圆盘旋光仪的原理

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。