林永武

佛山市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)中心 廣東佛山 528000

在電子技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，我們所置身的電磁環(huán)境也日趨惡劣。因?yàn)殡姶鸥蓴_導(dǎo)致非自動(dòng)衡器產(chǎn)品性能下降，甚至影響衡器的正常工作，最嚴(yán)重的則能引起設(shè)備的損壞和質(zhì)量事故。所以，對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行保護(hù)和改善、提升電子衡器抗干擾的能力是相關(guān)部門(mén)要解決的問(wèn)題。為了保證非自動(dòng)衡器的精準(zhǔn)度以及超高的穩(wěn)定性，各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)制造的電子衡器都務(wù)必要滿足一定的電磁兼容性的條件。本文將通過(guò)具體地試驗(yàn)，分析研究非自動(dòng)衡器電磁兼容的途徑，并提出該產(chǎn)品電磁兼容性改進(jìn)的措施。

1 非自動(dòng)衡器的電磁兼容性要求

在對(duì)電子衡器評(píng)定中，一項(xiàng)最重要的指標(biāo)就是電磁兼容性，需要達(dá)到的目標(biāo)就是電子衡器在諸多干擾的環(huán)境里能進(jìn)行正常地工作，而且增差現(xiàn)象不會(huì)明顯發(fā)生或者發(fā)生明顯增差時(shí)可以做出有效的反應(yīng)。當(dāng)前，包括非自動(dòng)衡器在內(nèi)的電子衡器產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，都對(duì)電磁兼容性提出了測(cè)試的要求。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14249．2-1993《電子衡器通用技術(shù)條件》，是相關(guān)企業(yè)制造電子衡器的通用標(biāo)準(zhǔn)指南，更是相關(guān)的技術(shù)監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)對(duì)電子衡器實(shí)施樣機(jī)試驗(yàn)、抽查、檢測(cè)和監(jiān)督的關(guān)鍵依據(jù)。在這個(gè)規(guī)范的文件中，對(duì)衡器的電磁抗干擾的試驗(yàn)做出相關(guān)的項(xiàng)目規(guī)定：靜電放電試驗(yàn)、短時(shí)電源電壓低降試驗(yàn)、電脈沖串試驗(yàn)和電磁敏感性試驗(yàn)。基于諸多個(gè)試驗(yàn)等級(jí)構(gòu)成的電磁抗干擾項(xiàng)目，對(duì)非自動(dòng)衡器有如下的具體要求：

（1）在進(jìn)行短時(shí)電源電壓低降試驗(yàn)的過(guò)程中，要求對(duì)衡器的電源每十秒中斷一次，可以進(jìn)行10 次的中斷，每次低降電壓達(dá)到100%時(shí)，時(shí)間可持續(xù)10 毫秒，當(dāng)?shù)徒惦妷哼_(dá)到50%時(shí)，時(shí)間可持續(xù)20 毫秒。

（2）在進(jìn)行電脈沖串試驗(yàn)的過(guò)程中，非自動(dòng)衡器的供電線路中提供符合條件的正、負(fù)極脈沖串各為10 次，顯現(xiàn)1kV 的脈沖峰值幅度。

（3）在進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)過(guò)程中，要求對(duì)作業(yè)人員可接觸的非自動(dòng)衡器表面實(shí)施放電，可進(jìn)行十次的放電，每10 秒進(jìn)行一次放電，放電試驗(yàn)的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)為：不能超過(guò)8kV 的空氣放電，接觸放電不能高于6kV。

（4）在進(jìn)行電磁敏感性試驗(yàn)的過(guò)程中，要求把非自動(dòng)衡器t置于特定的電磁場(chǎng)中，頻率范圍設(shè)定為26MHz-1000MHz，增強(qiáng)為每米3 伏特，采用1kHz 正弦波的調(diào)制信號(hào)，80%的調(diào)幅深度。

2 非自動(dòng)衡器電磁兼容測(cè)試方法

對(duì)于非自動(dòng)衡器電磁兼容抗干擾的性能測(cè)定中，是利用對(duì)生活中電磁環(huán)境的模擬讓一種干擾方式產(chǎn)生，對(duì)被測(cè)衡器設(shè)備（EUT）實(shí)施測(cè)試，然后評(píng)估被測(cè)試的設(shè)備的抗干擾性能影響程度。在JJF1834-2020《非自動(dòng)衡器通用技術(shù)要求》的文件中，規(guī)定了抗干擾性能試驗(yàn)中的電磁兼容項(xiàng)目，包括傳導(dǎo)射頻場(chǎng)抗擾度、脈沖群、交流電源電壓暫降和短時(shí)中斷、靜電放電、浪涌、輻射電磁場(chǎng)抗擾度。同時(shí)，對(duì)于服務(wù)于道路車輛供電的衡器的特殊要求，必須進(jìn)行外接12V 或者24V 電磁電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)以及利用電容耦合及電感耦合通過(guò)電源線以外的線路電瞬變傳輸試驗(yàn)[2]。通常情況下，非自動(dòng)衡器電磁兼容問(wèn)題出現(xiàn)最多地試驗(yàn)是脈沖群和輻射電磁場(chǎng)抗擾度、靜電放電，本文試驗(yàn)的項(xiàng)目表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面。

2.1 靜電放電

本文的試驗(yàn)進(jìn)行的是對(duì)接受試驗(yàn)的設(shè)備（EUT）按照規(guī)定實(shí)施直接和間接的靜電放電。設(shè)定為3 級(jí)地試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)，直流電壓的形式進(jìn)行接觸放電，逐漸將電壓升級(jí)到6kV；空氣放電升級(jí)為8kV。在試驗(yàn)前，被試驗(yàn)的設(shè)備保持在恒定環(huán)境下的穩(wěn)定性。試驗(yàn)的過(guò)程至少要放電10 次，放電的間隔期不能低于10 秒鐘。試驗(yàn)應(yīng)該采用小試驗(yàn)負(fù)荷進(jìn)行。

2.2 脈沖群測(cè)試

該項(xiàng)目試驗(yàn)是針對(duì)被試驗(yàn)設(shè)備（EUT）實(shí)施特定電壓峰值的脈沖群，把正脈沖和負(fù)脈沖分別施加到試驗(yàn)線路中，每個(gè)極性和幅值下對(duì)脈沖施加的保持時(shí)間不能低于1min。設(shè)定為2 級(jí)地試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)，其中電源線采用1kV，信號(hào)為I/O、控制線和數(shù)據(jù)線為0．5kV。試驗(yàn)之前，必須將接受試驗(yàn)的設(shè)備穩(wěn)定在一個(gè)恒定的條件下。該試驗(yàn)采用小試驗(yàn)載荷進(jìn)行。

2.3 輻射電磁場(chǎng)抗擾度試驗(yàn)

該試驗(yàn)項(xiàng)目是將受試設(shè)備（EUT）放置特定的電磁場(chǎng)中進(jìn)行。設(shè)定為3 級(jí)地試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)。其中強(qiáng)場(chǎng)為每米10 伏特，其中調(diào)制的指標(biāo)為：正弦波、80%AM，1kHz。接受試驗(yàn)的設(shè)備置身的電磁場(chǎng)，必須保證特性和強(qiáng)度都符合嚴(yán)酷等級(jí)的要求，規(guī)定的試驗(yàn)頻率范圍為（80-2000）MHz。

3 電磁兼容試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)分析上面的非自動(dòng)衡器電磁兼容不通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果，主要表現(xiàn)在下面四個(gè)因素[2]。第一，不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初只是考慮加工簡(jiǎn)單、方便裝配，忽略了EMC 的考量；第二，系統(tǒng)的主控制板位置布局不合理，在遭受干擾后導(dǎo)致內(nèi)部芯片復(fù)位，不利于工作正常進(jìn)行；第三，不合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)走線。弱電信號(hào)線和強(qiáng)電電纜并排布列進(jìn)行纏繞，很容易通過(guò)輻射耦合把強(qiáng)電產(chǎn)生的干擾帶給信號(hào)線，形成干擾；第四，衡器的電路板設(shè)計(jì)不合理。在布局線路的時(shí)候沒(méi)有考慮到對(duì)電磁兼容性的影響，設(shè)計(jì)線路時(shí)忽略元件布局、去耦旁路設(shè)計(jì)、功能分區(qū)、進(jìn)行數(shù)字和模擬分開(kāi)等。以上四點(diǎn)因素的產(chǎn)生，一方面是一些企業(yè)技術(shù)者專業(yè)水平偏低，對(duì)系統(tǒng)的電磁兼容知識(shí)掌握不足，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品抗干擾能力弱；另一方面，一些企業(yè)為了降低成本削減研發(fā)經(jīng)費(fèi)，導(dǎo)致在電池兼容方面的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足。

4 非自動(dòng)衡器的電磁兼容改進(jìn)措施

盡管在20 世紀(jì)的90 年代，我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中就對(duì)電子衡器電磁的兼容性作出了具體的規(guī)定，但因?yàn)楦甙簝r(jià)格的電磁兼容試驗(yàn)設(shè)備，以及高要求地試驗(yàn)場(chǎng)地，導(dǎo)致試驗(yàn)條件不具備，從而對(duì)電子衡器電磁兼容測(cè)試從最近幾年才真正開(kāi)始。從最近幾年對(duì)電子衡器抽查結(jié)果分析，一些企業(yè)生產(chǎn)的電子衡器在電磁兼容方面依舊難以滿足國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。究其產(chǎn)生的原因，不外乎上面所列舉的四方面原因。雖然這些衡器產(chǎn)品電磁兼容指標(biāo)不合格，但沒(méi)有遭受外界大幅度干擾的時(shí)候依舊可以正常工作，而外界的干擾加大，就會(huì)產(chǎn)生增大誤差或者死機(jī)故障，對(duì)用戶的使用造成不良影響，利益也受到損害。針對(duì)一些電磁兼容不過(guò)關(guān)的衡器產(chǎn)品，為了提升其電磁抗干擾的能力，穩(wěn)定其使用質(zhì)量，在進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中必須采取必要的改進(jìn)措施：

（1）完善布局和結(jié)構(gòu)。首先要合理地布局電子衡器所有功能模塊，例如盡量避免數(shù)字電路和模擬電路混在一起，要盡量將信號(hào)處理部分和電源模塊分開(kāi)；其次，讓衡器的線路板與衡器外殼分離，或者裝置螺絲等凸起部分，最大限度降低靜電影響。

（2）減少線路板的數(shù)量。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量讓各功能電路安排在一塊線路板上，同時(shí)要控制引線的數(shù)量，安裝中引線不能過(guò)長(zhǎng)，必須將引線在適合的位置固定[3]。

（3）濾波措施要得當(dāng)。在對(duì)電子衡器的設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要有效濾波電源模塊，更要對(duì)不同的集成芯片裝置濾波電容，同時(shí)也要對(duì)信號(hào)處理電路實(shí)施必要的濾波措施，確保電子衡器即使遭受外界干擾也可以保證測(cè)量的精準(zhǔn)度。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電子衡器的質(zhì)量和使用效率都和電磁兼容性是息息相關(guān)的。電磁兼容性是指同時(shí)置于一個(gè)電磁波環(huán)境中，能夠?qū)Ω髯怨δ軐?shí)施執(zhí)行的共存狀態(tài)，即可以正常發(fā)揮功能又互不干擾，實(shí)現(xiàn)真正意義的“兼容”狀態(tài)。針對(duì)非自動(dòng)衡器的產(chǎn)品用于貿(mào)易結(jié)算，其兼容性的優(yōu)劣不僅影響產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，也會(huì)影響工作的效率和聲譽(yù)。另外，其他電子計(jì)量器具涉及醫(yī)療衛(wèi)生、安全防護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，按照電子計(jì)量器具作業(yè)場(chǎng)地和功能特征，也會(huì)毫無(wú)例外地把電磁兼容性試驗(yàn)作為驗(yàn)證性能的標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量。在當(dāng)今萬(wàn)物互聯(lián)、大計(jì)量的時(shí)代里，衡器性能的穩(wěn)定性和可靠性是整體質(zhì)量的基礎(chǔ)，而可靠性又取決于電磁的兼容性，由此，加大對(duì)衡器電磁兼容性的深度研究是工作的重中之重。