智能化儀表的常見故障檢修方法 - 全文

　　同其他儀表設(shè)備一樣，智能儀表在使用過程中也可能會出現(xiàn)故障甚至損壞，一旦產(chǎn)生這樣的問題，應(yīng)該盡快予以解決并使儀表能夠恢復(fù)正常工作。當(dāng)然，智能儀表中由于引入了微型計算機(jī)后，雖然儀表的功能大大加強，但也給診斷故障和排除故障（其中包括微型計算機(jī)硬件及軟件的故障診斷與處理）增加了一定的困難。這就要求智能儀表的使用、維護(hù)人員必須具備一定的智能化設(shè)備的故障診斷、檢修及維護(hù)的知識。

　　一、常見故障類型

　　智能儀表的故障類型一般可分為硬件故障和軟件故障兩大類。

　　1.常見的硬件故障

　?。?）邏輯錯誤

　　儀表硬件的邏輯錯誤通常是由于設(shè)計錯誤、加工過程中工藝性錯誤或使用中其他因素所造成的。這類錯誤主要包括：錯線、開路、短路、相位出錯等幾種情況，其中短路是最常見的也較難排除的故障。智能儀表在結(jié)構(gòu)設(shè)計上往往要求體積小，從而使印刷電路板的布線密度高，使用中異物等常常造成引線之間的短路而引起故障。開路故障則常常是由于印刷電路板的金屬化孔質(zhì)量不好，或接插件接觸不良所造成的。

　?。?）元器件失效

　　元器件失效的原因主要有兩個方面：一是元器件本身已損壞或性能差，諸如：電阻、電容的型號、參數(shù)不正確，集成電路已損壞，器件的速度、功耗等技術(shù)參數(shù)不符合要求等；二是由于組裝原因造成的元器件失效，如：電容、二極管、三極管的極性錯誤，集成塊的方向安裝錯誤等。

　?。?）可靠性差

　　系統(tǒng)不可靠的因素很多，例如：金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時好時壞，經(jīng)不起振動；內(nèi)部和外部的干擾、電源的紋波系數(shù)過大、器件負(fù)載過大等都會造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等情況也會引起系統(tǒng)可靠性差。

　?。?）電源故障

　　若智能儀表存在電源故障，則通電后，將造成器件損壞。電源的故障包括：電壓值不符合設(shè)計要求；電源引出線和插座不對應(yīng)；各檔電源之間短路；變壓器功率不足，內(nèi)阻大，負(fù)載能力差等。

　　2.常見的軟件故障

　?。?）程序失控

　　這種故障現(xiàn)象是以斷點連續(xù)方式運行時，目標(biāo)系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么結(jié)果也沒有。這是由于程序轉(zhuǎn)移到?jīng)]有預(yù)料到的地方或在某處循環(huán)所造成的。這類錯誤產(chǎn)生的原因有：程序中轉(zhuǎn)移地址計算有誤、工作寄存器沖突等。在采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)時，錯誤可能在操作系統(tǒng)中，沒有完成正確的任務(wù)調(diào)度操作；也可能在高優(yōu)先級任務(wù)程序中，CPU在出現(xiàn)死循外。

　　（2）中斷錯誤

　?、俨豁憫?yīng)中斷。CPU 不響應(yīng)任何中斷或不響應(yīng)某一個中斷。這種錯誤的現(xiàn)象是連續(xù)運行時不執(zhí)行中斷服務(wù)程序的規(guī)定操作。當(dāng)斷點設(shè)在中斷入口或中斷服務(wù)程序中時反而碰不到斷點。造成錯誤的原因有：中斷控制寄存器（1E、IP）初值設(shè)置不正確，使CPU 沒有開放中斷或不允許某個中斷源請求；對片內(nèi)的定時器、串行口等特殊功能寄存器的擴(kuò)展I/O 口編程有錯誤，造成中斷沒有被激活；某一中斷服務(wù)程序不是以RETI 指令作為返回主程序的指令，CPU 雖已返回到主程序，但內(nèi)部中斷狀態(tài)寄存器沒有被清除，從而不響應(yīng)中斷；由于外部中斷的硬件故障使外部中斷請求失效。

　?、谘h(huán)響應(yīng)中斷。這種故障是CPU 循環(huán)地響應(yīng)某一個中斷，使CPU 不能正常地執(zhí)行主程序或其他的中斷服務(wù)程序。這種錯誤大多發(fā)生在外部中斷中。若外部中斷以電平觸發(fā)方式請求中斷，那么當(dāng)中斷服務(wù)程序沒有有效清除外部中斷源（例如，8251 的發(fā)送中斷和接收中斷在8251 受到干擾時，不能被清除）時，或由于硬件故障使得中斷一直有效，此時CPU 將連續(xù)響應(yīng)該中斷。

　?。?）輸入/ 輸出錯誤。這類錯誤包括輸入操作雜亂無章或根本不動作。錯誤的原因有：輸出程序沒有和I／O 硬件協(xié)調(diào)好（如地址錯誤、寫入的控制字和規(guī)定的I／O 操作不一致等）；時間上沒有同步；硬件中還存在故障等。

　　總之，軟件故障相對比較隱蔽，容易被忽視，查找起來一般很困難，通常需要測試者具有豐富的實際經(jīng)驗。

　　二、故障診斷的基本方法

　　由于微處理器引入到儀表中，使智能儀表的功能大大增強，同時也給診斷故障和排除故障增加了困難。首先，判斷出儀表故障屬于軟件故障還是硬件故障就比較困難，這項工作要求維修人員具有豐富的微處理器硬件知識和一定的軟件編程技術(shù)才能正確判斷故障的原因，并迅速排除。

　　雖然利用自診斷程序可以進(jìn)行故障的定位，但是，任何診斷程序都要在一定的環(huán)境下運行，如電源、微處理器工作正常等環(huán)境。當(dāng)系統(tǒng)的故障已經(jīng)破壞了這個環(huán)境，自診斷程序本身都無法運行時，診斷故障自然就無能為力了；另外，診斷程序所列出的結(jié)果有時并不是惟一的，不能定位在哪一具體部位或芯片上。因此，必要時還應(yīng)輔以人工診斷才能奏效。下面介紹一些診斷故障的基本方法。

　　1.敲擊與手壓法

　　儀表使用時，經(jīng)常會遇到儀表運行時好時壞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象大多數(shù)是由于接觸不良或虛焊造成的，對于這種情況可以采用“敲擊與手壓法”。

　　所謂敲擊，就是對可能產(chǎn)生故障的部位，通過橡皮榔頭或其他敲擊物輕輕敲打插件板或部件，看看是否會引起出錯或停機(jī)故障。所謂手壓，就是在故障出現(xiàn)時，關(guān)上電源后，對插接的部件和插頭插座重新用手壓牢，再開機(jī)試試是否會消除故障。如果發(fā)現(xiàn)敲打一下機(jī)殼正常，最好先將所有接插頭重新插牢再試；如果手壓后儀表正常，則將所壓部件或插頭的接觸故障排除后再試；若上述方法仍不成功，則選用其他辦法。

　　2. 利用感覺法

　　這種方法是利用視覺、嗅覺和觸覺發(fā)現(xiàn)故障并確定故障的部位。某些時候，損壞了的元器件會變色、起泡或出現(xiàn)燒焦的斑點；燒壞的器件會產(chǎn)生一些特殊的氣味；出故障的芯片會變得很燙。

　　另外，有時用肉眼也可以觀察到虛焊或脫焊處。

　　3. 拔插法

　　所謂“拔插法”，是通過拔插智能儀表機(jī)內(nèi)一些插件板、器件來判斷故障原因的方法。如果拔除某一插件或器件后，儀表恢復(fù)正常，則就說明故障發(fā)生在這里。

　　4. 元器件交換試探法

　　這種方法要求有兩臺同型號的儀表或有足夠的備件。將一個好的備品與故障機(jī)上的同一元器件進(jìn)行替換，查看故障是否消除，以找出故障器件或故障插件板。

　　5. 信號對比法

　　這種方法也要求有兩臺同型號的儀表，其中有一臺必須是正常運行的。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)可將其分為電壓比較、波形比較、靜態(tài)電阻比較、輸出結(jié)果比較、電流比較等。

　　具體的做法是：讓有故障的儀表和正常的儀表在相同情況下運行，而后檢測一些點的信號，再比較所測的兩組信號。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和技能。

　　6. 升降溫法

　　有時，儀表工作時間較長或在夏季工作環(huán)境溫度較高時就會出現(xiàn)故障。關(guān)機(jī)檢查時正常，停一段時間再開機(jī)也正常，但是過一會兒又出現(xiàn)故障，這種故障是由于個別集成電路或元器件性能差，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，可以采用升降溫方法。

　　所謂降溫，就是在故障出現(xiàn)時，用棉簽將無水乙醇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，就是人為地把環(huán)境溫度升高，比如將加熱的電烙鐵靠近有疑點的部位（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”。把一塊好的集成電路芯片安裝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)，保持良好的接觸。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，例如顯示器上顯示混亂時，可以用“電容旁路法”確定有問題的電路部分。例如，將電容跨接在集成電路的電源和地端；將晶體管電路跨接在基極輸入端或集電極輸出端，觀察對故障現(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，故障現(xiàn)象消失，則問題就出現(xiàn)在這一級電路中。

　　9. 改變原狀態(tài)法

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

　　10. 故障隔離法

　　“故障隔離法”不需要相同型號的設(shè)備或備件做比較，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，再配合信號對比、部件交換等方法，一般會很快查到故障所在。

　　11. 使用工具診斷法

　　利用維修工具和測試設(shè)備對集成電路芯片、電阻、電容、二極管、三極管、晶閘管等元器件進(jìn)行測試、分析、判斷。測試觀察的內(nèi)容主要是：信號波形、電流、電壓、頻率、相位等參數(shù)，根據(jù)這些所得信息進(jìn)行故障診斷。

　　12. 直接經(jīng)驗法

　　維修人員經(jīng)過一定時間的維護(hù)實踐，對于所使用的儀表系統(tǒng)已比較熟悉，積累了豐富的經(jīng)驗，清楚什么部位有什么特征，什么是正?，F(xiàn)象，什么是異常現(xiàn)象。

　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，常常可用直接觀察的方法，憑借維修經(jīng)驗，找出故障并迅速排除。

　　13. 軟件診斷法

　　“軟件診斷法”也是智能儀表的一種有效的故障診斷方法。通常智能儀表都是具有故障自動診斷功能，這是由預(yù)先編制的軟件程序?qū)崿F(xiàn)的。

　　三、故障的處理方法

　　上面介紹了故障診斷的一些方法，但診斷出故障的準(zhǔn)確部位只能說是完成了維修工作的一大部分，剩下的10％的任務(wù)是修理工作。即便是這一小部分工作，如果不加以重視，也會達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)甚至是功虧一簣。本文主要介紹一些智能儀表修理方面的知識，這些知識對于任何電子產(chǎn)品的修理也是適用的。

　　1. 去除被替換元器件

　　如果已經(jīng)診斷出某個元器件已經(jīng)損壞，或者懷疑它有問題，就要把它從原位置上取下來。這一工作對于兩個接線端或者帶插座的集成電路是比較容易的，但是對于那些直接焊接在印刷電路板上的集成電路芯片或者多頭的元器件，如三極管、繼電器、電阻排等，就絕非易事。要拆除這類元器件一般可用下面幾種方法。

　?。?）使用“塑料吸管”，也就是不帶電烙鐵的吸錫器。使用過程是：先用電烙鐵加熱要去除的焊錫，直到熔化，然后把真空吸管對準(zhǔn)熱的焊錫，快速移去烙鐵，同時放松真空泵上的彈簧，這樣就能把焊錫吸到管內(nèi)的一個存放室。

　?。?）采用獸醫(yī)用的大號注射針頭將其磨平后，一邊用烙鐵加熱焊錫使其熔化，一邊快速將針頭套住端子插下去，使焊錫與端子分離。

　?。?）先用一根銅絲束帶與焊錫相接觸，然后加熱焊點附近處的銅束，銅束很快升溫，并且把熱量傳給焊錫，焊錫就熔化，在毛細(xì)作用下進(jìn)入銅絲束帶，焊錫被吸走。

　?。?）采用一種叫做“起出器”和“熔焊頭”的專用工具。要焊下芯片時，只要把這個“起出器”插在芯片上，同時用“熔焊頭”在印刷板的背面加熱，待焊錫全部熔化后，壓下“起出器”上方的按鈕，這時彈簧片對芯片產(chǎn)生一個向上的彈力，芯片就會彈起，脫離電路板。

　　2. 去除焊接殘留物

　　取出元器件后，電路板孔中不可避免地還有殘留的焊錫。這時可以先加熱使其熔化，然后快速地將牙簽或小鐵釘插入孔中待焊錫冷卻后拔出，這樣就能使孔保持敞開，以便以后再插入元器件。去除堵在焊孔中的焊錫的另一種方法是：使用微型鉆頭把焊孔鉆通，但采用這種方法時，一定要把鉆孔產(chǎn)生的碎屑全部清除干凈?？梢杂梅糯箸R來進(jìn)行仔細(xì)檢查。

　　3. 修理電路板

　　在焊上新元件以前，先要檢查一下有沒有與電路板脫離了的導(dǎo)線或焊片。如果導(dǎo)線斷了，則應(yīng)重新焊接使導(dǎo)線連上，可使用18# 或20# 導(dǎo)線。最好使用背面有粘著劑的印刷線重新貼在損壞的地方，刮去新印刷線兩端表面的氧化層，使它能與老的線路相焊接，再把多余的錫粒全部掃清，鉆通所有被垃圾填沒的引線端子孔。

　　4. 檢查替換的元器件

　　在焊接以前先檢查一下替換的元器件是很有必要的。這就需要維修人員具有較高的理論知識和測試技術(shù)，借助于常用的測試儀表對電阻、電容、二極管、三極管、集成電路芯片等進(jìn)行測試判斷。

　　也可采用更簡單的辦法，把芯片和其他元器件的端子插到對應(yīng)的焊孔中去，并且用牙簽塞緊，然后上電。如果功能正常，就可以拔去牙簽，焊上元件。

　　5. 焊接

　　毫無疑問，手工焊接是電子維修中最不引起重視、最容易操作失誤的一項工作。許多人不但焊接技術(shù)差，而且烙鐵也經(jīng)常用錯。焊接不是僅僅簡單地把兩種金屬連在一起，它的正確意義是：把兩種金屬熔化并組合成一種像機(jī)械連接在一起的、牢靠的電氣連接。在這一過程中對時間和溫度的要求很嚴(yán)，在正確使用烙鐵時，手工焊接通常在1.5 s 或更短的時間內(nèi)完成。

　　為了清潔焊接處的油膩、灰塵或氧化層，應(yīng)該使用品質(zhì)良好的清潔助焊劑。焊接成功的關(guān)鍵是電烙鐵。要選擇一把工作溫度與要修理的電路板相適應(yīng)的烙鐵，功率太低或太高的電烙鐵都是不正確的。烙鐵頭應(yīng)該盡可能大些，但要比被焊的元件稍小。為了使烙鐵頭不被氧化腐蝕，在使用過程中隨時給焊頭燙上一層錫，這樣既可以使熱傳導(dǎo)加快，同時也避免其被氧化。用舊了的焊頭總是發(fā)黑而骯臟的，并有被腐蝕的凹坑，它的導(dǎo)熱性能不那么好，應(yīng)該用砂紙進(jìn)行摩擦后，重新燙上錫，就能再次使用。

　　在焊頭還未冷卻時，用濕海綿進(jìn)行拭擦，這是一種錯誤的方法，這樣會擦去其保護(hù)層，從而使焊頭表面暴露在空氣中受到氧化。最好的方法是燙上一些新的錫。

　　6. 調(diào)試

　　修理完畢后，應(yīng)該對某些參數(shù)重新調(diào)試并試運行，使得維修后，儀表的性能指標(biāo)和原來的產(chǎn)品一致。

　　只有這樣，整個維修任務(wù)才算完成，否則就得重新維修。