关键词：铂电阻温度传感器；故障；解决方案；质量管控
为了监测轨道车辆各系统的状态，各类传感器被广泛应用在车辆各个区域，其中最常见的就是温度传感器，而温度传感器最常使用的就是铂电阻温度传感器，如Pt100或者Pt1000铂电阻温度传感器。温度传感器构成原理非常简单，即铂电阻、导线、连接器，通过外接温度变化引起铂电阻阻值变化从而根据电流电压变化检测外界温度。其中铂电阻需要套上金属外壳及连接底座，线缆需要加上防护套。而就是看起来非常简单的温度传感器却经常报出故障，出现误报警的情况，导致车辆限速等现象发生，因此如何改进提高产品质量，避免传感器因为本身问题产生的误报警就显得非常关键。
1 初级故障与质量解决方案
1.1 铂电阻与线缆连接故障
1.1.1故障现象
车辆在运行时，会偶尔报出瞬间温度过高，然后又恢复正常，或者高温一段时间后拆解传感器下来进行绝缘耐压测试，传感器性能一切正常。上震动台进行震动温升试验，在某一个温度节点出现温度跳变。
1.1.2 原因分析及质量解决方案
铂电阻与线缆的连接方式最常见的锡焊焊接，出现上述原因多数是由于锡焊不实造成，加上产品体积很小，焊接后又没采用较好的检测手段而未能发现，因此造成传感器随着车辆运行时长期震动铂电阻引脚与线缆脱焊造成虚接。现在的工艺基本改成了融焊，即用大电流将铂电阻引脚与线缆融焊在一起，之后为了确保融焊质量，在高倍放大镜下进行观察检测。且为了增加强度，可先将线缆缠绕在铂电阻引脚上，方向是从铂电阻芯片向引脚外端部，缠绕后将铂电阻引脚弯折180度，再进行安装。此措施可有效降低因电阻虚焊或者焊接开裂造成的故障。
1.2 线缆外保护管损伤
1.2.1 故障现象
温度传感器线缆外保护管常见的有两种材质，一种为波纹塑料管，一种为尼龙胶管。波纹管常见损伤是外物击打造成的硬伤，如凹陷、裂痕等；尼龙胶管由于抗击打性能较好，很少有击打伤害，多发于裂纹问题。若防护管被损伤漏出线缆，会造成线缆损伤进而造成传感器故障。
1.2.2 原因分析及质量解决方案
由于螺纹塑料管抗外物击打能力不够，现在有初步的解决方案除在螺纹管配方上改进外，还可以在螺纹管外套上一层弹簧，以防止外物击打，但弹簧尺寸一定要与螺纹管外径匹配，否则容易造成互相击打、摩擦造成螺纹管破损；胶管主要问题是由于低温性能和抗紫外线能力不够，在运行一段时间后出现性能降低。由于传感器厂家胶管基本都是外购，因此必须通过胶管厂家改进配方，然后传感器厂家在购进后进行试验检验，尤其是低温性能，通过低温曲饶试验等方法验证低温不会开裂。
1.3 线缆屏蔽处理不良
1.3.1 故障现象
线缆屏蔽处理不良，容易造成传感器闪报高温、低温现象发生。并且在车辆运行中由于运行环境复杂，会受到外界EMC干扰。
1.3.2 原因分析及质量解决方案
屏蔽一定要单端接地，不可两端均接地。既连接器端线缆屏蔽做成端子接地，而铂电阻（安装底座）端处理好屏蔽（尽量减少毛刺）后端部要距离底座2-3cm为佳。
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1.4 传感器结构密封不严
1.4.1 故障现象
一般的传感器都有IP等级要求，说明密封对传感器性能稳定至关重要。而在实际运行中经常发现故障传感器内部进水，造成误报或者闪报高低温。打开传感器后发现铂电阻探针端、线缆胶管内或者连接器端均可能有水存在。
1.4.2 原因分析及质量解决方案
底座内进水的原因是由于内部存在空隙，且外界密封不严水或者水汽进入造成。常见的解决措施是在底座内部填满填充物或者灌厌氧胶。而胶管密封常用的比较有效的方法是胶管本身不易吸水，然后两端通过内外衬套扣押结构，这样可以满足较高IP等级。连接器做完插针后也可以通过在底部灌封的方式进行灌胶密封，这样即使插头内部进水，水也不会沿着线缆进入到防护管内。
2 中级故障与质量解决方案
2.1 增加旋转带来的故障
2.1.1 故障现象
很多传感器由于在安装时需要调整探针安装角度，因此为方便安装很多传感器设计时增加了可旋转要求。增加了旋转后很多传感器出现了使用后线管内容易进水，并出现传感器闪报故障，拆解后发现内部线缆有线芯断裂现象。
2.1.2 原因分析及质量解决方案
增加旋转后，方便了传感器在车辆的安装，但密封问题必须考虑充分，现在常见的解决办法是在旋转区域增加凹槽，内部放置橡胶圈，并通过严格试验来验证可以达到高等级的IP要求。解剖闪报或故障传感器后发现，由于旋转没有限位，导致安装时、制作时，甚至检修等多个环节造成传感器线缆同方向多次旋转，导致线束在防护管内绷紧受力，而车辆在运行时候风吹、汇车等都会造成传感器线缆与胶管进行摆动，由于胶管韧性较好，而线缆导体韧性相比较差，因此造成线芯被扯断，出现传感器传导故障。因此，解决该问题需要增加旋转限位，并在线管内留有一定长度的线缆预留，防止线缆摆动时受力扯断。
3 高级故障与质量解决方案
3.1 胶管内线缆外皮磨损
3.1.1 故障现象
此问题是温度传感器故障内较高级的问题，前期并不会发现，但一旦出现该传感器就已经失效，此时传感器会报温度故障。拆解会发现线缆外皮磨损，漏出屏蔽层或者已经刺透绝缘层导致屏蔽与线芯短接。
3.1.2 原因分析及质量解决方案
此类问题多发生在车辆运行较长时候后，如一两年后。之所以出现此种问题，经过分析可以得出，线缆与防护胶管之间存在缝隙，车辆在运行震动中，电缆与胶管摆动频率不一致导致互相摩擦，而由于摩擦力度不是很大，因此短时间内不会出现线缆破损。，但由于长期互磨，最终导致线缆外皮受损，从而导致屏蔽层断裂刺出。解决该问题目前常用的办法是增加线缆和胶管之间的阻尼或者缓冲，例如在线缆外层套上弹性较好的细胶管，或者在线缆外套上合适外径的热缩管，并间隔进行热缩，使其形成气囊的效果。
总结：
传感器虽然原理很简单，但想要产品稳定运行中不出现问题，并非易事。上述的初中级问题在制造过程中通过工艺控制是可以解决的，但需要试验验证和经验积累，而高级问题在传感器应用前期很难想到或者预测，经过故障拆解总结的经验教训才得知，因此希望本文能够对温度传感器设计、应用起到指导性作用，让传感器产品能够稳定可靠的检测各个温度系统，进而保证轨道车辆的安全稳定运行。
作者简介：李伟新（1987-）男，汉族，本科，质量工程师，从事轨道车辆电气部件质量管理。联系电话：18686522244.电子邮箱：liweixin@cccar.com.cn
论文作者:李伟新, 李彩凤
论文发表刊物:《科学与技术》2019年13期
论文发表时间:2019/12/5
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