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                    汽車油位傳感器擋位故障由PCB造成的

                    發表時間:2018-09-03     責任編輯:恒天偉業科技

                      某車型油位傳感器為干簧管式結構,傳感器擋位故障表現為油表指針在3/4擋以下無反應。經過調查及試驗分析,故障原因為生產傳感器時需調整PCB板安裝角度,但此時PCB板與外側塑料管間已灌裝部分防護樹脂,樹脂阻礙PCB板扭轉,外力施加在干簧管上,造成了3/4擋位干簧管損傷,經過一定使用時間后,簧片無法斷開,傳感器最大輸出阻值只能達到3/4擋位的阻值,所以油表指針在3/4擋位以下無反應。為避免此類問題,PCB板外側不再灌裝樹脂,PCB板兩側使用密封膠和橡膠座保護。

                      1、油位傳感器故障現象

                      某型號油位傳感器在整車上出現一種故障現象,具體表現為油表指針在3/4擋以下無反應,即油量降低指針不動,指針在油表3/4擋以上可以正常擺動,相同故障發生在3臺車上,傳感器為同一批次。

                    傳感器電路原理圖

                      油位傳感器電路及原理如圖1所示。干簧管為一種磁開關,由玻璃管包裹2個磁簧片組成,油浮子內裝有永磁體,當干簧管被永磁體吸合后,該干簧管以下電阻被短路,由于油浮子隨油位浮動,所以油位與傳感器電阻具有一定對應關系。該傳感器的最大設計阻值為107.8 Ω,對應油表空油擋,測量故障件最大輸出阻值為29Ω , 對應油表3/ 4擋。造成此故障可能有兩種原因:一種是電路板自身出現短路,另一種是干簧管失效而無法斷開,兩者均能將3/4擋以下電阻短路,使最大輸出阻值只有29 Ω。

                      2、油位傳感器故障排查

                      2.1.PCB板短路排查

                      傳感器結構如圖2所示,由左至右依次為套管、塑料管、環氧樹脂、PCB 板。PCB板裝入塑料管后再裝入套管,塑料管中先灌入密封膠,固定住PCB板后再灌入環氧樹脂,樹脂固化后保護和密封PCB板。環氧樹脂在灌裝時為流體,固化后堅硬,這也使得故障件難以完整拆解。

                    圖2 傳感器結構示意圖

                      排查PCB板是否存在短路,需要暴露出PCB板布線面,經環氧樹脂溶解劑浸泡后的PCB板如圖3所示,焊點光滑牢固,且未見連焊現象,可以排除PCB板短路問題。由于溶解劑對干簧管玻璃有腐蝕作用,經浸泡后的干簧管已損壞。

                    圖3 PCB板拆解示意圖

                      2.2.干簧管失效排查

                      干簧管的簧片觸點密封在玻璃管內,內部充滿惰性氣體,觸點含惰性貴金屬銠,能減少電弧放電對觸點表面的損耗。干簧管的玻璃管損壞后,內部惰性氣體泄露,簧片觸點的壽命就會縮短。

                      干簧管焊接前需要將其管腳由直線型彎折90°,管腳彎折后插入PCB板孔焊接,管腳彎折前后狀態如圖4所示。彎折管腳一般使用專用工裝,工裝上有凹槽并帶有磁性,可以防止彎折管腳時干簧管錯動,避免彎角時損壞干簧管,即使干簧管損壞,在焊接后檢測時也會被發現。在生產現場排查時,隨機彎折了一批干簧管,經測試,干簧管性能達標。

                    圖4 干簧管彎折前后狀態示意圖

                      干簧管無法斷開是因為簧片發生粘連。為驗證干簧管的粘連現象,進行了如下試驗:干簧管作為磁開關和油泵電機串聯,電源電壓為12 V,利用永磁體吸合干簧管,電路連通后電機運轉,此時干簧管簧片間閃現火花,一段時間后移開永磁體,電機依然運轉,干簧管無法斷開而失效,火花產生的熱量使簧片粘連在一起。但此種現象在整車上不會出現,試驗時干簧管中電流達到0.9 A,已經超過干簧管正常工作電流0.5 A,此試驗僅為驗證干簧管粘連失效模式。

                      審查傳感器生產記錄時,發現該批故障件在生產時調整過PCB板在套管內的安裝角度,此舉是為了使干簧管遠離泵芯一邊,減小磁場對干簧管的干擾。由于調整PCB板角度時,其下部已經灌樹脂,樹脂已在逐漸固化,此時PCB板會受到外力扭曲,可能會造成干簧管損傷。拆解另一故障件時,發現PCB板明顯扭曲變形,如圖5所示,失效發生在3/4擋是因為該處的扭轉變形最大。

                    圖5 PCB板在套管內扭轉示意圖

                      為驗證推測,將一根正常的P C B板人為扭轉一定角度,然后將PCB板與油表連接后放入電磁線圈內,電磁線圈使干簧管以10次/min頻率閉合,經過8h后,傳感器最大輸出阻值為29 Ω,與整車故障件現象一致。

                      將失效的干簧管放入300倍放大儀下觀察,可以看見簧片觸點無間隙,而正常的簧片觸點則有可見間隙,如圖6所示。正常的干簧管在磁場靠近后,能觀察到簧片吸合動作,而失效的干簧管則無反應。

                    圖6 簧片間隙示意圖

                      油位傳感器在P C B板被扭轉并使用一段時間后失效是因為簧片間隙減小,當油浮子的磁場使該干簧管處于時開時合時容易形成電弧放電,放電火花熱量使簧片觸點粘連,3/4擋簧片粘連后,其以下擋位失效。

                      3、傳感器故障整改措施

                      油位傳感器PCB板四周灌裝樹脂的作用是提高防震性和密封性,但當傳感器出現故障時則不利于完整拆解,導致故障分析困難,且樹脂需要較長固化時間,生產效率不高。由于需要人工將PCB板裝入套管,調整角度時容易因

                      灌裝樹脂造成干簧管損壞。為避免出現此問題,該傳感器不再在塑料管內灌裝環氧樹脂,改為兩端少量灌密封膠,密封膠不覆蓋電路部分,兩端再使用橡膠座固定PCB板。

                      4、總結

                      油位傳感器3/4擋失效是因為生產傳感器時為調整PCB板的安裝角度,外力扭轉PCB板造成干簧管損傷,使用一段時間后,簧片間電弧放電使簧片觸點粘連,無法斷開,傳感器最大阻值停在29Ω,油表最低油位只能顯示到3/4


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