Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Metal Work Pneumatic
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

O przyczynach utraty świecenia ekranów lamp "magiczne oko"

AlekZ 27 Sty 2019 10:48 3003 18
  • O przyczynach utraty świecenia ekranów lamp "magiczne oko"
    Ten nieco staroświecko brzmiący tytuł dotyczy "starych spraw".

    W starych odbiornikach radiowych stosowano często optyczne wskaźniki dostrojenia (lampy typu „magiczne oko”). Podczas naprawy odbiornika okazuje się, że oko magiczne jest tą lampą w odbiorniku, która niemal zawsze kwalifikuje się do wymiany wskutek utraty świecenia ekranu tego wskaźnika. Lampy te wykazują więc małą trwałość w porównaniu z innymi lampami w odbiorniku. Niektóre przyczyny tego zjawiska wyjaśnia to opracowanie.

    Elektronowe wskaźniki dostrojenia (lampy typu „magiczne oko”) posiadają świecący ekran, który jest bombardowany strumieniem elektronów emitowanych z katody tlenkowej. Jest więc oczywiste, że świecenie (luminancja) ekranu jest zależne od stanu katody (emisji elektronów) oraz od stanu ekranu (stopnia zniszczenia luminoforu).
    W polskich lampach typu EM4 i EM34 (obie lampy w wykonaniu polskim różnią się jedynie rodzajem cokołu) stosowano luminofor - willemit, będący ortokrzemianem cynku Zn2SiO4.
    Dowodzi tego badanie, przeprowadzone na uszkodzonej lampie EM4. Ekran lampy został zbadany przy użyciu fluorescencji rentgenowskiej- rys.1. Badanie to wykazało obecność znacznych ilości niklu, żelaza, cynku i krzemu w materiale ekranu. Obecność żelaza i niklu świadczy o tym, że ze stopu tych metali wykonana jest miseczka ekranu. Z kolei obecność cynku i krzemu (na poziomie 1,1%) należy tłumaczyć tym, że pierwiastki te wchodzą w skład wspomnianego już luminoforu, który w postaci cienkiej warstwy jest naniesiony na miseczkę ekranu.

    O przyczynach utraty świecenia ekranów lamp "magiczne oko"rys1.png Download (32.17 kB)

    Rys. 1. Analiza metodą fluorescencji rentgenowskiej materiału ekranu lampy EM4 (prod. ZWLE).

    Jest rzeczą znaną, że ekrany lamp typu magiczne oko ciemnieją w czasie pracy- rys.2. Ciemnienie to, zwane często "wypalaniem się ekranu" występuje w miejscach bombardowania luminoforu przez elektrony. Zjawisko ciemnienia luminoforu w lampach typu „magiczne oko” było przedmiotem wielu domysłów. Brak było natomiast badań, dotyczących fizyki tego procesu.




    Stwierdzono doświadczalnie, że podczas regeneracji tych lamp można stosować procedurę wygrzewania ekranu w piecu indukcyjnym. Wówczas luminofor staje się jaśniejszy (bielej) i odzyskuje swe właściwości luminescencyjne, zaś zanieczyszczenia odparowując osiadają w końcu na szkle lampy w postaci ciemnej, metalicznej obwódki. Świadczyło to więc jedynie o tym, że zanieczyszczenia te są lotne i zawierają metale.

    O przyczynach utraty świecenia ekranów lamp "magiczne oko"magiczne..o.jpg Download (87.19 kB)

    Rys.2. Degradacja ekranu lampy typu „magiczne oko”. Widoczne ciemnienie luminoforu w miejscach padania elektronów.

    Jednocześnie lampy, których ekrany zostały poddane wygrzewaniu indukcyjnemu wykazują utratę emisji, często znaczną, rzędu kilkudziesięciu a nawet 100%. Emisję jednak udaje się przywrócić przez przeżarzenie katody, względnie przeżarzenie katody z równoczesnym podaniem napięcia anodowego. Po wygrzewaniu ekranu lampy występuje częściowa utrata próżni- rys.3., która zazwyczaj w procesie reaktywacji katody poprawia się.

    O przyczynach utraty świecenia ekranów lamp "magiczne oko"regenracja..uga.jpg Download (198.39 kB)

    Rys.3. Proces regeneracji lampy EM4. Widoczny ciemny nalot w górnej części bańki po wygrzewaniu indukcyjnym. Widoczne błękitne świecenie zjonizowanych gazów resztkowych wskutek częściowej utraty próżni.

    Nalot powstały w procesie wygrzewania ekranu został zbadany metodą fluorescencji rentgenowskiej-rys.4. Do badania użyto lampę, która w czasie regeneracji utraciła ciągłość grzejnika. Lampę po wygrzaniu luminoforu rozbito i poddano powstały nalot analizie.

    O przyczynach utraty świecenia ekranów lamp "magiczne oko"rys4.png Download (64.18 kB)

    Rys.4. Analiza metodą fluorescencji rentgenowskiej nalotu na szkle lampy EM4 (ZWLE) po procesie wygrzewania indukcyjnego ekranu lampy.

    Badanie to wykazało występowanie w nalocie znacznych ilości cynku, co świadczy o tym, że jest on produktem degradacji luminoforu w czasie pracy ekranu. Dla porównania wykonano jeszcze analizę dla czystego fragmentu szkła bańki lampy- rys.5. Podobny skład pierwiastkowy obu próbek (poza cynkiem) należy tłumaczyć zawartością domieszek w szkle bańki lampy.

    Porównując wyniki uzyskane dla obu próbek staje się jasne, że cynk jest produktem rozkładu (degradacji) luminoforu. Rozpisując możliwe równania reakcji chemicznych, zachodzących podczas rozkładu luminoforu staje się jasne, że cynk nie może być jedynym produktem rozkładu luminoforu. Wydaje się, że produktami rozkładu luminoforu mogą być także krzemionka i tlen, ewentualnie metakrzemian cynku ZnSiO3
    Hipotetycznie, reakcja degradacji luminoforu – willemitu może przebiegać następująco:

    Zn2SiO4 –> 2Zn + SiO2 + O2

    Zn2SiO4 –> Zn + ZnO + SiO2 + O2

    Zn2SiO4 –> Zn + ZnSiO3 + 1/2O2

    Pokrycie luminoforu przewodzącym cynkiem zmniejsza bombardowanie luminoforu elektronami, co powoduje zmniejszenie luminancji. Także optyczne właściwości powstałej warstwy cynku powodują spadek jasności świecenia ekranu.

    O przyczynach utraty świecenia ekranów lamp "magiczne oko"rys5.png Download (63.97 kB)

    Rys.5. Analiza metodą fluorescencji rentgenowskiej składu czystego szkła bańki lampy EM4 (prod. ZWLE).

    Odpowiedź na pytanie, czy reakcja rozkładu przebiega według któregokolwiek z w/w równań sumarycznych wymagałaby dalszych badań, w pierwszym rzędzie metodą dyfraktometrii rentgenowskiej.
    Ustalenie innych poza cynkiem produktów rozkładu pozwoliłoby być może na wyjaśnienie przyczyny spadku emisji części wskaźnikowej lampy w podczas pracy lampy i wyjaśnienie przyczyny zatruwania katod w czasie wygrzewania ekranu. W tym ostatnim przypadku znaczenie ma zapewne desorpcja gazów, bowiem często obserwuje się po wygrzewaniu ekranu czasowe pogorszenie próżni w trakcie reaktywacji katody. Możliwe jest także naparowanie cynku na katodę, jeśli podczas wygrzewania ekranu żarzenie jest wyłączone. Nie rozstrzyga to jednak, czy desorpcja gazów jest w tym przypadku jedynym czynnikiem wpływającym ujemnie na emisję elektronów z katody i jaka jest rola naparowanego cynku w procesie reaktywacji katody (tzn. czy wpływa on korzystnie czy niekorzystnie na proces reaktywacji katody).
    W tym miejscu należy zaznaczyć, że w lampach EM4 znajdują się dwa systemy: system części wskaźnikowej i dwóch triod sterujących świecącymi listkami na ekranie. Podczas normalnej eksploatacji lampy spadek emisji wykazuje zwłaszcza część wskaźnikowa katody „oświetlająca” ekran. To świadczyłoby, że trujące działanie wykazuje substancja o stosunkowo małej lotności. Gdyby trucizną był wydzielający się podczas pracy lampy gaz (np. tlen) powinien on w równym stopniu oddziaływać na część wskaźnikową i triodową lampy. Obie części katody (wskaźnikowa i triodowa) powinny zatem wykazywać utratę emisji w podobnym stopniu, a tak nie jest. Także tłumaczenie faktu szybszego zużywania się katody części wskaźnikowej lampy względem części triodowej niedożarzeniem końca katody nie wydaje się słuszne. Cynk w temperaturze pracy katody wykazuje znaczną lotność i wobec tego nie może przez dłuższy czas znajdować się na katodzie.

    Podsumowując, należy stwierdzić, że za ciemnienie ekranu w lampach typu „magiczne oko”, w których ekran jest pokryty willemitem odpowiada wydzielanie się cynku. Przyczyny szybszej utraty emisji części wskaźnikowej lampy względem części triodowej nie są jeszcze dostatecznie wyjaśnione.

    AlekZ

    Autor składa podziękowanie dr Ryszardowi Diduszko z ITR za wykonanie badań elementów lamp metodą fluorescencji rentgenowskiej.


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Metal Work Pneumatic
  • #2 27 Sty 2019 12:30
    Mark II
    Poziom 20  

    Zaciemnienie luminoforu można zaobserwować też w nowszych lampach, w których nałożono tę warstwę bezpośrednio na szkło. Czy i w tym przypadku będziemy mieli do czynienia z podobnym mechanizmem?

  • #3 27 Sty 2019 13:00
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Prawdopodobnie tak. Jednak nie jestem pewien, jaki luminofor był tam stosowany.

  • #4 27 Sty 2019 15:13
    mkpl
    Poziom 37  

    Istnieje jakaś metoda, która pozwalałaby na przedłużenie pracy tych elementów? Magiczne oka, to niestety coraz trudniejszy do zdobycia element przy regeneracji starych odbiorników.

  • Metal Work Pneumatic
  • #5 27 Sty 2019 15:56
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Tak, istnieje taka "kuracja". Wiele jednak zależy od tego, kto jest producentem lampy. Dla lamp EM4 produkcji krajowej dość skuteczna jest "terapia", którą przez lata ulepszałem. Jest ona opisana w załączniku.
    Jest ona jednak całkowicie nieskuteczna dla lamp 6E5C, EM11 i EM4 produkcji zagranicznej (Tesla, RFT).

    Załączniki:
  • #6 27 Sty 2019 17:10
    mkpl
    Poziom 37  

    Jak się to ma do lamp typu "paskowego"? Zasada jest taka sama?

  • #8 28 Sty 2019 10:56
    Janusz_kk
    Poziom 18  

    A paskowe nie były u nas robione? te zk120 i 140 właśnie na tych paskowych chyba były jak pamiętam.
    Dopiero tranzystorowa wersja zk140 była na wskazówkowych.

  • #9 28 Sty 2019 13:34
    szeryf3
    Poziom 16  

    "Magiczne oko" to jest ten element, który najbardziej cieszy, kiedy gra stare radio.

  • #10 28 Sty 2019 15:55
    TechEkspert
    Redaktor

    Czy jest metoda obiektywnej oceny jasności po regeneracji, jakiś światłomierz, czy tylko ocena na oko?

    Swoją drogą ciekawe czy twórcy tych lamp spodziewali się jak będą się zużywały i czy pokrywało się to z Twoimi badaniami.

  • #11 28 Sty 2019 19:56
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Lampy z paskiem, z których najbardziej powszechne były EM84, nie były u nas produkowane. Produkowała je czeska Tesla (luminofor na osobnej płytce szklanej) i Niemcy. Był też radziecki odpowiednik.

    Co się tyczy oceny świecenia, najprościej zrobić chyba zdjęcia przed i po regeneracji.

  • #12 28 Sty 2019 21:56
    TechEkspert
    Redaktor
  • #13 28 Sty 2019 22:01
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Aby oko reagowało, potencjał pręta lub prętów sterujących musi się znacznie zmieniać, przynajmniej o kilkadziesiąt woltów. Dlatego ta trioda sterująca była konieczna. Było też oko EFM11, zawierające pentodę. Ta pentoda była wykorzystywana jako wzmacniacz napięciowy m.cz.

  • #15 14 Lut 2019 17:16
    JanekGU81
    Poziom 3  

    Słyszałem , że całkiem nieźle wychodzi panu produkcja lamp elektronowych. Czy produkcja lampowych wskaźników wysterowania takich jak EM4,EM11 czy EM84 itd to ciężki orzech do zgryzienia czy wręcz przeciwnie.I jeszcze jedno jeżeli dobrze rozumiem to w magicznym oku niezbędny jest luminofor który świeci na zielono ale czy da się wyprodukować taki luminofor który świecił by na kolor czerwony,żółty bądź biały jak w świetlówkach i nadal pokazywał poziom wysterowania (np pasek w EM84 powiększał by się i pomniejszał zależnie od siły bombardowania luminoforu przez elektrony)?

  • #16 14 Lut 2019 18:46
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Takie czerwone magiczne oko swego czasu zrobiłem:

    http://www.pwl.mikrokontroler.pl/pwl/oko/oko.htm

    Tak więc kolor nie musi być zielony. Natomiast wytwarzanie takich lamp przedstawia zawsze pewną trudność.

  • #17 14 Lut 2019 20:03
    JanekGU81
    Poziom 3  

    Bardzo ładna lampa. Dotychczas nawet nie zdawałem sobie sprawy, że oko może mieć nie tylko kolor zielony. Z ciekawości zapytam: jaki jest skład chemiczny luminoforu w pana lampie i dlaczego produkcja elektronowych wskaźników wysterowania jest skomplikowana?

  • #18 15 Lut 2019 10:05
    AlekZ
    Specjalista - lampy próżniowe

    Czerwoną barwę daje tlenosiarczek itru, aktywowany europem.
    Jedną z trudności jest równomierne i o dobrej adhezji pokrycie ekranu luminoforem.

  • #19 15 Lut 2019 11:17
    szeryf3
    Poziom 16  

    Zawsze sądziłem, że dominujący kolor w tych lampach to zieleń.
    Fajna lampa.