浅谈现代电子测量仪器的故障与维修

孙梦翔

（宁波市计量测试研究院 国家磁性材料产业计量测试中心，浙江宁波 315048）

0 引言

要有效服务、支撑和解决各行各业发展中的科学测试需求，配置现代电子测量仪器是必不可少的。电子测量仪器虽然故障率不高，但一旦发生故障，往往很难及时排除。如果仪器出现“异常”立即报修，若发现不是仪器本身的问题，将产生不必要的费用，也给供需双方增添麻烦。特别是保修期后的仪器出现故障，在维修力量薄弱及维修条件不足的情况下，只能先将仪器搁置起来。后又因种种原因仪器无法修复，往往造成很大的经济损失。当前仪器供应商普遍不提供仪器电路图等维修资料，而且仪器内部线路复杂，集成电路与贴片电子元件布置密集，不可轻易对仪器进行深度拆卸修理，因此，要积极联系原厂维修人员，慎重仔细地判断分析故障现象，以免造成不必要的故障扩大与维修费用的增加。电子设备都有着容易发生故障的薄弱部分，用户自己动手维修应着重关注常见故障，如电源部分、输入电路、连接器件等，这些故障的发生率并不低。若能及时消除此类故障，有效恢复仪器的测量功能，对于保持仪器的测量能力具有重要意义。

1 电源部分

电源是电子测量仪器的动力，电源输出是否稳定将直接影响到整机的性能。电源部分一般配有共模电感滤波器、滤波电容及电压调整管等器件。电源工作时温度较高，关机时又趋于常温，因此，容易引起电源附近器件的忽冷忽热，加速器件老化。电源又与电网相连，若电网受雷击及大荷载突变的影响，导致电压瞬间波动、电压跌落、短时中断等现象的发生，都可能引起电源故障。例如某价格200 余万元的进口高性能测试仪，仪器启动正常，加载过程中发出轻度异响，并停止加载自动进程，此时指针式电压表指示的输出直流电压在1100 V 左右，而技术要求充电直流电压要达到2000 V。由于该设备过了保修期，国内还没有售后维修服务点，要是请原厂技术人员上门维修，费用肯定不低，其他事务也较为麻烦，决定联络原厂技术人员，在远程指导下自已动手解决。打开立式机箱，在发出噪声处附近可见两个相对独立安装的功能模块，经型号查询一个是硅堆，另一个是控制放大器，在硅堆下方有一只接触器，初步判断这些器件与故障的相关性较大。购置原型号接触器BF2510A230 一只，置换后故障未能排除。为了加快维修进度，同时网购原型号双晶闸管模块与晶闸管控制模块各一只，换上晶闸管控制模块后仪器恢复正常，购置的器件总费用还不到2000 元。通过仪器的维修，还发现进口电子测量仪器的有些配件国内网上也能方便买到。

2 输入电路

信号输入电路是仪器与外界联系的桥梁，要求抗干扰能力强，稳定性好，高可靠，低失真。对于电子测量仪器一般都有信号输入输出接口，其中信号输入电路故障多发。为了降低对信号源的影响，很多电子测量仪器采用高阻抗输入电路，同时，也可降低信号源输出阻抗、线路电阻、接触电阻等对电压信号的衰减，但高阻抗输入电路易受强电磁干扰的影响。有些电子测量仪器输入电压严重超量程时，很容易导致精确度下降，甚至损坏输入电路。为提高仪器的工作安全性，输入回路往往设置过流、过压保护电路和EMC 抑制电路等，有效抑制外部干扰信号通过输入电路进入仪器前置电路。部分测量仪器的输入电路与传感器相连，传感器通常由敏感元件和转换元件组成。对于使用外接传感器的仪器，如果传感器的检测工况复杂，工作环境较差，仪器配套的传感器及输入电路就容易损坏。例如某高精度压力校验仪，故障现象是空载显示输入电流值为10 mA 左右。拆开机盖发现该机的输入前置电路主要由共模电感滤波器、CMOS 多路CD4051 双向模拟开关与精密运算放大器组成。CD4051 集成电路价格极其低廉，更换后故障排除，仪器恢复正常。CD4051 这种双向模拟开关，要求输入或输出信号电平不得超越电源电压范围，否则极易引起芯片电路的可控硅效应并最终损坏。

3 连接器件

现代电子测量仪器普遍地数字化、智能化与多功能，内部线路采用大量的各类小型连接器，连接强度低，抗振性能差，空气污染又严重，就容易引起接触不良等故障。也有很多通信排线及相应的串口针式连接器与主机相连，这些连接器接触正常与否，直接关系到仪器的工作状态。例如某仪器在使用几个月后发现外接电脑工作正常，但主机无法启动。根据故障现象初步判断为信号通信存在着不畅的问题。断电后拆下机箱后板，观察外接电脑与主机的连接状况，发现安装在机箱前板的一个与主机相连的15针VGA 串行矩形插头与插座的配合位置不正常，只有一个固定螺丝还在位置上，另一个螺丝完全脱离了与插座的接触。将插头插入插座，固定好VGA 连接线螺丝，装回机箱后板后，顺利地启动主机，故障得到排除。排除此故障几个月后，又发现主机中的工控机不能正常工作，借助上次故障的维修经验，认为可能是工控机中的线路板与插口或小型连接器接触不良所致。打开工控机前板，对可能松动的线路板及连接器进行适度整理，恢复前板后启动主机，故障消除。这两起看似偶然修复的故障，可以反映出成套进口电子测量仪器的一些现象。该仪器是原厂技术人员在实验室现场安装调试并进行人员培训，插头与插座的松脱是安装时固定螺丝没有旋转到位所致。后此的故障，认为是工控机在跨国长途运输过程中的各类连接器松动引起的。可见有些只是小故障，如果不主动作为肯定会产生经济及时间上的浪费。又如某具有油冷却系统的进口电子测量仪器无法运行。维修中发现是由于冷却油路中的一个塑料连接弯头发生破裂，导致油压与冷却性能下降而引发故障。该塑料弯头属于气动管路配件，只需几元钱，购买换上后再适当添加点冷却油，故障顺利排除。

4 功能缺失

电子测量仪器都有通用技术要求，要熟悉现代电子测量仪器的技术性能或功能往往需要较长的时间，尤其要注意进口电子测量仪器的技术性能或功能的缺失，并不一定是故障所致。例如在使用过程中发现某仪器测量的辅助参数的显示位数，比原厂检测报告上的数据位数少一位。显示的测量数据位数少一位，意味着仪器测量精度的降低。同时，还发现该仪器的工作电流只有自动升降功能，手动不可控。提供的连续测试曲线与原始记录，能满足常规测试要求。随着测试工作的深入，工作电流的不可调，使得测试曲线的局部细节难以有效复现，导致高端仪器低端化。代理商对仪器显示位数情况及功能说不清楚，只能与原厂相关技术人员取得联系。经多次严正交涉，答复是卖给中国的设备都这样，若要增加仪器的显示位数得花很长时间；参数不可调的理由是若设置成可调，由于用户人员素质及操作水平不足等原因，设置成可调就很容易损坏仪器。这些理由显然是站不住脚的，经据理力争后原厂电邮了一个安装软件包，增加显示位数及工作电流的手动调节问题均得到有效解决，仪器的性能得到了有效的提升，实际上只是还原了仪器的本来面目。因此，要防止采购的是国际一流的电子测量仪器，而到手的可能是人为减配的二流产品。

5 结语

随着电子测量仪器保有量的不断增大，仪器的维修问题就显得越来越突出，成为当前设备管理工作中亟待解决的问题。有些进口电子测量仪器国内保有量不多，因维修资料稀缺，仪器十分昂贵而不敢尝试修复是不可取的。实践证明仪器发生的大部分是小故障，只要慎重分析故障原因，或在原厂维修人员的适当指导下，用户自己动手完全可以消除故障，将仪器恢复正常。同时，也节省了财力，提高了效率，更锻炼了队伍。