淺談現代電子測量儀器的故障與維修

孫夢翔

（寧波市計量測試研究院 國家磁性材料產業計量測試中心，浙江寧波 315048）

0 引言

要有效服務、支撐和解決各行各業發展中的科學測試需求，配置現代電子測量儀器是必不可少的。電子測量儀器雖然故障率不高，但一旦發生故障，往往很難及時排除。如果儀器出現“異常”立即報修，若發現不是儀器本身的問題，將產生不必要的費用，也給供需雙方增添麻煩。特別是保修期后的儀器出現故障，在維修力量薄弱及維修條件不足的情況下，只能先將儀器擱置起來。后又因種種原因儀器無法修復，往往造成很大的經濟損失。當前儀器供應商普遍不提供儀器電路圖等維修資料，而且儀器內部線路復雜，集成電路與貼片電子元件布置密集，不可輕易對儀器進行深度拆卸修理，因此，要積極聯系原廠維修人員，慎重仔細地判斷分析故障現象，以免造成不必要的故障擴大與維修費用的增加。電子設備都有著容易發生故障的薄弱部分，用戶自己動手維修應著重關注常見故障，如電源部分、輸入電路、連接器件等，這些故障的發生率并不低。若能及時消除此類故障，有效恢復儀器的測量功能，對于保持儀器的測量能力具有重要意義。

1 電源部分

電源是電子測量儀器的動力，電源輸出是否穩定將直接影響到整機的性能。電源部分一般配有共模電感濾波器、濾波電容及電壓調整管等器件。電源工作時溫度較高，關機時又趨于常溫，因此，容易引起電源附近器件的忽冷忽熱，加速器件老化。電源又與電網相連，若電網受雷擊及大荷載突變的影響，導致電壓瞬間波動、電壓跌落、短時中斷等現象的發生，都可能引起電源故障。例如某價格200 余萬元的進口高性能測試儀，儀器啟動正常，加載過程中發出輕度異響，并停止加載自動進程，此時指針式電壓表指示的輸出直流電壓在1100 V 左右，而技術要求充電直流電壓要達到2000 V。由于該設備過了保修期，國內還沒有售后維修服務點，要是請原廠技術人員上門維修，費用肯定不低，其他事務也較為麻煩，決定聯絡原廠技術人員，在遠程指導下自已動手解決。打開立式機箱，在發出噪聲處附近可見兩個相對獨立安裝的功能模塊，經型號查詢一個是硅堆，另一個是控制放大器，在硅堆下方有一只接觸器，初步判斷這些器件與故障的相關性較大。購置原型號接觸器BF2510A230 一只，置換后故障未能排除。為了加快維修進度，同時網購原型號雙晶閘管模塊與晶閘管控制模塊各一只，換上晶閘管控制模塊后儀器恢復正常，購置的器件總費用還不到2000 元。通過儀器的維修，還發現進口電子測量儀器的有些配件國內網上也能方便買到。

2 輸入電路

信號輸入電路是儀器與外界聯系的橋梁，要求抗干擾能力強，穩定性好，高可靠，低失真。對于電子測量儀器一般都有信號輸入輸出接口，其中信號輸入電路故障多發。為了降低對信號源的影響，很多電子測量儀器采用高阻抗輸入電路，同時，也可降低信號源輸出阻抗、線路電阻、接觸電阻等對電壓信號的衰減，但高阻抗輸入電路易受強電磁干擾的影響。有些電子測量儀器輸入電壓嚴重超量程時，很容易導致精確度下降，甚至損壞輸入電路。為提高儀器的工作安全性，輸入回路往往設置過流、過壓保護電路和EMC 抑制電路等，有效抑制外部干擾信號通過輸入電路進入儀器前置電路。部分測量儀器的輸入電路與傳感器相連，傳感器通常由敏感元件和轉換元件組成。對于使用外接傳感器的儀器，如果傳感器的檢測工況復雜，工作環境較差，儀器配套的傳感器及輸入電路就容易損壞。例如某高精度壓力校驗儀，故障現象是空載顯示輸入電流值為10 mA 左右。拆開機蓋發現該機的輸入前置電路主要由共模電感濾波器、CMOS 多路CD4051 雙向模擬開關與精密運算放大器組成。CD4051 集成電路價格極其低廉，更換后故障排除，儀器恢復正常。CD4051 這種雙向模擬開關，要求輸入或輸出信號電平不得超越電源電壓范圍，否則極易引起芯片電路的可控硅效應并最終損壞。

3 連接器件

現代電子測量儀器普遍地數字化、智能化與多功能，內部線路采用大量的各類小型連接器，連接強度低，抗振性能差，空氣污染又嚴重，就容易引起接觸不良等故障。也有很多通信排線及相應的串口針式連接器與主機相連，這些連接器接觸正常與否，直接關系到儀器的工作狀態。例如某儀器在使用幾個月后發現外接電腦工作正常，但主機無法啟動。根據故障現象初步判斷為信號通信存在著不暢的問題。斷電后拆下機箱后板，觀察外接電腦與主機的連接狀況，發現安裝在機箱前板的一個與主機相連的15針VGA 串行矩形插頭與插座的配合位置不正常，只有一個固定螺絲還在位置上，另一個螺絲完全脫離了與插座的接觸。將插頭插入插座，固定好VGA 連接線螺絲，裝回機箱后板后，順利地啟動主機，故障得到排除。排除此故障幾個月后，又發現主機中的工控機不能正常工作，借助上次故障的維修經驗，認為可能是工控機中的線路板與插口或小型連接器接觸不良所致。打開工控機前板，對可能松動的線路板及連接器進行適度整理，恢復前板后啟動主機，故障消除。這兩起看似偶然修復的故障，可以反映出成套進口電子測量儀器的一些現象。該儀器是原廠技術人員在實驗室現場安裝調試并進行人員培訓，插頭與插座的松脫是安裝時固定螺絲沒有旋轉到位所致。后此的故障，認為是工控機在跨國長途運輸過程中的各類連接器松動引起的。可見有些只是小故障，如果不主動作為肯定會產生經濟及時間上的浪費。又如某具有油冷卻系統的進口電子測量儀器無法運行。維修中發現是由于冷卻油路中的一個塑料連接彎頭發生破裂，導致油壓與冷卻性能下降而引發故障。該塑料彎頭屬于氣動管路配件，只需幾元錢，購買換上后再適當添加點冷卻油，故障順利排除。

4 功能缺失

電子測量儀器都有通用技術要求，要熟悉現代電子測量儀器的技術性能或功能往往需要較長的時間，尤其要注意進口電子測量儀器的技術性能或功能的缺失，并不一定是故障所致。例如在使用過程中發現某儀器測量的輔助參數的顯示位數，比原廠檢測報告上的數據位數少一位。顯示的測量數據位數少一位，意味著儀器測量精度的降低。同時，還發現該儀器的工作電流只有自動升降功能，手動不可控。提供的連續測試曲線與原始記錄，能滿足常規測試要求。隨著測試工作的深入，工作電流的不可調，使得測試曲線的局部細節難以有效復現，導致高端儀器低端化。代理商對儀器顯示位數情況及功能說不清楚，只能與原廠相關技術人員取得聯系。經多次嚴正交涉，答復是賣給中國的設備都這樣，若要增加儀器的顯示位數得花很長時間；參數不可調的理由是若設置成可調，由于用戶人員素質及操作水平不足等原因，設置成可調就很容易損壞儀器。這些理由顯然是站不住腳的，經據理力爭后原廠電郵了一個安裝軟件包，增加顯示位數及工作電流的手動調節問題均得到有效解決，儀器的性能得到了有效的提升，實際上只是還原了儀器的本來面目。因此，要防止采購的是國際一流的電子測量儀器，而到手的可能是人為減配的二流產品。

5 結語

隨著電子測量儀器保有量的不斷增大，儀器的維修問題就顯得越來越突出，成為當前設備管理工作中亟待解決的問題。有些進口電子測量儀器國內保有量不多，因維修資料稀缺，儀器十分昂貴而不敢嘗試修復是不可取的。實踐證明儀器發生的大部分是小故障，只要慎重分析故障原因，或在原廠維修人員的適當指導下，用戶自己動手完全可以消除故障，將儀器恢復正常。同時，也節省了財力，提高了效率，更鍛煉了隊伍。