電磁流量計(jì)抗干擾設(shè)計(jì)中的硬件處理措施

電磁流量計(jì)抗干擾問(wèn)題的對(duì)策措施
   4.1 硬件抗干擾措施
   對(duì)于硬件電路而言主要的抗干擾措施主要是針對(duì)電源損壞和信號(hào)波動(dòng)大這兩個(gè)問(wèn)題而展開(kāi)的。主要的方法為：
   4.1.1 元器件的可靠性提高
   1. 基本阻容器件的減額
   考慮到2.1.1 所述的反饋電阻/三級(jí)管在設(shè)計(jì)時(shí)余量不足的情況，我們對(duì)整個(gè)儀表的器件作了排查，分析后將流量計(jì)中使用的電阻從片阻全部替換為BC 公司的金屬膜貼片電阻以提高它的功耗（從1/4 瓦到1/2 瓦），同時(shí)提高電阻中感抗的性能。
   2. 嚴(yán)格的器件采購(gòu)控制
   在公司的采購(gòu)過(guò)程中，為了加強(qiáng)對(duì)采購(gòu)產(chǎn)品的控制，避免不合格產(chǎn)品的流入，我們建立了元器件清冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。器件的采購(gòu)必須要經(jīng)過(guò)一個(gè)認(rèn)證－> 入清冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)－>ERP 系統(tǒng)中根據(jù)需求下單采購(gòu)的過(guò)程執(zhí)行。這樣做可以保證只有研發(fā)部認(rèn)可的器件和器件供應(yīng)商才能夠被公司采購(gòu)管理。從而保證整機(jī)設(shè)備的可靠性。
   3. 使用專(zhuān)用模擬信號(hào)處理芯片-紫芯1 號(hào)
   公司為智能電磁流量計(jì)自行研發(fā)的儀表專(zhuān)用芯片-紫芯1 號(hào)。紫芯1 號(hào)芯片將信號(hào)處理電路中的儀表放大、有源低通濾波、模擬信號(hào)量程切換、無(wú)失真噪聲抑制、流量積分等主要信號(hào)處理電路集中其中，以提高電路的抗力和穩(wěn)定性。 使用專(zhuān)用芯片比使用分立元件組成的電路對(duì)噪聲的抑制有明顯的改善。專(zhuān)用芯片的溫度系數(shù)可以達(dá)到20ppm，芯片整體的信噪比為80-90dB.
   4. 加強(qiáng)整機(jī)老化試驗(yàn)的要求
   從溫度試驗(yàn)中可以篩選出那些可靠性差，抗力差的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)那些可靠性不足的元件，以提示我們改進(jìn)的方向。 加強(qiáng)后的老化溫度試驗(yàn)更加嚴(yán)格，其主要的要求為
   1) 溫度周期 如圖 4-1： 圖4-1：溫度周期 Fig.4-1: the cycle of temperature 分別在常溫20 攝氏度，高溫60 攝氏度，低溫-20 攝氏度下穩(wěn)定30 分鐘后測(cè)試流量計(jì)的輸出數(shù)據(jù)。48 小時(shí)不停循環(huán)試驗(yàn)。
   2) 測(cè)試條件
  (1) 溫試檢測(cè)必須在信號(hào)轉(zhuǎn)換器上電，加上勵(lì)磁負(fù)載和信號(hào)后正常工作的情況下進(jìn)行；
  (2)在每一個(gè)溫度點(diǎn)上必須穩(wěn)定30 分鐘以上之后才可以進(jìn)行測(cè)試；
  (3)輸出要求： 電流輸出約為20 mA 頻率輸出約為 1000 Hz
   3) 溫度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
   溫度試驗(yàn)評(píng)定-20 攝氏度和+60 攝氏度時(shí)測(cè)定值和在+20 攝氏度時(shí)測(cè)定值之間存在的偏差。要求如表4-1： 表4-1：溫度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
   4.1.2 針對(duì)電源損壞問(wèn)題
   我們使用了兩種方法處理這個(gè)問(wèn)題
   1. 在電源輸入端增加保護(hù)措施。
   我們?cè)陔娫摧斎攵嗽黾恿硕罅骶€(xiàn)圈L101 和壓敏電阻 R119，二極放電管FR101 如圖4-2： 項(xiàng)目 讀數(shù)誤差/10 攝氏度 讀數(shù)誤差/40 攝氏度 頻率信號(hào)輸出 < 0.08 % < 0.32 % 電流信號(hào)輸出 < 0.13 % < 0.50 % 圖4-2：電源輸入端原理圖 Fig.4-1: The principle of power input
   1) 扼流線(xiàn)圈 L101 的作用
   扼流線(xiàn)圈是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數(shù)相同的線(xiàn)圈對(duì)稱(chēng)地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個(gè)四端器件，對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線(xiàn)圈使用在平衡線(xiàn)路中能有效地抑制電源干擾信號(hào)（如雷電干擾），而對(duì)電源的正常供電無(wú)影響。
   2) 壓敏電阻 R119 的作用
   我們選用的壓敏電阻為EPCOS 公司的SIOV-S14K275。它是以ZnO 為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線(xiàn)性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電阻對(duì)電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個(gè)半導(dǎo)體P-N 的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線(xiàn)性特性好（I=CUα 中的非線(xiàn)性系數(shù)α），通流容量大（～2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流?。?0-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對(duì)瞬時(shí)過(guò)電壓響應(yīng)時(shí)間快（～10-8s），無(wú)續(xù)流。壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)為：壓敏電壓（即開(kāi)關(guān)電壓） 為275V，通流容量為4500A；響應(yīng)時(shí)間<25ns。
   3) 氣體放電管 FR101 的作用
   我們選用的氣體放電管為 EPCOS 公司的L71-A470X：它是由相互離開(kāi)的一對(duì)冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種二極型的充氣放電管的技術(shù)參數(shù)為： 直流放電電壓為400V。對(duì)于100V/us 的沖擊放電電壓為600V，對(duì)于1kV/us 的沖擊放電電壓為700V。
   2. 增加抗干擾電源降壓變壓器
   我們?cè)谛盘?hào)轉(zhuǎn)換器與接入電源之間增加一個(gè)抗干擾電源降壓變壓器目的有兩個(gè)：
   1) 降額使用電源：
   我們?cè)O(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源可以在85Vac-253Vac 之間使用。為了保護(hù)電源的安全，我們使用一個(gè)降壓變壓器，將供電電源從220VAC 降到110VAC 使用。
   2) 抗干擾
   在變壓器的前端設(shè)置抑制二極管。抑制二極管可以起到箝位限壓功能。同時(shí)由于變壓器的原因，即使有干擾進(jìn)入信號(hào)轉(zhuǎn)換器也被削弱了一半。
   4.1.3 對(duì)于信號(hào)信號(hào)波動(dòng)大問(wèn)題
   1. 電源方面
  將模擬電路直流電源與數(shù)字電路的電源分開(kāi)，以減小數(shù)字電路對(duì)模擬電路的影響。同時(shí)對(duì)于每一路電源都是用三端穩(wěn)壓器，以降低電源的噪聲干擾。 電源輸出結(jié)構(gòu)如圖4-3： 圖4-3：電源輸出結(jié)構(gòu) Fig.4-1: The principle of power output 如圖所示模擬/數(shù)字電路的電源5VD和5VA 分別從電源中產(chǎn)生，三端穩(wěn)壓器采用ON Semiconductor的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路LM317。 LM317 的輸出電壓范圍是 1.2V 至 37V，負(fù)載電流為 1.5A。它的線(xiàn)性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317 內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。我們的設(shè)計(jì)中LM117/LM317使用輸出電容C115能改變瞬態(tài)響應(yīng)，得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。同時(shí)LM317具有輸出短路保護(hù)。過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)等功能。 在我們的設(shè)計(jì)中LM317調(diào)整輸出電壓為5V，輸出電流電流為750mA，線(xiàn)性調(diào)整率 0.01%，負(fù)載調(diào)整率 0.1%， 80dB 紋波抑制比。
   2. 專(zhuān)用儀表芯片設(shè)計(jì)
   在我們的紫芯1 號(hào)專(zhuān)用芯片中設(shè)有專(zhuān)用儀表放大器和低通濾波器。他們的基本結(jié)構(gòu)為圖4-4： 圖4-4：紫芯芯片內(nèi)部電路(部分) Fig.4-4: the internal circuit of Zhixing chip (part)
   1) 專(zhuān)用儀表放大器
   我們使用的是三運(yùn)放儀表放大器組成的儀表放大器。一般而言，如果四個(gè)調(diào)節(jié)電阻R5=R9=R8=R10 時(shí)，儀表放大器的共模增益的為0。在實(shí)際的電路中，如果用分立元件搭電路，很難實(shí)現(xiàn)四個(gè)調(diào)節(jié)電阻相等。但是我們由于是專(zhuān)用芯片，芯片的制作工藝可以保證他們的相等的精度。
   2) 低通濾波器： 利用低通濾波器進(jìn)一步將信號(hào)中高頻信號(hào)去除掉。
   3. PCB 板的電磁兼容性問(wèn)題也是我們關(guān)注的焦點(diǎn)。我們?cè)趨⒖剂薖CB 電磁兼容技術(shù)的理論[10] 后，對(duì)電源模塊和信號(hào)處理模塊都作了重新布線(xiàn)。 其中包括: 1) 利用電源線(xiàn)和地線(xiàn)將各模塊分割分高壓/低壓區(qū)，模擬/數(shù)字區(qū)等 2) 通過(guò)局部去耦減少沿著電源干線(xiàn)的噪聲傳播。 3) 將芯片的去耦電容盡可能的接近芯片引腳。 4) 用地線(xiàn)將可能會(huì)有互相干擾的信號(hào)線(xiàn)分離。 5) 接地線(xiàn)或接地層重新規(guī)劃。--擴(kuò)展閱讀：開(kāi)封中儀流量?jī)x表有限公司專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)開(kāi)封中儀網(wǎng)站：