淺談電磁流量計的抗干擾問(wèn)題

電磁干擾是指引起控制系統設備、傳輸通道或系統性能下降的各種電磁效應。

干擾形成的全過(guò)程是由干擾源發(fā)出的干擾信號經(jīng)過(guò)耦合通道到達受干擾的設備上。干擾的三個(gè)環(huán)節稱(chēng)為干擾系統的三要素，即干擾源、干擾傳播途徑及受干擾設備。

1 電磁干擾的分類(lèi)

在工業(yè)測控系統中，電磁干擾是影響正常工作的重要問(wèn)題，其產(chǎn)生即可能存在于系統內部，即受到自身產(chǎn)生的干擾影響，也可能來(lái)自于系統外部，即受到外來(lái)干擾的影響。在分析電磁干擾時(shí)，系統是指人們設計、管理和控制的電氣設備或電子設備整體。

1.1 內部干擾

系統內部的干擾源可分為：

（1）電源干擾。電源干擾主要是從電源和電源引線(xiàn)浸入系統的。

（2）地線(xiàn)干擾。地線(xiàn)干擾是由系統內共用一個(gè)地線(xiàn)而引起的，當系統內各部分電路的電流均流過(guò)公共地線(xiàn)時(shí)，會(huì )在地線(xiàn)上產(chǎn)生電壓降，形成相互影響的噪聲。

（3）信號通道的耦合干擾。信號若需要很長(cháng)的傳輸線(xiàn)時(shí)，信號在傳輸過(guò)程中很容易受到干擾，導致所傳輸的信號發(fā)生畸變或失真，所產(chǎn)生的干擾主要有傳輸線(xiàn)周?chē)�空間電磁場(chǎng)對傳輸線(xiàn)的電磁感應干擾：當兩條或兩條以上所傳輸信號強弱不同的信號線(xiàn)相互靠的很近時(shí)，通過(guò)線(xiàn)間分布電容和互感而形成的線(xiàn)間干擾，即傳輸線(xiàn)的線(xiàn)間串擾。

1.2 外部干擾

系統外部的干擾源可分為：

（1）自然干擾。自然干擾包括雷電和大氣層的電場(chǎng)變化。雷電能在傳輸線(xiàn)上產(chǎn)生幅值很高的高頻浪涌電壓，對系統形成干擾。

（2）電力干擾。隨著(zhù)越來(lái)越多的電子設備接入電力主干網(wǎng)，系統中會(huì )出現一些潛在的干擾。這些干擾包括電力線(xiàn)干擾、電快速瞬變、電涌、電壓變化、閃電瞬變和電力線(xiàn)諧波等。

（3）工頻干擾。供電設備和輸出線(xiàn)都產(chǎn)生工頻干擾，若信號傳輸線(xiàn)有一段與供電線(xiàn)平行，這種低頻干擾就會(huì )耦合到信號線(xiàn)上成為干擾。

（4）射頻干擾。通信設備、無(wú)線(xiàn)電廣播、電視、雷達等通過(guò)天線(xiàn)會(huì )發(fā)射強烈的電波。

（5）靜電放電。采用現代芯片工藝，在很小的幾何尺寸上元件已經(jīng)變得非常密集，這些高速的、數以百萬(wàn)計的晶體管的靈敏性很高，很容易受到外界靜電放電影響而損壞。

（6）汽車(chē)雜波.汽車(chē)在工作過(guò)程中產(chǎn)生甚高頻至特高頻頻段的雜波。

（7）放電干擾。局部放電可以分為正電暈放電、負電暈放電和火花放電三種。

（8）輝光放電。輝光放電即氣體放電。

（9）弧光放電�；」夥烹娂唇饘凫F放電，最典型的弧光放電是金屬電弧焊。

2 電磁干擾的傳播途徑

電磁干擾按傳輸途徑可分為兩大類(lèi)：傳導干擾，主要是電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過(guò)導電介質(zhì)或公共電源線(xiàn)互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾，是指電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過(guò)空間傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )或電子設備。從被干擾的敏感器來(lái)看，干擾耦合可分為傳導耦合和輻射耦合兩大類(lèi)。

3 抑制電磁干擾的方法

針對電磁干擾的三要素，提出以下三種解決電磁干擾問(wèn)題的方法：

（1）抑制干擾源產(chǎn)生的電磁干擾

①屏蔽

屏蔽就是在兩個(gè)空間區域之間采用屏蔽體進(jìn)行隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區域對另一個(gè)區域的感應和輻射。

②濾波

濾波是指各類(lèi)信號按頻率特性分類(lèi)并控制他們的方向，是對某些頻率點(diǎn)范圍內的信號提供傳輸極點(diǎn)，而對另一些頻率點(diǎn)范圍內的信號提供傳輸零點(diǎn)的技術(shù)。

③接地

地線(xiàn)是對接地的實(shí)施，即按一定的要求，用必要的金屬導體或導線(xiàn)把電路中的某些地電位連接起來(lái)，或將電子、電氣設備的某一部位和大地連接起來(lái)。

④布線(xiàn)

不同類(lèi)型的信號分別由不同的電纜傳輸，應避免信號線(xiàn)與動(dòng)力電纜靠近平行敷設，以減少電磁干擾。

（2）切斷干擾的傳播途徑。

（3）提高敏感設備抗電磁干擾的能力（降低對干擾的敏感度）。

下面以我們公司使用的電磁流量計為例，說(shuō)明采取的各種抗干擾措施：

電磁流量計基于法拉第電磁感應定律的原理制成，由傳感器和轉換器兩部分結構組成。

（1）不同廠(chǎng)家或同一廠(chǎng)家不同型號的流量計，在抗干擾的設計和制作工藝上有差異。我們一般選擇抗干擾能力強、符合EMC要求的的流量計，例如科隆流量計。

（2）安裝點(diǎn)遠離變頻器、高壓設備和公路，以防電磁干擾。

（3）為流量計配置UPS，提供穩定的電源。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調研，我們選擇了山特電子（深圳）有限公司的CASTLE系列的C1KS型號（其額定容量是1kVA，而電磁流量計的電源消耗是22VA）就可以滿(mǎn)足要求了。其工作原理圖如圖1。

圖1

輸入濾波：完成對輸入市電的濾波，為UPS提供干凈的電源。

輸出濾波：完成UPS輸出濾波，為負載提供干凈的電源。

（4）正確的敷設電纜

①電源線(xiàn)用鎧裝屏蔽電纜，防干擾。

②信號電纜與勵磁電纜分開(kāi)套管（鐵管），用廠(chǎng)家提供的專(zhuān)用電纜�？紤]線(xiàn)間分布電容影響，信號電纜與勵磁電纜不宜過(guò)長(cháng)。

③信號電纜、勵磁電纜與電源線(xiàn)分開(kāi)安裝。

（5）為了使儀表可靠的工作，提高測量精度，不受外界寄生電勢的干擾，傳感器要有良好的單獨接地線(xiàn)。

接地含義：

（1）給信號源參考零電位；

（2）安全性要求（如雷擊）；

（3）抗外界干擾；

（4）接地點(diǎn)離傳感器越近越好，絕不能與其它設備接地點(diǎn)相連接，以免引入干擾。

接地方式有兩種：

（1）傳感器在金屬管道上的安裝：金屬管道內壁沒(méi)有絕緣涂層，按圖2接地。

圖2

（2）傳感器在有絕緣涂料或者油漆的管道上的安裝：傳感器的兩端面應安裝接地環(huán)，使管內流動(dòng)的被測介質(zhì)與大地短路。否則，電磁流量計可能無(wú)法正常工作。按圖3接地。

圖3

當然，現場(chǎng)情況錯綜復雜，要具體問(wèn)題具體分析。