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(yè)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(jīng)很難脫離各種電氣設(shè)備。在電氣設(shè)備的工作環(huán)境下，大部分區(qū)域都有非常嚴(yán)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(shè)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(shè)備的實(shí)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(jìn)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(shè)備儀器，其主要作用是幫助成分相對較為復(fù)雜的混合物進(jìn)行分離、分析。在科技的飛速進(jìn)步之下，在線色譜分析儀的種類、性能以及結(jié)構(gòu)等各個(gè)方面都得到了非常大的改善與提高，已經(jīng)成為臨床實(shí)驗(yàn)室中不可或缺的一種設(shè)備。通過對物質(zhì)開展定性、定量分析，能夠幫助相關(guān)人員掌握研究物質(zhì)的物理和化學(xué)特性。應(yīng)用模式如圖1所示。

圖1 儀器應(yīng)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(jì)40年代出現(xiàn)的一種色譜分析設(shè)備，主要是由氣路、進(jìn)樣等多個(gè)系統(tǒng)所組成，能夠在具有揮發(fā)性質(zhì)的復(fù)雜性樣本以及對檢測靈敏度有要求的樣本中發(fā)揮出非常優(yōu)秀的樣本檢測效果，而且這種方式所需要花費(fèi)的價(jià)格非常便宜，使用成本相對較低，能夠通過自動(dòng)化分析來完成對物質(zhì)的快速分離、分析。第二種是是通過將現(xiàn)代高壓技術(shù)與液相色譜相融合得到的高效液相色譜儀，可以在實(shí)際應(yīng)用中將液體當(dāng)作流動(dòng)相，然后利用顆粒極其細(xì)小的高效固定相進(jìn)行分離作業(yè)。因?yàn)楦咝б合嗌V在應(yīng)用中具有適用性廣、分離效率高等優(yōu)勢，所以得到了廣泛的應(yīng)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(dòng)相的差別。第三種是離子色譜儀。離子色譜在應(yīng)用過程中，可以對電離物質(zhì)在溶液中出現(xiàn)電導(dǎo)的特性對其進(jìn)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(yīng)用于對水中陰、陽離子的檢測與分析，而在科技的高速發(fā)展中，如今的離子色譜可以在電力、食品等多個(gè)行業(yè)中發(fā)揮出非常優(yōu)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(zhì)而言，其物理性質(zhì)往往介于氣體、液體之間。通過將超臨界流體作為流動(dòng)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(huán)保等多種優(yōu)點(diǎn)。

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(shè)備進(jìn)行故障排查時(shí)，一般會(huì)從電源故障排查中著手，因?yàn)殡姎庠O(shè)備故障絕大多數(shù)都是由電源故障引發(fā)的。在對電源故障進(jìn)行排查時(shí)，最需要排查的內(nèi)容便是電氣設(shè)備電源模塊內(nèi)部的電解電容情況。因?yàn)殡娊怆娙輰儆陔姎庠O(shè)備電路中最為重要的元器件之一。在電氣設(shè)備的運(yùn)行過程中，工作環(huán)境內(nèi)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(dǎo)致電解電容的適應(yīng)性以及使用壽命降低，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致供電負(fù)載出現(xiàn)故障的情況。在電氣設(shè)備運(yùn)行期間產(chǎn)生故障時(shí)，在多數(shù)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(huì)發(fā)現(xiàn)特別明顯的表面故障特征。在電氣設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用過程中，因?yàn)楝F(xiàn)場條件的制約，所以非常容易出現(xiàn)缺少檢修設(shè)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(huì)對整個(gè)電路模塊進(jìn)行更換，從而產(chǎn)生非常嚴(yán)重的浪費(fèi)。

2.2 電解電容的故障判斷方法及注意事項(xiàng)

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(fā)生改變的原因主要是因?yàn)殡娊怆娙菰谑褂?、旋轉(zhuǎn)期間電解液干涸等情況所導(dǎo)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(zhì)量問題而引起。在對電源電容的優(yōu)劣進(jìn)行判斷時(shí)，通常都會(huì)利用萬用表來進(jìn)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(fù)極相接，而數(shù)字萬用表在測量時(shí)則需要將表筆進(jìn)行互調(diào)。在測量過程中如果電解電容一切正常，表針會(huì)向電阻相對較小的一側(cè)進(jìn)行擺動(dòng)，然而在逐漸返回至無窮大。在測量過程中，表針的擺動(dòng)幅度越大，則其返回速度會(huì)變得越慢，這也代表電解電容的容量大[1]。若測量結(jié)果相反，則證明電容容量越小。如果在測量期間發(fā)現(xiàn)表針停在中間位置處不再發(fā)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?yàn)榱?，則代表電容已經(jīng)因?yàn)閾舸┒l(fā)生短路。

在對電解電容進(jìn)行測量時(shí)，由于其自身帶有正負(fù)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(shí)需要將正極接在輸出端，將電源負(fù)極進(jìn)行接地處理，而在輸出負(fù)電壓時(shí)則需要將負(fù)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(huì)導(dǎo)致電源的輸出電壓出現(xiàn)波動(dòng)，當(dāng)反向電壓超過一定界限之后，就有可能導(dǎo)致電容過熱炸裂。電解電容兩側(cè)電壓不可以超出允許電壓，在電路設(shè)計(jì)時(shí)則要結(jié)合實(shí)際情況預(yù)留裕量，以此來保證電解電容滿足實(shí)際需求。除此之外，電解電容應(yīng)該避免靠近電路中的大功率元件，否則會(huì)在受熱后導(dǎo)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(guān)電源，型號為GC700XA，在運(yùn)行過程中有時(shí)會(huì)在待機(jī)階段出現(xiàn)無征兆斷電的情況，所以需要對開關(guān)電源的故障問題進(jìn)行全方位排查，避免在線色譜開關(guān)電源的故障問題進(jìn)一步擴(kuò)大，留下安全隱患。在對故障問題進(jìn)行排查時(shí)，首先可以將外圍引發(fā)故障的相關(guān)因素排除，然后將故障關(guān)注的重點(diǎn)著重放在開關(guān)電源中[2]。經(jīng)過排查后發(fā)現(xiàn)開關(guān)電源并不具備輸出，開關(guān)電源的工作溫度通常會(huì)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(guān)電源至今已經(jīng)連續(xù)使用了4年。在對開關(guān)電源進(jìn)行深入排查后發(fā)現(xiàn)，電氣電路中的輔助副電源存在運(yùn)行期間不工作的情況，在對其進(jìn)行繼續(xù)排查后發(fā)現(xiàn)，副電源標(biāo)稱為50 V、47 μF，屬于濾波電解電容。檢測人員通過數(shù)字電橋?qū)ζ潆娙葸M(jìn)行測量后得出電容參數(shù)為nF，而等效串聯(lián)電阻值RESR為576 Ω。在將電解電容進(jìn)行替換后重新測量，發(fā)現(xiàn)其測試容量為46 μF，且RESR數(shù)值降為0.55 Ω。因此檢測人員可以判斷出該開關(guān)電源的電解電容器性能參數(shù)存在嚴(yán)重偏離的情況，需要通過對已經(jīng)故障的電解電容進(jìn)行更換，更換之后開關(guān)電源重新恢復(fù)正常。經(jīng)過考慮可以發(fā)現(xiàn)，在開關(guān)電源的運(yùn)行過程中，電流以及電壓所處的環(huán)境始終沒有發(fā)生改變，所以開關(guān)電源中的電解電容極有可能是在對在線色譜進(jìn)行操作時(shí)出現(xiàn)的故障問題，在線色譜啟停期間工作溫度將會(huì)發(fā)生變化，而出現(xiàn)的溫度效應(yīng)則能夠促使電容自身的電解質(zhì)產(chǎn)生蒸發(fā)，從而導(dǎo)致電解電容的效用發(fā)生改變、退化，在這種情況下出現(xiàn)的開關(guān)電源失效情況如果反映到電容參數(shù)中，其影響最大的數(shù)據(jù)參數(shù)便是等效串聯(lián)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(guān)電源。在開關(guān)電源的正常運(yùn)行過程中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生開關(guān)電源不穩(wěn)定的情況，此時(shí)開關(guān)電源的工作狀態(tài)便會(huì)受到干擾。在對開關(guān)電源進(jìn)行初步檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，其外圍相關(guān)設(shè)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(guān)電源進(jìn)行斷電檢測時(shí)，從表面看各個(gè)功率組件如大功率三極管、功率電阻等元件并未發(fā)生明顯燒毀的情況，而且電路板同樣并沒產(chǎn)生虛焊現(xiàn)象，電解電容沒有產(chǎn)生漏液等故障問題。在對在線色譜開關(guān)電源進(jìn)行加點(diǎn)測試時(shí)，優(yōu)先對電源加載相對較輕的假負(fù)載進(jìn)行測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)各個(gè)重要工作點(diǎn)中的電壓依然處于正常范圍內(nèi)，而在對電源輸出的各路電壓進(jìn)行測量時(shí)，電壓測量結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)異常。在將假負(fù)載提升至正常額定功率之后，重新對各路電壓進(jìn)行測量后發(fā)現(xiàn)，各路電壓均出現(xiàn)了程度不同的下滑。其中負(fù)載最終的12 V電壓在出現(xiàn)下滑現(xiàn)象之后，直接降調(diào)了6 V電壓左右，并出現(xiàn)了持續(xù)波動(dòng)情況。這種現(xiàn)象證明了開關(guān)電源自身的帶負(fù)載能力特別差，而且由于相關(guān)遇見本身并沒有出現(xiàn)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(chǎn)生了故障問題。通過對電解電容進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)其中一只性能參數(shù)為400 V、47 μF的電解電容在利用數(shù)字電橋測試后，其顯示容量為20 nF，其RESR值已經(jīng)超出了正常范圍無法進(jìn)行顯示。在對出現(xiàn)故障問題的電解電容進(jìn)行替換之后，重新進(jìn)行測量得出的數(shù)據(jù)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(guān)電源的故障確實(shí)是由這只電解電容導(dǎo)致的，通過更換之后開關(guān)電源便能夠恢復(fù)正常。

2.3.3 測量方法分析

在對在線色譜開關(guān)電源進(jìn)行故障排查時(shí)，檢測人員利用指針、數(shù)字萬用表、數(shù)字電橋進(jìn)行了檢測。在對故障后的電解電容進(jìn)行檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用數(shù)字萬用表可以正常顯示出電解電容的性能參數(shù)，但是其顯示出的性能參數(shù)41μF準(zhǔn)確性依然能夠提高，然而指針萬用表卻因?yàn)樽陨淼某浞烹娝俣认鄬^慢，所以通過指針萬用表來確定電解電容是否出現(xiàn)了故障問題。這是因?yàn)槔脭?shù)字、指針萬用表在對電解電容的故障進(jìn)行檢測時(shí)，是針對電解電容自身的直流電壓進(jìn)行檢測。而采用數(shù)字電橋?qū)ζ溥M(jìn)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(guān)電源相對較高的工作頻率進(jìn)行匹配，所以數(shù)字電橋的測試精準(zhǔn)度相較于數(shù)字、指針萬用表而言會(huì)更高。如果利用數(shù)字電橋?qū)Ω叨水a(chǎn)品的高頻電進(jìn)行測試，那么可以得到的測試效果將會(huì)進(jìn)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(jìn)行測量時(shí)，電容器往往會(huì)因?yàn)槠渥陨淼臉?gòu)造問題而出現(xiàn)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(lián)電阻非常重要。在有大型交流電流經(jīng)電容器時(shí)，RESR值將會(huì)促使電容器消耗掉自身的能量，從而出現(xiàn)能量損耗。而且電解電容因?yàn)槿萘俊㈦妷?、溫度等因素，都?huì)導(dǎo)致RESR值發(fā)生變化，所以有必要對RESR值進(jìn)行檢測。

3 結(jié)語

總而言之，在線色譜分析儀的電解電容故障定位非常關(guān)鍵，只有豐富的經(jīng)驗(yàn)與合理的方法相結(jié)合，才能夠保證故障定位的準(zhǔn)確性。隨著更多人意識(shí)到電解電容故障定位的重要性，故障定位方法一定會(huì)變得更加完善。