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    淺談電磁流量計的抗干擾問題

    來源:陜西省咸陽市自來水公司作者:發表時間:2016-08-26 10:06:39

          【摘要】從理論上對電磁干擾的產生和傳播做了分析,并結合具體實例,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。
           干擾形成的全過程是由干擾源發出的干擾信號經過耦合通道到達受干擾的設備上。干擾的三個環節稱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
           在工業測控系統中, 電磁干擾是影響正常工作的重要問題,其產生即可能存在于系統內部,即受到自身產生的干擾影響,也可能來自于系統外部,即受到外來干擾的影響。在分析電磁干擾時,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浸入系統的。
    (2)地線干擾。地線干擾是由系統內共用一個地線而引起的,當系統內各部分電路的電流均流過公共地線時,會在地線上產生電壓降,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, 導致所傳輸的信號發生畸變或失真, 所產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。隨著越來越多的電子設備接入電力主干網, 系統中會出現一些潛在的干擾。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。供電設備和輸出線都產生工頻干擾,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。通信設備、無線電廣播、電視、雷達等通過天線會發射強烈的電波。
    (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變得非常密集,這些高速的、數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,好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,主要是電子設備產生的干擾信號通過導電介質或公共電源線互相產生干擾;輻射干擾,是指電子設備產生的干擾信號通過空間傳給另一個電網絡或電子設備。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)抑制干擾源產生的電磁干擾
    ①屏蔽
    屏蔽就是在兩個空間區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域對另一個區域的感應和輻射。
    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的信號提供傳輸極點, 而對另一些頻率點范圍內的信號提供傳輸零點的技術。
    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導線把電路中的某些地電位連接起來,或將電子、電氣設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, 應避免信號線與動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)不同廠家或同一廠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,例如三暢流量計。
    (2)安裝點遠離變頻器、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。經過市場調研,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)就可以滿足要求了。其工作原理圖如圖1。
    UPS電源的工作原理圖
     
    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??紤]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好接地線。
    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:金屬管道內壁沒有絕緣涂層,按圖2 接地。
    電磁流量計接地示意圖
     
    (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, 使管內流動的被測介質與大地短路。否則,三暢電磁流量計可能無法正常工作。按圖3 接地。
    電磁流量計接地示意圖2
     
    當然,現場情況錯綜復雜,要具體問題具體分析。
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