TE3000合金分類儀電路分析及故障維修

林 杰

（北京建筑技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司，北京 100069）

0 引言

TE3000合金分類儀由美國Koslow公司生產(chǎn)，是以溫差電效應(yīng)原理為檢測基礎(chǔ)的無破壞性合金分類儀器?；跒楣竟?jié)省購買新儀器成本的考慮，拆開已損壞的合金分類儀進(jìn)行電路測繪，以便弄通原理、進(jìn)行維修。經(jīng)測繪分析后得出其電路圍繞溫差電效應(yīng)，分為產(chǎn)生溫差電路——恒溫加熱電路；放大電路——放大由于溫差合金產(chǎn)生的毫伏級(jí)電勢(shì)。最后結(jié)合實(shí)際發(fā)生故障，維修并成功。

1 TE3000合金分類儀原理和實(shí)際測繪的電路構(gòu)成

1.1 TE3000合金分類儀原理

TE3000合金分類儀基本原理是利用溫差電效應(yīng)，即合金兩端處在不同溫度的條件下，會(huì)產(chǎn)生毫伏級(jí)電勢(shì)，溫差電效應(yīng)原理如圖1所示。在一定測試溫度下，很多不同的合金產(chǎn)生不同的電勢(shì)，但也有一些產(chǎn)生相同的，所以，只有當(dāng)用戶需要區(qū)分的合金屬于前者，那么這個(gè)合金分類儀便是適用的。

上述是合金分類儀的基本原理，由此知道其功能需要實(shí)現(xiàn)一定的測試溫度，需要實(shí)現(xiàn)把毫伏級(jí)電勢(shì)測量出來，那就靠兩部分電路來實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)：恒溫加熱電路和放大顯示電路。由于此次測繪的主要目的是了解其構(gòu)成和原理，方便維修，所以對(duì)電路僅作定性分析。

圖1 溫差電效應(yīng)

1.2 帶過零輸出的恒溫加熱控制

過零輸出的恒溫加熱控制電路如圖2所示，測試電路為帶過零輸出的恒溫加熱控制電路。圖中有些器件型號(hào)僅為示意，可能與實(shí)際不符，如X1實(shí)際為加熱絲，僅用X1示意。

（1）由整流橋D1和三極管Q1、Q3及電阻構(gòu)成的部分起過零輸出作用。

（2）由二極管D3構(gòu)成單項(xiàng)半波整流，電容穩(wěn)壓管起濾波穩(wěn)壓構(gòu)成直流電源，給運(yùn)放U1為核心構(gòu)成的控制電路做電源。

（3）R_SB是合金測試儀上測試筆內(nèi)的熱敏電阻，隨溫度升高而電阻下降，它的變化形成了運(yùn)放同相端電壓的變化，這個(gè)電壓和反相端的電壓做比較，由運(yùn)放的輸出決定三極管Q2的導(dǎo)通與否，而Q2的導(dǎo)通能使雙向可控硅Tl和G極形成電勢(shì)，這樣就導(dǎo)通了可控硅，使得加熱回路形成。但如果交流過零后，因?yàn)镼3飽和導(dǎo)通，把Q2發(fā)射結(jié)電壓拉為0，這樣即使運(yùn)放輸出電壓為正飽和電壓，也不能使Q2導(dǎo)通，也就不能觸發(fā)可控硅，這樣就使得可控硅的觸發(fā)只能在交流正弦波過零后附近，等電壓再升高Q2就截止，這樣就構(gòu)成了過零控制電路，防止電源波形缺角，產(chǎn)生高次諧波，污染電網(wǎng)。

電路中R103電位器起粗調(diào)作用，R501電位器起微調(diào)作用，當(dāng)需要標(biāo)定該儀器的時(shí)候，調(diào)整這兩個(gè)電位器能調(diào)整加熱的恒溫溫度。如果電阻值調(diào)大，則合金分類時(shí)的恒溫溫度降低，反之，恒溫溫度升高。

值得探討是阻值為1 Ω 的R17保險(xiǎn)電阻，它的放置位置頗蹊蹺，因?yàn)榉治龇旁谶@就算燒斷了，只會(huì)導(dǎo)致同相端電壓高，一直加熱，沒有起到保護(hù)作用。只有把它移到電阻R3的下面，才能起到保險(xiǎn)電阻斷了后不能加熱的作用。

（4）在此值得一提的是，剛開始分析電路時(shí)就簡單把可控硅當(dāng)成第一、第三象限特性的雙向可控硅，認(rèn)為據(jù)此電路，其只能是正弦波正半周時(shí)導(dǎo)通，即只能工作在第三象限。可當(dāng)保持加熱狀態(tài)時(shí)實(shí)際測量其加熱電壓是109 V左右，這樣正負(fù)半周可控硅都能導(dǎo)通，對(duì)于工作在一、三象限特性的可控硅如何在這個(gè)電路里實(shí)現(xiàn)，只有能工作在第二、第三象限的可控硅能實(shí)現(xiàn)。正當(dāng)認(rèn)為沒見過這樣的可控硅時(shí)，根據(jù)型號(hào)L40E13仔細(xì)查閱資料得出可控硅特性如圖3所示，該可控硅均可在四個(gè)象限工作，問題得以解決。

1.3 放大顯示電路

測繪放大顯示電路如圖4所示。此電路較簡單因僅做定性分析，圖中元件數(shù)值可忽略。結(jié)合分類儀實(shí)際組件介紹圖4功能如下：

圖2 過零輸出的恒溫加熱控制電路

圖3 可控硅特性

交流電經(jīng)變壓器Tl降壓后，再經(jīng)整流橋D、電容C2、電阻R6和R5、電容C4合C5形成正負(fù)直流電源，為運(yùn)算放大器和電路正常工作供電。電阻R1另一端連接的是合金分類儀的黑鱷魚夾，地端連接的是分類儀恒溫探針的外殼，這樣當(dāng)熱的恒溫探針和在室溫下的鱷魚夾接觸到的合金就產(chǎn)生微弱的電動(dòng)勢(shì)，通過鱷魚夾和探針外殼傳導(dǎo)，作為運(yùn)放的輸入信號(hào)，U1起反相比例放大的作用，合金測試儀的毫伏表頭接的就是U1的輸出信號(hào)，把放大100倍左右后的毫伏電勢(shì)顯示出來，供給操作者看。U3是電壓跟隨器，進(jìn)一步提高了U1的輸出信號(hào)帶負(fù)載能力，其輸出后R7端和接地端的是兩個(gè)作為模擬量輸出的端子。

2 故障維修

通過上述電路分析，已經(jīng)掌握基本構(gòu)成和電路功能。應(yīng)用在實(shí)際問題中，解決如下：

（1）故障“上電后不顯示”。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)管燒壞，測量整流橋等器件無擊穿問題，測變壓器電阻值偏小，懷疑匝間短路，更換變壓器后恢復(fù)使用。

（2）故障“一直加熱，不能恒溫”。通過電路分析可知，原因可能有熱敏電阻損壞、二極管D4損壞。實(shí)際維修中發(fā)現(xiàn)有熱敏電阻損壞，其阻值不隨溫度升高而下降，更換后恢復(fù)使用。

（3）故障“不加熱”。經(jīng)測量運(yùn)放出端電壓低。測其輸入、輸出端，電阻阻值小，更換運(yùn)放后恢復(fù)正常使用。

（4）故障“開機(jī)后初始值不準(zhǔn)確”。檢查恒溫加熱無異常，發(fā)現(xiàn)分類儀的恒溫探針接觸到固定待測試工件的工裝，而工裝又連接到了測試鱷魚夾，導(dǎo)致產(chǎn)生了錯(cuò)誤的輸入信號(hào)。把恒溫探針固定好，跟工裝保持一定距離后恢復(fù)使用。

（5）從電路分析中總結(jié)出使用時(shí)的注意事項(xiàng)，即必須讓鱷魚夾和地線很好隔離，否則會(huì)通過這個(gè)通路給合金分類儀帶來干擾信號(hào)，導(dǎo)致測量時(shí)數(shù)值不準(zhǔn)確。

（6）從電路分析中可知粗、微調(diào)電位器的作用，給需要標(biāo)定該儀器時(shí)提供了理論指導(dǎo)，而在說明書里卻未提及。

3 結(jié)束語

通過了解TE3000合金分類儀的基本檢測原理，結(jié)合測繪所得，了解了其電路構(gòu)成、關(guān)鍵器件的工作情況，為維修提供了指導(dǎo)。在實(shí)際維修中，也得益于上述的探索和分析，能順利維修故障，也能給操作者提供注意事項(xiàng)的指導(dǎo)，給今后標(biāo)定該儀器時(shí)提供理論和操作指導(dǎo)。

圖4 放大顯示電路