自己绕制。损坏后，买不到配件维修。自行绕制镇流器对材料、工艺技术的要求不低，对大多数人来讲，没有这个能力。只有想办法找替代品进行更换。本人曾用旧40W日光灯电感镇流器替代更换WXG-4型圆盘旋光仪镇流器（见本社区帖子“WXG-4型圆盘旋光仪钠光灯镇流器替代更换实验”[font=times new roman][size=13px] [/size][/font]https://bbs.instrument.com.cn/topic/8118385，称方法一）。下面，再介绍用高压钠灯电感镇流器作为替代品进行更换的方法。一、旋光仪的情况下面这台手动WXG-4型圆盘旋光仪的历史有几十年了，现在的产品没啥变化，还这样：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347580226_7942_1807987_3.jpg[/img]打开底盖，内部就一个镇流器。镇流器内部过热，表面有焦糊现象：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347584082_2663_1807987_3.jpg[/img]仪器的电路图如下：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347590812_9355_1807987_3.jpg[/img]旋光仪使用的20W低压钠灯参数如下：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347589775_4336_1807987_3.png[/img]这款圆盘式旋光仪的镇流器采用E型铁芯漏磁变压器，是非标元件，测量其电参数为：直流电阻5.3Ω，电感0.49H，感抗153.93Ω，阻抗159.23Ω。旋光仪工作时，实测电参数为：市电电压222.5V，电流1.33A，功率因数0.13，功率40.59W。二、高压钠灯的情况高压钠灯不陌生，许多城市街道照明采用它。这里只讨论使用电感镇流器的高压钠灯。国产高压钠灯及镇流器有关参数见下面：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347592941_1790_1807987_3.jpg[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347592031_7719_1807987_3.jpg[/img]三、旋光仪镇流器用高压钠灯镇流器替代方案的选择高压钠灯与旋光仪GP20Na低压钠灯工作机理伏安特性是有区别的。根据高压钠灯的参数，灯管工作电压都在90V以上。以70W的高压钠灯为例，灯管电压约90V；而旋光仪GP20Na低压钠灯工作时，灯管电压只有15V。如果将高压钠灯镇流器直接用于GP20Na低压钠灯电路，将会承担更高的电压，电路中的电流会超过镇流器的额定工作电流，引起严重发热甚至烧毁。如果该电流超过了低压钠灯的工作电流，还会致使旋光灯受到损坏。所以，[b]同功率[/b]高压钠灯与GP20Na低压钠灯的镇流器是不能直接互相替代更换的。作为替代品能不能成功，关键是替代后，旋光仪钠灯的工作电流应在1.0A～1.3A范围内。电流过低，钠灯不能启动或亮度微弱无法工作；电流过高损坏钠光灯或超过镇流器本身的额定工作电流，长期超负荷、过热损坏镇流器。根据欧姆定律原理，低压钠灯工作电流=（市电电压-低压钠灯灯管电压）÷线路阻抗，只有选择合适的镇流器（线路阻抗）进行组合，才能替代原低压钠灯镇流器，使灯电流在1.0A～1.3A的工作范围内。经过多次试验，找到飞利浦有一款BSN70L（70W）的DIH灯镇流器，与国产的70W高压钠灯镇流器指标有所不同，额定工作电流为1.2A，可以直接替代使用。有以下两种替代方案：1、选用飞利浦额定工作电流1.2A、功率70W的DIH灯镇流器（型号BSN70L），直接替代，能够胜任旋光灯原镇流器的功能。2、选用飞利浦额定工作电流1.2A、功率70W的DIH灯镇流器（型号BSN70L），再串联1只台式电脑ATX电源用的PFC电感（利旧），替代后，能够胜任旋光灯原镇流器的功能。替代元件图片如下：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347593388_7031_1807987_3.jpg[/img]特别提醒：国产70W高压钠灯镇流器的额定工作电流为0.98A，不能直接替代使用！！！飞利浦另有一款70W钠灯镇流器，额定工作电流也为0.98A，不能直接替代使用！！！四、方案实验1、第一种方案选用飞利浦BSN70L（1.2A/70W）高压钠灯镇流器，直接替代原旋光仪镇流器，用仪表测量出它们的电参数（表一）：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347596544_4774_1807987_3.png[/img]旋光仪镇流器替代前后的实测工作数据（表二）：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347595468_3478_1807987_3.png[/img]经实测，镇流器替代后，旋光仪低压钠灯工作电流为1.21A，与70W高压钠灯镇流器的额定工作电流1.2A相当，旋光灯能够正常工作。工作1小时后，镇流器表面温度约90℃左右，没有超过130℃。2、第二种方案如果嫌直接替代使用的发热量较高，可将飞利浦70W高压钠灯镇流器与1只电脑台式机ATX电源用的PFC电感串联后，替代旋光仪原镇流器。替代后的电路图（2）如下：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347596455_9815_1807987_3.jpg[/img]替代元件的电参数如下（表三）：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041347599845_34_1807987_3.png[/img]旋光仪镇流器替代前后的实测数据（表四）：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210041348001320_3276_1807987_3.png[/img]经实测，按照第二种方案进行镇流器替代后（表四），低压钠灯工作电流为1.05A，也没有超过70W高压钠灯镇流器的额定工作电流1.20A，旋光灯能够正常工作，镇流器温度较低。六、其它替代方案如果手头有其它国产品牌高压钠灯镇流器，建议的方案：①用70W高压钠灯镇流器+2只ATX电源PFC电感串联；②用两只150W高压钠灯镇流器串联；来替代旋光仪原镇流器，效果也不错。结语：高压钠灯电感镇流器市场上销售量大，价格不高，比较适合作为旋光仪镇流器的替代更换品。第一种办法，使用1只飞利浦（1.2A/70W）高压钠灯镇流器直接替代原旋光灯镇流器，方便快捷，成本不高，可以内置。缺点是镇流器电流满负荷运行，温度较高。第二种办法，使用1只飞利浦（1.2A/70W）高压钠灯镇流器，再串联1只ATX电源PFC电感，优点是镇流器电流低、发热低，长期稳定工作。缺点是体积稍大、占地方，适合外置。可结合具体情况，选用其中一种替代办法。

[font=宋体][size=18px] [/size][size=16px]老式的手动[/size][/font][size=16px]WXG-4[font=宋体]型圆盘旋光仪，现在偶尔使用一下。虽然这个旋光仪结构简单，故障率低，比较耐用，但其电感镇流器出现故障后，很难找到元件更换。寄送厂家维修费用高、时间长，加之使用率低，也没必要，成了鸡肋。经多次试验，确定了利用淘汰的老式日光灯镇流器替代旋光仪原电感镇流器的方案，实验过程如下。[/font][font=宋体]一、基本情况[/font][font=宋体] 一台早期的[/font][font='Calibri','sans-serif']WXG-4[/font][font=宋体]型圆盘旋光仪，打开旋光仪底板，内部太简单，只有一个电源开关、一只[/font][font='Calibri','sans-serif']8[/font][font=宋体]足灯管座，一只[/font][font='Calibri','sans-serif']E[/font][font=宋体]型铁芯漏磁变压器型电感镇流器：[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026278013_9201_1807987_3.jpg[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026287065_6610_1807987_3.jpg[/img][font=宋体]旋光仪长时间工作，内部镇流器过热、表面有焦糊状态：[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026291703_4165_1807987_3.jpg[/img][font=宋体]旋光仪电路图如下：[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026293471_645_1807987_3.jpg[/img][/size][align=left][size=16px]二、[font=宋体][color=#333333]旋光仪灯管（低压钠光灯）的特性[/color][/font][/size][/align][font=宋体][color=#333333] 1、[/color][/font][color=#333333][color=#333333][color=#333333]灯管的主要电参数和外形尺寸[/color][/color][/color][font=宋体][color=#333333]钠光灯在市电220V额定电压下点燃时，应配用符合灯管工作电流（1.0A～1.3A）要求的限流器，否则灯将烧毁。[img=,690,356]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011036522609_7338_1807987_3.png!w690x356.jpg[/img][/color][/font][color=#333333] [font=宋体][color=#333333]2，灯的光谱特性[/color][/font][/color][font=宋体][color=#333333] 灯在点燃后，能辐射出两条具有钠特征的谱线589.0nm和589.6nm(称之为钠双谱)，供旋光仪使用。[/color][/font][font=宋体]三、旋光灯镇流器替代实验方案[/font][font=宋体] 在网上找不到这款旋光灯镇流器的销售商家，向厂家寻求解决太麻烦，想自己绕制一个，缺乏相关材料和工具。再想想其他替代办法。[/font][font=宋体] 这台旋光仪钠光灯是气体放电，采用电感式镇流器（[/font]E[font=宋体]型铁芯漏磁变压器型）。老式日光灯也是气体放电，同样使用电感式漏磁镇流器。二者原理相同，只要参数匹配接近，应该可以替代使用。[/font][font=宋体] 先测量这台旋光仪镇流器电参数，电阻[/font]5.3[font=宋体]Ω[/font][font=宋体]欧姆，电感[/font]0.49H[font=宋体]毫亨，感抗约[/font]153.93 [font=宋体]Ω[/font][font=宋体]，阻抗[/font]159.23[font=宋体]Ω。[/font][font=宋体] 老式[/font][font='Calibri','sans-serif']T8[/font][font=宋体]日光灯电感镇流器（捷光牌），规格是常见的[/font][font='Calibri','sans-serif']40W/220V[/font][font=宋体]，额定工作电流[/font][font='Calibri','sans-serif']0.43A[/font][font=宋体]，[/font][font='Calibri','sans-serif']tw105[/font][font=宋体]。测量其电参数，电阻[/font][font='Calibri','sans-serif']55.4[/font][font=宋体]Ω[/font][font=宋体]，电感[/font][font='Calibri','sans-serif']1.157H[/font][font=宋体]，感抗约[/font][font='Calibri','sans-serif']364.42[/font][font=宋体]Ω[/font][font=宋体]，阻抗为[/font][font='Calibri','sans-serif']419.82[/font][font=宋体]Ω。见下图：[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026289263_9518_1807987_3.jpg[/img][font=宋体]从淘汰的电脑[/font]ATX[font=宋体]电源中拆一只[/font]PFC[font=宋体]电感，该电感的电阻[/font]1.6[font=宋体]Ω[/font][font=宋体]欧姆、电感[/font]0.0453H[font=宋体]、感抗约[/font]14.23[font=宋体]Ω[/font][font=宋体]、阻抗为[/font]15.83 [font=宋体]Ω。[/font][font=宋体][/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026290591_4795_1807987_3.png[/img][font=宋体]将[/font]2[font=宋体]只旧[/font]40W[font=宋体]日光灯镇流器并联，然后再串联台式电脑[/font]ATX[font=宋体]电源中取用的旧[/font]PFC[font=宋体]电感，接入电路中替代原来的镇流器：[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026291724_3874_1807987_3.jpg[/img][font=宋体]替代电路图如下：[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026293179_5162_1807987_3.jpg[/img][font=宋体]实测旋光仪工作时的电参数如下：[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026299741_6711_1807987_3.png[/img][font=宋体]接通市电，旋光仪低压钠灯正常启动发光，[/font]3[font=宋体]分钟后，待灯光稳定，调节视窗内图像清晰，可以进行检测工作。[/font][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/10/202210011026295455_5562_1807987_3.jpg[/img][font=宋体] 制作一个铁皮支架，将三只替代元件固定后，再安装在旋光仪基座上，替代原[/font]E[font=宋体]型变压器镇流器。也可做一个铁皮盒子，将三只替代元件放入其中，外置使用，为加强散热，还可以再加装一个[/font]220V[font=宋体]交流风扇，效果不错。[/font][b][font=宋体]结束语：[/font][/b][font=宋体]利用废弃的老式日光灯[/font]40W[font=宋体]电感镇流器替代维修圆盘旋光仪镇流器，效果接近、工作稳定，取材容易、成本低，值得一试。但由于每只替代用日光灯镇流器工作电流（[/font]0.45A[font=宋体]）略高于自身的额定工作电流（[/font]0.43A[font=宋体]），其发热量较高，应加强散热。最好外置并加装散热风扇。或用于短时工作，用完及时关机。若手中旧[/font]40W[font=宋体]镇流器数量够多，还可以采用另一种方式连接：采用日光灯镇流器[/font]3[font=宋体]并[/font]+2[font=宋体]串[/font]ATX[font=宋体]电源[/font]PFC[font=宋体]电感，发热量低，效果更佳。只是体积较大，只能做成外置式。具备条件的，可以自己绕制镇流器。提醒一句，更新换代日光灯照明灯具时，老电感镇流器别扔了，是好东西，收留几只，以备后用。[/font]