在線色譜分析儀的電解電容故障定位方法研究

馬勇梧，張桂娟(青海鹽湖鎂業有限公司，青海 格爾木 816000)

0 引言

如今，人們的日常生活、工作已經很難脫離各種電氣設備。在電氣設備的工作環境下，大部分區域都有非常嚴苛的操作條件限制，所以只能夠采用相對比較簡單、方便的設備儀器來完成對電氣故障的排查。通過找到適合的電氣故障排查方式，幫助檢測人員掌握電氣設備的實際故障情況。因此，有必要對在線色譜分析儀的電解電容故障定位方法進行研究。

1 在線色譜分析儀綜述

在線色譜分析儀作為一種用來開展分離分析工作的設備儀器，其主要作用是幫助成分相對較為復雜的混合物進行分離、分析。在科技的飛速進步之下，在線色譜分析儀的種類、性能以及結構等各個方面都得到了非常大的改善與提高，已經成為臨床實驗室中不可或缺的一種設備。通過對物質開展定性、定量分析，能夠幫助相關人員掌握研究物質的物理和化學特性。應用模式如圖1所示。

圖1 儀器應用模式

在線色譜分析儀的主要分類有4種：氣象色譜儀、高效液相色譜儀、離子色譜儀和超臨界流體色譜儀。第一種氣相色譜是20世紀40年代出現的一種色譜分析設備，主要是由氣路、進樣等多個系統所組成，能夠在具有揮發性質的復雜性樣本以及對檢測靈敏度有要求的樣本中發揮出非常優秀的樣本檢測效果，而且這種方式所需要花費的價格非常便宜，使用成本相對較低，能夠通過自動化分析來完成對物質的快速分離、分析。第二種是是通過將現代高壓技術與液相色譜相融合得到的高效液相色譜儀，可以在實際應用中將液體當作流動相，然后利用顆粒極其細小的高效固定相進行分離作業。因為高效液相色譜在應用中具有適用性廣、分離效率高等優勢，所以得到了廣泛的應用。相較于氣相色譜而言，高效液相色譜在理念層面并沒有非常顯著的不同，兩者之間最為明顯的差別便是液體、氣體流動相的差別。第三種是離子色譜儀。離子色譜在應用過程中，可以對電離物質在溶液中出現電導的特性對其進行檢測，還可以在檢測過程中針對電離程度開展分析。離子色譜最開始主要應用于對水中陰、陽離子的檢測與分析，而在科技的高速發展中，如今的離子色譜可以在電力、食品等多個行業中發揮出非常優秀的分析效果。第四，超臨界流體色譜儀。對于部分既不屬于液體又不屬于氣體的物質而言，其物理性質往往介于氣體、液體之間。通過將超臨界流體作為流動性并將硅膠等吸附劑中的高聚物作為固定相的色譜方法即為超臨界流體色譜。這種方式不僅擁有相對較低的使用成本，而且還具備了綠色環保等多種優點。

2 在線色譜分析儀的電解電容故障定位方法分析

2.1 電解電容故障定位的重要性

通常情況下，在對電氣設備進行故障排查時，一般會從電源故障排查中著手，因為電氣設備故障絕大多數都是由電源故障引發的。在對電源故障進行排查時，最需要排查的內容便是電氣設備電源模塊內部的電解電容情況。因為電解電容屬于電氣設備電路中最為重要的元器件之一。在電氣設備的運行過程中，工作環境內部的溫度、電壓、電流都有可能對電源模塊中的電解電容帶來影響，從而導致電解電容的適應性以及使用壽命降低，嚴重時將會導致供電負載出現故障的情況。在電氣設備運行期間產生故障時，在多數情況下無論是電子元件還是電解電容，單純從外表中看，往往并不會發現特別明顯的表面故障特征。在電氣設備的實際應用過程中，因為現場條件的制約，所以非常容易出現缺少檢修設備、檢修人員水平不足等情況，如果檢修人員沒有判斷出電解電容的故障情況，就會對整個電路模塊進行更換，從而產生非常嚴重的浪費。

2.2 電解電容的故障判斷方法及注意事項

通常情況下，電解電容的常見故障一般可以分為容量降低、消失、漏電等，其中電解電容的容量發生改變的原因主要是因為電解電容在使用、旋轉期間電解液干涸等情況所導致。而電解電容的擊穿、漏電則大多是由電壓過高以及電容質量問題而引起。在對電源電容的優劣進行判斷時，通常都會利用萬用表來進行測量，通過將電容管腳短路后放電，然后利用黑筆與正極相連，紅筆與負極相接，而數字萬用表在測量時則需要將表筆進行互調。在測量過程中如果電解電容一切正常，表針會向電阻相對較小的一側進行擺動，然而在逐漸返回至無窮大。在測量過程中，表針的擺動幅度越大，則其返回速度會變得越慢，這也代表電解電容的容量大[1]。若測量結果相反，則證明電容容量越小。如果在測量期間發現表針停在中間位置處不再發生改變，則代表該電容存在漏電的情況，如果指示值非常小或為零，則代表電容已經因為擊穿而發生短路。

在對電解電容進行測量時，由于其自身帶有正負極性，所以在連接過程中必須保證順序正確。在電源電路中，輸出正電壓時需要將正極接在輸出端，將電源負極進行接地處理，而在輸出負電壓時則需要將負極連接在輸出端，并保證正極接地。如果濾波電容極性連接相反，則會導致電源的輸出電壓出現波動，當反向電壓超過一定界限之后，就有可能導致電容過熱炸裂。電解電容兩側電壓不可以超出允許電壓，在電路設計時則要結合實際情況預留裕量，以此來保證電解電容滿足實際需求。除此之外，電解電容應該避免靠近電路中的大功率元件，否則會在受熱后導致電解液干涸速度加快。

2.3 電解電容故障定位案例分析

2.3.1 電解電容故障案例一

某氣體處理廠采用的是愛默生在線色譜開關電源，型號為GC700XA，在運行過程中有時會在待機階段出現無征兆斷電的情況，所以需要對開關電源的故障問題進行全方位排查，避免在線色譜開關電源的故障問題進一步擴大，留下安全隱患。在對故障問題進行排查時，首先可以將外圍引發故障的相關因素排除，然后將故障關注的重點著重放在開關電源中[2]。經過排查后發現開關電源并不具備輸出，開關電源的工作溫度通常會維持在80 ℃左右，其輸出電流、輸出電壓分別長期維持在7 A、24 V，在線色譜開關電源至今已經連續使用了4年。在對開關電源進行深入排查后發現，電氣電路中的輔助副電源存在運行期間不工作的情況，在對其進行繼續排查后發現，副電源標稱為50 V、47 μF，屬于濾波電解電容。檢測人員通過數字電橋對其電容進行測量后得出電容參數為nF，而等效串聯電阻值RESR為576 Ω。在將電解電容進行替換后重新測量，發現其測試容量為46 μF，且RESR數值降為0.55 Ω。因此檢測人員可以判斷出該開關電源的電解電容器性能參數存在嚴重偏離的情況，需要通過對已經故障的電解電容進行更換，更換之后開關電源重新恢復正常。經過考慮可以發現，在開關電源的運行過程中，電流以及電壓所處的環境始終沒有發生改變，所以開關電源中的電解電容極有可能是在對在線色譜進行操作時出現的故障問題，在線色譜啟停期間工作溫度將會發生變化，而出現的溫度效應則能夠促使電容自身的電解質產生蒸發，從而導致電解電容的效用發生改變、退化，在這種情況下出現的開關電源失效情況如果反映到電容參數中，其影響最大的數據參數便是等效串聯電阻值[3]。

2.3.2 電解電容故障案例二

某氣體處理廠使用的是型號為GC500的愛默生在線色譜開關電源。在開關電源的正常運行過程中，有時會產生開關電源不穩定的情況，此時開關電源的工作狀態便會受到干擾。在對開關電源進行初步檢查時發現，其外圍相關設備并未受到影響，所以可以排除由外圍引起的故障情況。在對在線色譜開關電源進行斷電檢測時，從表面看各個功率組件如大功率三極管、功率電阻等元件并未發生明顯燒毀的情況，而且電路板同樣并沒產生虛焊現象，電解電容沒有產生漏液等故障問題。在對在線色譜開關電源進行加點測試時，優先對電源加載相對較輕的假負載進行測量時，發現各個重要工作點中的電壓依然處于正常范圍內，而在對電源輸出的各路電壓進行測量時，電壓測量結果并未發現異常。在將假負載提升至正常額定功率之后，重新對各路電壓進行測量后發現，各路電壓均出現了程度不同的下滑。其中負載最終的12 V電壓在出現下滑現象之后，直接降調了6 V電壓左右，并出現了持續波動情況。這種現象證明了開關電源自身的帶負載能力特別差，而且由于相關遇見本身并沒有出現非常明顯的損壞情況，所以可以推測極有可能是電路中電解電容產生了故障問題。通過對電解電容進行測量，發現其中一只性能參數為400 V、47 μF的電解電容在利用數字電橋測試后，其顯示容量為20 nF，其RESR值已經超出了正常范圍無法進行顯示。在對出現故障問題的電解電容進行替換之后，重新進行測量得出的數據容量為45 μF，而RESR值則為0.52 Ω，因此可以證明在線色譜開關電源的故障確實是由這只電解電容導致的，通過更換之后開關電源便能夠恢復正常。

2.3.3 測量方法分析

在對在線色譜開關電源進行故障排查時，檢測人員利用指針、數字萬用表、數字電橋進行了檢測。在對故障后的電解電容進行檢測時發現，采用數字萬用表可以正常顯示出電解電容的性能參數，但是其顯示出的性能參數41μF準確性依然能夠提高，然而指針萬用表卻因為自身的充放電速度相對較慢，所以通過指針萬用表來確定電解電容是否出現了故障問題。這是因為利用數字、指針萬用表在對電解電容的故障進行檢測時，是針對電解電容自身的直流電壓進行檢測。而采用數字電橋對其進行檢測之后，其采用的是1 kHz的高頻電壓，高頻電壓能夠與在線色譜開關電源相對較高的工作頻率進行匹配，所以數字電橋的測試精準度相較于數字、指針萬用表而言會更高。如果利用數字電橋對高端產品的高頻電進行測試，那么可以得到的測試效果將會進一步得到提升，而且通過同步檢測掌握的RESR值，還能夠直接反映出測量的電解電容自身的失效程度[4]。

在對電容器進行測量時，電容器往往會因為其自身的構造問題而出現阻抗與感抗，因此由電容器引腳電阻與極板組成的等效串聯電阻非常重要。在有大型交流電流經電容器時，RESR值將會促使電容器消耗掉自身的能量，從而出現能量損耗。而且電解電容因為容量、電壓、溫度等因素，都會導致RESR值發生變化，所以有必要對RESR值進行檢測。

3 結語

總而言之，在線色譜分析儀的電解電容故障定位非常關鍵，只有豐富的經驗與合理的方法相結合，才能夠保證故障定位的準確性。隨著更多人意識到電解電容故障定位的重要性，故障定位方法一定會變得更加完善。