关于仪器仪表现场应用中的抗干扰分析及解决措施探讨

李永前

内蒙古中盛科技集团有限公司 内蒙古自治区 阿拉善盟 750300

引言

仪器仪表是工业生产中应用的主要设备，随着科学技术的不断进步，各类工业生产领域仪器仪表在种类上和技术上都有了显著的提高。在信息化技术逐渐提升的时代，智能仪器仪表的出现为工业生产提供了良好的基础条件[1]。仪器仪表在使用过程中由于客观条件的影响容易受到外界因素的干扰，这些干扰因素给仪器仪表带来了损害，造成了仪器仪表精度的不准确。在工业生产过程中强调仪器仪表的准确性，必须要实施仪器仪表抗干扰操作，使仪器仪表能够为工业生产提供良好的数据，为工业生产的顺利进行提供技术上的保障。

1 仪器仪表现场应用干扰的主要因素

在现场应用中，仪器仪表主要负责传输数据。但是，在应用过程中受各种来源的影响，仪器仪表在传输数据的过程中容易遭受无关信号的影响，这些影响因素既来源于客观条件也来源于设备本身存在的问题，分析仪器仪表更好的来源需要从多方面进行考量。

1.1 电磁感应

工业生产中应用的设备较多，在现实应用中，仪器仪表工作的位置附近一般都安有大功率的变压器、交流电动机和高压电网等这些电磁感应会造成仪器仪表产生较强的电磁干扰，这些电磁干扰会在经过仪表内产生感应电势，仪表正常工作受到损害。仪器仪表在现场应用过程中经常会受到干扰，不相干的电压或电流信号造成仪器仪表的电磁干扰。这种干扰会造成错误的假信号，影响驱动设备工作[2]。在对仪器仪表抗干扰措施研究中需要根据具体仪器仪表的工作原理和外界干扰机理制定相关的解决措施。仪器仪表干扰来源于多种途径，其中电磁干扰是主要存在的问题，电子设备在工作过程中存在间歇或者连续性的电压电流变化，在不同的频率内或者是一个频带间产生电磁能量，这部分能量会通过电路辐射传导到周围环境中，对仪表造成干扰。现场的噪声温升等变化也会给测量带来影响。在测量过程中仪表的性能需要通过动态反应确定，如果仪表反馈信息不正确就容易造成信号错误，误导生产进行。 抗干扰来源中既有内部干扰也有外部干扰。内部干扰通常在仪表内部表现在开关电源和仪表布线方式存在干扰。外部干扰通常是仪表外部受一些功率较大的用电设备影响称为干扰源。 干扰位既可以存在仪表内部，也可以存在仪表外部。根据仪表输入输出端形成的干扰，可分为串模干扰和共模干扰。串模干扰是指叠加的信号干扰，一般是周围的交变磁场带来的反应仪器，低电平信号受到周围磁场变化，产生交流电形成干扰。串模干扰在被测信号在同一个线路上，这种干扰很难消除。需要采用双绞线模式及空间电磁耦合产生的串模干扰。采用双绞线使信号回路包围的面积减少，使各个小环路感应电势相互抵消，也可以采用静电屏蔽的方法，在静电场作用下导致点各点的电位相等，为防止干扰，对信号源接受准备做良好的屏蔽，阻断电磁产耦合。在屏蔽过程中，电缆线仪表信号接入控制是有效控制距离较远的设备，根据现场环境干扰使用双层屏蔽电缆。

1.2 静电感应

静电感应一般发生在仪器仪表信号导线存在问题时动力线无法平衡，仪表的两根信号线上产生的感应电势不同，从而形成了仪器仪表的干扰，这种干扰是动力线与仪表两根信号线之间的距离不对等，仪表的两根信号线上产生电位差，信号线回路在电流作用下形成了干扰。静电感应是仪器仪表受干扰因素中的普遍因素[3]。特别是在设备陈旧的工厂中容易发生这个问题。静电感应在外电场的作用下导体中电荷重新分布，这种情况下，导体内部的电荷重新分布会引起仪器的损害，金属物体内部电子一项表面带有接近其他物体时产生相反的电荷就会形成放电现象，不利于仪器表正常运转。

1.3 振动

工业生产中一些设备在工作过程中会伴随着一定幅度的振动，这样的振动会造成仪器仪表导线出现振动，导线出现振动以后，在磁场上就会发生感应电动，容易造成仪表正常工作受到干扰。特别是大型工厂中工业仪器仪表设备较多，一旦产生震动就容易形成不同幅度的感应，这种情况下会形成仪器仪表之间的连接。这种情况容易导致仪器仪表受到各种“场”的影响，振动的产生不利于仪器仪表保持稳定的状态，在发展过程中，容易导致仪器仪表受不良因素的影响，振动的产生是不可避免的，因此，在仪器仪表保养过程中应该强调震动幅度的管理，避免出现震动，造成仪器仪表伤害。

1.4 接地系统

在现场应用中，仪器仪表的回路存在多个接地点，接地点中电位是不相同的，如果安装在大功率的用电设备中，仪表上的表现得更加不同。接地点之间存在着电位差，如果仪表本身绝缘性不强，那么，电位差就容易通过导线作用在仪表上，仪表不能够正常工作，受接地系统的干扰，仪器仪表特别是多点位操作中更加容易出现一些应激障碍，不利于工业生产顺利进行。接地的影响在工业仪器仪表中是常见的问题，一旦接地系统不良就容易导致管理中出现问题。仪器表的多个接地点之间存在电位差，这种电位差容易导致绝缘不强，在接地系统的问题中也是不容易被发现的问题，仪器仪表的管理容易造成接地系统存在问题。

2 仪器仪表抗干扰的相关措施

工业生产中抗干扰措施包含了多个类型，一般是以消除或抑制干扰源和破坏干扰作用以及降低仪表的干扰信号的敏感性为主，在措施中要采用积极主动的适合工业生产实际情况的方式解决干扰源的问题，也要消除干扰源存在的影响，有些应用中采用综合措施来达到抑制干扰的目的。

2.1 信号导线的扭绞

在工业生产中，将信号导线扭绞合并，可以有效减少磁场或电场的干扰，避免造成串模干扰，扭绞在一起的导线与干扰空间存在巨大距离，避免不同导线之间产生的电位差，这种方式降低了信号回路包围的面积，具有抗干扰的积极作用[4]。信号导线扭绞是解决干扰的主要方式，这种方式是通过物理导线之间的控制来实现电位差的平衡，能够在很大程度上解决问题。

2.2 屏蔽措施

采用屏蔽的方式主要是对干扰信号进行阻隔，在信号导线外包上金属网或者铁磁材料，在工业生产中仪表安装的环境经常存在着各种问题，这些问题无法进行消除，在应用屏蔽措施以后降低了干扰影响，仪表设计和生产阶段可以采用屏蔽式电缆实现对各种磁场的阻隔，隔断屏蔽的方式是广泛应用的模式，在工业生产中运用屏蔽的方式，低成本、高效率，能够有效解决电磁波辐射问题。在很多工厂中，都是采用屏蔽的方式来解决信号干扰屏蔽的方式，解决过程中设计更加完整，效果更长久。仪器仪表中采用屏蔽的方式也能够实现长期的应用，采用屏蔽的方式设备管理更加便捷，仪器仪表的保护能够实现实时监控，这是从设备控制上进行的抗干扰操作。

2.3 滤波设计

仪器仪表现场应用中，控制室仪器信号存在波动现象。现场真实数据被掩盖，需要查找输出信号是否存在真实数据。如果超出设备压力会对设备造成损坏，可能会引起爆炸。经过查找分析仪表信号接入控制柜和大功率的电机变频柜中，其中有几台变频器没有设置输入输出，电抗器信号受到大功率设备干扰，数据产生差异。经过PCL输给调节阀的信号产生波动。滤波模式对于速度变化的直流信号有重要的作用，可以在控制程序里加入相应的算法来滤掉相应的离散信号。滤波是对仪器仪表正常情况干扰信号进行磁场的削弱，这种方式有利于工业生产中干扰信号速率较慢的应用，在仪器仪表设计阶段考虑到测试的应用，无须进行二次叠加应用。采用滤波的方式能够有效地减少电磁波的幅度，有利于在应用过程中实施整体上的设计。

2.4 科学布线

外供电仪表由于输入端系统侧重点不同，在不同的系统里存在电位差异。共模干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合实现对电源的干扰，在不同地区之间共模电压各个节点分布不同，就要把不同的位置隔离开来，使电位分布均匀，以此来抑制共模干扰，使之不能形成回路，采用变压器隔离、光电耦合、隔离、屏蔽等方式[5]。在现场应用中布线措施不同，信号线需要独立设置，其中动力电缆和其他导线只能形成隔离，这种积极主动的抗干扰方式在很多工业应用场合中都取得了良好的成绩，通过电脑路径来布线，要给工厂设计带来了便利，同时信号导线干扰较轻。在工厂设计阶段可以通过采用信号导线和专业电缆分层布线的方案，有效降低电缆的干扰，影响独立布线方式，有利于新工厂建设从根本上解决电磁波干扰问题。

2.5 实时更换老化和损坏的电缆

工业生产中一些电缆存在老化问题，如果不进行更换，就容易对仪器表信号造成损害，老化损坏的电缆要及时更换以解决设备的应用问题。特别是在老旧工厂中，仪器仪表中电缆线老化容易造成重大的安全隐患，不利于工业生产顺利进行。在现场发现的问题中，预测干扰的产生就要选择抗干扰能力强的仪表和电气元件，在设备选择中采用耐压性能参数等参考，控制柜和大功率电机尽量不要相邻相放，控制柜在控制区需要采用隔离措施，仪表线、保护线接入控制室中要保持单独系统接入传输信号，根据信号种类不同设计铺设方案。例如电缆屏蔽必须接地，如果电瓶两层接地产生电位差较大，容易在雷电天气扩大电流，造成对仪器仪表的伤害。

2.6 接地设置

接地是为了确保仪器仪表信号源安全，进行接地设置能够有效解决干扰问题，干扰会逐渐衰弱。不同阶级之间存在电位差，导致共模干扰，为了杜绝这种情况，在仪表的信号回落采用单点接地方式，能够消除定位差，产生的干扰在实际中要测量仪器仪表的具体情况，从而进行仪器仪表抗干扰能力的提升[6]。在仪器仪表设计中要充分重视接地线准备，接地能够积极解决数据跳动问题，在设备上可以设置安全阀保护，把压力器变送器的反馈信号实时隔离后输入设备中。隔离器厚度较小，采用低功耗设计方式可保证密集安装可靠运行。特别是在现代化工业生产中接地设置的科学设计有利于保障仪器仪表符合生产要求，也能够从很大程度上提高仪器仪表的应用率。

3 结束语

仪器仪表现场应用中必须要明确抗干扰的来源，以此才能解决一些比较抗干扰的问题。在现场应用中，仪器仪表的影响因素不是单一存在的，经常是多个干扰源叠加在一起的，那么，在解决措施中就要明确测量数据，根据数据来实现差距。那么，在解决措施中就要明确测量数据，根据数据来检测查看的影响因素。每一个现场因为工业生产的内容不同以及仪器仪表抗干扰的因素也有差异，在解决措施中一定要根据实际情况和现场应用的情况，既要从基础设备角度出发，也要从技术角度出发，使设备调试和技术应用达到一个新的高度。