非自动衡器电磁兼容的研究分析

林永武

佛山市质量计量监督检测中心 广东佛山 528000

在电子技术飞速发展的背景下，我们所置身的电磁环境也日趋恶劣。因为电磁干扰导致非自动衡器产品性能下降，甚至影响衡器的正常工作，最严重的则能引起设备的损坏和质量事故。所以，对电磁环境进行保护和改善、提升电子衡器抗干扰的能力是相关部门要解决的问题。为了保证非自动衡器的精准度以及超高的稳定性，各个生产企业制造的电子衡器都务必要满足一定的电磁兼容性的条件。本文将通过具体地试验，分析研究非自动衡器电磁兼容的途径，并提出该产品电磁兼容性改进的措施。

1 非自动衡器的电磁兼容性要求

在对电子衡器评定中，一项最重要的指标就是电磁兼容性，需要达到的目标就是电子衡器在诸多干扰的环境里能进行正常地工作，而且增差现象不会明显发生或者发生明显增差时可以做出有效的反应。当前，包括非自动衡器在内的电子衡器产品的质量标准中，都对电磁兼容性提出了测试的要求。国家标准GB/T14249．2-1993《电子衡器通用技术条件》，是相关企业制造电子衡器的通用标准指南，更是相关的技术监督管理机构对电子衡器实施样机试验、抽查、检测和监督的关键依据。在这个规范的文件中，对衡器的电磁抗干扰的试验做出相关的项目规定：静电放电试验、短时电源电压低降试验、电脉冲串试验和电磁敏感性试验。基于诸多个试验等级构成的电磁抗干扰项目，对非自动衡器有如下的具体要求：

（1）在进行短时电源电压低降试验的过程中，要求对衡器的电源每十秒中断一次，可以进行10 次的中断，每次低降电压达到100%时，时间可持续10 毫秒，当低降电压达到50%时，时间可持续20 毫秒。

（2）在进行电脉冲串试验的过程中，非自动衡器的供电线路中提供符合条件的正、负极脉冲串各为10 次，显现1kV 的脉冲峰值幅度。

（3）在进行静电放电试验过程中，要求对作业人员可接触的非自动衡器表面实施放电，可进行十次的放电，每10 秒进行一次放电，放电试验的严苛标准为：不能超过8kV 的空气放电，接触放电不能高于6kV。

（4）在进行电磁敏感性试验的过程中，要求把非自动衡器t置于特定的电磁场中，频率范围设定为26MHz-1000MHz，增强为每米3 伏特，采用1kHz 正弦波的调制信号，80%的调幅深度。

2 非自动衡器电磁兼容测试方法

对于非自动衡器电磁兼容抗干扰的性能测定中，是利用对生活中电磁环境的模拟让一种干扰方式产生，对被测衡器设备（EUT）实施测试，然后评估被测试的设备的抗干扰性能影响程度。在JJF1834-2020《非自动衡器通用技术要求》的文件中，规定了抗干扰性能试验中的电磁兼容项目，包括传导射频场抗扰度、脉冲群、交流电源电压暂降和短时中断、静电放电、浪涌、辐射电磁场抗扰度。同时，对于服务于道路车辆供电的衡器的特殊要求，必须进行外接12V 或者24V 电磁电源线的电瞬态传导以及利用电容耦合及电感耦合通过电源线以外的线路电瞬变传输试验[2]。通常情况下，非自动衡器电磁兼容问题出现最多地试验是脉冲群和辐射电磁场抗扰度、静电放电，本文试验的项目表现在下面几个方面。

2.1 静电放电

本文的试验进行的是对接受试验的设备（EUT）按照规定实施直接和间接的静电放电。设定为3 级地试验严酷等级，直流电压的形式进行接触放电，逐渐将电压升级到6kV；空气放电升级为8kV。在试验前，被试验的设备保持在恒定环境下的稳定性。试验的过程至少要放电10 次，放电的间隔期不能低于10 秒钟。试验应该采用小试验负荷进行。

2.2 脉冲群测试

该项目试验是针对被试验设备（EUT）实施特定电压峰值的脉冲群，把正脉冲和负脉冲分别施加到试验线路中，每个极性和幅值下对脉冲施加的保持时间不能低于1min。设定为2 级地试验严酷等级，其中电源线采用1kV，信号为I/O、控制线和数据线为0．5kV。试验之前，必须将接受试验的设备稳定在一个恒定的条件下。该试验采用小试验载荷进行。

2.3 辐射电磁场抗扰度试验

该试验项目是将受试设备（EUT）放置特定的电磁场中进行。设定为3 级地试验严酷等级。其中强场为每米10 伏特，其中调制的指标为：正弦波、80%AM，1kHz。接受试验的设备置身的电磁场，必须保证特性和强度都符合严酷等级的要求，规定的试验频率范围为（80-2000）MHz。

3 电磁兼容试验结果分析

经过分析上面的非自动衡器电磁兼容不通过试验结果，主要表现在下面四个因素[2]。第一，不合理的结构设计。在产品设计之初只是考虑加工简单、方便装配，忽略了EMC 的考量；第二，系统的主控制板位置布局不合理，在遭受干扰后导致内部芯片复位，不利于工作正常进行；第三，不合理的产品结构走线。弱电信号线和强电电缆并排布列进行缠绕，很容易通过辐射耦合把强电产生的干扰带给信号线，形成干扰；第四，衡器的电路板设计不合理。在布局线路的时候没有考虑到对电磁兼容性的影响，设计线路时忽略元件布局、去耦旁路设计、功能分区、进行数字和模拟分开等。以上四点因素的产生，一方面是一些企业技术者专业水平偏低，对系统的电磁兼容知识掌握不足，设计出的产品抗干扰能力弱；另一方面，一些企业为了降低成本削减研发经费，导致在电池兼容方面的设计和试验经费不足。

4 非自动衡器的电磁兼容改进措施

尽管在20 世纪的90 年代，我国的相关标准中就对电子衡器电磁的兼容性作出了具体的规定，但因为高昂价格的电磁兼容试验设备，以及高要求地试验场地，导致试验条件不具备，从而对电子衡器电磁兼容测试从最近几年才真正开始。从最近几年对电子衡器抽查结果分析，一些企业生产的电子衡器在电磁兼容方面依旧难以满足国家的相关标准。究其产生的原因，不外乎上面所列举的四方面原因。虽然这些衡器产品电磁兼容指标不合格，但没有遭受外界大幅度干扰的时候依旧可以正常工作，而外界的干扰加大，就会产生增大误差或者死机故障，对用户的使用造成不良影响，利益也受到损害。针对一些电磁兼容不过关的衡器产品，为了提升其电磁抗干扰的能力，稳定其使用质量，在进行设计和生产中必须采取必要的改进措施：

（1）完善布局和结构。首先要合理地布局电子衡器所有功能模块，例如尽量避免数字电路和模拟电路混在一起，要尽量将信号处理部分和电源模块分开；其次，让衡器的线路板与衡器外壳分离，或者装置螺丝等凸起部分，最大限度降低静电影响。

（2）减少线路板的数量。在进行设计的时候尽量让各功能电路安排在一块线路板上，同时要控制引线的数量，安装中引线不能过长，必须将引线在适合的位置固定[3]。

（3）滤波措施要得当。在对电子衡器的设计时，不仅要有效滤波电源模块，更要对不同的集成芯片装置滤波电容，同时也要对信号处理电路实施必要的滤波措施，确保电子衡器即使遭受外界干扰也可以保证测量的精准度。

5 结语

综上所述，电子衡器的质量和使用效率都和电磁兼容性是息息相关的。电磁兼容性是指同时置于一个电磁波环境中，能够对各自功能实施执行的共存状态，即可以正常发挥功能又互不干扰，实现真正意义的“兼容”状态。针对非自动衡器的产品用于贸易结算，其兼容性的优劣不仅影响产品的性能和质量，也会影响工作的效率和声誉。另外，其他电子计量器具涉及医疗卫生、安全防护、环境监测等领域，按照电子计量器具作业场地和功能特征，也会毫无例外地把电磁兼容性试验作为验证性能的标准，在此基础上评价产品质量。在当今万物互联、大计量的时代里，衡器性能的稳定性和可靠性是整体质量的基础，而可靠性又取决于电磁的兼容性，由此，加大对衡器电磁兼容性的深度研究是工作的重中之重。