熱膨脹儀的故障診斷與維修

劉志軍,陳 虎,王 旭,陳 泳

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山 243000)

DIL 805A/D型膨脹儀是一種淬火-變形膨脹儀，能夠測定各種形變條件下的相變行為TTT和CCT圖，也可以獲得應力-應變曲線及熱膨脹系數等，用于鋼鐵材料的組織形變等方面的研究，在車輪鋼、汽車板、軸承鋼和熱軋結構鋼等工藝技術改進和性能改善等方面得到廣泛的應用，是鋼鐵材料研究、新產品開發和工藝技術改進等必不可少的試驗儀器。

1 熱膨脹儀的工作原理及結構組成

DIL805A/D熱膨脹儀主要由樣品室、真空系統、液壓系統、水冷卻系統、控制系統和用于變形過程控制、測量數據記錄和繪制曲線的計算機等組成。真空系統由旋轉機械泵、渦輪分子泵、控制閥門、真空規和管道等組成，主要是把樣品室抽成真空，保證樣品在真空狀態下進行淬火或變形試驗。液壓系統主要是在變形試驗時，通過液壓缸給試樣施加變形力。

淬火測量頭和變形測量頭安裝在樣品室內，他們可以互換使用。在使用淬火測量頭時，儀器用為淬火膨脹儀，在空氣、惰性氣體或真空條件下，試樣通過感應加熱線圈加熱到指定溫度，然后以不同的冷卻速率進行冷卻。通過測量試樣長度方向的變化，即可觀察到在在連續冷卻或等溫過程中的相變，相變的開始和終點就確定了鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體或其它相的區間。在使用變形測量頭時，儀器就用為變形膨脹儀，將試樣在指定的溫度下，按照不同的變形程序，以恒定變形速率或變形力進行壓縮，然后進行冷卻，繪制變形條件下的時間-溫度圖，研究材料的蠕變和軟化行為。

2 熱膨脹儀故障的診斷與維修

2.1 電源板上的電源指示燈不亮儀器不工作故障的診斷與排除

該故障現象是，給儀器送電后，電源板上的電源指示燈不亮，按動啟動按鈕，儀器沒有反應。

首先，檢查外部供電電源是否正常。用萬用表測量，穩壓電源輸出220VAC正常，儀器接入端220VAC也正常，這說明外部供電是正常的。其次，檢查電源板是否正常。把4195電源控制板從控制柜中拔出，從外觀未發現有電子元器件異常。用外用表測量電源控制板上的保險絲是正常的。從該電源控制板電路圖可知，外部送入的220VAC經過電源模塊TPM05105變換為+5VDC，給電源板及其他板提供+5VDC電源。為此，要確認該電源控制模塊工作是否正常。離線狀態下，把+5VDC的后級負載全部斷開，給4195電源控制板外接入220VAC，測量電源模塊TPM05105的輸出端沒有+5VDC。診斷出電源模塊TPM05105損壞致使4195電源控制板無輸出。最后，由于買不到電源模塊TPM05105，采用國產化替代，修復4195電源控制板，排除了該故障。

2.2 電源板有電但是儀器不能啟動運行故障的診斷與排除

故障現象是儀器送電后，電源控制板上指示燈正常，按下啟動按鈕后指示燈由紅變綠，但儀器不運行。

從4195電源控制板電路圖可知，儀器啟動上電的過程是：儀器送電后，電源指示燈亮，按下啟動按鈕后，IC23光電耦合芯片BRT22H受電，LED20燈亮，IC23使RT424730繼電器RE4受電，RE4常開觸點閉合，220VAC給控制系統、液壓系統、冷卻系統、真空系統和計算機系統等供電，儀器經過初始化，進入待機狀態。

從電源控制板上指示燈正常可知，外部電源及電源模塊TPM05105工作正常。測量此時控制系統、液壓系統、冷卻系統、真空系統和計算機系統的輸入端沒有電源，說明從IC23到RT424730繼電器RE4的輸出有問題。靜態測量IC23與RE4沒有發現問題。然后采用離線外加電源動態試驗法進行診斷。首先在光電耦合芯片IC23的第1和第3腳接入+5VDC，在RE4的A1和A3腳接入220VAC，通電后，測量RE4的常開觸點沒有閉合，再測量RE4的A1與A3間也沒有220VAC，這說明光電耦合芯片IC23的輸出有問題。其次，更換一新的光電耦合芯片IC23后，再進行試驗，測量RE4的常開觸點還是沒有閉合，再測量RE4的A1與A3間也有220VAC了，這說明RE4也有問題。最后，更換一新的RE4繼電器后，故障排除。

2.3 真空規損壞導致無法自動升溫故障的診斷與排除

故障現象是啟動試驗程序后，真空始終顯示為OR，無法啟動升溫。

根據工作原理知道，為了防止氧化，只有樣品室內的真空度達到要求時，系統才開始給試樣加熱。從故障現象知道，真空始終達不到要求，所以系統不啟動加熱。首選檢查真空系統，檢查發現旋轉機械泵是動作的，而且啟動一會后，樣品室的門也不能打開了，這說明，系統已經在抽真空了；其次，懷疑樣品室存在泄漏，導致真空度達不到要求，于是檢查樣品分析室，發現樣品室內也是干凈的，采用無水酒精清理樣品室周圍及上蓋密封圈等，保證其密封良好，但是故障一樣；最后，檢查發現真空系統中的真空規的工作指示燈不亮，檢查連接線均正常，真空規工作電壓24VDC也正常，至此，懷疑真空規損壞，沒有真空值送給控制系統，致使真空值沒有顯示，系統保護不升溫，更換新的真空規后，儀器恢復正常。

2.4 液壓活塞不動作故障的診斷與排除

故障現象是在做變形試驗時出現“Max force or sensor failed”錯誤提示，液壓執行桿不能左右移動。

根據工作原理可知，在做變形試驗時，液壓活塞在液壓油的驅動下移動，實現對試樣的壓縮變形。首先，檢測液壓源系統，發現液壓泵工作正常，輸出壓力也是正常的；其次，打開樣品室，檢查試樣的裝夾，也沒有發現阻塞或卡緊等問題；最后，從“Max force or sensor failed”故障信息可知道，可能是載荷超載保護了。但是，需要確認是載荷傳感器有問題，還是后面的載荷信號處理電路等存在問題。檢查載荷傳感器信號電纜連接是正常的。把與載荷信號有關的四塊電路板4160-1、4098-20、6122-20和5092-1寄到德國工廠在其他儀器上做替換試驗，證明他們都是正常的。最后，診斷為變形單元中的載荷傳感器有問題，更換變形單元后，故障排除。通過該故障的診斷與排除過程，探索出了一套如何應對這種從國外進口而國內又沒有維修力量進口大型儀器故障的診斷處理辦法。

2.5 水冷卻系統問題導致淬火試驗不能進行故障的診斷與排除

故障現象是在進行淬火試驗時，儀器提示冷卻水流量不能滿足要求，不能進行試驗。

根據故障現象，首先檢查水冷機，發現水冷機運行正常；其次，懷疑水冷管路有堵塞現象，檢查從水冷機到儀器間的進出水管都是正常的，懷疑儀器內部水冷卻回落又堵塞問題。最后，采用壓縮空氣進行反吹，吹出許多氧化鐵皮碎屑。打開水冷機的水箱，發現內部有許多沉積的氧化鐵皮碎屑，由于水冷卻回路中無過濾裝置，導致儀器內部有堵塞現象。經過反復沖掃，更換具有過濾裝置的水冷機后，故障得到排除。

3 結語

本文結合DIL805A/D熱膨脹儀的工作原理及結構組成，介紹了幾個典型故障的診斷與維修，為該儀器故障的快速診斷和維修提供了參考。需要說明的是，在對電路板上元器件進行動態上電實驗時，一定要在離線的情況下進行。