CTC Analytics（PAL 系列）自动进样器广泛应用于气相、液相色谱及前处理自动化流程中。其机械精度要求极高，而 Z 轴作为承担移液、进样动作的核心部件，其回零精度直接决定整机是否能够进入正常工作状态。

在实际维修过程中，一个极常见且具有典型代表性的故障场景是：

更换皮筋（钢丝绳）、拆装机械臂后，机器开机不断发出哧哧声，Z 轴上下抖动，最终报错：
“Limit Switch not found / Motor Z Reference Fault”。

这种故障看似复杂，却有一个高度规律的根本原因：
Z 轴参考点（零点）信号未被触发，而触发失败的核心又来自：霍尔传感器与触发磁铁错位，或卷轴角度相对滑块发生偏移。

本文将从结构原理、故障特征、原因分析到精准维修步骤进行全链路讲解，适用于现场维修工程师、实验室维护人员以及自动进样器深度用户。

目录

1. CTC PAL 自动进样器 Z 轴结构总览

2. Z 轴回零参考系统的工作原理

3. 更换皮筋后为何最容易出现回零失败？

4. “Limit Switch not found / Motor Z Reference Fault” 的典型症状

5. 故障的唯一核心原因：霍尔传感器与磁性齿轮未对准

6. 真实案例复现：滑块到顶但霍尔未触发

7. 全流程维修步骤（工程级）

8. 霍尔传感器调校精度要求

9. 皮筋/钢丝绳安装的影响与注意事项

10. 传感器失灵与电路故障排查

11. 如何彻底避免再发生同类故障

12. 总结：Z 轴回零失败背后的机械逻辑

1. CTC PAL 自动进样器 Z 轴结构总览

CTC PAL 的 Z 轴属于典型的高精度机械传动结构，包含以下部分：

• 丝杆与滑块（执行上下运动）

• 钢丝绳卷轴（平衡重力、降低负载）

• 步进电机与皮筋/同步带

• 小齿轮（带磁性触发点）

• 霍尔传感器小板（Hall Sensor Board）

• 机械限位与运动范围保护设计

其中最关键的是：

Z 轴的“零点判定”不是通过滑块顶部触发一个传统的微动开关，而是通过钢丝绳卷轴与小齿轮的旋转角度来判断的。

很多用户误以为顶部有一个“物理限位”，但真实情况是：

回零信号来自齿轮 → 霍尔传感器的磁感应触发。

这一点非常关键，因为这意味着：

• 任何拆装造成齿轮初始角度变化

• 任何皮筋安装位置变化

• 任何霍尔板位置偏移

• 任何滑块最高点高度变化

都会导致回零无法触发。

2. Z 轴回零参考系统的工作原理（重点）

理解故障，必须理解原理。

Z 轴回零系统包含三个核心：

（1）小齿轮中藏有磁铁 / 磁性结构

• 这个齿轮与钢丝绳卷轴同轴联动

• 齿轮每转一圈，只有某一个角度会让磁铁对准霍尔传感器

（2）霍尔传感器（Hall Sensor）检测磁铁位置

• 通常焊在一块垂直的小绿板上

• 齿轮的磁铁经过传感器检测区域时，电压输出翻转（0→1 或 1→0）

（3）控制器将这一次翻转识别为“Z 轴零点参考信号”

换句话说：

Z 轴回零 = 滑块到上止点 + 齿轮旋转到磁铁对准霍尔的位置

任何一个条件不满足都会导致回零失败。

3. 为什么更换皮筋后最容易出现回零失败？（高发原因）

更换皮筋属于常规维护，但此过程会改变两个关键参数：

（1）钢丝绳卷轴的角度被改变

例如：

• 先拆掉皮筋

• 滑块被手动移动

• 卷轴被带动转动

• 再装皮筋时卷轴角度已偏移

于是：

滑块虽然到达了物理的“上止点”，
但齿轮却没有转到磁铁对准霍尔的位置。

这将导致：

• 控制器一直看不到回零信号

• 电机继续往上顶

• 因为丝杆已经到极限 → Z 轴抖动、哧哧响

（2）霍尔板位置被轻微挤歪

只要偏 1mm，传感器就无法检测磁铁。

（3）滑块初始安装位置改变

滑块位置 ≠ 齿轮角度
所以回零失效。

4. 故障的典型症状

如果出现以下现象，可以完全确认是 Z 轴回零参考信号未触发：

症状 1：开机后 Z 轴上抬到顶开始抖动

步进电机不断尝试抬升，但：

• 行程已到顶

• 丝杆已撑满

• 仍然未检测到霍尔触发

电机就会发出典型的 哧哧哧 声音。

症状 2：Z 轴上下轻微反复抽动

控制器执行的是：

找不到限位 → 微步上调 → 微步下调 → 重复。

症状 3：最终报错

屏幕显示：

• Limit Switch not found

• Motor Z Reference Fault

这两个错误是“孪生错误”，意味着：

控制板执行了回零程序，但从头到尾没有收到霍尔传感器的翻转信号。

5. 核心原因：霍尔传感器与齿轮磁铁未对准（实际最常见原因）

你的照片和视频已经清楚显示：

• 霍尔传感器（绿板）在齿轮旁

• 但齿轮旋转到滑块最高点时

• 磁铁位置完全未进入霍尔的感应区域

因此：

• 回零信号永远触发不到

• 控制器无法确认 Z 轴零点

• Z 轴步进电机就持续上推直到机械卡死

这就是你视频中抖动的全部原因。

6. 真实案例复现：滑块已到顶但齿轮角度并未到零位角

你的实际机器表现为：

• 滑块升到物理极限

• 但齿轮磁铁角度偏差约 20°–30°

• 霍尔传感器完全未检测到翻转脉冲

这属于“机械相位误差”，而不是电路故障。

7. 全流程维修步骤（工程师级别，最关键章节）

以下步骤是现场工程师调校 Z 轴回零的标准流程。

步骤 1：断电，手动旋转丝杆，让滑块升到最高点

注意：

• 不要让滑块暴力顶死

• 保持 0.5mm 小间隙即可

步骤 2：观察齿轮与霍尔的位置关系

如果出现以下情况，就确认问题：

• 磁铁位置未对准霍尔

• 齿轮在霍尔下方或上方偏移

• 齿轮未进入霍尔检测范围

步骤 3：松开齿轮紧固螺丝，微调齿轮角度

齿轮通常有一个紧定螺丝（内六角）：

1. 松开

2. 旋转齿轮

3. 调整到磁铁正对霍尔中心

4. 锁紧

调节角度精度要求：

• 0.5–1mm 的径向偏差都会导致失败

• 角度偏差不能超过 3°–5°

步骤 4：必要时调整霍尔传感器小板位置

霍尔板通常也带微调槽：

• 稍微上移或下移

• 使齿轮磁铁进入感应区

步骤 5：上电测试 Reference Z

若：

• 抖动消失

• Z 轴平稳回零

• 故障不再出现

说明调校成功。

8. 霍尔传感器调校精度要求

要让回零成功，必须满足三个条件：

（1）距离：1 mm 内

霍尔最佳感应距离通常是 0.5–1.5 mm。

（2）角度：磁铁必须正对霍尔感应面

偏差过大则信号无法触发。

（3）速度：步进电机必须以均匀速度经过感应区

抖动会导致检测不稳定。

9. 皮筋/钢丝绳安装对回零的影响

安装皮筋时常出现两个问题：

问题 1：卷轴被旋转过

导致齿轮角度与滑块位置不同步。

问题 2：滑块被安装在不同初始高度

等效于改变“零点坐标”。

问题 3：张力错误造成卷轴微位移

张力过大 → 差速滑移
张力过小 → 传动不稳定

这些都会导致回零失败。

10. 传感器失灵与电路故障排查（用于排除极端情况）

极少情况下，霍尔或线路本身损坏，也会导致回零失败：

（1）霍尔传感器损坏

特点：

• 连续输出固定值

• 不随齿轮旋转而变化

可用万用表测量输出脚判断。

（2）传感器未供电（3.3V / 5V）

检查排线与焊点。

（3）控制板输入口损坏

极罕见，但可能。

11. 如何避免再次发生类似故障？（经验总结）

以下方法可大幅降低回零故障发生率：

避免在未标记角度的情况下拆卷轴或齿轮

拆之前用记号笔标记齿轮位置。

装皮筋前确认滑块在标准零位

减少相位漂移。

避免用力拉扯霍尔板或其排线

轻微偏移就会失效。

调试成功后拍照记录齿轮与霍尔之间的基准位置

方便以后比对。

12. 总结：Z 轴回零失败的机械逻辑

Z 轴回零失败不是电机问题，不是皮筋问题，而是：

滑块的最高物理位置 ≠ 齿轮磁铁的“零点角度位置”
从而导致霍尔传感器始终无法检测到参考信号。

广义地说，它属于 机械相位同步失败（Mechanical Phase Misalignment）。

修复的核心就是：

• 让滑块到顶

• 让磁铁对准霍尔

• 让回零脉冲被检测到

一旦恢复同步，故障立即消失。

如果你正在维修 CTC Analytics PAL 系列自动进样器，

遇到 Z 轴抖动、皮筋更换后故障、回零失败、限位未触发等问题，
欢迎联系我们获取进一步技术支持。