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(qiáng)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(yùn)行的可靠性和抗干擾性是儀器儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，下面筆者將分別對(duì)儀器的可靠性設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以期能夠?yàn)橥苿?dòng)儀器儀表系統(tǒng)的發(fā)展做貢獻(xiàn)。

1 儀器儀表的可靠性設(shè)計(jì)

儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性是衡量系統(tǒng)質(zhì)量高低的重要指標(biāo)，對(duì)其可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)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(jì)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(duì)儀器儀表結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)以促進(jìn)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(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)還要滿足相應(yīng)的控制功能。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化過程中，設(shè)計(jì)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(shí)對(duì)可靠性也要進(jìn)行考慮。同時(shí)，在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)過程中，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了但相應(yīng)的工藝或技術(shù)應(yīng)該采用較為先進(jìn)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(jì)上，設(shè)計(jì)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(jì)相關(guān)電路和元件過程中應(yīng)該從最壞情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，將所有元件公差進(jìn)行綜合考慮，從中取出最不利數(shù)值，在選擇儀器元件時(shí)從最不利數(shù)值方面進(jìn)行考慮，以保證儀器元件能夠應(yīng)對(duì)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(jì)

在抗干擾設(shè)計(jì)方面，由于儀器儀表使用外部條件較為復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)行過程中除了有用信號(hào)外還會(huì)受到外部其他電流信號(hào)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(yùn)行，在設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)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(yùn)行。

2.1 干擾的來源

在對(duì)儀器儀表系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該首先對(duì)干擾來源進(jìn)行明確，儀器儀表的干擾主要來源于內(nèi)外兩個(gè)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(huì)對(duì)儀器儀表運(yùn)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(hào)源進(jìn)行連接過程中會(huì)形成相應(yīng)的磁場(chǎng)對(duì)儀器儀表運(yùn)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(huì)自動(dòng)產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，這樣儀器儀表系統(tǒng)在這種磁場(chǎng)中就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)，對(duì)儀器儀表的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成較大影響。二是靜電感應(yīng)，這種干擾是兩個(gè)電場(chǎng)之間相互作用產(chǎn)生的，在儀器儀表運(yùn)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(dòng)、化學(xué)電勢(shì)和附加熱電勢(shì)，這些干擾都是和信號(hào)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(jì)

對(duì)于上面所提到的串模干擾，設(shè)計(jì)人員在抗干擾設(shè)計(jì)上主要可以采取的措施有以下幾點(diǎn)：一是扭絞信號(hào)導(dǎo)線，將信號(hào)導(dǎo)線扭絞到一起之后能夠?qū)⑿盘?hào)回路面積縮小，使信號(hào)導(dǎo)線與干擾之間的距離能大體相等，這樣兩根信號(hào)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(duì)串模干擾進(jìn)行屏蔽，具體的屏蔽方法是采用金屬網(wǎng)將信號(hào)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(chǎng)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(chǎng)產(chǎn)生的干擾。同時(shí)，在設(shè)計(jì)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(dá)到縮小感應(yīng)電壓的目的，因而在實(shí)際設(shè)計(jì)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(jìn)行抗干擾。對(duì)于在儀器儀表運(yùn)行過程中出現(xiàn)的變化很慢的直流信號(hào)，設(shè)計(jì)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(gè)濾波電路，這樣能夠縮小直流信號(hào)的干擾，但在實(shí)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(duì)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(shí)際設(shè)計(jì)和操作過程中，設(shè)計(jì)人員還可以通過避免形成干擾場(chǎng)的形式來徹底減少外界信號(hào)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(duì)儀器儀表運(yùn)行的干擾也不同，因而在對(duì)儀器儀表系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試過程中，除了要根據(jù)儀器儀表本身進(jìn)行設(shè)計(jì)外還要結(jié)合相應(yīng)的使用環(huán)境來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)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(duì)性地設(shè)計(jì)抗干擾措施，促進(jìn)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(jìn)行。

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