ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ
МДК.03.01 Технология эксплуатации контрольно-измерительных приборов и систем автоматики
Тема 1.1. Техническое обслуживание контрольно-измерительных приборов и систем автоматики
Лекция 17: Техническое обслуживание электронных и цифровых приборов для измерения электрических величин
ОБСЛУЖИВАНИЕ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ И АВТОМАТИКИ (КИПИА)
Контрольно-измерительные приборы (или КИП) и автоматика — это технические средства, предназначенные для измерения данных, контроля, регулирования и управления различных приборов и систем. В зависимости от целей и предназначения выполняют функции по измерению и контролю параметров тепловых, энергетических и механических характеристик, выявление химических составов, физических состояний веществ. Такие приборы используются как индикаторы, регуляторы, всевозможные датчики, могут иметь исполнительный принцип действия, контролировать функции устройств. Установка данных приборов обеспечивает надежную, интеллектуальную и контролируемую работу всех необходимых устройств. Приборы также осуществляют контроль за безопасным функционированием оборудования, в случае сбоев автоматика осуществляет выключение и перезапуск устройств, в тех случаях, когда это технически возможно осуществить.
Техническое обслуживание КИП включает в себя:
Снятие средств измерения и автоматизации для ремонта и своевременное представление их на поверку. Проверка срабатывания устройств сигнализации и блокировок автоматики безопасности (должна производиться не реже одного раза в месяц.)
|
|
|
Контроль герметичности приборов, импульсных трубопроводов и арматуры (проводится одновременно с проверкой герметичности газопроводов и технологического оборудования не реже одного раза в месяц.) Проверка работоспособности, проверка по контрольным точкам (установки на «ноль»), выявление и устранение мелких дефектов, возникших в процессе эксплуатации; Осмотр щитов автоматизации, блокировочных устройств, средств сигнализации и защиты. Значение уставок автоматики безопасности, сигнализации должны соответствовать отчету о наладке оборудования.
Техническое обслуживание КИП и автоматики осуществляется согласно инструкциям по эксплуатации приборов. Обслуживание позволяет выполнять профилактический контроль, продлевать работоспособность исполнительных механизмов. Техническое обслуживание подразумевает проверку работы приборов, выведение точных данных, выполнение основных функций. Данные меры позволяют выявить выход из строя автоматики, осуществить необходимый ремонт, либо замену частей КИП. Это особенно важно для приборов, отвечающих за безопасность эксплуатации оборудования и систему сигнализации.
|
|
|
Электронные приборы и устройства
Электронными приборами называются активные вакуумные, газоразрядные и полупроводниковые элементы электрических цепей. Наряду с пассивными элементами (резисторами, катушками индуктивности и конденсаторами) они входят в электрические схемы устройств, в которых происходит преобразование электромагнитной энергии и сигналов. Наиболее простым видом преобразования является выпрямление переменного тока, более сложным — инвертирование постоянного тока в переменный, усиление, генерирование и преобразование сигналов сложной формы. Различают вакуумные и полупроводниковые электронные приборы.
К электровакуумным приборам относятся электронные лампы (диоды, триоды, тетроды, пентоды и др.), вакуумные фотоэлементы и фотоумножители, электронно-лучевые трубки осциллографов, телевизоров, мониторов ЭВМ, сверхвысокочастотные генераторы (клистроны, магнетроны, митроны и др.). В электровакуумных приборах электрический ток создается направленным движением электронов. Электроны чаще всего испускаются (эмитируются) нагретыми термоэлектродными катодами и за счет напряжения между анодом и катодом движутся к аноду. Кроме анода и катода между ними в зависимости от назначения располагаются другие электроды (сетки и экраны), регулирующие интенсивность и скорость потока электронов. К электронным приборам относятся также газоразрядные приборы: газотроны, тиратроны, игнитроны, ртутные выпрямители и т.д. В них физические процессы протекают в газовой среде, а электрический ток образуется движением не только катодных электронов, но и движением электронов и положительных ионов, образующихся вследствие ионизации инертных газов или паров ртути.
|
|
|
В полупроводниковых приборах электрические токи текут в твердом теле — полупроводниках. Поэтому их часто называют твердотельными электронными приборами. К ним относятся полупроводниковые диоды, триоды (транзисторы), тиристоры, светодиоды, фоторезисторы, фототранзисторы.
Полупроводниковые электронные приборы наиболее часто используются в современных электронных устройствах.
Цифровые электронные приборы
В цифровых электронных приборах непрерывная (аналоговая) величина преобразуется в дискретную с помощью дискретизации по времени и квантования по уровню. На рис. 11.16 показана дискретизация непрерывного сигнала по времени с шагом дискретизации At, а на рис. 11.12 — квантование по уровню с квантом Ах. С помощью этих операций непрерывный сигнал представляется в виде конечного числа значений.
|
|
|
Рис. 11.15. Дискретизация непрерывного сигнала по времени
В процессе дискретизации непрерывная величина x(f) заменяется последовательностью отсчетов x(tk) с шагом дискретизации At = tk+l - tk.
В процессе квантования непрерывная величина x(t) заменяется конечным набором ее дискретных значений хп, отличающихся одно от другого на величину Ах, которая называется шагом квантования.
Рис. 11.16. Квантование сигнала по уровню
Устройство, в котором аналоговая величина преобразуется в дискретную, называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Различают три типа АЦП: с времяимпульсным преобразованием, частотно-импульсным преобразованием и поразрядным уравновешиванием.
Рассмотрим принцип работы АЦП с времяимпульсным преобразованием. Этот тип АЦП применяют в цифровых приборах для измерения напряжений, токов, частот и т.д. В его основе лежит преобразование измеряемой величины в интервал времени, заполненный импульсами. Упрощенная структурная схема АЦП показана на рис. 11.17. Измеряемая величина х на входе АЦП преобразуется в первом блоке в интервал времени At. Во втором блоке интервал времени At преобразуется в последовательность импульсов N (цифровой код). Цифровой код подается на дешифратор, который преобразует его в напряжения, воздействующие на цифровое отсчетное устройство.
Рис. 11.17. Упрощенная структурная схема АЦП
На рис. 11.18 изображена схема процесса преобразования интервалов времени в цифровой код времяимпульсного АЦП. На один из входов блока формирования (БФ) прямоугольных импульсов поступает импульс Un. С этого момента БФ начинает формировать прямоугольный импульс Uп длительностью Atr =t2—tx. Время t2 определяется подаваемым на второй вход другим коротким импульсом Utl, который соответствует измеряемой величине; время t2 зависит от измеряемой величины, так как АЦП преобразует измеряемую величину во временной интервал. На выходе БФ формируется прямоугольный импульс Uп длительностью Atx = t2—tx, который подается на вход 1 временного селектора (ВС). На вход 2 ВС поступает последовательность коротких стабилизированных импульсов Uтш с постоянной частотой следования fmm. Эти импульсы вырабатываются генератором образцовой частоты (ГОЧ). Временный селектор пропускает через себя эти импульсы на выход, если на вход 1 поступает с БФ прямоугольный импульс Uп. Импульс (7,,, поступающий на БФ по окончании измерения, дает команду на прекращение выработки прямоугольного импульса Utl. Сигнал на входе 1 ВС становится равным нулю, и ВС прекращает поступление импульсов с ГОЧ на выход. Таким образом, к моменту окончания измерения на выходе АЦП формируется временной интервал At., заполненный импульсами с ГОЧ. Период импульсов ГОЧ Т[шп выбирается на много меньше Atr, что позволяет приближенно найти число импульсов N на выходе АЦП: N = Atr /Тимп.Это выражение показывает, что временной интервал Atr пропорционален числу импульсов N на выходе АЦП.
Рассмотрим принцип работы цифрового вольтметра постоянного тока, использующего времяимпульсный АЦП. Структурная схема такого вольтметра показана на рис. 11.19,а.
С блока управления (БУ) на блок формирования (БФ) подается запускающий импульс Uл, соответствующий началу измерения, и БФ начинает формировать прямоугольный импульс Uп. Временной селектор (ВС) открывается, и импульсы генератора образцовой частоты (ГОЧ) поступают на выход АЦП. Одновременно импульсы Un с выхода БУ поступает на вход генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), который начинает формировать импульс линейно зависящего от времени напряжения Uл = kt, где к — коэффициент пропорциональности; t — время.
Рис. 11.18. Схема процесса преобразования интервалов времени в цифровой код
Напряжения С/, подается на вход 2 устройства сравнения (УС), а на вход 1 УС поступает измеряемое постоянное напряжение II,. Выходное напряжение УС U,2 будет равно нулю, пока выполняется соотношение Unx (рис. 11.19,6). Когда линейно нарастающее напряжение U4 достигнет U., т.е. U4 = UX =k{t2 -t1) = kAtx, на выходе УС появится импульс Ur. Этот импульс, воздействуя на вход БФ, прекращает формирование прямоугольного импульса Uп ВС закрывается для прохождения импульсов с ГОЧ на выход АЦП.
Цифровой код N = Atx /Тимп. Выражая At. через II,. получаем N хЦг /кТ . В результате измеряемое напряжение Uх на выходе АЦП представляется цифровым кодом N. Далее с помощью дешифратора и цифрового отсчетного устройства считываем результат измерения.
Достоинством цифровых приборов являются малые погрешности измерения (0,1 ...0,001), высокое быстродействие, возможность сопряжения с ЭВМ для последующей обработки результатов измерения.
К недостаткам цифровых приборов следует отнести сложность конструкции, высокую стоимость и меньшую по сравнению с электромеханическими приборами надежность.
Рис. 11.19. Цифровой вольтметр постоянного тока:
а — структурная схема; б — временные диаграммы
Техническое обслуживание различных устройств неодинаково по объему. Обслуживание простейшего элемента, например диода, различных схем начинают с проверки, которую осуществляют перед монтажом и после ремонта при наладке, поскольку в каждой партии даже новых диодов могут оказаться дефектные, с перегоревшими р-п переходами, внутренними обрывами, коротким замыканием, непостоянным (плывущим) обратным сопротивлением.
Техническое обслуживание диодов заключается в их периодической проверке при помощи омметра или других приборов с омической шкалой и классом точности не ниже 1,5. При проверке диодов измеряют прямое и обратное сопротивления. У плоских диодов значение прямого сопротивления составляет 20...50 Ом. Однако необходимо учесть, что из-за нелинейности вольт-амперной характеристики диодов результаты измерения зависят от способа измерения.
Диоды, применяемые в цепях переменного тока 220 В и выше, дополнительно испытывают на пробой в запирающем слое наибольшим нормируемым техническими условиями обратным напряжением при рекомендуемой нагрузке. Иногда для повышения допустимого обратного напряжения диоды соединяют последовательно. При этом каждый диод обязательно шунтируют сопротивлением 100 кОм на каждые 100 В напряжения, чтобы напряжение на диодах было примерно одинаковое. Такое шунтирование необходимо из-за больших разбросов обратных сопротивлений. Надежность работы диода можно значительно повысить, шунтируя его демпфирующим резистором мощностью 2 Вт и сопротивлением 10...30 кОм. Этот резистор будет сглаживать большие броски тока, возникающие в момент включения и отключения аппаратуры.
Техническое обслуживание терморезисторов заключается в периодическом их осмотре, очистке от грязи и различных корковых образований, проверке соединительных проводов и защитных оболочек. Основной вид ремонта полупроводниковых приборов в обычном исполнении — замена вышедшего из строя чувствительного элемента новым, а при необходимости — восстановление герметичности защитных оболочек, устранение неисправностей клеммной головки и зажимов.
Перед проверкой терморезисторов измеряют сопротивление изоляции относительно корпуса мегаомметром на напряжение 500 В. Сопротивление изоляции должно быть не менее 20 МОм. При помощи моста измеряют сопротивление чувствительных элементов и сравнивают с нормируемыми значениями.
Техническое обслуживание термопар заключается в периодической проверке соответствия градуировочной характеристики испытуемой термопары стандартной (эталонной).
Техническое обслуживание логометра заключается в периодическом осмотре, очистке от пыли, проверке надежности крепления соединительных проводов и проверке его показаний при подключении на контрольный терморезистор. Сопротивление изоляции логометра при 20°С и 80% относительной влажности воздуха должно быть не ниже 40 МОм.
Техническое обслуживание мостовых схем измерения различных параметров (например, температуры) заключается в периодическом осмотре приборов, очистке от пыли наружных поверхностей, смазке подвижных узлов и деталей, регулировке чувствительности электронного усилителя, чистке реохорды, заправке самопишущих приборов диаграммной бумагой.
Несмотря на большое разнообразие систем управления, защиты и автоматики, описанные наиболее распространенные приемы и методы их профилактического обслуживания, ремонта и наладки практически одинаковы.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ
В устройствах автоматики широко применяют различные полупроводниковые устройства, требующие наладки в процессе эксплуатации. При наладке полупроводниковых устройств необходимо осмотреть детали, проверить, соответствуют ли смонтированная схема и установленные детали принципиальной и монтажной схемам, проверить цепи и сопротивления изоляции схемы и отдельных деталей; проверить полупроводниковые элементы, опробовать схемы под напряжением, установить номинальные режимы, снять основные параметры и характеристики и проанализировать их, окончательно выбрать уставки регулируемых сопротивлении и настроить режим для получения желаемых параметров и характеристик; опробовать полупроводниковое устройство в комплексе с налаживаемой установкой, проверить стабильность параметров и характеристик полупроводникового устройства (дальше просто устройства) в процессе опытной эксплуатации.
Внешний осмотр позволяет обнаружить и зафиксировать видимые повреждения (трещины, изломы и др.) деталей и ненадежные соединения проводов и деталей (плохая пайка и крепления). При внешнем осмотре также проверяют, соответствуют ли паспортные данные деталей устройства проектным данным, и зачищают узлы устройства.
Проверка соответствия смонтированной схемы принципиальной и монтажной схемам позволяет выявить, правильно ли размещены детали на шасси, надежно ли заземлены экран деталей и броня проводов. Проверяя монтаж по схеме, следует обводить цветным карандашом каждую проверенную деталь и каждый проверенный участок схемы. Цепи схемы проверяют при помощи универсальных приборов, имеющих соответствующие характеристики. Данные замеров по схеме целесообразно вносить в специальную карту, составленную по принципиальной схеме.
Перед наладкой полупроводникового устройства необходимо:
· при неизвестной цоколевке транзистора определить принадлежность его выводов;
· проверить исправность транзисторов: не оборваны ли выводы, целы ли эмиттерный и коллекторный переходы, нет ли замыканий;
· отобрать транзисторы по коэффициенту усиления.
Чтобы определить принадлежность выводов транзистора, нужно измерить сопротивления между выводами электродов.
Для германиевых транзисторов это выполняют следующим образом. Используя шкалу «Q х 100» омметра, соединительные провода прибора присоединяют поочередно к каждой паре выводов электродов транзистора. Так как полярность напряжения между электродами транзистора может меняться, то очевидно, что таких пар будет шесть: Э+—Б ; Э+—К ; Б+—К ; Э —Б+; Э — К+; Б —К+ (нижние индексы «+» и «-» указывают на подключение к выводу электрода транзистора «+» или «-» омметра). При каждом присоединении прибора замечают отклонение его стрелки и ищут такие две пары, которые дают либо минимальное (порядка 200...300 или 10 000...20 000 0м), либо максимальное (порядка 100...500 кОм) сопротивление. Вывод электрода, являющийся общим, т.е. участвующий дважды в получении, например наименьшего сопротивления (если испытывается транзистор структуры р-п-р, то минимальное сопротивление дают пары Э+—Б и К+—Б), и является выводом базы.
Для определения выводов эмиттера и коллектора теперь достаточно присоединить омметр к двум оставшимся выводам транзистора и заметить величину сопротивления. Затем надо поменять местами соединительные провода омметра и вновь зафиксировать его показания. Если последнее окажется больше предыдущего, то выводом эмиттера является вывод, присоединенный при втором измерении к отрицательному зажиму омметра. Если же второе показание окажется меньше первого, то выводом эмиттера является вывод, присоединенный при втором измерении к положительному зажиму омметра.
Дата добавления: 2022-07-16; просмотров: 61; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!