智能化儀表故障維修 - 全文

　　智能儀表在使用過程中也可能會(huì)出現(xiàn)故障甚至損壞，一旦產(chǎn)生這樣的問題，應(yīng)該盡快予以解決并使儀表能夠恢復(fù)正常工作。

　　一、常見故障類型

　　智能儀表的故障類型一般可分為硬件故障和軟件故障兩大類。

　　1.常見的硬件故障

　　(1)邏輯錯(cuò)誤

　　儀表硬件的邏輯錯(cuò)誤通常是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、加工過程中工藝性錯(cuò)誤或使用中其他因素所造成的。這類錯(cuò)誤主要包括：錯(cuò)線、開路、短路、相位出錯(cuò)等幾種情況，其中短路是最常見的也較難排除的故障。智能儀表在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上往往要求體積小，從而使印刷電路板的布線密度高，使用中異物等常常造成引線之間的短路而引起故障。開路故障則常常是由于印刷電路板的金屬化孔質(zhì)量不好，或接插件接觸不良所造成的。

　　(2)元器件失效

　　元器件失效的原因主要有兩個(gè)方面：一是元器件本身已損壞或性能差，諸如：電阻、電容的型號(hào)、參數(shù)不正確，集成電路已損壞，器件的速度、功耗等技術(shù)參數(shù)不符合要求等;二是由于組裝原因造成的元器件失效，如：電容、二極管、三極管的極性錯(cuò)誤，集成塊的方向安裝錯(cuò)誤等。

　　(3)可靠性差

　　系統(tǒng)不可靠的因素很多，例如：金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞，經(jīng)不起振動(dòng);內(nèi)部和外部的干擾、電源的紋波系數(shù)過大、器件負(fù)載過大等都會(huì)造成邏輯電平不穩(wěn)定;另外，走線和布局的不合理等情況也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。

　　(4)電源故障

　　若智能儀表存在電源故障，則通電后，將造成器件損壞。電源的故障包括：電壓值不符合設(shè)計(jì)要求;電源引出線和插座不對(duì)應(yīng);各檔電源之間短路;變壓器功率不足，內(nèi)阻大，負(fù)載能力差等。

　　2.常見的軟件故障

　　(1)程序失控

　　這種故障現(xiàn)象是以斷點(diǎn)連續(xù)方式運(yùn)行時(shí)，目標(biāo)系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么結(jié)果也沒有。這是由于程序轉(zhuǎn)移到?jīng)]有預(yù)料到的地方或在某處循環(huán)所造成的。這類錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因有：程序中轉(zhuǎn)移地址計(jì)算有誤、工作寄存器沖突等。在采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)時(shí)，錯(cuò)誤可能在操作系統(tǒng)中，沒有完成正確的任務(wù)調(diào)度操作;也可能在高優(yōu)先級(jí)任務(wù)程序中，CPU在出現(xiàn)死循外。

　　(2)中斷錯(cuò)誤

　?、俨豁憫?yīng)中斷。CPU 不響應(yīng)任何中斷或不響應(yīng)某一個(gè)中斷。這種錯(cuò)誤的現(xiàn)象是連續(xù)運(yùn)行時(shí)不執(zhí)行中斷服務(wù)程序的規(guī)定操作。當(dāng)斷點(diǎn)設(shè)在中斷入口或中斷服務(wù)程序中時(shí)反而碰不到斷點(diǎn)。造成錯(cuò)誤的原因有：中斷控制寄存器(1E、IP)初值設(shè)置不正確，使CPU 沒有開放中斷或不允許某個(gè)中斷源請(qǐng)求;對(duì)片內(nèi)的定時(shí)器、串行口等特殊功能寄存器的擴(kuò)展I/O 口編程有錯(cuò)誤，造成中斷沒有被激活;某一中斷服務(wù)程序不是以RETI 指令作為返回主程序的指令，CPU 雖已返回到主程序，但內(nèi)部中斷狀態(tài)寄存器沒有被清除，從而不響應(yīng)中斷;由于外部中斷的硬件故障使外部中斷請(qǐng)求失效。

　?、谘h(huán)響應(yīng)中斷。這種故障是CPU 循環(huán)地響應(yīng)某一個(gè)中斷，使CPU 不能正常地執(zhí)行主程序或其他的中斷服務(wù)程序。這種錯(cuò)誤大多發(fā)生在外部中斷中。若外部中斷以電平觸發(fā)方式請(qǐng)求中斷，那么當(dāng)中斷服務(wù)程序沒有有效清除外部中斷源(例如，8251 的發(fā)送中斷和接收中斷在8251 受到干擾時(shí)，不能被清除)時(shí)，或由于硬件故障使得中斷一直有效，此時(shí)CPU 將連續(xù)響應(yīng)該中斷。

　　(3)輸入/ 輸出錯(cuò)誤。這類錯(cuò)誤包括輸入操作雜亂無章或根本不動(dòng)作。錯(cuò)誤的原因有：輸出程序沒有和I/O 硬件協(xié)調(diào)好(如地址錯(cuò)誤、寫入的控制字和規(guī)定的I/O 操作不一致等);時(shí)間上沒有同步;硬件中還存在故障等。

　　總之，軟件故障相對(duì)比較隱蔽，容易被忽視，查找起來一般很困難，通常需要測(cè)試者具有豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

　　二、故障診斷的基本方法

　　由于微處理器引入到儀表中，使智能儀表的功能大大增強(qiáng)，同時(shí)也給診斷故障和排除故障增加了困難。首先，判斷出儀表故障屬于軟件故障還是硬件故障就比較困難，這項(xiàng)工作要求維修人員具有豐富的微處理器硬件知識(shí)和一定的軟件編程技術(shù)才能正確判斷故障的原因，并迅速排除。

　　雖然利用自診斷程序可以進(jìn)行故障的定位，但是，任何診斷程序都要在一定的環(huán)境下運(yùn)行，如電源、微處理器工作正常等環(huán)境。當(dāng)系統(tǒng)的故障已經(jīng)破壞了這個(gè)環(huán)境，自診斷程序本身都無法運(yùn)行時(shí)，診斷故障自然就無能為力了;另外，診斷程序所列出的結(jié)果有時(shí)并不是惟一的，不能定位在哪一具體部位或芯片上。因此，必要時(shí)還應(yīng)輔以人工診斷才能奏效。下面介紹一些診斷故障的基本方法。

　　1.敲擊與手壓法

　　儀表使用時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到儀表運(yùn)行時(shí)好時(shí)壞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象大多數(shù)是由于接觸不良或虛焊造成的，對(duì)于這種情況可以采用“敲擊與手壓法”。

　　所謂敲擊，就是對(duì)可能產(chǎn)生故障的部位，通過橡皮榔頭或其他敲擊物輕輕敲打插件板或部件，看看是否會(huì)引起出錯(cuò)或停機(jī)故障。所謂手壓，就是在故障出現(xiàn)時(shí)，關(guān)上電源后，對(duì)插接的部件和插頭插座重新用手壓牢，再開機(jī)試試是否會(huì)消除故障。如果發(fā)現(xiàn)敲打一下機(jī)殼正常，最好先將所有接插頭重新插牢再試;如果手壓后儀表正常，則將所壓部件或插頭的接觸故障排除后再試;若上述方法仍不成功，則選用其他辦法。

　　2. 利用感覺法

　　這種方法是利用視覺、嗅覺和觸覺發(fā)現(xiàn)故障并確定故障的部位。某些時(shí)候，損壞了的元器件會(huì)變色、起泡或出現(xiàn)燒焦的斑點(diǎn);燒壞的器件會(huì)產(chǎn)生一些特殊的氣味;出故障的芯片會(huì)變得很燙。

　　另外，有時(shí)用肉眼也可以觀察到虛焊或脫焊處。

　　3. 拔插法

　　所謂“拔插法”，是通過拔插智能儀表機(jī)內(nèi)一些插件板、器件來判斷故障原因的方法。如果拔除某一插件或器件后，儀表恢復(fù)正常，則就說明故障發(fā)生在這里。

　　4. 元器件交換試探法

　　這種方法要求有兩臺(tái)同型號(hào)的儀表或有足夠的備件。將一個(gè)好的備品與故障機(jī)上的同一元器件進(jìn)行替換，查看故障是否消除，以找出故障器件或故障插件板。

　　5. 信號(hào)對(duì)比法

　　這種方法也要求有兩臺(tái)同型號(hào)的儀表，其中有一臺(tái)必須是正常運(yùn)行的。使用這種方法還要具備必要的設(shè)備，例如，萬用表、示波器等。按比較的性質(zhì)可將其分為電壓比較、波形比較、靜態(tài)電阻比較、輸出結(jié)果比較、電流比較等。

　　具體的做法是：讓有故障的儀表和正常的儀表在相同情況下運(yùn)行，而后檢測(cè)一些點(diǎn)的信號(hào)，再比較所測(cè)的兩組信號(hào)。若有不同，則可以斷定故障出在這里。

　　這種方法要求維修人員具有相當(dāng)?shù)闹R(shí)和技能。

　　6. 升降溫法

　　有時(shí)，儀表工作時(shí)間較長(zhǎng)或在夏季工作環(huán)境溫度較高時(shí)就會(huì)出現(xiàn)故障。關(guān)機(jī)檢查時(shí)正常，停一段時(shí)間再開機(jī)也正常，但是過一會(huì)兒又出現(xiàn)故障，這種故障是由于個(gè)別集成電路或元器件性能差，高溫特性參數(shù)達(dá)不到指標(biāo)要求所致。為了找出故障原因，可以采用升降溫方法。

　　所謂降溫，就是在故障出現(xiàn)時(shí)，用棉簽將無水乙醇在可能出故障的部位抹擦，使其降溫，觀察故障是否消除。所謂升溫，就是人為地把環(huán)境溫度升高，比如將加熱的電烙鐵靠近有疑點(diǎn)的部位(注意，切不可將溫度升得太高以致?lián)p壞正常器件)，試看故障是否出現(xiàn)。

　　7. 騎肩法

　　“騎肩法”也稱“并聯(lián)法”。把一塊好的集成電路芯片安裝在要檢查的芯片之上，或者把好的元器件(電阻、電容、二極管、三極管等)與要檢查的元器件并聯(lián)，保持良好的接觸。如果故障出自于器件內(nèi)部開路或接觸不良等原因，則采用這種方法可以排除。

　　8. 電容旁路法

　　當(dāng)某一電路產(chǎn)生比較奇怪的現(xiàn)象，例如顯示器上顯示混亂時(shí)，可以用“電容旁路法”確定有問題的電路部分。例如，將電容跨接在集成電路的電源和地端;將晶體管電路跨接在基極輸入端或集電極輸出端，觀察對(duì)故障現(xiàn)象的影響。如果電容旁路輸入端無效，而旁路它的輸出端時(shí)，故障現(xiàn)象消失，則問題就出現(xiàn)在這一級(jí)電路中。

　　9. 改變?cè)瓲顟B(tài)法

　　一般來說，在故障未確定前，不要隨便觸動(dòng)電路中的元器件，特別是可調(diào)整式元器件更是如此，例如電位器。但是，如果事先采取復(fù)位參考措施(例如，在未觸動(dòng)前先做好位置記號(hào)或測(cè)出電壓值或電阻值等)，必要時(shí)還是允許觸動(dòng)的，也許改變之后，故障會(huì)消除。

　　10. 故障隔離法

　　“故障隔離法”不需要相同型號(hào)的設(shè)備或備件做比較，而且安全可靠。根據(jù)故障檢測(cè)流程圖，分割包圍逐步縮小故障搜索范圍，再配合信號(hào)對(duì)比、部件交換等方法，一般會(huì)很快查到故障所在。

　　11. 使用工具診斷法

　　利用維修工具和測(cè)試設(shè)備對(duì)集成電路芯片、電阻、電容、二極管、三極管、晶閘管等元器件進(jìn)行測(cè)試、分析、判斷。測(cè)試觀察的內(nèi)容主要是：信號(hào)波形、電流、電壓、頻率、相位等參數(shù)，根據(jù)這些所得信息進(jìn)行故障診斷。

　　12. 直接經(jīng)驗(yàn)法

　　維修人員經(jīng)過一定時(shí)間的維護(hù)實(shí)踐，對(duì)于所使用的儀表系統(tǒng)已比較熟悉，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，清楚什么部位有什么特征，什么是正?，F(xiàn)象，什么是異?，F(xiàn)象。

　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，常?？捎弥苯佑^察的方法，憑借維修經(jīng)驗(yàn)，找出故障并迅速排除。

　　13. 軟件診斷法

　　“軟件診斷法”也是智能儀表的一種有效的故障診斷方法。通常智能儀表都是具有故障自動(dòng)診斷功能，這是由預(yù)先編制的軟件程序?qū)崿F(xiàn)的。

　　三、故障的處理方法

　　上面介紹了故障診斷的一些方法，但診斷出故障的準(zhǔn)確部位只能說是完成了維修工作的一大部分，剩下的10%的任務(wù)是修理工作。即便是這一小部分工作，如果不加以重視，也會(huì)達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)甚至是功虧一簣。本文主要介紹一些智能儀表修理方面的知識(shí)，這些知識(shí)對(duì)于任何電子產(chǎn)品的修理也是適用的。

　　1. 去除被替換元器件

　　如果已經(jīng)診斷出某個(gè)元器件已經(jīng)損壞，或者懷疑它有問題，就要把它從原位置上取下來。這一工作對(duì)于兩個(gè)接線端或者帶插座的集成電路是比較容易的，但是對(duì)于那些直接焊接在印刷電路板上的集成電路芯片或者多頭的元器件，如三極管、繼電器、電阻排等，就絕非易事。要拆除這類元器件一般可用下面幾種方法。

　　(1)使用“塑料吸管”，也就是不帶電烙鐵的吸錫器。使用過程是：先用電烙鐵加熱要去除的焊錫，直到熔化，然后把真空吸管對(duì)準(zhǔn)熱的焊錫，快速移去烙鐵，同時(shí)放松真空泵上的彈簧，這樣就能把焊錫吸到管內(nèi)的一個(gè)存放室。

　　(2)采用獸醫(yī)用的大號(hào)注射針頭將其磨平后，一邊用烙鐵加熱焊錫使其熔化，一邊快速將針頭套住端子插下去，使焊錫與端子分離。

　　(3)先用一根銅絲束帶與焊錫相接觸，然后加熱焊點(diǎn)附近處的銅束，銅束很快升溫，并且把熱量傳給焊錫，焊錫就熔化，在毛細(xì)作用下進(jìn)入銅絲束帶，焊錫被吸走。

　　(4)采用一種叫做“起出器”和“熔焊頭”的專用工具。要焊下芯片時(shí)，只要把這個(gè)“起出器”插在芯片上，同時(shí)用“熔焊頭”在印刷板的背面加熱，待焊錫全部熔化后，壓下“起出器”上方的按鈕，這時(shí)彈簧片對(duì)芯片產(chǎn)生一個(gè)向上的彈力，芯片就會(huì)彈起，脫離電路板。

　　2. 去除焊接殘留物

　　取出元器件后，電路板孔中不可避免地還有殘留的焊錫。這時(shí)可以先加熱使其熔化，然后快速地將牙簽或小鐵釘插入孔中待焊錫冷卻后拔出，這樣就能使孔保持敞開，以便以后再插入元器件。去除堵在焊孔中的焊錫的另一種方法是：使用微型鉆頭把焊孔鉆通，但采用這種方法時(shí)，一定要把鉆孔產(chǎn)生的碎屑全部清除干凈?？梢杂梅糯箸R來進(jìn)行仔細(xì)檢查。

　　3. 修理電路板

　　在焊上新元件以前，先要檢查一下有沒有與電路板脫離了的導(dǎo)線或焊片。如果導(dǎo)線斷了，則應(yīng)重新焊接使導(dǎo)線連上，可使用18# 或20# 導(dǎo)線。最好使用背面有粘著劑的印刷線重新貼在損壞的地方，刮去新印刷線兩端表面的氧化層，使它能與老的線路相焊接，再把多余的錫粒全部掃清，鉆通所有被垃圾填沒的引線端子孔。

　　4. 檢查替換的元器件

　　在焊接以前先檢查一下替換的元器件是很有必要的。這就需要維修人員具有較高的理論知識(shí)和測(cè)試技術(shù)，借助于常用的測(cè)試儀表對(duì)電阻、電容、二極管、三極管、集成電路芯片等進(jìn)行測(cè)試判斷。

　　也可采用更簡(jiǎn)單的辦法，把芯片和其他元器件的端子插到對(duì)應(yīng)的焊孔中去，并且用牙簽塞緊，然后上電。如果功能正常，就可以拔去牙簽，焊上元件。

　　5. 焊接

　　毫無疑問，手工焊接是電子維修中最不引起重視、最容易操作失誤的一項(xiàng)工作。許多人不但焊接技術(shù)差，而且烙鐵也經(jīng)常用錯(cuò)。焊接不是僅僅簡(jiǎn)單地把兩種金屬連在一起，它的正確意義是：把兩種金屬熔化并組合成一種像機(jī)械連接在一起的、牢靠的電氣連接。在這一過程中對(duì)時(shí)間和溫度的要求很嚴(yán)，在正確使用烙鐵時(shí)，手工焊接通常在1.5 s 或更短的時(shí)間內(nèi)完成。

　　為了清潔焊接處的油膩、灰塵或氧化層，應(yīng)該使用品質(zhì)良好的清潔助焊劑。焊接成功的關(guān)鍵是電烙鐵。要選擇一把工作溫度與要修理的電路板相適應(yīng)的烙鐵，功率太低或太高的電烙鐵都是不正確的。烙鐵頭應(yīng)該盡可能大些，但要比被焊的元件稍小。為了使烙鐵頭不被氧化腐蝕，在使用過程中隨時(shí)給焊頭燙上一層錫，這樣既可以使熱傳導(dǎo)加快，同時(shí)也避免其被氧化。用舊了的焊頭總是發(fā)黑而骯臟的，并有被腐蝕的凹坑，它的導(dǎo)熱性能不那么好，應(yīng)該用砂紙進(jìn)行摩擦后，重新燙上錫，就能再次使用。

　　在焊頭還未冷卻時(shí)，用濕海綿進(jìn)行拭擦，這是一種錯(cuò)誤的方法，這樣會(huì)擦去其保護(hù)層，從而使焊頭表面暴露在空氣中受到氧化。最好的方法是燙上一些新的錫。

　　6. 調(diào)試

　　修理完畢后，應(yīng)該對(duì)某些參數(shù)重新調(diào)試并試運(yùn)行，使得維修后，儀表的性能指標(biāo)和原來的產(chǎn)品一致。