在线色谱分析仪的电解电容故障定位方法研究

2021-03-24马勇梧张桂娟青海盐湖镁业有限公司青海格尔木816000

化工管理 2021年6期

马勇梧，张桂娟(青海盐湖镁业有限公司，青海格尔木 816000)

0 引言

如今，人们的日常生活、工作已经很难脱离各种电气设备。在电气设备的工作环境下，大部分区域都有非常严苛的操作条件限制，所以只能够采用相对比较简单、方便的设备仪器来完成对电气故障的排查。通过找到适合的电气故障排查方式，帮助检测人员掌握电气设备的实际故障情况。因此，有必要对在线色谱分析仪的电解电容故障定位方法进行研究。

1 在线色谱分析仪综述

在线色谱分析仪作为一种用来开展分离分析工作的设备仪器，其主要作用是帮助成分相对较为复杂的混合物进行分离、分析。在科技的飞速进步之下，在线色谱分析仪的种类、性能以及结构等各个方面都得到了非常大的改善与提高，已经成为临床实验室中不可或缺的一种设备。通过对物质开展定性、定量分析，能够帮助相关人员掌握研究物质的物理和化学特性。应用模式如图1所示。

图1 仪器应用模式

在线色谱分析仪的主要分类有4种：气象色谱仪、高效液相色谱仪、离子色谱仪和超临界流体色谱仪。第一种气相色谱是20世纪40年代出现的一种色谱分析设备，主要是由气路、进样等多个系统所组成，能够在具有挥发性质的复杂性样本以及对检测灵敏度有要求的样本中发挥出非常优秀的样本检测效果，而且这种方式所需要花费的价格非常便宜，使用成本相对较低，能够通过自动化分析来完成对物质的快速分离、分析。第二种是是通过将现代高压技术与液相色谱相融合得到的高效液相色谱仪，可以在实际应用中将液体当作流动相，然后利用颗粒极其细小的高效固定相进行分离作业。因为高效液相色谱在应用中具有适用性广、分离效率高等优势，所以得到了广泛的应用。相较于气相色谱而言，高效液相色谱在理念层面并没有非常显著的不同，两者之间最为明显的差别便是液体、气体流动相的差别。第三种是离子色谱仪。离子色谱在应用过程中，可以对电离物质在溶液中出现电导的特性对其进行检测，还可以在检测过程中针对电离程度开展分析。离子色谱最开始主要应用于对水中阴、阳离子的检测与分析，而在科技的高速发展中，如今的离子色谱可以在电力、食品等多个行业中发挥出非常优秀的分析效果。第四，超临界流体色谱仪。对于部分既不属于液体又不属于气体的物质而言，其物理性质往往介于气体、液体之间。通过将超临界流体作为流动性并将硅胶等吸附剂中的高聚物作为固定相的色谱方法即为超临界流体色谱。这种方式不仅拥有相对较低的使用成本，而且还具备了绿色环保等多种优点。

2 在线色谱分析仪的电解电容故障定位方法分析

2.1 电解电容故障定位的重要性

通常情况下，在对电气设备进行故障排查时，一般会从电源故障排查中着手，因为电气设备故障绝大多数都是由电源故障引发的。在对电源故障进行排查时，最需要排查的内容便是电气设备电源模块内部的电解电容情况。因为电解电容属于电气设备电路中最为重要的元器件之一。在电气设备的运行过程中，工作环境内部的温度、电压、电流都有可能对电源模块中的电解电容带来影响，从而导致电解电容的适应性以及使用寿命降低，严重时将会导致供电负载出现故障的情况。在电气设备运行期间产生故障时，在多数情况下无论是电子元件还是电解电容，单纯从外表中看，往往并不会发现特别明显的表面故障特征。在电气设备的实际应用过程中，因为现场条件的制约，所以非常容易出现缺少检修设备、检修人员水平不足等情况，如果检修人员没有判断出电解电容的故障情况，就会对整个电路模块进行更换，从而产生非常严重的浪费。

2.2 电解电容的故障判断方法及注意事项

通常情况下，电解电容的常见故障一般可以分为容量降低、消失、漏电等，其中电解电容的容量发生改变的原因主要是因为电解电容在使用、旋转期间电解液干涸等情况所导致。而电解电容的击穿、漏电则大多是由电压过高以及电容质量问题而引起。在对电源电容的优劣进行判断时，通常都会利用万用表来进行测量，通过将电容管脚短路后放电，然后利用黑笔与正极相连，红笔与负极相接，而数字万用表在测量时则需要将表笔进行互调。在测量过程中如果电解电容一切正常，表针会向电阻相对较小的一侧进行摆动，然而在逐渐返回至无穷大。在测量过程中，表针的摆动幅度越大，则其返回速度会变得越慢，这也代表电解电容的容量大[1]。若测量结果相反，则证明电容容量越小。如果在测量期间发现表针停在中间位置处不再发生改变，则代表该电容存在漏电的情况，如果指示值非常小或为零，则代表电容已经因为击穿而发生短路。

在对电解电容进行测量时，由于其自身带有正负极性，所以在连接过程中必须保证顺序正确。在电源电路中，输出正电压时需要将正极接在输出端，将电源负极进行接地处理，而在输出负电压时则需要将负极连接在输出端，并保证正极接地。如果滤波电容极性连接相反，则会导致电源的输出电压出现波动，当反向电压超过一定界限之后，就有可能导致电容过热炸裂。电解电容两侧电压不可以超出允许电压，在电路设计时则要结合实际情况预留裕量，以此来保证电解电容满足实际需求。除此之外，电解电容应该避免靠近电路中的大功率元件，否则会在受热后导致电解液干涸速度加快。

2.3 电解电容故障定位案例分析

2.3.1 电解电容故障案例一

某气体处理厂采用的是爱默生在线色谱开关电源，型号为GC700XA，在运行过程中有时会在待机阶段出现无征兆断电的情况，所以需要对开关电源的故障问题进行全方位排查，避免在线色谱开关电源的故障问题进一步扩大，留下安全隐患。在对故障问题进行排查时，首先可以将外围引发故障的相关因素排除，然后将故障关注的重点着重放在开关电源中[2]。经过排查后发现开关电源并不具备输出，开关电源的工作温度通常会维持在80 ℃左右，其输出电流、输出电压分别长期维持在7 A、24 V，在线色谱开关电源至今已经连续使用了4年。在对开关电源进行深入排查后发现，电气电路中的辅助副电源存在运行期间不工作的情况，在对其进行继续排查后发现，副电源标称为50 V、47 μF，属于滤波电解电容。检测人员通过数字电桥对其电容进行测量后得出电容参数为nF，而等效串联电阻值RESR为576 Ω。在将电解电容进行替换后重新测量，发现其测试容量为46 μF，且RESR数值降为0.55 Ω。因此检测人员可以判断出该开关电源的电解电容器性能参数存在严重偏离的情况，需要通过对已经故障的电解电容进行更换，更换之后开关电源重新恢复正常。经过考虑可以发现，在开关电源的运行过程中，电流以及电压所处的环境始终没有发生改变，所以开关电源中的电解电容极有可能是在对在线色谱进行操作时出现的故障问题，在线色谱启停期间工作温度将会发生变化，而出现的温度效应则能够促使电容自身的电解质产生蒸发，从而导致电解电容的效用发生改变、退化，在这种情况下出现的开关电源失效情况如果反映到电容参数中，其影响最大的数据参数便是等效串联电阻值[3]。

2.3.2 电解电容故障案例二

某气体处理厂使用的是型号为GC500的爱默生在线色谱开关电源。在开关电源的正常运行过程中，有时会产生开关电源不稳定的情况，此时开关电源的工作状态便会受到干扰。在对开关电源进行初步检查时发现，其外围相关设备并未受到影响，所以可以排除由外围引起的故障情况。在对在线色谱开关电源进行断电检测时，从表面看各个功率组件如大功率三极管、功率电阻等元件并未发生明显烧毁的情况，而且电路板同样并没产生虚焊现象，电解电容没有产生漏液等故障问题。在对在线色谱开关电源进行加点测试时，优先对电源加载相对较轻的假负载进行测量时，发现各个重要工作点中的电压依然处于正常范围内，而在对电源输出的各路电压进行测量时，电压测量结果并未发现异常。在将假负载提升至正常额定功率之后，重新对各路电压进行测量后发现，各路电压均出现了程度不同的下滑。其中负载最终的12 V电压在出现下滑现象之后，直接降调了6 V电压左右，并出现了持续波动情况。这种现象证明了开关电源自身的带负载能力特别差，而且由于相关遇见本身并没有出现非常明显的损坏情况，所以可以推测极有可能是电路中电解电容产生了故障问题。通过对电解电容进行测量，发现其中一只性能参数为400 V、47 μF的电解电容在利用数字电桥测试后，其显示容量为20 nF，其RESR值已经超出了正常范围无法进行显示。在对出现故障问题的电解电容进行替换之后，重新进行测量得出的数据容量为45 μF，而RESR值则为0.52 Ω，因此可以证明在线色谱开关电源的故障确实是由这只电解电容导致的，通过更换之后开关电源便能够恢复正常。

2.3.3 测量方法分析

在对在线色谱开关电源进行故障排查时，检测人员利用指针、数字万用表、数字电桥进行了检测。在对故障后的电解电容进行检测时发现，采用数字万用表可以正常显示出电解电容的性能参数，但是其显示出的性能参数41μF准确性依然能够提高，然而指针万用表却因为自身的充放电速度相对较慢，所以通过指针万用表来确定电解电容是否出现了故障问题。这是因为利用数字、指针万用表在对电解电容的故障进行检测时，是针对电解电容自身的直流电压进行检测。而采用数字电桥对其进行检测之后，其采用的是1 kHz的高频电压，高频电压能够与在线色谱开关电源相对较高的工作频率进行匹配，所以数字电桥的测试精准度相较于数字、指针万用表而言会更高。如果利用数字电桥对高端产品的高频电进行测试，那么可以得到的测试效果将会进一步得到提升，而且通过同步检测掌握的RESR值，还能够直接反映出测量的电解电容自身的失效程度[4]。

在对电容器进行测量时，电容器往往会因为其自身的构造问题而出现阻抗与感抗，因此由电容器引脚电阻与极板组成的等效串联电阻非常重要。在有大型交流电流经电容器时，RESR值将会促使电容器消耗掉自身的能量，从而出现能量损耗。而且电解电容因为容量、电压、温度等因素，都会导致RESR值发生变化，所以有必要对RESR值进行检测。