●山西省計量科學研究院 高金法 袁淑芳

近幾年來，節(jié)能產(chǎn)品日趨推廣，熱量表的安裝越來越普遍，其計量的準確性直接影響節(jié)能效果，因此其產(chǎn)品質(zhì)量也引起了政府高度關(guān)注。目前熱量表產(chǎn)品主要都是智能數(shù)字顯示，均包含電子部分。隨著電磁干擾環(huán)境的復(fù)雜化，要求的嚴酷等級也不斷升級。由于智能化程度的提高，其電子線路更加復(fù)雜，使以前在電子線路設(shè)計中很少出現(xiàn)的電磁兼容性（EMC）問題，現(xiàn)在也變成了主要問題。在國家相關(guān)產(chǎn)品標準和型式評價大綱中對電磁兼容性能也都提出了嚴格要求。因此，電磁兼容性能的合格與否直接關(guān)系到熱量表產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和計量的準確性。

隨著經(jīng)濟的全球化，世界各國為了保護本地區(qū)的電磁環(huán)境和本土產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，基本都設(shè)置了EMC相應(yīng)的市場準入認證，如北美的FCC、NEBC認證、歐盟的CE認證、日本的VCCEI認證、中國的3C認證等，這些都是產(chǎn)品進入市場的“通行證”。所以，熱量表作為國家重點管理的計量器具和節(jié)能計量產(chǎn)品，其電磁兼容性能越來越受到國家監(jiān)管部門和計量器具生產(chǎn)企業(yè)的重視。

表1 電磁兼容試驗項目及要求

存在的問題及解決方案

1.熱量表工作原理

熱量表主要用于測量及顯示水流經(jīng)熱交換系統(tǒng)所釋放或吸收的熱量情況，廣泛用于集中供熱，分戶計量收費等地域。其工作原理是將配對溫度傳感器分別安裝在熱交換回路的入口和出口的管道上，將流量傳感器安裝在入口或出口管上；流量傳感器發(fā)出流量信號，配對溫度傳感器給出入口和出口的溫度信號，計算器采集流量信號和溫度信號；經(jīng)過計算，顯示出載熱液體從入口至出口所釋放的熱量值。熱量表主要由流量傳感器、配對溫度傳感器和計算器等組成。按結(jié)構(gòu)主要分為一體式和組合式。

表2 靜電放電試驗結(jié)果

2.EMC試驗

熱量表在性能評價中存在問題的電磁兼容試驗項目主要有靜電放電、脈沖群和浪涌試驗。熱量表電磁兼容試驗項目及要求見表1。

（1）靜電放電（ESD）抗擾度試驗

①存在問題

靜電放電抗擾度試驗是評估被試物（EUT）在遭受人體靜電放電時的抗擾度。表2列出某種型號熱量表在靜電放電試驗后結(jié)果。

從試驗結(jié)果可以看出：熱量表受到靜電放電的干擾，在干擾后數(shù)據(jù)丟失，出現(xiàn)故障，對熱量表系統(tǒng)正常運行產(chǎn)生了影響，存儲位發(fā)生改變。根據(jù)試驗情況分析，出現(xiàn)問題主要是在接觸金屬部位時，導致熱量表復(fù)位到某一天的信息。很可能是熱量表計量芯片主板與外部有接觸的點沒有防護好。打開熱量表外殼檢查，發(fā)現(xiàn)是信號線的屏蔽線與信號線一端接觸，而屏蔽線也與外部螺紋連接金屬部分有接觸，試驗時部分放電電流可能被迫流經(jīng)內(nèi)部電路，出現(xiàn)軟件錯誤。通過將信號線與屏蔽線分離，即排除干擾。通過試驗發(fā)現(xiàn)，這類問題出現(xiàn)雖然沒有造成熱量表損壞，但卻在使用中會造成貿(mào)易結(jié)算糾紛。

②解決方案

雖然針對ESD，許多敏感電子器件芯片內(nèi)部都有一定的保護措施，但ESD作用從低到高，其作用是累積的，即一個元件可能經(jīng)受住一次ESD作用，但不一定能保證經(jīng)受住多次ESD作用。這就需要在ESD與敏感電子器件接觸之前就消除或衰減干擾。通常解決靜電干擾源有以下4種措施：a.與外部有接觸的點必須防護ESD（如與分流器連接的點），即減少源頭上靜電積累；b.外殼與電路板做好隔離，防止放電；c.給ESD電流提供泄放路徑，旁路敏感電路；d.對敏感電路采取屏蔽措施等。

（2）電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗

①存在問題

電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗是評估EUT對來自操作瞬態(tài)過程（如斷開電感性負荷、繼電器接點彈跳等）中所產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖群的抗擾度。

從表1可知脈沖群試驗主要對交流供電以及長度大于1.2m的直流電源線和信號控制線的熱量表進行試驗。表3是對某型號熱量表配對溫度傳感器信號線（長度為1.5m）進行試驗的結(jié)果。

表3 脈沖群試驗結(jié)果

信息丟失或信息內(nèi)容發(fā)生變化。熱量表由于其配對溫度傳感器的信號線大于1.5m，較長，需對其試驗。在試驗中出現(xiàn)信息變化。根據(jù)熱量表結(jié)構(gòu)特點，以上4種措施首先考慮第1種情況是否存在問題。經(jīng)檢查，溫度傳感器信號線的電纜無屏蔽層，而直接進入計量芯片，在不能更換信號線或給電纜上安裝其他防護元件的情況下，對計量芯片敏感電路局部屏蔽后，試驗通過。

②解決方案

快速脈沖通過信號/控制線注入時，由于是采用容性耦合夾注入，屬共模注入方式。通常采取措施有：信號電纜屏蔽，并且接地，但電纜屏蔽層必須能與試驗中的參考接地端可靠連接；信號電纜上安裝共模扼流圈；信號電纜上安裝共模濾波電容；對敏感電路局部屏蔽。

（3）浪涌抗擾度試驗

表4 浪涌試驗結(jié)果

圖1 整改前整流橋

圖2 整改后整流橋

①存在問題

浪涌抗擾度試驗是用于評估EUT對電力系統(tǒng)的操作瞬態(tài)、雷擊（不包括直擊雷）、瞬態(tài)系統(tǒng)故障等大能量的浪涌騷擾的抗擾度。

在對某一帶有控制部分組合式熱量表進行浪涌試驗中，出現(xiàn)表4描述現(xiàn)象。組合式熱量表除了流量傳感器、配對溫度傳感器和計算器外，還包括控制部分。該熱量表為交流供電，設(shè)計時電源部分單獨考慮，帶有整流濾波電路，但在試驗后不合格。存在問題首先考慮電源板部分。

從表4現(xiàn)象可以看出，在交流電源端口施加2kV試驗電壓類似擊穿現(xiàn)象。檢查電路板發(fā)現(xiàn)電源板供電部分電源板損壞，電源板上電容爆裂。通過分析，發(fā)現(xiàn)整流元件KBP210損壞，如圖1所示。查看該電源部分整流電路耐壓600V，耐壓不夠，造成擊穿。設(shè)計人員更換整流橋路耐壓1 600V二極管后，試驗通過，如圖2所示。

②解決方案

浪涌信號是瞬間脈沖沖擊，電壓的瞬間變化引起回路中有瞬間的電流變化，并會在電感上產(chǎn)生高達上千伏的感應(yīng)電動勢，這個電壓串擾到后續(xù)電路。后續(xù)電路沒有過壓保護措施，出現(xiàn)電容爆裂現(xiàn)象。因此，在設(shè)計電路中使用的浪涌保護器件的擊穿電壓或保護電壓應(yīng)適應(yīng)電壓保護的要求。而且應(yīng)以足夠大的分流能力使能量盡快泄放掉，即吸收大的能量而不損壞。

從上述存在問題分析和解決方法可知：熱量表類計量器具電路的電磁兼容設(shè)計技術(shù)和性能檢測技術(shù)都很重要。其設(shè)計要根據(jù)標準要求，是否能通過試驗需要進行性能評估檢測。性能評估后不合格整改和抗干擾設(shè)計都應(yīng)考慮接地、屏蔽、印刷線路板的布局、元器件參數(shù)等問題，以此提高熱量表等計量器具的試驗通過率。