王首舉，葉 松，潘 杰，郭隨平，王 勇

（國防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇南京 211101）

0 引言

YL998型傳感器系統(tǒng)實驗儀是針對高等院校相關(guān)工科專業(yè)進(jìn)行傳感器實驗的常用實驗儀器，具有使用簡便、上手容易、便于教學(xué)的特點[1]。國防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院傳感器實驗室使用的該型實驗儀，主要用于測控技術(shù)與儀器專業(yè)、探測工程專業(yè)學(xué)生的傳感器課程實驗教學(xué)。因其使用時間長，教學(xué)期班多，設(shè)備老化比較嚴(yán)重，目前的故障率較高。在實驗課程開始前，由學(xué)員結(jié)合自身專業(yè)基礎(chǔ)知識，利用課余時間維修實驗儀，不僅可以提高學(xué)生動手能力、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，而且大幅降低實驗室維護(hù)成本。

1 設(shè)備介紹

YL998型傳感器系統(tǒng)實驗儀（圖1）由傳感器模塊、電路模塊、調(diào)控模塊以及短接線組組成。傳感器模塊包括形變傳感器、霍爾傳感器、溫度傳感器等；電路模塊包括電橋、差動放大器、電容放大器、電壓放大器等；調(diào)控模塊由電源開關(guān)、電壓控制旋鈕和電壓表量程轉(zhuǎn)換旋鈕等各種調(diào)控旋檔構(gòu)成。借助該型實驗儀，學(xué)員們能夠開展“金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋”、“差動變壓器（互感式）的性能”、“光纖位移傳感器靜態(tài)實驗”、“熱電偶原理及分度表的應(yīng)用”等44個實驗。

2 故障現(xiàn)象

國防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院傳感器實驗室共有10臺YL998型傳感器系統(tǒng)實驗儀（編號為 01，02，03…10），至本學(xué)期初，已有多臺儀器發(fā)生故障，故障現(xiàn)象包括差動放大器無法調(diào)零、旋鈕無法調(diào)零和溫度表不顯示等。

其中6臺儀器（編號為 01，04，05，08，09，10）在進(jìn)行“金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋”實驗時，差動放大器無法調(diào)零（圖2）。當(dāng)短接差動放大器輸入端，將輸出端接到實驗儀的F/V表2V檔上后旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕調(diào)零時，F(xiàn)/V表示數(shù)始終跳動。

另有4臺儀器（編號為02，03，06，07）進(jìn)行“金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋”實驗時，W1旋鈕無法調(diào)零。具體表現(xiàn)：差動放大器調(diào)零后，連接好實驗電路，將輸出端接到實驗儀F/V表的2 V檔上,旋轉(zhuǎn)W1旋鈕調(diào)零時，F(xiàn)/V表示數(shù)一直跳動。

圖1 YL998型傳感器系統(tǒng)實驗儀

圖2 差動放大器無法調(diào)零

10號儀器在進(jìn)行“金屬箔式應(yīng)變片溫度效應(yīng)及補償”實驗時，溫度表不顯示，具體表現(xiàn)：溫度表開關(guān)斷開或者閉合時，溫度表都不顯示。

3 故障分析與處理

3.1 差動放大器無法調(diào)零

差動放大器的作用為放大輸入信號，減小實驗誤差[2]。實驗儀涉及到差動放大器部分的電路原理如圖3所示。

圖3 差動放大器原理

經(jīng)分析，故障的可能原因：①F/V表的問題；②調(diào)零旋鈕下的電位器，即圖3中W2老化；③電路出現(xiàn)斷路。為了確定是否為F/V表的問題，通過外接一個萬用表，打到直流電壓擋，接于差動放大器輸出端，發(fā)現(xiàn)萬用表示數(shù)與F/V表示數(shù)相同，可以確定F/V表沒有問題。

經(jīng)檢測結(jié)果分析，實驗儀器差動放大器調(diào)零旋鈕對應(yīng)電位器出現(xiàn)了問題，判斷故障的具體操作：打開實驗箱，發(fā)現(xiàn)W2處為多圈精密可調(diào)電位器，其上有3個引腳，在旋轉(zhuǎn)軸相反的一端為可調(diào)端，剩余2個引腳為固定端，阻值10 kΩ，精度5%，功率2 W。可調(diào)電位器的作用是穩(wěn)定電壓調(diào)節(jié)輸入電流的大小。用萬用表歐姆擋測量，若旋轉(zhuǎn)旋鈕時，可調(diào)端和任意一個固定端之間的電阻不變化，則可以判定電位器已損壞[3]。更換電位器后，01，05，08，09，10 號儀器恢復(fù)正常。但04號儀器更換電位器后，調(diào)整差動放大器調(diào)零旋鈕仍沒有反應(yīng)，打開實驗箱觀察電路，發(fā)現(xiàn)有一根導(dǎo)線斷路，經(jīng)重新焊接電路，實驗箱恢復(fù)正常。

3.2 電橋平衡網(wǎng)絡(luò)W1旋鈕無法調(diào)零

電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的作用為調(diào)節(jié)電橋平衡[2]，實驗原理見圖4。雖然 02，03，06，07 號儀器的差動放大器可以正常調(diào)零，但在進(jìn)行電橋網(wǎng)絡(luò)調(diào)零時，旋轉(zhuǎn)W1可調(diào)電位器，F(xiàn)/V表的示數(shù)不改變，根據(jù)圖4電橋平衡網(wǎng)絡(luò)原理，分析可能的原因：①W2處多圈精密可調(diào)電位器出現(xiàn)故障，該電位器阻值為22 kΩ，精度5%，功率2 W；②電路存在斷路。

圖4 電橋平衡網(wǎng)絡(luò)原理

打開實驗箱檢查電路，判斷接線沒有問題。用萬用表檢測后，發(fā)現(xiàn)電位器損壞，更換電位器后實驗儀器恢復(fù)正常。

3.3 溫度表不顯示

10號儀器進(jìn)行“金屬箔式應(yīng)變片溫度效應(yīng)及補償”實驗過程中，當(dāng)需要溫度顯示時，按溫度表開關(guān)，溫度表沒有顯示。用萬用表歐姆擋測量開關(guān)，發(fā)現(xiàn)無論是否閉合開關(guān)，開關(guān)始終處于斷開狀態(tài)。由此可以判斷開關(guān)損壞。更換溫度表開關(guān)后，實驗儀器恢復(fù)正常。

3.4 故障處理結(jié)果

將損壞的電子元器件拆下，用新器件進(jìn)行更換，10臺實驗儀均可正常使用。如表1所示。

表1 YL998型傳感器系統(tǒng)實驗儀維修記錄

4 結(jié)語

YL998型傳感器系統(tǒng)實驗儀的故障處理得到設(shè)備廠家的技術(shù)支持，據(jù)生產(chǎn)廠家多年來對產(chǎn)品的跟蹤統(tǒng)計，該型實驗儀壽命一般為（5～10）a，而國防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院傳感器實驗室的實驗儀已使用7 a，已經(jīng)進(jìn)入故障頻發(fā)期。

多圈精密可調(diào)電位器和溫度表開關(guān)是YL998型傳感器系統(tǒng)實驗儀器使用頻率非常高的元器件，更換電位器和溫度表開關(guān)等元件，能有效延長儀器使用壽命，大幅降低實驗儀的維護(hù)成本。

對實驗儀器進(jìn)行維修，學(xué)員可以更深刻地理解實驗儀的結(jié)構(gòu)與原理，鞏固專業(yè)基礎(chǔ)知識；將所學(xué)知識運用于實踐，不僅鍛煉分析和實踐能力，而且調(diào)動學(xué)員學(xué)習(xí)的主動性和積極性；在與生產(chǎn)廠家進(jìn)行技術(shù)探討的過程中，也大大提高了學(xué)員的溝通能力。