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浅谈电磁流量计的抗干扰问题


文章日期:2017-06-17|阅读数:


浅谈电磁流量计的抗干扰问题

从理论上对电磁干扰的产生和传播做了分析,并结合具体实例,介绍了电磁流量计使用的过程中,采取的屏蔽、滤波、接地及布线等

常用抗干扰措施。

电磁干扰是指引起控制系统设备、 传输通道或系统性能下降的各种电磁效应。

干扰形成的全过程是由干扰源发出的干扰信号经过耦合通道到达受干扰的设备上。 干扰的三个环节称为干扰系统的三要素,即干扰源、干扰传播途径及受干扰设备。

 

1 .电磁干扰的分类

 

在工业测控系统中, 电磁干扰是影响正常工作的重要问题,其产生即可能存在于系统内部,即受到自身产生的干扰影响,也可能来自于系统外部,即受到外来干扰的影响。 在分析电磁干扰时,系统是指人们设计、管理和控制的电气设备或电子设备整体。

 

1.1  内部干扰

 

系统内部的干扰源可分为:

 

(1)电源干扰。 电源干扰主要是从电源和电源引线浸入系统的。

 

(2)地线干扰。 地线干扰是由系统内共用一个地线而引起的,当系统内各部分电路的电流均流过公共地线时,会在地线上产生电压降,形成相互影响的噪声。

 

(3)信号通道的耦合干扰。 信号若需要很长的传输线时,信号在传输过程中很容易受到干扰, 导致所传输的信号发生畸变或失真, 所产生的干扰主要有传输线周围空间电磁场对传输线的电磁感应干扰: 当两条或两条以上所传输信号强弱不同的信号线相互靠的很近时, 通过线间分布电容和互感而形成的线间干扰,即传输线的线间串扰。

 

1.2  外部干扰

 

系统外部的干扰源可分为:

 

(1)自然干扰。 自然干扰包括雷电和大气层的电场变化。雷电能在传输线上产生幅值很高的高频浪涌电压, 对系统形成干扰。

 

(2)电力干扰 。 随着越来越多的电子设备接入电力主干网, 系统中会出现一些潜在的干扰。 这些干扰包括电力线干扰、电快速瞬变、电涌、电压变化、闪电瞬变和电力线谐波等。

 

(3)工频干扰。 供电设备和输出线都产生工频干扰,若信号传输线有一段与供电线平行, 这种低频干扰就会耦合到信号线上成为干扰。

 

(4)射频干扰。 通信设备、无线电广播、电视、雷达等通过天线会发射强烈的电波。

 

(5)静电放电。 采用现代芯片工艺,在很小的几何尺寸上元件已经变得非常密集,这些高速的、数以百万计的晶体管的灵敏性很高,很容易受到外界静电放电影响而损坏。

 

(6)汽车杂波.汽车在工作过程中产生甚高频至特高频频段的杂波。

 

(7)放电干扰。 局部放电可以分为正电晕放电、负电晕放电和火花放电三种。

 

(8)辉光放电。 辉光放电即气体放电。

 

(9)弧光放电。 弧光放电即金属雾放电,***典型的弧光放电是金属电弧焊。

 

2 .电磁干扰的传播途径

 

电磁干扰按传输途径可分为两大类:传导干扰,主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰;辐射干扰,是指电子设备产生的干扰信号通过空间传给另一个电网络或电子设备。 从被干扰的敏感器来看,干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合两大类。

 

3 .抑制电磁干扰的方法

 

针对电磁干扰的三要素, 提出以下三种解决电磁干扰问题的方法:

 

(1)抑制干扰源产生的电磁干扰

 

①屏蔽

 

屏蔽就是在两个空间区域之间采用屏蔽体进行隔离,以控制电场、 磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。

 

②滤波

 

滤波是指各类信号按频率特性分类并控制他们的方向,是对某些频率点范围内的信号提供传输极点, 而对另一些频率点范围内的信号提供传输零点的技术。

 

③接地

 

地线是对接地的实施,即按一定的要求,用必要的金属导体或导线把电路中的某些地电位连接起来,或将电子、电气设备的某一部位和大地连接起来。

 

④布线

 

不同类型的信号分别由不同的电缆传输, 应避免信号线与动力电缆靠近平行敷设,以减少电磁干扰。

 

(2)切断干扰的传播途径。

 

(3)提高敏感设备抗电磁干扰的能力(降低对干扰的敏感度)。

 

下面以我们公司使用的电磁流量计为例, 说明采取的各种抗干扰措施:

 

电磁流量计基于法拉第电磁感应定律的原理制成, 由传感器和转换器两部分结构组成。

 

(1)不同厂家或同一厂家不同型号的流量计,在抗干扰的设计和制作工艺上有差异。 我们一般选择抗干扰能力强、符合EMC 要求的的流量计,例如升隆流量计。

 

(2)安装点远离变频器、高压设备和公路,以防电磁干扰。

 

(3)为流量计配置 UPS,提供稳定的电源。 经过市场调研,我们选择了山特电子 (深圳) 有限公司的 CASTLE 系列的C1KS 型号(其额定容量是 1kVA,而电磁流量计的电源消耗是22VA)就可以满足要求了。 其工作原理图如图 1。

接地1.jpg

输入滤波:完成对输入市电的滤波,为 UPS 提供干净的电源。

 

输出滤波:完成 UPS 输出滤波,为负载提供干净的电源。

 

(4)正确的敷设电缆

 

①电源线用铠装屏蔽电缆,防干扰。

②信号电缆与励磁电缆分开套管 (铁管 ),用厂家提供的专用电缆。 考虑线间分布电容影响,信号电缆与励磁电缆不宜过长。

 

③信号电缆、励磁电缆与电源线分开安装。

 

(5)为了使仪表可靠的工作 ,提高测量精度 ,不受外界寄生电势的干扰,传感器要有良好的单独接地线。

 

接地含义:

 

(1)给信号源参考零电位;

 

(2)安全性要求(如雷击);(3)抗外界干扰;

 

(4)接地点离传感器越近越好,绝不能与其它设备接地点相连接,以免引入干扰。

 

接地方式有两种:

 

(1)传感器在金属管道上的安装:金属管道内壁没有绝缘涂层,按图 2 接地。

接地2.jpg

(2)传感器在有绝缘涂料或者油漆的管道上的安装:传感器的两端面应安装接地环, 使管内流动的被测介质与大地短路。 否则,电磁流量计可能无法正常工作。 按图 3 接地。

接地3.jpg

当然,现场情况错综复杂,要具体问题具体分析。

 

 



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