精密大型儀器故障診斷

李慶勇 王洪君

（山東大學(xué) 山東省濟(jì)南市 250100）

所謂的精密大型儀器，主要是指用于微觀結(jié)構(gòu)研究、宏觀性能研究、工藝或功能模擬實(shí)驗(yàn)和化學(xué)成分分析的大型儀器。這些精密大型儀器中，大部分是從國(guó)外引進(jìn)的，例如，顯微拉曼光譜儀、四級(jí)桿高分辨質(zhì)譜儀從美國(guó)進(jìn)口的；也有國(guó)產(chǎn)的高真空高溫?zé)Y(jié)爐等，這些大型的精密儀器非常重要，是科研攻關(guān)、技術(shù)研究及現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)不可或缺的重要工具和手段，要增強(qiáng)綜合實(shí)力，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的“秘密武器”。

1 簡(jiǎn)述精密大型儀器故障診斷

精密的大型儀器在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的磨損，經(jīng)常會(huì)發(fā)生故障，影響正常的使用。為了不影響設(shè)備正常使用，掌握一定的故障診斷方法和維修方法是非常有必要的，保障這些精密儀器能夠在盡量短的時(shí)間內(nèi)找到故障原因，實(shí)施高效的維修，保障儀器盡快恢復(fù)運(yùn)行。在日常的工作中，要加強(qiáng)對(duì)大型精密儀器的故障診斷和維修經(jīng)驗(yàn)的積累和研究，為設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)保駕護(hù)航。

故障診斷，主要是指儀器不能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作，表現(xiàn)出一些異常狀況，技術(shù)人員憑借專業(yè)知識(shí)、工作經(jīng)驗(yàn)，及一些技術(shù)手段查找故障發(fā)生原因，以便進(jìn)行有針對(duì)性的維修。精密大型儀器故障診斷過程，就是精密大型儀器不能正常的工作和運(yùn)轉(zhuǎn)了，儀器維修技術(shù)人員通過觀察和檢測(cè)儀器的異常狀態(tài)，憑借專業(yè)知識(shí)和豐富經(jīng)驗(yàn)，加之運(yùn)用技術(shù)檢測(cè)手段，從而對(duì)精密儀器發(fā)生異常狀況的原因進(jìn)行確認(rèn)，并針對(duì)故障原因采取相應(yīng)的維修措施和維修方法，保障精密大型儀器能夠再次的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，發(fā)揮其重要的作用。在實(shí)踐中，與維修其他的普通儀器不同，維修精密大型儀器對(duì)維修技術(shù)人員的綜合能力要求較高，不僅需要熟悉掌握精密大型儀器的工作原理和結(jié)構(gòu)組成，還要精通電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、自動(dòng)化、液壓、機(jī)械、網(wǎng)絡(luò)通信、物理學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)及電學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，能夠熟練運(yùn)用這些知識(shí)參與到精密大型儀器的故障診斷和維修工作中，采用正確的方法，保障診斷和維修的效率和質(zhì)量。

2 精密大型儀器故障診斷與維修的方法

精密大型儀器的故障診斷與維修方法，主要是指儀器發(fā)生故障時(shí)的狀態(tài)，與正常信息相比較，經(jīng)過細(xì)心的分析和研究，獲得精密儀器發(fā)生故障的真正原因，并找到對(duì)應(yīng)的維修方法。實(shí)踐中，精密大型儀器的故障診斷和維修方法主要包括外觀檢查法、狀態(tài)參數(shù)比較法、同種儀器比較法、軟件診斷法、信號(hào)跟蹤法、測(cè)量分析法。

2.1 外觀檢查法分析

此種方法主要是運(yùn)用眼睛觀察、耳朵聽聲音、鼻子聞氣味及雙手摸儀器等方法進(jìn)行檢查故障的方法。這種檢查方法主要用于外觀上存在的一些小故障，例如，用眼睛觀察有無(wú)冒火花、冒煙兒等現(xiàn)象，元器件是不是已經(jīng)斷開，接頭是否已經(jīng)松動(dòng)，焊接的地方是不是已經(jīng)斷開；用耳朵細(xì)聽儀器開動(dòng)的時(shí)候是否有異常響動(dòng)；用鼻子聞一聞，是否能夠聞到燒焦或者臭氧的味道；用手摸一摸元器件，是否存在有發(fā)燙的感覺等。

圖1

圖2

這是最簡(jiǎn)單的一種診斷方法，基本都是通過感官進(jìn)行故障發(fā)生狀態(tài)的確定。但是，如果精密大型儀器發(fā)生故障的部位有明顯的燒焦的狀況，要認(rèn)真找出真正的故障原因，然后再?zèng)Q定更換線路板或者是元器件等，這樣做，可以及時(shí)的杜絕發(fā)生二次燒焦或者故障擴(kuò)大的情況發(fā)生，保障精密大型儀器的安全。例如，四級(jí)桿高分辨質(zhì)譜儀lens 電源診斷和維修。在使用過程中，出現(xiàn)了這樣的狀況：質(zhì)譜儀離子透鏡高壓反饋值過低，質(zhì)譜無(wú)法正常啟動(dòng)。工程師現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)lens 高電壓加不上，其他電壓正常，可以聞到一股電子元器件被燒焦的味道。既然存在刺鼻的燒焦氣味，首先考慮的是可能有元器件被燒了。經(jīng)過相關(guān)部分的拆卸，事實(shí)證明，最初的懷疑是正確的，原來(lái)是電源模塊的整流濾波電容和開關(guān)控制管出現(xiàn)了問題。技術(shù)維修人員果斷采取了更換同款規(guī)格元器件的維修措施，但是儀器并沒有因此而恢復(fù)正常，異常狀態(tài)依然存在。最終，技術(shù)人員又發(fā)現(xiàn)，交流穩(wěn)壓電源內(nèi)部整流濾波電容也出現(xiàn)了燒焦的狀況，影響了電容的使用性能，最終導(dǎo)致整個(gè)精密大型儀器的受到影響，不能正常工作。真正的故障原因找到了，這時(shí)就要及時(shí)的采取維修措施，更換交流穩(wěn)壓電源內(nèi)部整流濾波電容后，整個(gè)精密大型儀器又恢復(fù)了正常的狀態(tài)，各項(xiàng)功能都比較穩(wěn)定。

2.2 狀態(tài)參數(shù)比較法分析

所謂的狀態(tài)參數(shù)比較法，指的就是通過與儀器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所顯示的全部正常參數(shù)進(jìn)行比較，根據(jù)對(duì)比中出現(xiàn)異常的數(shù)值。從而斷定發(fā)生故障部位的方法。精密大型儀器的這種故障診斷方法，要想真正發(fā)揮作用，非常重要的一點(diǎn)是，要對(duì)精密儀器的正常狀態(tài)下的各種參數(shù)做好備案，一旦儀器發(fā)生故障，要運(yùn)用到此診斷方法，就可以輕易的完成診斷過程，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的原因，進(jìn)而實(shí)施維修。

MULTIPAS 連續(xù)退火模擬器，在板帶連接上發(fā)揮作用。在開展淬火實(shí)驗(yàn)的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)釋放結(jié)構(gòu)不取橫梁的問題。參數(shù)比較的方法比較適用，一旦發(fā)現(xiàn)橫梁檢測(cè)傳感器不在正常的位置上，就要盡快調(diào)整其位置，保證其正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。至于故障發(fā)生的原因，需要綜合考慮。常態(tài)下，一旦發(fā)生橫梁下落的情況，控制系統(tǒng)就會(huì)接收到相應(yīng)的信息反饋，就會(huì)發(fā)出一定的指令，相應(yīng)的工作程序被啟動(dòng)橫梁會(huì)被很快取出。但是如果檢測(cè)傳感器位置出現(xiàn)了偏差，就算橫梁發(fā)生故障，傳感器就會(huì)喪失其功能，也就沒有檢測(cè)指令的傳輸，儀器的故障就發(fā)生了。

2.3 同種儀器比較法分析

所謂的同種儀器比較法，就是運(yùn)用兩臺(tái)一樣品牌、一樣型號(hào)的儀器對(duì)同一個(gè)地方進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果上存在的差異，這些差異很可能就是出故障的部分，經(jīng)過認(rèn)真分析，診斷出故障，并采取有效措施排除故障的方法。這樣的診斷方法比較特殊，最常用于那些精密儀器，沒有復(fù)雜的電路，也沒有現(xiàn)成的指標(biāo)使用。例如，Y-500拉力試驗(yàn)機(jī)經(jīng)常發(fā)生載荷零點(diǎn)、滿度都不受控制的故障，通常適用的方法就是同種儀器比較法，在發(fā)生故障的儀器上，載荷傳感器上的電壓出現(xiàn)了非正常的顯示，分別是+11VDC 和-11DVC，都不屬于正常的顯示值。在這條思路的指引下，終于發(fā)現(xiàn)運(yùn)算放大器HA4741-5 才是故障發(fā)生的罪魁禍?zhǔn)住Ｔ骷桓鼡Q以后，該精密儀器又恢復(fù)了正常工作，從而確定出故障的地方，就是運(yùn)算方法器HA4741-5 元器件。

2.4 測(cè)量分析法的分析

測(cè)量分析法，主要指的是利用常用的電子設(shè)備，對(duì)測(cè)量點(diǎn)的電壓、電流、電阻進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，并將結(jié)果與正常值進(jìn)行比對(duì)，一旦出現(xiàn)異常值，就要深究其原因并進(jìn)行維修。這種方法對(duì)專業(yè)知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)具有較高的要求，因此，此故障維修人員需要具備扎實(shí)的專業(yè)能力和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能運(yùn)用此方法，準(zhǔn)確的找出故障，并進(jìn)行相應(yīng)的維修工作。例如，針對(duì)DX41 能譜儀有計(jì)數(shù)但是不顯示譜圖的狀況，就可以運(yùn)用測(cè)量分析法來(lái)解決此故障。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，就要考慮從傳感器到計(jì)算機(jī)部位出現(xiàn)了故障，首先要核實(shí)前置放大器184 的輸出數(shù)值,并借助于FLUKE97 得出其輸出波形，一旦階梯波的變化范圍處于-0.8V 到+0.8V 之間，則能夠確定前置放大器184 處于正常的狀態(tài)。而后開始對(duì)主放大器板186 進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)電壓隨著普峰的向下漂移由-0.3V 逐漸變?yōu)?1.25V,而且在沒有普峰時(shí)保持-1.25V不變，最終確定186板上場(chǎng)效應(yīng)管Q2（2N4338）出現(xiàn)了故障，需要及時(shí)的更換，對(duì)放大器板186 進(jìn)行修復(fù)后，儀器的故障排除，能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)了。

2.5 替換法分析

所謂的替換法，主要是指針對(duì)精密儀器出現(xiàn)的故障狀態(tài)，而懷疑是某個(gè)元器件或者電路板出現(xiàn)了問題，這時(shí)用相應(yīng)的新件替換懷疑出問題的舊件，從而檢測(cè)出舊件是否真的出現(xiàn)了問題，影響了其使用性能。在使用此方法時(shí)，最重要的一點(diǎn)是，具備正常的可使用的電路板或者部件。用來(lái)替換的部件或者電路板來(lái)源主要有兩個(gè)，其一，是零件庫(kù)的備用件，其二，是精密儀器自身或者是同類型的儀器。在使用替換法的時(shí)候，是需要特別謹(jǐn)慎的，首先，確保元器件進(jìn)行替換是安全的、可行的，其次，要確保在替換元器件或者電路板的過程中，其他的電路板或者元器件對(duì)其不可能造成損壞的可能性，只有在保障電路板或者元器件的安全性，甚至是整個(gè)精密儀器的安全性的前提下，才可以采用這種方法進(jìn)行故障的診斷。例如，MULTIPAS 連續(xù)退火模擬器出現(xiàn)了制冷壓縮空氣閥門漏氣的情況，要對(duì)這個(gè)故障進(jìn)行診斷，就可以使用替換法。MULTIPAS 連續(xù)退火模擬器制冷壓縮空氣閥門主要分兩級(jí)，其中一個(gè)是電動(dòng)轉(zhuǎn)換器，負(fù)責(zé)將電動(dòng)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)控制；另一個(gè)是氣動(dòng)閥門。經(jīng)過仔細(xì)核查，確定右側(cè)的閥門已經(jīng)出現(xiàn)故障，存在漏氣現(xiàn)象。MULTIPAS連續(xù)退火模擬器具有兩個(gè)相同的制冷壓縮空氣閥門，兩者間可以進(jìn)行互相替換，不存在危險(xiǎn)性，儀器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是不受影響的，進(jìn)行替換后，最后確定為右側(cè)氣動(dòng)閥門故障。在拆除閥門的過程中，要對(duì)氣缸和閥芯進(jìn)行清潔，恢復(fù)了閥門的正常工作，故障也是順應(yīng)的排除了，儀器也可以正常工作了。

2.6 軟件診斷法分析

實(shí)踐中，很多的精密大型儀器都具有自診斷程序，通過該程序可以準(zhǔn)確的診斷出儀器出故障的部位及原因。與此同時(shí)，也有些精密大型儀器的自診斷程序具有一定的使用限制，或者對(duì)用戶開放限制性的權(quán)限，或者干脆不對(duì)儀器的用戶開放該功能，這就給精密大型儀器的故障排查造成了很多的不便和麻煩。在實(shí)踐中，很多精密大型儀器的軟件診斷并不是非常準(zhǔn)確的，它只提供給技術(shù)維修人員故障發(fā)生的可能原因，要找出具體的故障發(fā)生原因，還需要儀器的維修專業(yè)人員進(jìn)行實(shí)地的觀察和研究分析，運(yùn)用自己專業(yè)的知識(shí)技能和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用適當(dāng)?shù)木S修辦法，才能對(duì)故障原因進(jìn)行準(zhǔn)確的把握，順利的維修，恢復(fù)儀器的正常工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在國(guó)家的生產(chǎn)和科研工作中，經(jīng)常要用到一些精密大型的儀器，這些儀器的用途往往非常重要，發(fā)揮著重要的作用。一旦發(fā)生故障，不能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，將給企業(yè)或者科研單位的正常運(yùn)行造成一定的消極影響。因此，對(duì)這些發(fā)生故障的精密大型儀器進(jìn)行故障診斷和維修是必需的，而對(duì)維修人員來(lái)說，在故障診斷和維修過程中，準(zhǔn)確的診斷出故障，并采用適當(dāng)?shù)木S修方法是非常關(guān)鍵、重要的。