淺談電磁流量計的抗干擾問題

從理論上對電磁干擾的產(chǎn)生和傳播做了分析，并結(jié)合具體實例，介紹了電磁流量計使用的過程中，采取的屏蔽、濾波、接地及布線等

常用抗干擾措施。

電磁干擾是指引起控制系統(tǒng)設(shè)備、 傳輸通道或系統(tǒng)性能下降的各種電磁效應(yīng)。

干擾形成的全過程是由干擾源發(fā)出的干擾信號經(jīng)過耦合通道到達受干擾的設(shè)備上。 干擾的三個環(huán)節(jié)稱為干擾系統(tǒng)的三要素，即干擾源、干擾傳播途徑及受干擾設(shè)備。

1 .電磁干擾的分類

在工業(yè)測控系統(tǒng)中， 電磁干擾是影響正常工作的重要問題，其產(chǎn)生即可能存在于系統(tǒng)內(nèi)部，即受到自身產(chǎn)生的干擾影響，也可能來自于系統(tǒng)外部，即受到外來干擾的影響。 在分析電磁干擾時，系統(tǒng)是指人們設(shè)計、管理和控制的電氣設(shè)備或電子設(shè)備整體。

1.1  內(nèi)部干擾

系統(tǒng)內(nèi)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浸入系統(tǒng)的。

（2）地線干擾。 地線干擾是由系統(tǒng)內(nèi)共用一個地線而引起的，當系統(tǒng)內(nèi)各部分電路的電流均流過公共地線時，會在地線上產(chǎn)生電壓降，形成相互影響的噪聲。

（3）信號通道的耦合干擾。 信號若需要很長的傳輸線時，信號在傳輸過程中很容易受到干擾， 導致所傳輸?shù)男盘柊l(fā)生畸變或失真， 所產(chǎn)生的干擾主要有傳輸線周圍空間電磁場對傳輸線的電磁感應(yīng)干擾： 當兩條或兩條以上所傳輸信號強弱不同的信號線相互靠的很近時， 通過線間分布電容和互感而形成的線間干擾，即傳輸線的線間串擾。

1.2  外部干擾

系統(tǒng)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變化。雷電能在傳輸線上產(chǎn)生幅值很高的高頻浪涌電壓， 對系統(tǒng)形成干擾。

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

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

（4）射頻干擾。 通信設(shè)備、無線電廣播、電視、雷達等通過天線會發(fā)射強烈的電波。

（5）靜電放電。 采用現(xiàn)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(shù)以百萬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）汽車雜波.汽車在工作過程中產(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。 弧光放電即金屬霧放電，***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：傳導干擾，主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾，是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。 從被干擾的敏感器來看，干擾耦合可分為傳導耦合和輻射耦合兩大類。

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

屏蔽就是在兩個空間區(qū)域之間采用屏蔽體進行隔離，以控制電場、 磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應(yīng)和輻射。

②濾波

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

③接地

地線是對接地的實施，即按一定的要求，用必要的金屬導體或?qū)Ь€把電路中的某些地電位連接起來，或?qū)㈦娮?、電氣設(shè)備的某一部位和大地連接起來。

④布線

不同類型的信號分別由不同的電纜傳輸， 應(yīng)避免信號線與動力電纜靠近平行敷設(shè)，以減少電磁干擾。

（2）切斷干擾的傳播途徑。

（3）提高敏感設(shè)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(yīng)定律的原理制成， 由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分結(jié)構(gòu)組成。

（1）不同廠家或同一廠家不同型號的流量計，在抗干擾的設(shè)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，例如升隆流量計。

（2）安裝點遠離變頻器、高壓設(shè)備和公路，以防電磁干擾。

（3）為流量計配置 UPS，提供穩(wěn)定的電源。 經(jīng)過市場調(diào)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）就可以滿足要求了。 其工作原理圖如圖 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(shè)電纜

①電源線用鎧裝屏蔽電纜，防干擾。

②信號電纜與勵磁電纜分開套管 （鐵管 ），用廠家提供的專用電纜。 考慮線間分布電容影響，信號電纜與勵磁電纜不宜過長。

③信號電纜、勵磁電纜與電源線分開安裝。

（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。

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）接地點離傳感器越近越好，絕不能與其它設(shè)備接地點相連接，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(nèi)壁沒有絕緣涂層，按圖 2 接地。

（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(yīng)安裝接地環(huán)， 使管內(nèi)流動的被測介質(zhì)與大地短路。 否則，電磁流量計可能無法正常工作。 按圖 3 接地。

當然，現(xiàn)場情況錯綜復(fù)雜，要具體問題具體分析。