儀器儀表的可靠性及抗干擾設計探究

XIAOZHONGMING

摘  要：儀器儀表是工業生產中控制和反映機械運行的重要工具 ，其運行的可靠性和抗干擾性直接關系著工業生產系統控制 ，因而在設計階段應該加強對儀器儀表的可靠性和抗干擾設計 ，提高儀器儀表的可靠性和抗干擾性 ，保證電氣系統的順利運行。本文主要對儀器儀表的可靠性設計和抗干擾設計進行分析 ，以期能夠為儀器儀表系統的運行管理提供有益參考。


     關 鍵 詞：儀器儀表 ； 可靠性 ； 抗干擾


     隨著科學技術的發展 ，儀器儀表系統在工業生產中的應用范圍越來越廣，其技術含量越來越高 ，系統功能越來越強大 ，但隨之而來的使用條件也越來越嚴格 ，如何提高系統運行的可靠性和抗干擾性是儀器儀表系統設計中的重點 ，下面筆者將分別對儀器的可靠性設計和抗干擾設計進行分析 ，以期能夠為推動儀器儀表系統的發展做貢獻。


     1 儀器儀表的可靠性設計


     儀器儀表系統運行的可靠性是衡量系統質量高低的重要指標 ，對其可靠性進行設計對于提高儀器儀表系統質量具有重要影響。在可靠性設計上 ，主要可以從兩方面入手 ，一是提高儀器儀表系統元件的可靠性 ，二是對儀器儀表結構進行合理設計以促進儀器儀表可靠性的提高。其中在儀器儀表系統結構設計上 ，為了提高儀器儀表系統的準確性和可靠性 ，相關人員在進行設計時應該盡量對系統結構進行簡化  同時還要滿足相應的控制功能。在對結構進行簡化過程中 ，設計人員應該綜合考慮儀器儀表系統的性能及可靠性指標 ，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 ，在簡化結構過程中 ，雖然結構簡化了但相應的工藝或技術應該采用較為先進和成熟的技術工藝 ， 這樣才能夠在保證儀器儀表系統可靠性的前提下保證儀器儀表系統的控制功能。而在儀器儀表元件的設計上 ，設計人員為了保證儀器儀表系統具有較高的可靠性 ，在設計相關電路和元件過程中應該從最壞情況進行設計 ，將所有元件公差進行綜合考慮 ，從中取出最不利數值 ，在選擇儀器元件時從最不利數值方面進行考慮 ，以保證儀器元件能夠應對最壞情況 ， 從而有效保證儀器系統的可靠性。


     2 儀器儀表的抗干擾設計


     在抗干擾設計方面，由于儀器儀表使用外部條件較為復雜，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 ，在設計階段設計人員應該采取相應的措施將相關干擾因素排除出去 ， 這樣才能保證儀器儀表系統的正常運行。


     2.1 干擾的來源


     在對儀器儀表系統進行抗干擾設計過程中應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外兩個方面 ，內部的開關、變壓器等和外部的用電設備和電力設備都會對儀器儀表運行產生一定影響 ，具體來說主要有以下幾種 ，一是電磁感應 ，這是儀器儀表在與信號源進行連接過程中會形成相應的磁場對儀器儀表運行產生干擾 ，這種干擾在儀器儀表系統中較為多見，一般儀器儀表系統使用環境存在較大功率的高壓電網、變壓器就會自動產生較強的磁場 ，這樣儀器儀表系統在這種磁場中就會產生相應的感應電勢 ，對儀器儀表的正常運轉造成較大影響。二是靜電感應 ，這種干擾是兩個電場之間相互作用產生的 ，在儀器儀表運行中也較為多見 ，與電磁感應一樣屬于工頻干擾電壓 ，多是儀器儀表周邊的電氣設備等產生的。另外 ，干擾還有振動、化學電勢和附加熱電勢 ，這些干擾都是和信號發生串聯后產生干擾 ，因而均屬于串模干擾。


     2.2 抗干擾設計


     對于上面所提到的串模干擾 ，設計人員在抗干擾設計上主要可以采取的措施有以下幾點 ：一是扭絞信號導線 ，將信號導線扭絞到一起之后能夠將信號回路面積縮小 ，使信號導線與干擾之間的距離能大體相等 ，這樣兩根信號導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 ，減少電磁感應和靜電感應 ；二是對串模干擾進行屏蔽 ，具體的屏蔽方法是采用金屬網將信號導線包起來 ，并在外面套上絕緣層 ，這樣能夠有效隔斷電場耦合 ，屏蔽電磁感應和靜電感應 ，從而有效抑制電場產生的干擾。同時 ，在設計屏蔽層過程中應該注意 ，屏蔽層應該盡量接地 ，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電壓的目的 ，因而在實際設計應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的變化很慢的直流信號 ，設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的輸入端加設一個濾波電路，這樣能夠縮小直流信號的干擾，但在實際應用當中 ，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 ，能通過以上幾種抗干擾措施來盡量減少串模干擾 ，在實際設計和操作過程中 ，設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 結論


     隨著儀器儀表應用范圍和技術含量的不斷提升 ，儀器儀表系統的使用條件或環境也趨向嚴格 ，外部環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進行設計和測試過程中 ，除了要根據儀器儀表本身進行設計外還要結合相應的使用環境來進行優化設計和具體分析 ，將具體條件下的主要干擾因素找出 ，從而有針對性地設計抗干擾措施 ，促進儀器儀表系統可靠性和抗干擾性不斷提高 ，保證儀器儀表系統能夠順利進行。