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智能仪表的常见故障类型与故障诊断方法

电工天下【电工测量】 编辑:小电工 发布时间:2016-12-13 15:43:26

智能仪表的常见故障类型与故障诊断方法

同其他仪表设备一样,智能仪表在使用过程中也可能会出现故障甚至损坏,一旦产生这样的问题,应该尽快予以解决并使仪表能够恢复正常工作。

当然,智能仪表中由于引入了微型计算机后,虽然仪表的功能大大加强,但也给诊断故障和排除故障(其中包括微型计算机硬件及软件的故障诊断与处理)增加了一定的困难。

这就要求智能仪表的使用、维护人员必须具备一定的智能化设备的故障诊断、检修及维护的知识。

一、常见故障类型

智能仪表的故障类型一般可分为硬件故障和软件故障两大类

1.常见的硬件故障

(1)逻辑错误
仪表硬件的逻辑错误通常是由于设计错误、加工过程中工艺性错误或使用中其他因素所造成的。这类错误主要包括:错线、开路、短路、相位出错等几种情况,其中短路是最常见的也较难排除的故障。智能仪表在结构设计上往往要求体积小,从而使印刷电路板的布线密度高,使用中异物等常常造成引线之间的短路而引起故障。开路故障则常常是由于印刷电路板的金属化孔质量不好,或接插件接触不良所造成的。

(2)元器件失效
元器件失效的原因主要有两个方面:一是元器件本身已损坏或性能差,诸如:电阻、电容的型号、参数不正确,集成电路已损坏,器件的速度、功耗等技术参数不符合要求等;二是由于组装原因造成的元器件失效,如:电容、二极管、三极管的极性错误,集成块的方向安装错误等。

(3)可靠性差
系统不可靠的因素很多,例如:金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏,经不起振动;内部和外部的干扰、电源的纹波系数过大、器件负载过大等都会造成逻辑电平不稳定;另外,走线和布局的不合理等情况也会引起系统可靠性差。

(4)电源故障
若智能仪表存在电源故障,则通电后,将造成器件损坏。电源的故障包括:电压值不符合设计要求;电源引出线和插座不对应;各档电源之间短路;变压器功率不足,内阻大,负载能力差等。

2.常见的软件故障

(1)程序失控
这种故障现象是以断点连续方式运行时,目标系统没有按规定的功能进行操作或什么结果也没有。这是由于程序转移到没有预料到的地方或在某处循环所造成的。这类错误产生的原因有:程序中转移地址计算有误、工作寄存器冲突等。在采用实时多任务操作系统时,错误可能在操作系统中,没有完成正确的任务调度操作;也可能在高优先级任务程序中,CPU在出现死循外。

(2)中断错误

①不响应中断。

CPU 不响应任何中断或不响应某一个中断。这种错误的现象是连续运行时不执行中断服务程序的规定操作。当断点设在中断入口或中断服务程序中时反而碰不到断点。造成错误的原因有:中断控制寄存器(1E、IP)初值设置不正确,使CPU 没有开放中断或不允许某个中断源请求;对片内的定时器、串行口等特殊功能寄存器的扩展I/O 口编程有错误,造成中断没有被激活;某一中断服务程序不是以RETI 指令作为返回主程序的指令,CPU 虽已返回到主程序,但内部中断状态寄存器没有被清除,从而不响应中断;由于外部中断的硬件故障使外部中断请求失效。

②循环响应中断。

这种故障是CPU 循环地响应某一个中断,使CPU 不能正常地执行主程序或其他的中断服务程序。这种错误大多发生在外部中断中。若外部中断以电平触发方式请求中断,那么当中断服务程序没有有效清除外部中断源(例如,8251 的发送中断和接收中断在8251 受到干扰时,不能被清除)时,或由于硬件故障使得中断一直有效,此时CPU 将连续响应该中断。

(3)输入/ 输出错误。

这类错误包括输入操作杂乱无章或根本不动作。错误的原因有:输出程序没有和I/O 硬件协调好(如地址错误、写入的控制字和规定的I/O 操作不一致等);时间上没有同步;硬件中还存在故障等。

总之,软件故障相对比较隐蔽,容易被忽视,查找起来一般很困难,通常需要测试者具有丰富的实际经验。

二、故障诊断的基本方法

由于微处理器引入到仪表中,使智能仪表的功能大大增强,同时也给诊断故障和排除故障增加了困难。

首先,判断出仪表故障属于软件故障还是硬件故障就比较困难,这项工作要求维修人员具有丰富的微处理器硬件知识和一定的软件编程技术才能正确判断故障的原因,并迅速排除。

虽然利用自诊断程序可以进行故障的定位,但是,任何诊断程序都要在一定的环境下运行,如电源、微处理器工作正常等环境。当系统的故障已经破坏了这个环境,自诊断程序本身都无法运行时,诊断故障自然就无能为力了;

另外,诊断程序所列出的结果有时并不是惟一的,不能定位在哪一具体部位或芯片上。

因此,必要时还应辅以人工诊断才能奏效。下面介绍一些诊断故障的基本方法。

1.敲击与手压法

仪表使用时,经常会遇到仪表运行时好时坏的现象,这种现象大多数是由于接触不良或虚焊造成的,对于这种情况可以采用“敲击与手压法”。

所谓敲击,就是对可能产生故障的部位,通过橡皮榔头或其他敲击物轻轻敲打插件板或部件,看看是否会引起出错或停机故障。所谓手压,就是在故障出现时,关上电源后,对插接的部件和插头插座重新用手压牢,再开机试试是否会消除故障。如果发现敲打一下机壳正常,最好先将所有接插头重新插牢再试;如果手压后仪表正常,则将所压部件或插头的接触故障排除后再试;若上述方法仍不成功,则选用其他办法。

2. 利用感觉法
这种方法是利用视觉、嗅觉和触觉发现故障并确定故障的部位。某些时候,损坏了的元器件会变色、起泡或出现烧焦的斑点;烧坏的器件会产生一些特殊的气味;出故障的芯片会变得很烫。

另外,有时用肉眼也可以观察到虚焊或脱焊处。

3. 拔插法
所谓“拔插法”,是通过拔插智能仪表机内一些插件板、器件来判断故障原因的方法。如果拔除某一插件或器件后,仪表恢复正常,则就说明故障发生在这里。

4. 元器件交换试探法
这种方法要求有两台同型号的仪表或有足够的备件。将一个好的备品与故障机上的同一元器件进行替换,查看故障是否消除,以找出故障器件或故障插件板。

5. 信号对比法
这种方法也要求有两台同型号的仪表,其中有一台必须是正常运行的。使用这种方法还要具备必要的设备,例如,万用表、示波器等。按比较的性质可将其分为电压比较、波形比较、静态电阻比较、输出结果比较、电流比较等。

具体做法:让有故障的仪表和正常的仪表在相同情况下运行,而后检测一些点的信号,再比较所测的两组信号。若有不同,则可以断定故障出在这里。

这种方法要求维修人员具有相当的知识和技能。

6. 升降温法
有时,仪表工作时间较长或在夏季工作环境温度较高时就会出现故障。关机检查时正常,停一段时间再开机也正常,但是过一会儿又出现故障,这种故障是由于个别集成电路或元器件性能差,高温特性参数达不到指标要求所致。为了找出故障原因,可以采用升降温方法。

所谓降温,就是在故障出现时,用棉签将无水乙醇在可能出故障的部位抹擦,使其降温,观察故障是否消除。所谓升温,就是人为地把环境温度升高,比如将加热的电烙铁靠近有疑点的部位(注意,切不可将温度升得太高以致损坏正常器件),试看故障是否出现。

7. 骑肩法
“骑肩法”也称“并联法”。把一块好的集成电路芯片安装在要检查的芯片之上,或者把好的元器件(电阻、电容、二极管、三极管等)与要检查的元器件并联,保持良好的接触。如果故障出自于器件内部开路或接触不良等原因,则采用这种方法可以排除。

8. 电容旁路法
当某一电路产生比较奇怪的现象,例如显示器上显示混乱时,可以用“电容旁路法”确定有问题的电路部分。例如,将电容跨接在集成电路的电源和地端;将晶体管电路跨接在基极输入端或集电极输出端,观察对故障现象的影响。如果电容旁路输入端无效,而旁路它的输出端时,故障现象消失,则问题就出现在这一级电路中。

9. 改变原状态法
一般来说,在故障未确定前,不要随便触动电路中的元器件,特别是可调整式元器件更是如此,例如电位器。但是,如果事先采取复位参考措施(例如,在未触动前先做好位置记号或测出电压值或电阻值等),必要时还是允许触动的,也许改变之后,故障会消除。

10. 故障隔离法
“故障隔离法”不需要相同型号的设备或备件做比较,而且安全可靠。根据故障检测流程图,分割包围逐步缩小故障搜索范围,再配合信号对比、部件交换等方法,一般会很快查到故障所在。

11. 使用工具诊断法
利用维修工具和测试设备对集成电路芯片、电阻、电容、二极管、三极管、晶闸管等元器件进行测试、分析、判断。测试观察的内容主要是:信号波形、电流、电压、频率、相位等参数,根据这些所得信息进行故障诊断。

12. 直接经验法
维修人员经过一定时间的维护实践,对于所使用的仪表系统已比较熟悉,积累了丰富的经验,清楚什么部位有什么特征,什么是正常现象,什么是异常现象。
当系统发生故障时,常常可用直接观察的方法,凭借维修经验,找出故障并迅速排除。

13. 软件诊断法
“软件诊断法”也是智能仪表的一种有效的故障诊断方法。通常智能仪表都是具有故障自动诊断功能,这是由预先编制的软件程序实现的。

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