解析傳感器和放大器間的故障檢測(cè)

摘要：即使正常狀態(tài)下，傳感器和放大器間也可能出現(xiàn)故障，該故障可能是由錯(cuò)誤應(yīng)用、所處的使用環(huán)境、低品質(zhì)的組件或其他原因引起的。本文將介紹經(jīng)常發(fā)生的故障類(lèi)型，并舉例說(shuō)明這些故障是如何導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。分立式方案可以檢測(cè)這些故障，但會(huì)影響系統(tǒng)的性能。本文將給出儀表放大器的故障檢測(cè)電路以及各故障的檢測(cè)方法，另外還會(huì)提到一種檢測(cè)故障的自我測(cè)試程序。文中最后還將討論采用分立式方案檢測(cè)故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

LMP8358的片上故障檢測(cè)特性簡(jiǎn)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的FMEA（故障模式和影響）分析。故障檢測(cè)也使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠?yàn)榻K端用戶(hù)提供更多價(jià)值。終端用戶(hù)可確保他們的設(shè)備系統(tǒng)在運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生故障，如果確實(shí)發(fā)生了故障，維修技術(shù)人員可獲得重要信息以幫助排除故障，這將大大縮短設(shè)備維修的時(shí)間。

使用儀表放大器的傳感器可能在傳感器與放大器之間發(fā)生一系列故障。這些故障可能發(fā)生在4個(gè)點(diǎn)上，如圖1所示的A、B、C、D。A點(diǎn)可能發(fā)生的故障是電源和電橋之間開(kāi)路或者連接狀況惡化使電橋和電源之間產(chǎn)生電阻。同樣的故障也會(huì)發(fā)生在電橋和接地之間的B點(diǎn)上。C點(diǎn)和D點(diǎn)則可能發(fā)生如下故障：即電橋和放大器之間開(kāi)路，連接狀況惡化使電橋和放大器之間產(chǎn)生電阻，對(duì)電源短路或?qū)Φ囟搪?，另外一種可能則是C點(diǎn)和D點(diǎn)之間短路。

圖1 潛在故障區(qū)域

這些故障都影響系統(tǒng)的性能。

例如，正常使用時(shí)，如果電橋沒(méi)有應(yīng)變，放大器的輸入則應(yīng)為V+/2。如果輸入在C點(diǎn)和D點(diǎn)短路，放大器的輸入仍是V+/2。但是當(dāng)電橋應(yīng)變時(shí)，放大器輸入端將不再出現(xiàn)電壓差，每路輸入電壓都將保持在V+/2。該故障可用如下方法檢測(cè)：在C點(diǎn)注入小電流，之后測(cè)量壓降。如果沒(méi)有短路，放大器會(huì)測(cè)出電橋內(nèi)電阻上的壓降；如果在C點(diǎn)和D點(diǎn)短路，壓降就會(huì)非常小。

上面所列的每種故障都可用下列三種方法之一進(jìn)行檢測(cè)：

1. 測(cè)量?jī)x表放大器輸入引腳處的電壓（不是儀表放大器輸入處的差分電壓）；2. 注入電流，之后在儀表放大器輸入引腳處測(cè)量電壓；3. 注入電流，之后在儀表放大器輸入引腳處測(cè)量差分電壓。

表1給出了每種故障及其相應(yīng)的檢測(cè)方法。例如，如果B點(diǎn)的連接開(kāi)路了，儀表放大器的兩個(gè)輸入端電壓都會(huì)被拉到V+。通過(guò)測(cè)量?jī)x表放大器的一個(gè)輸入，只要該輸入的共模電壓不是預(yù)期的V+/2，就說(shuō)明確實(shí)發(fā)生開(kāi)路了。

表1 故障列表

圖2 故障電路框圖

這些故障可以在儀表放大器輸入端使用分立電路來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。單獨(dú)使用儀表放大器則不能檢測(cè)出這些故障，因?yàn)檎Ｊ褂脮r(shí)儀表放大器是用來(lái)測(cè)量差分輸入電壓的，而不是每個(gè)引腳處的電壓。當(dāng)使用分立電路時(shí)，需要注意幾點(diǎn)。首先，增加分立電路會(huì)增加寄生泄漏和電容。它們會(huì)影響儀表放大器的性能。其次，檢測(cè)方法需要與故障電路進(jìn)行