儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設計

劉鵬飛

摘要：可靠性與抗干擾能力作為儀器儀表在正常投入運轉中最為關鍵的兩個影響因素，甚至決定著儀器儀表在進行生產加工中的精確效果。特別是隨著近年來儀器儀表應用范圍的擴大和技術含量的提升，其使用條件和環境也日趨嚴格。因此，提高儀器儀表的可靠性與抗干擾能力至關重要。

關鍵詞：儀器儀表;可靠性;抗干擾;設計

1干擾的定義

干擾是機電一體化系統設計和使用中需要考慮的重要問題。機械系統的工作環境包括電網晃動、高壓設備的啟動與停止、高壓設備、電磁輻射的轉換等多種電磁信號。對系統產生電磁感應或破壞性影響時，會妨礙系統的正常工作，引起系統的穩定性，降低系統的精度。

2可靠性分析

第一方面，相關技術人員在進行可靠性設計時，要確保儀器儀表中所涉及的電子元件具備較高的可靠性，能夠達到生產標準，通過組件質量確保儀器儀表的可靠性，對于一些相對復雜煩瑣的部分，要進行精簡設計，在保證功能完整的同時，確定能夠投入正常使用。要注重儀器儀表中的一些重要環節機械部分是否能夠保持正常運轉，確保重要零件部分的牢固、可靠、完整。開展儀器儀表的合理化設計，減少故障發生的概率，處理階段要精簡。以可靠性為主，盡量減少一些煩瑣的環節。

第二方面，設計人員要不斷學習新技術，將新技術和新理念應用到儀器儀表設計中。確保儀器儀表的設計能夠符合現階段大部分生產機器的需要，積極推動現代化發展，在提升設計合理性的同時，注重儀器儀表的使用不應當全部自動化，仍然需要保留一部分自由控制設計。

3儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設計

3.1借助于屏蔽場的作用

最為直接的方式就是屏蔽，適當借助于減少電磁場穿透力的方式，使屏蔽效果顯現出來。通常會運用到隔離和衰減輻射干擾手段，依照實際工作原理來看，可以通過以下幾種形式加以實現：首先是靜電屏蔽，相應屏蔽體適當運用電阻較低的金屬材料制作而成，通過接地的基本途徑，使電路間的電磁干擾能夠得到有效的處理;其次是電磁屏蔽，重點是運用了與上述相關舉措相似的屏蔽體，運用了電阻較低的金屬材料，適當使用金屬本身特性，完成對電磁場中電磁的合理吸收和反射，由此達到相對理想的屏蔽效果。再者是磁屏蔽，主要是利用了與上述相關措施完全不同的屏蔽體，選用富有高飽和度、導磁效果的磁性材料，在損耗以及吸收電磁的過程中，彰顯出相對應的屏蔽作用，避免承受著低頻磁場的影響。

3.2 ESD防剝離技術

在電氣自動化設備運行過程中，針對靜電放電引起的干擾，研究人員提出了一系列抗干擾技術措施。在撥號開關、面板和液晶屏的工作過程中，靜電極易進入電力自動化裝置。這樣，設備的某些部分就會短路，整個設備就會損壞。因此，應盡量避免使用不常用的零件，并在必要的使用過程中進行保護工作。應注意以下幾點：（1）電力自動化裝置在運行過程中，應為其本身及內部部分元件提供有效的接地保護，使靜電放電電流得到有效的傳輸，否則靜電放電產生的一些火花可能會引起電源自動化裝置（2）的故障，在電源自動化裝置中，相鄰元件與金屬外殼之間必須有適當的間隙，這樣才能有效地減少內部元件因高壓靜電引腳引起的靜電現象。

3.3絞合信號線設計

一般來說，信號線在儀器中占有很大的空間。如按信號線方向設計，應盡量縮小其面積，使信號線與抗干擾元件處于同一距離，相鄰導線不受干擾，以防止信號線扭曲時出現串聯模式。同時，要控制運行中儀表的電磁干擾，保證其高穩定性。

3.4借助于屏蔽場的作用

最為直接的方式就是屏蔽，適當借助于減少電磁場穿透力的方式，使屏蔽效果顯現出來。通常會運用到隔離和衰減輻射干擾手段，依照實際工作原理來看，可以通過以下幾種形式加以實現：首先是靜電屏蔽，相應屏蔽體適當運用電阻較低的金屬材料制作而成，通過接地的基本途徑，使電路間的電磁干擾能夠得到有效的處理;其次是電磁屏蔽，重點是運用了與上述相關舉措相似的屏蔽體，運用了電阻較低的金屬材料，適當使用金屬本身特性，完成對電磁場中電磁的合理吸收和反射，由此達到相對理想的屏蔽效果。再者是磁屏蔽，主要是利用了與上述相關措施完全不同的屏蔽體，選用富有高飽和度、導磁效果的磁性材料，在損耗以及吸收電磁的過程中，彰顯出相對應的屏蔽作用，避免承受著低頻磁場的影響。

3.5屏蔽干擾設計

在儀器儀表的可靠性設計過程中，不僅會存在電磁干擾，也會存在靜電干擾，為防止靜電干擾的危害，在設計時要采取屏蔽措施，以金屬網屏蔽為主，分析屏蔽干擾。主要包括以下2種方法：（1）在進行設備運行抗干擾設計時，要根據機械的不同情況，采用相應的分類評估方法。如由于運行環境的不同，機械設備在運行過程中的磨損情況也會有所差異，因此，在進行評估時先要針對具體的環境，作出最初的判斷，然后根據不同環境進行分類處理，再通過設備的運行分析得出評估的結論。（2）設備在運行中會由于多種原因，造成振動速度的不同，在對此種情況進行評估時，應首先利用現代化儀器記錄機械設備的振動次數，并根據振動次數進行分級，然后利用相對應的公式進行計算，再將計算得出的數據進行科學的比較，進一步提高設備的可靠性。

3.6正確安裝附加設備

如果在安裝附加設備時出現問題，也會發生干擾。因此，必須保證附加設備安裝的正確性。例如，附加設備一般涉及兩種干擾頻率：一種是諧波干擾，主要由變頻器的輸出電壓和24V開關電源產生，一般為3-9次諧波，頻率為200-300hz，為此，可采用由電阻和電容組成的“t”型網絡進行濾波;另一種是低頻干擾信號，主要是由各類電動閥、電磁閥動作時產生，此類問題可采用單端屏蔽層接地解決。

結論

總而言之，在工業生產逐步推進的過程中，儀器儀表遍及人們的生產和生活領域，應該積極重視儀器儀表可能受到的干擾問題，不斷地探索和發現新的應對策略，適當規避復雜情況，抑制電磁干擾程度，讓儀器儀表得以運用到位。

參考文獻：

[1]馮浩，牛爽，于斌.當前化工電氣自動化儀表安裝中的抗干擾措施研究[J].化工管理，2018，496（25）：155-156.

[2]李振偉.當前化工電氣自動化儀表安裝中的抗干擾措施研究[J].建筑工程技術與設計，2018，23（029）：311-312.