信号采集设备的电路板故障诊断研究分析

黎 毅

（中通服建设有限公司，广东 广州 510000）

1 电路板主要故障类别

1.1 电容损坏

电容损坏引发的故障在信号采集设备中占据较高比例，其中最常见的是电解电容损坏。电容损坏通常有三种情况。第一，当电解电容内部发生短路或者断路的情况时，会出现开关管或者其他限流元器件被烧毁的现象，例如保险与开关电源中的限流电阻。在电压较高或者电流较大环境下工作的滤波电容器，易在电压突然升高时发生短路损害。因为电压超过其耐压值，会造成电容击穿现象，从而引起短路，常出现保险丝或者限流电阻烧断、电源整流管击穿等故障现象。当整流二极管发生损坏时，也可能发生短路损坏。由于整流二极管损坏会影响电解电容器的工作环境，使其处于交流电路中，在较大的反向漏电流下会发热，从而造成短路损坏。由于短路会使电容器中的电流急剧增大，通常会造成电容器爆裂，或者将其封口胶塞胀出。第二，电解电容容量降低造成电容损坏。当容量降低引起轻微漏电时，信号采集设备会出现信号不同步等故障现象[1]。发生此类故障的主要原因是电容器的部分参数发生变化，只能在一定程度上发挥效用。此类故障通常不方便诊断和排查。第三，电容容量消失。容量消失会造成电容失效、完全漏电或者漏浆的现象。由于电容损坏引起的故障采用万用表测试无法诊断，因此容量消失是电容故障中最难诊断和排查的故障。

1.2 元器件虚焊或者腐蚀

电路板虚焊是一种常见的故障。一方面，电路板加工制作时，如果采用了不恰当的生产工艺，会造成虚焊现象。例如，元器件安装过程不规范，安装的元器件重量比较大，会使元器件的焊脚产生应力，长期作用下，会发生接触不良的现象。焊接元器件的过程中，如果使用的焊锡材料过少，经过长时间的使用，也会造成虚焊现象。另一方面，设备长期使用后，发热会使元器件的焊点老化，进而发生剥落现象。此外，某些信号采集设备经常在潮湿的环境下工作。在这种情况下，经过长时间的使用，电路板可能会被腐蚀，部分元器件可能出现腐蚀点。

1.3 电阻损坏

电阻损坏的一个明显特点是阻值易变大，或者出现开路的现象。电阻发生阻值减小的几率非常低。常用的电阻类别有碳膜电阻和金属膜电阻，其损坏特征是100 Ω以下的低值电阻和100 kΩ以上的高值电阻易发生损坏。对阻值在几百欧姆或者几千欧姆的电阻来说，其发生损坏的可能性非常小。低值电阻发生损坏有一个明显的现象，即电阻表面烧焦发黑。高值电阻发生损坏时，外部往往没有明显现象，不能直接观察。线绕电阻的应用比较广泛，发生损坏时往往会出现表面变黑或者开裂的现象。根据电阻损坏的特点，能够快速诊断是哪一种电阻损坏。

2 电路板故障诊断方法研究

2.1 电容损坏的诊断方法

电路板故障检测中，电容损坏的诊断方法有很多种，其中较为常见的一种方法是用万用表进行检测。对于0.01 μA以上的固定电容器，可以将万用表打到1k档，直接测试电容器内部有无短路或者漏电的情况，并测试电容器有无充电过程。此外，可根据万用表指针的摆动幅度，大致估计电容的容量，判断电容的容量是否降低。测试时，将两个表笔分别接触电容器的两个引脚然后将两个表笔调换位置后再接触一次，同时观察万用表指针的转动情况。如果指针先向右摆动一下后迅速向左摆动，返回∞位置处，则证明电容器不存在故障现象。如果指针始终不向右摆动，则证明电容的容量已经降低（低于0.01 μA），甚至消失。如果指针向右摆动后，不再向左摆动，直接回到∞位置，则证明电容发生漏电或者击穿现象[2]。另一种较常见的诊断方法是用熔断器进行检测。在检测时，将熔断器和电容器串联在一起，并且接入220 V的交流电中。如果熔断器的熔丝发生断裂，则说明熔断器中通过了很大的电流，电容器内部发生短路故障。如果熔断器的熔丝没有发生断裂，在充电几秒钟后将电源切断，然后用带绝缘把手的螺丝刀，将电容器的两极短路放电。如果放电过程中出现火花，则说明电容器不存在故障；如果放电过程中不出现火花，则证明电容器的容量减小或者消失。

2.2 虚焊点或者腐蚀点诊断

诊断元器件焊脚和焊锡之间是否存在虚焊现象时，可以用起子按下焊锡焊边突出的元器件的焊脚。如果该元器件的焊脚能发生轻微松动，则证明存在虚焊现象，否则不存在虚焊现象。诊断焊点和焊盘之间是否存在虚焊现象时，可以通过观察元器件是否松动，判断是否存在虚焊现象。通过向下按动元器件的方法，可以判断其是否松动。如果发生松动，则证明存在虚焊现象。电路板的虚焊可以分为两种情况。一种情况是元器件和电路板焊合。在焊合时进行诊断，通常难以发现问题，只有当电路板受到振动或者外力作用，进而发生脱焊时，才易发现虚焊现象。在这种情况下，需要应用万用表进行检测，通过观察焊点是否导通，判断该焊点是否存在虚焊。另一种情况是元器件和电路板没有焊合。通过目测观察，判断焊锡边缘与焊面是否良好贴合。如果贴合不好，则证明存在虚焊现象；如果贴合良好，采用万用表进行检测。检测前要注意焊面是否清理干净。因为未焊合的焊面上会存在氧化物，如果没有清理这些氧化物，万用表无法准确诊断。

2.3 电阻损坏的诊断方法

诊断电阻损坏时，利用其损坏特点可以轻松完成检测。可以观察电路板上的低阻值电阻，看其是否存在烧黑的痕迹，如果某个电阻存在烧黑的痕迹，则证明其发生损坏。由于电阻发生损坏大多数是在开路或者阻值变大的情况，而且一般情况下，高阻值的电阻更易发生损坏。因此，可以用万用表检测电路板上高阻值电阻的阻值。如果测量结果表明其阻值大于标称阻值，则证明该电阻发生损坏；如果经过测量，其阻值不大于标称阻值，则证明该电阻未发生损坏。依次检测电路板上的电阻，就能够找出所有损坏的电阻。使用万用表检测的过程中，需在阻值稳定后再进行诊断。当电路中存在并联电容器时，开始检测时会存在充放电过程，此时进行诊断会出现错误。

3 结 论

通过论述电路板常见的故障类别，笔者分析了相对应的诊断方法。电路板作为信号采集设备中不可或缺的基础性装置，其故障分析和诊断应引起相关人员的高度重视。了解电路板的故障诊断方法，对确保设备正常、有效运作具有重要意义。