仪表设备故障原因及其查寻方法

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随着电子技术、制造技术和生产工艺等因素的不断完善和提高，仪器设备的可靠性和利用率得到了较大的提高。但造成仪表设备不可靠的因素还存在，主要是仪表设备的外界环境及其自身两方面的因素。
1 故障类型
　　仪表设备故障的因素很多，从故障产生的原因来看，可以将故障分为硬故障和软故障。硬故障主要是指导致故障的元器件、集成电路内部引线、线路、印刷电路板（printed circuit board，PCB）跳线等。软故障主要是指仪表设备内部逻辑状态变化及有关系统软件和应用软件的设计等。有些故障既是硬故障，也可是软故障，如通信故障等。
　　故障还可以分为静态故障和动态故障。静态故障是那些对于给定的输入，具有稳定的错误输出，故障症状有良好重复性的*性故障。动态故障是那些在信号发生变化时才出现的随机性或者间歇性的故障。前者相对后者来讲更易于观察、检测、研究和排除 。
2 故障原因
　　2.1 开路或断路
　　从逻辑状态特性来讲，此类故障是固定故障。如仪表设备的输出和反馈信号的输入回路断开或者开路。
　　2.2 电源故障
　　此类故障属于静态故障。电源故障的原因多由电源线或地线开路、接线错误或者接触不良造成，也可能是由于仪表设备或者电路板的自身电源组件组件的输入电压超过允许偏差，以及电源组件自身电路故障造成的输出电压超过允许偏差（如电压的异常升高或者降低）。
　　2.3 无源器件故障
　　此类故障如电阻器端帽松脱造成开路，电容器断路或者开路，电容值或电阻值发生变化，电阻器烧毁等。电阻值的变化可能造成逻辑值模糊等故障，电容值的变化可能引起去耦不良、振荡器频率变化以及造成电动机等设备不能起动等故障。
　　2.4 电源去耦不良
　　这类故障主要是产生的干扰波形（或信号）被叠加到正常的波形上。可用大容量的滤波电容和高频性能好的瓷片电容来抑制这种干扰。
　　2.5 干扰
　　这种故障是因为一条线上的信号因感应而耦合到另一条线上形成的，串音信号的大小与线间距和信号频率均成正比。如强电和弱电混置于同一电缆中，使弱电信号不良甚至烧毁信号通道。
　　2.6 应用软件设计故障
　　一般为固定故障。如数据库的设计不合理或者修改不当，逻辑的设计思想没有满足工艺要求等。这种故障或缺陷在工程实际中出现的频率较高。
　　2.7 仪表设备的设计故障
　　因为设计人员考虑不周，或者仪表设备对环境条件、工艺质量、元器件质量要求苛刻等原因。这种故障或缺陷在工程实际中出现的频率也较高。
　　2.8 辅助设备或装置不可靠
　　设备或装置因为各种原因而造成其可靠性差，如节点或接触器性能不可靠、机械故障等。
　　2.9 仪表设备的使用环境不符合要求
　　此类故障为仪表设备的使用环境不符合仪表设备及其元器件对使用环境的要求，如不满足环境温度和湿度要求等。
　　2.10 PCB故障
　　因PCB的供电电源短路或者开路、跳线地址错误，尤其是高集成度的IC芯片因制造缺陷、过热等原因产生交互作用而造成瞬态故障，或*损坏。
　　2.11 人为错误使用芯片或者电路板
　　PCB或IC被错误安装、使用而造成PCB或IC损坏。尤其是IC，更要特别小心。
　　2.12 接触不良
　　这是一种常见而又极使维护人员头痛的故障。故障症状类似于开路，但却具有一定的偶然性，故障的初期极难被发现。造成接触不良的常见原因有：插件松动，焊接不良 ，接点表面氧化，端子接线不牢固（有时为环境振动大造成），接触簧片弹性退化等。zui重要的是安装时要确保牢固可靠。
　　2.13 绝缘不良
　　此类故障极易被人忽视。电路板上若因表面处理不良等而造成的绝缘不良，将会导致信号串线和泄漏，使电路板工作不稳定甚至无法正常工作。
　　2.14 屏蔽不良
　　可能产生信号畸变或者失真等相关故障。
　　2.15 元器件老化和质量不良
　　任何设备都有正常的使用寿命，超过这个期限，各元器件等都会进入衰耗期，这时故障率会大大地增加。元器件质量不良同样会引起故障率高。
　　2.16 计算机通信故障
　　计算机通信故障实际上是数据传输过程中发生的故障。
　　2.16.1 数据传输失灵
　　表现为无数据传输或者数据传输杂乱无章而不能辨认。主要原因有：发送或接收装置电路故障、调制解调器失效、信号通道自身故障等。
　　2.16.2 误码
　　表现为个别代码出错。主要原因有：外界干扰和信道质量不高。
　　2.16.3 信号畸变
　　主要原因有：发送端输出、线路及接收端输入阻抗不匹配，接、收或传送受到干扰等。
　　2.16.4 偶发故障
　　主要原因有：接触不良如虚焊、接口的连接插件因振动等其它原因而松动等。
3 故障查寻的基本策略和方法
　　故障查寻的过程是确定故障原因和故障点的一个测试分析、逻辑推理和验证确认的过程，其依据是建立在以往经验和知识基础上的，对现象进行观察和分析，并进行测试 、验证和确认。
　　3.1 故障查寻的基本策略
　　故障查寻的基本策略可以表述为下面的流程：记录观察和测试的现象和数据—分析现象和整理数据—逻辑推理—深入测试验证—再分析和整理—再测试验证……直至故障被zui终确诊。
　　3.2 故障查寻的基本方法
　　为了快速地确认故障的性质和部位，一般需要采取有效的方法和步骤。故障查寻一般分三个步骤：故障检查、故障确诊和故障排除。
　　3.2.1 故障检查
　　故障检查就是全面地了解仪表设备（或者元器件）的状态及其故障表现，以便发现故障的线索。
　　3.2.1.1 例行检查
　　这是一种常规性的检查，但却是非常必要。一般分两步：
　　a）总体检查。这主要是根据在对故障观察的同时，作诸如外观检查（如是否有脱落 、烧毁、异常气味、机械损伤和电源保险等）等工作。
　　b）功能检查。在通电状态或在线检查仪表设备的功能，这可以更好地掌握故障的总体表现。这对进一步的检查和确诊有很好的指导意义。
　　3.2.1.2 静态检查
　　通电后，观察和检测仪表设备的基本状态（如指示灯、供电电压等），依次对仪表设备的各关键点作进一步的检查。大部分的故障都会在静态检查的过程中暴露出来。
　　3.2.2 故障确诊
　　为简化仪表设备的故障确诊，首先需要将其分成若干个子系统，再对各子系统依次进行分隔检查。对仪表设备的故障查寻和确诊，一般可采取如下方法或者策略：
　　a）注入信号。当因故障或者子系统分隔使前一级不能产生正常输出时，就需要外加信号实现对子系统进行动态特性检查。若需多路信号同时加入时，要尽可能地减少信号间的影响，以便更好地分析故障原因。
　　b）断开环路。具有反馈环节的子系统，为了便于确定故障的部位，需断开反馈回路 。注意，有些情况下因子系统或者回路的需要必须在环节的断开处加入适当的电平或信号 。
　　c）向前或向后搜索以缩小怀疑区。当需要信号注入时，应采取从信号注入端往信号输出方向查寻的策略，直至不正常处；当已知信号不正常时，可采用从输出端向输入端方向查寻的策略，直至信号正常处。
　　d）中间分隔。为加快故障搜寻速度，可对子系统进行对半分隔的办法。
　　e）比较法。为识别和确诊故障，可与一正常工作的子系统或回路的情况相对比，或者参照维修手册进行检查。
　　f）替换法。当怀疑电路插件板、元器件有故障时，将确认好的电路插件板、元器件替换入子系统，以辅助诊断。
　　3.2.3 故障排除
　　故障一经被确诊，只要不是设计上的根本缺陷，修复和排除故障就不太难。在进行多处故障修复时，要注意必要的隔离措施。修复工作完成后，要进行仔细的检查。然后进行修复后的验证。
　　仪表设备发生故障时，无论是系统级的故障，还是元件级的故障，首先都需要对故障作基本的判断分析，也就是故障预览。*行目力检查，如果目检不过关，就要根据目检的情况，分析能否通过更换局部元器件，或者对不过关的部分进行检修更换，达到检修故障的目的；如果目检过关后，接着进行电源检查，对供电回路或者电源组件进行检查，保证电源的正常工作，使得能进行下一步的检修。然后，再决定故障排除的策略和方法。
4 结束语
　　只要我们掌握仪表设备的原理和结构，认真总结和强化交流实践经验，同时掌握正确的故障查寻和故障检修方法，我们一定能够更好更快地分析和解决仪表设备发生的任何故障。