儀器儀表的可靠性及抗干擾設(shè)計探究

孟德義

遼寧省鐵嶺市金星儀器儀表廠，遼寧鐵嶺 112000

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，儀器儀表系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍越來越廣，其技術(shù)含量越來越高，系統(tǒng)功能越來越強大，但隨之而來的使用條件也越來越嚴(yán)格，如何提高系統(tǒng)運行的可靠性和抗干擾性是儀器儀表系統(tǒng)設(shè)計中的重點，下面筆者將分別對儀器的可靠性設(shè)計和抗干擾設(shè)計進行分析，以期能夠為推動儀器儀表系統(tǒng)的發(fā)展做貢獻。

1 儀器儀表的可靠性設(shè)計

儀器儀表系統(tǒng)運行的可靠性是衡量系統(tǒng)質(zhì)量高低的重要指標(biāo)，對其可靠性進行設(shè)計對于提高儀器儀表系統(tǒng)質(zhì)量具有重要影響。在可靠性設(shè)計上，主要可以從兩方面入手，一是提高儀器儀表系統(tǒng)元件的可靠性，二是對儀器儀表結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計以促進儀器儀表可靠性的提高。其中在儀器儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計上，為了提高儀器儀表系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，相關(guān)人員在進行設(shè)計時應(yīng)該盡量對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行簡化，同時還要滿足相應(yīng)的控制功能。在對結(jié)構(gòu)進行簡化過程中，設(shè)計人員應(yīng)該綜合考慮儀器儀表系統(tǒng)的性能及可靠性指標(biāo)，在追求儀器儀表高性能的同時對可靠性也要進行考慮。同時，在簡化結(jié)構(gòu)過程中，雖然結(jié)構(gòu)簡化了但相應(yīng)的工藝或技術(shù)應(yīng)該采用較為先進和成熟的技術(shù)工藝，這樣才能夠在保證儀器儀表系統(tǒng)可靠性的前提下保證儀器儀表系統(tǒng)的控制功能。而在儀器儀表元件的設(shè)計上，設(shè)計人員為了保證儀器儀表系統(tǒng)具有較高的可靠性，在設(shè)計相關(guān)電路和元件過程中應(yīng)該從最壞情況進行設(shè)計，將所有元件公差進行綜合考慮，從中取出最不利數(shù)值，在選擇儀器元件時從最不利數(shù)值方面進行考慮，以保證儀器元件能夠應(yīng)對最壞情況，從而有效保證儀器系統(tǒng)的可靠性。

2 儀器儀表的抗干擾設(shè)計

在抗干擾設(shè)計方面，由于儀器儀表使用外部條件較為復(fù)雜，在實際運行過程中除了有用信號外還會受到外部其他電流信號的干擾，而這種干擾的來源是較為廣泛的，因而為了保證儀器儀表能夠正常運行，在設(shè)計階段設(shè)計人員應(yīng)該采取相應(yīng)的措施將相關(guān)干擾因素排除出去，這樣才能保證儀器儀表系統(tǒng)的正常運行。

2.1 干擾的來源

在對儀器儀表系統(tǒng)進行抗干擾設(shè)計過程中應(yīng)該首先對干擾來源進行明確，儀器儀表的干擾主要來源于內(nèi)外兩個方面，內(nèi)部的開關(guān)、變壓器等和外部的用電設(shè)備和電力設(shè)備都會對儀器儀表運行產(chǎn)生一定影響，具體來說主要有以下幾種，一是電磁感應(yīng)，這是儀器儀表在與信號源進行連接過程中會形成相應(yīng)的磁場對儀器儀表運行產(chǎn)生干擾，這種干擾在儀器儀表系統(tǒng)中較為多見，一般儀器儀表系統(tǒng)使用環(huán)境存在較大功率的高壓電網(wǎng)、變壓器就會自動產(chǎn)生較強的磁場，這樣儀器儀表系統(tǒng)在這種磁場中就會產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢，對儀器儀表的正常運轉(zhuǎn)造成較大影響。二是靜電感應(yīng)，這種干擾是兩個電場之間相互作用產(chǎn)生的，在儀器儀表運行中也較為多見，與電磁感應(yīng)一樣屬于工頻干擾電壓，多是儀器儀表周邊的電氣設(shè)備等產(chǎn)生的。另外，干擾還有振動、化學(xué)電勢和附加熱電勢，這些干擾都是和信號發(fā)生串聯(lián)后產(chǎn)生干擾，因而均屬于串模干擾。

2.2 抗干擾設(shè)計

對于上面所提到的串模干擾，設(shè)計人員在抗干擾設(shè)計上主要可以采取的措施有以下幾點：一是扭絞信號導(dǎo)線，將信號導(dǎo)線扭絞到一起之后能夠?qū)⑿盘柣芈访娣e縮小，使信號導(dǎo)線與干擾之間的距離能大體相等，這樣兩根信號導(dǎo)線的電容分布也能夠大體相同，這樣能夠有效減少串模干擾，減少電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)；二是對串模干擾進行屏蔽，具體的屏蔽方法是采用金屬網(wǎng)將信號導(dǎo)線包起來，并在外面套上絕緣層，這樣能夠有效隔斷電場耦合，屏蔽電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)，從而有效抑制各種電場產(chǎn)生的干擾。同時，在設(shè)計屏蔽層過程中應(yīng)該注意，屏蔽層應(yīng)該盡量接地，這樣才能夠起到屏蔽干擾的目的，而若不接地則不能達到縮小感應(yīng)電壓的目的，因而在實際設(shè)計應(yīng)用過程中一定注意將屏蔽層接地；三是采取濾波措施進行抗干擾。對于在儀器儀表運行過程中出現(xiàn)的變化很慢的直流信號，設(shè)計人員可以采取濾波的方法來阻斷干擾。具體方法是在儀器儀表系統(tǒng)的輸入端加設(shè)一個濾波電路，這樣能夠縮小直流信號的干擾，但在實際應(yīng)用當(dāng)中，這種方法較為少見。以上所提到的幾種方法均是針對于串模干擾而言，這種干擾一般是不可避免的，只能通過以上幾種抗干擾措施來盡量減少串模干擾，在實際設(shè)計和操作過程中，設(shè)計人員還可以通過避免形成干擾場的形式來徹底減少外界信號干擾。

3 結(jié)論

隨著儀器儀表應(yīng)用范圍和技術(shù)含量的不斷提升，儀器儀表系統(tǒng)的使用條件或環(huán)境也趨向嚴(yán)格，外部環(huán)境不同對儀器儀表運行的干擾也不同，因而在對儀器儀表系統(tǒng)進行設(shè)計和測試過程中，除了要根據(jù)儀器儀表本身進行設(shè)計外還要結(jié)合相應(yīng)的使用環(huán)境來進行優(yōu)化設(shè)計和具體分析，將具體條件下的主要干擾因素找出，從而有針對性地設(shè)計抗干擾措施，促進儀器儀表系統(tǒng)可靠性和抗干擾性不斷提高，保證儀器儀表系統(tǒng)能夠順利進行。

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