測試儀器基礎(chǔ)應(yīng)用知識(shí)總結(jié)（二）：十大故障診斷方法

　　一、儀器儀表電路十大故障診斷方法

　　儀器儀表電路維修在電子類的公司里從來都是不可缺少的一部分。因?yàn)橹挥型ㄟ^它才能讓原本不合格的產(chǎn)品最終出廠。然而，維修也是電子公司中最為復(fù)雜的一部分。因?yàn)樗粌H要運(yùn)用到許多電子專業(yè)知識(shí)，有時(shí)也需要有豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)。下面就我個(gè)人多年來總結(jié)的維修經(jīng)驗(yàn)與感興趣的朋友分享一下。

　　1、敲擊手壓法

　　經(jīng)常會(huì)遇到儀器運(yùn)行時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象絕大多數(shù)是由于接觸不良或虛焊造成的。對(duì)于這種情況可以采用敲擊與手壓法。

　　所謂的“敲擊”就是對(duì)可能產(chǎn)生故障的部位，通過小橡皮鎯頭或其他敲擊物輕輕敲打插件板或部件，看看是否會(huì)引起出錯(cuò)或停機(jī)故障。所謂“手壓”就是在故障出現(xiàn)時(shí)，關(guān)上電源后對(duì)插的部件和插頭和座重新用手壓牢，再開機(jī)試試是否會(huì)消除故障。如果發(fā)現(xiàn)敲打一下機(jī)殼正常，再敲打又不正常時(shí)，最好先將所有接頭重插牢再試，若傷腦筋不成功，只好另想辦法了。

　　2、觀察法

　　利用視覺、嗅覺、觸覺。某些時(shí)候，損壞了的元件會(huì)變色、起泡或出現(xiàn)燒焦的斑點(diǎn)；燒壞的器件會(huì)產(chǎn)生一些特殊的氣味；短路的芯片會(huì)發(fā)燙；用肉眼也能觀察到虛焊或脫焊處。

　　3、排除法

　　所謂的排除法是通過拔插機(jī)內(nèi)一些插件板、器件來判斷故障原因的方法。當(dāng)拔除某一插件板或器件后儀表恢復(fù)正常，就說明故障發(fā)生在那里。

　　4、替換法

　　要求有兩臺(tái)同型號(hào)的儀器或有足夠的備件。將一個(gè)好的備品與故障機(jī)上的同一元器件進(jìn)行替換，看故障是否消除。

　　5、對(duì)比法

　　要求有兩臺(tái)同型號(hào)的儀表，并有一臺(tái)是正常運(yùn)行的。使用這種方法還要具備必要的設(shè)備，例如，萬用表、示波器等。按比較的性質(zhì)分有，電壓比較、波形比較、靜態(tài)阻抗比較、輸出結(jié)果比較、電流比較等。

　　具體方法是：讓有故障的儀表和正常儀表在相同情況下運(yùn)行，而后檢測一些點(diǎn)的信號(hào)再比較所測的兩組信號(hào)，若有不同，則可以斷定故障出在這里。這種方法要求維修人員具有相當(dāng)?shù)闹R(shí)和技能。

　　6、升降溫法

　　有時(shí)，儀表工作較長時(shí)間，或在夏季工作環(huán)境溫度較高時(shí)就會(huì)出現(xiàn)故障，關(guān)機(jī)檢查正常，停一段時(shí)間再開機(jī)又正常，過一會(huì)兒又出現(xiàn)故障。這種現(xiàn)象是由于個(gè)別IC或元器件性能差，高溫特性參數(shù)達(dá)不到指標(biāo)要求所致。為了找出故障原因，可采用升降溫法。

　　所謂降溫，就是在故障出現(xiàn)時(shí)，用棉纖將無水酒精在可能出故障的部位抹擦，使其降溫，觀察故障是否消除。所謂升溫就是人為地將環(huán)境溫度升高，比如用電烙鐵放近有疑點(diǎn)的部位（注意切不可將溫度升得太高以致?lián)p壞正常器件）試看故障是否出現(xiàn)。

　　7、騎肩法

　　騎肩法也稱并聯(lián)法。把一塊好的IC芯片安在要檢查的芯片之上，或者把好的元器件（電阻電容、二極管、三極管等）與要檢查的元器件并聯(lián)，保持良好接觸，如果故障出自于器件內(nèi)部開路或接觸不良等原因，則采用這種方法可以排除。

　　8、電容旁路法

　　當(dāng)某一電路產(chǎn)生比較奇怪的現(xiàn)象，例如顯示器混亂時(shí)，可以用電容旁路法確定大概出故障的電路部分。將電容跨接在IC的電源和地端；對(duì)晶體管電路跨接在基極輸入端或集電極輸出端，觀察對(duì)故障現(xiàn)象的影響。如果電容旁路輸入端無效而旁路它的輸出端時(shí)故障現(xiàn)象消失，則確定故障就出現(xiàn)在這一級(jí)電路中。

　　9、狀態(tài)調(diào)整法

　　一般來說，在故障未確定前，不要隨便觸動(dòng)電路中的元器件，特別是可調(diào)整式器件更是如此，例電位器等。但是如果事先采取復(fù)參考措施（例如，在未觸動(dòng)前先做好位置記號(hào)或測出電壓值或電阻值等），必要時(shí)還是允許觸動(dòng)的。也許改變之后有時(shí)故障會(huì)消除。

　　10、隔離法

　　故障隔離法不需要相同型號(hào)的設(shè)備或備件作比較，而且安全可靠。根據(jù)故障檢測流程圖，分割包圍逐步縮小故障搜索范圍，再配合信號(hào)對(duì)比、部件交換等方法，一般會(huì)很快查到故障之所在。

　　二、電子秤傳感器常見問題維護(hù)

　　目前在國內(nèi)的電子秤傳感器常見問題維護(hù)是根據(jù)大多采用電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理，其應(yīng)用也越來越普遍電子秤具有稱量快速、顯示直觀、不易磨損等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸取代機(jī)械秤。電子秤主要有承重傳力系統(tǒng)、稱重傳感器和顯示儀表組成。常用的電阻應(yīng)變式稱重傳感器的工作原理是彈性體在外力的作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片也隨同發(fā)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值發(fā)生變化，由于應(yīng)變片是連接成平衡電橋式的，應(yīng)變片電阻值的變化會(huì)引起電橋的不平衡，從面輸出信號(hào)，這樣就完成了將外力變換為信號(hào)的過程。

　　電子秤出現(xiàn)以下幾種現(xiàn)象，需懷疑是稱重傳感器的故障：

　?。?）電子秤不顯示零，顯示屏不斷閃爍。

　?。?）電子秤顯示零以后，在加放砝碼，不顯示稱量數(shù)字。

　?。?）電子秤稱量不準(zhǔn)確，顯示的稱量數(shù)字與加放的砝碼數(shù)量不一致。

　　（4）電子秤重復(fù)性不好，加放同一砝碼，有時(shí)稱量準(zhǔn)確，有時(shí)稱量不準(zhǔn)確。

　?。?）電子秤空載或加載時(shí)，顯示的數(shù)字不穩(wěn)定，漂移或者跳變。

　　這幾種現(xiàn)象都有可能是稱重傳感器的故障。如果能夠準(zhǔn)確判斷出故障是在傳感器，這樣就能大大提高工作效率，加快電子秤修理的速度。將需要判斷的傳感器從系統(tǒng)中單獨(dú)摘除，分別測量輸入阻抗、輸出阻抗。輸入阻抗正常值為380Ω，輸出阻抗正常值為350Ω，如果測量數(shù)據(jù)不在此范圍內(nèi)，該傳感器已經(jīng)損壞。如輸入阻抗、輸出阻抗有斷路，可先檢查傳感器信號(hào)電纜有無斷開的地方，當(dāng)信號(hào)電纜完好時(shí)，則為傳感器應(yīng)變片被燒毀，通常是因?yàn)橛写箅娏鬟M(jìn)入傳感器造成的。當(dāng)測量輸入阻抗、輸出阻抗阻值不穩(wěn)定時(shí)，可能為信號(hào)線絕緣層破裂，絕緣性能下降，或傳感器受潮，使橋路同彈性體絕緣不好。傳感器的零點(diǎn)輸出信號(hào)值，一般在（-3mv～2mv）之間。如果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出此標(biāo)準(zhǔn)范圍，可能是傳感器使用中過載而造成彈性體塑性變形，使傳感器無法使用。如無零點(diǎn)信號(hào)或零點(diǎn)輸出信號(hào)很小，可能為稱重傳感器內(nèi)的應(yīng)變片已從彈性體上脫落或有支撐物支撐秤體造成。

　　三、利用熱電偶和ADC實(shí)現(xiàn)高精度溫度測量

　　熱電偶廣泛用于各種溫度檢測。熱電偶設(shè)計(jì)的最新進(jìn)展，以及新標(biāo)準(zhǔn)和算法的出現(xiàn)，大大擴(kuò)展了工作溫度范圍和精度。目前，溫度檢測可以在-270°C至+1750°C寬范圍內(nèi)達(dá)到±0.1°C的精度。為充分發(fā)揮新型熱電偶能力，需要高分辨率熱電偶溫度測量系統(tǒng)。能夠分辨極小電壓的低噪聲、24位、Σ-Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）非常適合這項(xiàng)任務(wù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）采用24位ADC評(píng)估（EV）板，熱電偶能夠在很寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度測量。熱電偶、鉑電阻溫度檢測器（PRTD）和ADC相結(jié)合，可構(gòu)成高性能溫度測量系統(tǒng)。采用低成本、低功耗ADC的DAS系統(tǒng)，可理想滿足便攜式檢測的應(yīng)用需求。

　　熱電偶入門

　　托馬斯?塞貝克在1822年發(fā)現(xiàn)了熱電偶原理。熱電偶是一種簡單的溫度測量裝置，由兩種不同金屬（金屬1和金屬2）組成（圖1）。塞貝克發(fā)現(xiàn)不同的金屬將產(chǎn)生不同的、與溫度梯度有關(guān)的電勢。如果這些金屬焊接在一起構(gòu)成溫度傳感器結(jié)（TJUNC，也稱為溫度結(jié)），另一端未連接的差分結(jié)（TCOLD，作為恒溫參考端）上將呈現(xiàn)出電壓，VOUT，該電壓與焊接結(jié)的溫度成正比。從而使熱電偶輸出隨溫度變化的電壓/電荷，無需任何電壓或電流激勵(lì)。

　　圖1. 熱電偶簡化電路

　　VOUT溫差（TJUNC - TCOLD）是金屬1及金屬2的金屬類型的函數(shù)。該函數(shù)在美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST） ITS-90熱電偶數(shù)據(jù)庫［1］中嚴(yán)格定義，覆蓋了絕大多數(shù)實(shí)用金屬1和金屬2組合。利用該數(shù)據(jù)庫，可根據(jù)VOUT測量值計(jì)算相對(duì)溫度TJUNC。然而，由于熱電偶以差分方式測量TJUNC，為了確定溫度結(jié)的實(shí)測溫度，就必須知道冷端絕對(duì)溫度（單位為°C、°F或K）。所有現(xiàn)代熱電偶系統(tǒng)都利用另一絕對(duì)溫度傳感器（PRTD、硅傳感器等）精密測量冷端溫度，并進(jìn)行數(shù)學(xué)補(bǔ)償。

　　圖1所示熱電偶簡化電路的溫度公式為：

　　Tabs = TJUNC + TCOLD（式1）

　　式中：

　　Tabs為溫度結(jié)的絕對(duì)溫度；

　　TJUNC為溫度結(jié)與基準(zhǔn)冷端的相對(duì)溫度；

　　TCOLD為冷端參考端的絕對(duì)溫度。

　　熱電偶的類型各種各樣，但是針對(duì)具體的工業(yè)或醫(yī)療環(huán)境可以選擇最適合的異金屬對(duì)兒。這些金屬和/或合金組合被NIST及國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化，簡寫為E、J、T、K、N、B、S、R等。NIST和IEC為常見的熱電偶類型提供了熱電偶參考表［1］。

　　NIST和IEC還為每種熱電偶類型開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型。這些冪級(jí)數(shù)模型采用獨(dú)特的系數(shù)組合，每種熱電偶類型及不同溫度范圍的系數(shù)都不同［1］。

　　表1所示為部分常見熱電偶類型（J、K、E和S）的例子。

　　表1. 常見的熱電偶類型 Thermocouple TypePositive ConductorNegative ConductorTemperature Range （°C）Seebeck Coefficient at +20°C

　　JChromelConstantan0 to 76051μV/°C

　　KChromelAlumel-200 to +137041μV/°C

　　EChromelConstantan-100 to +100062μV/°C

　　SPlatinum （10% Rhodium）Rhodium0 to 17507μV/°C

　　J型熱電偶具有相對(duì)較高的塞貝克系數(shù)、高精度和低成本，應(yīng)用廣泛。這些熱電偶使用相對(duì)簡單的線性化算法，即可達(dá)到±0.1°C的測量精度。

　　K型熱電偶覆蓋的溫度范圍寬，在工業(yè)測量領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。這些熱電偶具有適中的高塞貝克系數(shù)、低成本及良好的抗氧化性。K型熱電偶的精度高達(dá)±0.1°C。

　　E型熱電偶的應(yīng)用沒有其它類型熱電偶普及。然而，這組熱電偶的塞貝克系數(shù)最高。E型熱電偶所需的測量分辨率低于其它類型。E型熱電偶的測量精度可達(dá)到±0.5°C，需要的線性化計(jì)算方法相對(duì)復(fù)雜。

　　S型熱電偶由鉑和銠組成，這對(duì)組合能夠在非常高的氧化環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可復(fù)現(xiàn)的測量。S型熱電偶的塞貝克系數(shù)較低，成本相對(duì)較高。S型熱電偶的測量精度可達(dá)到±1°C，需要的線性化算法相對(duì)復(fù)雜。