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、工藝或功能模擬實驗和化學(xué)成分分析的大型儀器。這些精密大型儀器中，大部分是從國外引進的，例如，顯微拉曼光譜儀、四級桿高分辨質(zhì)譜儀從美國進口的；也有國產(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，要增強綜合實力，提升市場競爭能力的“秘密武器”。

1 簡述精密大型儀器故障診斷

精密的大型儀器在長時間的使用過程中，會產(chǎn)生一定的磨損，經(jīng)常會發(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間內(nèi)找到故障原因，實施高效的維修，保障儀器盡快恢復(fù)運行。在日常的工作中，要加強對大型精密儀器的故障診斷和維修經(jīng)驗的積累和研究，為設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)保駕護航。

故障診斷，主要是指儀器不能正常的運轉(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、工作經(jīng)驗，及一些技術(shù)手段查找故障發(fā)生原因，以便進行有針對性的維修。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轉(zhuǎn)了，儀器維修技術(shù)人員通過觀察和檢測儀器的異常狀態(tài)，憑借專業(yè)知識和豐富經(jīng)驗，加之運用技術(shù)檢測手段，從而對精密儀器發(fā)生異常狀況的原因進行確認，并針對故障原因采取相應(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轉(zhuǎn)起來，發(fā)揮其重要的作用。在實踐中，與維修其他的普通儀器不同，維修精密大型儀器對維修技術(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)、計算機學(xué)、自動化、液壓、機械、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，能夠熟練運用這些知識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)生故障時的狀態(tài)，與正常信息相比較，經(jīng)過細心的分析和研究，獲得精密儀器發(fā)生故障的真正原因，并找到對應(yīng)的維修方法。實踐中，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、信號跟蹤法、測量分析法。

2.1 外觀檢查法分析

此種方法主要是運用眼睛觀察、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，焊接的地方是不是已經(jīng)斷開；用耳朵細聽儀器開動的時候是否有異常響動；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

這是最簡單的一種診斷方法，基本都是通過感官進行故障發(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，要認真找出真正的故障原因，然后再決定更換線路板或者是元器件等，這樣做，可以及時的杜絕發(fā)生二次燒焦或者故障擴大的情況發(fā)生，保障精密大型儀器的安全。例如，四級桿高分辨質(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)譜無法正常啟動。工程師現(xiàn)場檢查發(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，事實證明，最初的懷疑是正確的，原來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，這時就要及時的采取維修措施，更換交流穩(wěn)壓電源內(nèi)部整流濾波電容后，整個精密大型儀器又恢復(fù)了正常的狀態(tài)，各項功能都比較穩(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轉(zhuǎn)時所顯示的全部正常參數(shù)進行比較，根據(jù)對比中出現(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，非常重要的一點是，要對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，進而實施維修。

MULTIPAS 連續(xù)退火模擬器，在板帶連接上發(fā)揮作用。在開展淬火實驗的過程中，經(jīng)常會出現(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)就會接收到相應(yīng)的信息反饋，就會發(fā)出一定的指令，相應(yīng)的工作程序被啟動橫梁會被很快取出。但是如果檢測傳感器位置出現(xiàn)了偏差，就算橫梁發(fā)生故障，傳感器就會喪失其功能，也就沒有檢測指令的傳輸，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，就是運用兩臺一樣品牌、一樣型號的儀器對同一個地方進行檢測，檢測結(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)成的指標使用。例如，Y-500拉力試驗機經(jīng)常發(fā)生載荷零點、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)運算放大器HA4741-5 才是故障發(fā)生的罪魁禍首。元器件被更換以后，該精密儀器又恢復(fù)了正常工作，從而確定出故障的地方，就是運算方法器HA4741-5 元器件。

2.4 測量分析法的分析

測量分析法，主要指的是利用常用的電子設(shè)備，對測量點的電壓、電流、電阻進行準確的測量，并將結(jié)果與正常值進行比對，一旦出現(xiàn)異常值，就要深究其原因并進行維修。這種方法對專業(yè)知識和工作經(jīng)驗具有較高的要求，因此，此故障維修人員需要具備扎實的專業(yè)能力和豐富的實踐經(jīng)驗，才能運用此方法，準確的找出故障，并進行相應(yīng)的維修工作。例如，針對DX41 能譜儀有計數(shù)但是不顯示譜圖的狀況，就可以運用測量分析法來解決此故障。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，就要考慮從傳感器到計算機部位出現(xiàn)了故障，首先要核實前置放大器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)。而后開始對主放大器板186 進行檢測，發(fā)現(xiàn)電壓隨著普峰的向下漂移由-0.3V 逐漸變?yōu)?1.25V,而且在沒有普峰時保持-1.25V不變，最終確定186板上場效應(yīng)管Q2（2N4338）出現(xiàn)了故障，需要及時的更換，對放大器板186 進行修復(fù)后，儀器的故障排除，能夠正常運轉(zhuǎn)了。

2.5 替換法分析

所謂的替換法，主要是指針對精密儀器出現(xiàn)的故障狀態(tài)，而懷疑是某個元器件或者電路板出現(xiàn)了問題，這時用相應(yīng)的新件替換懷疑出問題的舊件，從而檢測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，最重要的一點是，具備正常的可使用的電路板或者部件。用來替換的部件或者電路板來源主要有兩個，其一，是零件庫的備用件，其二，是精密儀器自身或者是同類型的儀器。在使用替換法的時候，是需要特別謹慎的，首先，確保元器件進行替換是安全的、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，甚至是整個精密儀器的安全性的前提下，才可以采用這種方法進行故障的診斷。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，要對這個故障進行診斷，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，其中一個是電動轉(zhuǎn)換器，負責(zé)將電動控制信號轉(zhuǎn)換成氣動控制；另一個是氣動閥門。經(jīng)過仔細核查，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相同的制冷壓縮空氣閥門，兩者間可以進行互相替換，不存在危險性，儀器的正常運轉(zhuǎn)是不受影響的，進行替換后，最后確定為右側(cè)氣動閥門故障。在拆除閥門的過程中，要對氣缸和閥芯進行清潔，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，通過該程序可以準確的診斷出儀器出故障的部位及原因。與此同時，也有些精密大型儀器的自診斷程序具有一定的使用限制，或者對用戶開放限制性的權(quán)限，或者干脆不對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。在實踐中，很多精密大型儀器的軟件診斷并不是非常準確的，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)人員進行實地的觀察和研究分析，運用自己專業(yè)的知識技能和豐富的實踐經(jīng)驗，采用適當(dāng)?shù)木S修辦法，才能對故障原因進行準確的把握，順利的維修，恢復(fù)儀器的正常工作。

3 結(jié)束語

綜上所述，在國家的生產(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，不能正常的運轉(zhuǎn)，將給企業(yè)或者科研單位的正常運行造成一定的消極影響。因此，對這些發(fā)生故障的精密大型儀器進行故障診斷和維修是必需的，而對維修人員來說，在故障診斷和維修過程中，準確的診斷出故障，并采用適當(dāng)?shù)木S修方法是非常關(guān)鍵、重要的。