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浅谈地磅电子称重仪表的抗干扰试验测试及设计要点

时间:2018-01-11 13:18   来源:http://www.jrscale.com   访问量:

本文主要阐述了地磅电子称重仪表在抗干扰测试时的主要内容和应注意的一些 细节,同时提出了在抗干扰电路设计中应重视的几个环节,以便读者能够了解和掌握工业电 子称重仪表的相关知识,为设计者在设计时提供参考。

电子称重仪表是工业自动化的核心部件,除 商用衡器外,大多数电子称重仪表往往面临更复 杂的工况。在电磁环境比较恶劣的情况下,一些 大规模集成电路常常会受到干扰,导致不能正常 工作或在错误状态下运行,造成的后果往往很严 重。因此,仪表的抗干扰性能很关键。本文主要从地磅电子称重仪表的抗干扰测试及在抗干扰设计中 应重视问题等两大方面作阐述和讨论,以便读者 能够了解和掌握工业电子称重仪表的相关知识。 在阅读本文时建议大家查阅相关国家标准譬如: GB/T 7724-2008《电子称重仪表》、GBA 2423 《电工电子产品环境试验>〉、GB/T 4793.1-2007《测 量、控制和实验室用电气设备的安全要求》等相 关专业文献。

1.抗干扰性能试验测试的主要内容和注意细

1.1电磁辐射RS

用于考察仪表对外界高频电磁场的干扰。高 频电磁波的干扰是通过空间传输,输入10d或除 零点外最小负荷值进行实验:干扰源为场强是 10V/fn,频率范围为 80MHz_2000MHz,调制 80% AM, 1kHz的正弦电磁波然后将仪表放置于规定 的电磁场中,观察仪表的示值变化应不产生大于 1d的变差或能处理的显著增差。

1.2浪涌祌击Surge)

用来模拟自然雷击或者电网中接入大容性负 载所产生的脉冲对仪表的影响。输入10d或除零 点外最小负荷值进行实验。差模:L-N (0.5kV 60s3 次;共模:L-PEN-PELN-PE (1kV 60s3,受试仪表应不产生大于1d的变差或 能处理的显著增差。

1.3静电放电ESD)

模拟仪表在接收外界静电如人体或设备带 电产生的放电或静电场干扰时的抵抗能力。分别输入10d及接近max的信号进行试验。严酷等 级为3级空气放电8kV,接触放电6kV ;放电 至少10次,时间间隔1s受试仪表应不产生大于 1d的变差或能处理的显著增差。

1.4工频磁场发生器PMS 模拟工频电力线所构成的磁场如大型变压 设备附近的磁场对仪表产生的影响。

1.5电快速瞬间脉冲群EFT/B 模拟设备附近或电网中发生感性负载时导致 的脉冲干扰。输入10d或除零点外最小负荷值进 行实验严酷等级2级(脉冲幅度1kV,测试实 施于供电回路分别进行正负极性试验;实验持 续时间不少于30s100个脉冲群;实验应在 室温下进行。受试仪表应不产生大于1d的变差或 能处理的显著增差。

1.6短时电源电压跌落

模拟电网中接入大功率的设备引起的电网电 压和短时中断现象,主要测试仪表的性能稳定性: 分别输入10d及接近max的信号进行试验;每隔 10s使试验电压发生器在半周期将供电电压跌落到 “0”进行10次;每隔10s使试验电压发生器在半 周期将供电电压跌落到“50”进行10次;受试 仪表应不产生大于1d的变差或能处理的显著增 差。

1.7射频场传导CS

指外界低频电磁场通过耦合在电缆上产生感 应电流或电压沿着电缆进入仪表内部,考察仪 表抗干扰能力相当于在将仪表电源加入规定的 电磁波信号10d或除零点外最小负荷值进行实验。 干扰源为射频幅值50d) 10V (e.mjf,频率范 围为 0.15MHz_80MHz,调制 80% AM, 1kHz 的正 弦电磁波。

判断标准:当仪表处于干扰场合时,判断其 合格的标准为不发生显著增差或检测出显著增差 但没有跟其他信息混淆。此规定可理解为发生显 著增差时,增差的变化量不计,仪表能迅速恢复, 恢复后示值变化量不大于e,恢复时间不太长,可 判定为合格;若不能迅速恢复或连续出现显著增 差则判定为不合格。

2.抗干扰设计中应重视的问题和解决办法

2.1 PCB及电路抗干扰措施 印刷电路板的抗干扰设计与具体电路有着密

切的关系,这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用 措施作一些说明。

2.1.1电源线设计:根据印刷线路板电流的 大小,尽量加粗电源线宽度减少环路电阻;同 时,使电源线、地线的走向和数据传递的方向一 致,这样有助于增强抗噪声能力。

2.1.2地线设计:在单片机系统设计中,接 地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正 确结合来使用可解决大部分干扰问题。单片机 系统中地线结构大致有系统地、机壳地屏蔽 地、数字地暖辑地和模拟地等。

在地线设计中应注意以下几点:①正确选择 单点接地与多点接地;@数字地与模拟地分开; ③接地线应尽量加粗;④接地线构成闭环路。

2.1.3退耦电容配置:PCB设计的常规做法 之一是在印刷板的各个关键部位配置适当的退耦 电容。退耦电容的一般配置原则为:①电源输入 端跨接10 + F100 + F的电解电容器如有可能, 100^F以上的更好;@原则上每个集成电路芯 片都应布置一个0.01pF的瓷片电容,如遇印刷板 空隙不够,可每4个〜8个芯片布置一个1pF 10pF的钽电容;③对于抗噪声能力弱、关断时电 源变化大的器件,如RAMROM存储器件,应在 芯片的电源线和地线之间直接接入退耦电容;④ 电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有 引线。

2.1.4在印刷板中有接触器、继电器、按钮 等元件时,操作它们时均会产生较大火花放电 必须采用RC电路来吸收放电电流。_8 1kft~2kft, C  2.2^F ~47^FCMOS 的输入 阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用 端要接地或接正电源。

2.2输入/输出的电磁兼容性设计

在单片机系统中输入/输出也是干扰源的传导 线和接收射频干扰信号的拾检源,称重仪表设计 时一般要采取有效的措施:①采用必要的共模/差 模抑制电路,同时也要采取一定的滤波和防电磁 屏蔽措施以减小干扰的进入;@在条件许可的情 况下尽可能采取各种隔离措施如光电隔离或者 磁电隔离,从而阻断干扰的传播。

2.3单片机复位电路的设计

在单片机系统中,看门狗系统对整个单片机的运行起着特别重要的作用因为所有的干扰源 不可能全部被隔离或去除,一旦进入CPU干扰程 序的正常运行那么复位系统结合软件处理措施 就成了一道有效的纠错防御的屏障了。常用的复 位系统有以下两种:①外部复位系统:外部“看 门狗电路可以自己设计也可以用专门的“看门 狗芯片来搭建,然而,他们各有优缺点;@现 在越来越多的单片机都带有自己的片上复位系统 这样用户就可以很方便的使用其内部的复位定时 器了,但是,有一些型号的单片机它的复位指令 太过于简单,这样也会存在象上述死循环那样的 喂狗指令,使其失去监控作用。有一些单片机 的片上复位指令就做的比较好,一般他们把“喂 狗信号做成固定格式的多条指令依顺序来执行, 如果有一定错误则该喂狗操作无效,这样就 大大提高了复位电路的可靠性。

2.4防雷击措施

室外使用的单片机系统或从室外架空引入室 内的电源线、信号线,要考虑系统的防雷击问题。 常用的防雷击器件有:气体放电管TVS aran- sientVoltage Suppression等。气体放电管是当电 源的电压大于某一数值时,通常为数十伏或数百 伏,气体击穿放电将电源线上强冲击脉冲导入 大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳 二极管当两端电压高于某一值时导通。其特点 是可以瞬态通过数百乃至上千安的电流。

2.5电源系统抗干扰

常用的开关电源与线性电源相比各有优缺点, 一般工业控制采用开关电源方式,而试验或商用 设备采用线性电源较为合理。由于电源波动会造 成仪表输出的激励电压波动因此称量值会随之 变化,故应采用较为保险的多级稳压方案。

3.总结

电子称重仪表在商用衡器及工业计量中的应 用非常普遍,应用环境是复杂多样,必须重视电 子称重仪表的抗干扰设计,才能使其在称重计量 中发挥准确、稳定的作用