儀器儀表的可靠性分析及抗干擾研究

殷燦

摘要：儀器儀表的可靠性與抗干擾的設計對于穩定儀器儀表的使用、提高其生產加工中的精度至關重要，鑒于此，本文對儀器儀表的可靠性分析及抗干擾進行了分析探討，僅供參考。

關鍵詞：儀器儀表;可靠性分析;抗干擾

一、儀器儀表的可靠性分

1、制造過程的可靠性控制

生產設計者在設計生產過程中需要外購的零、部件，需對其重要技術指標或質量特性進行試驗驗證，并且不能只追求高精度但價格昂貴的進口工藝的零、部件，要實際考慮企業的生產成本，可以選取性價比高且可靠性能高的國產工藝的零、部件。

2、可靠性設計和分析

儀表設備設計者通過對比、測量和試驗多個質量特性相類似的外協零、部件，通過對比其質量、數據結果以及價格來綜合評定生產過程中的中間產品或最終產品的可靠性設計。

3、可靠性評估分析與測試

首先，軟件工程師根據課題任務書要求進行軟件設計，程序模擬運行無誤后，硬件工程師進行硬件設計，通過分析評估，設計出最經濟適用的硬件模塊，以達到產品的最優化設計。其次，產品生產的預備期和運行期都應進行可靠性分析與測試;產品樣機參數、軟件技術資料、相關的技術文檔和測試數據都應記錄存檔。最后，測試后續工作應進行項目總結、經驗案例分析和寫出可靠性指標分析報告。報告應能反映出產品技術狀況，能定量反映出產品的制造特性、運行和故障檢修情況，并記錄存檔，以便于測試、檢修或售后查詢。

二、常見的儀器儀表故障檢測方法

1、自診斷方法

許多儀器儀表是以單片機作為基礎，而自身會存在自動檢測的功能，因此，系統在處于維護過程中需要了解儀器儀表自身的自動檢測特性來判斷其出現的故障。

2、儀表線路的診斷

一些智能化的儀表內部具有自動診斷功能，而利用這一功能，在實際儀器儀表的可靠性與抗干擾分析當中，設計時能夠在最短時間內找到測量環節中出現的故障。同時，產品制造過程需要與儀器儀表運行機制相適應，能夠客觀反映出機械制造工藝的可靠性水平，并且在實際應用過程中進行定量的計算。

3、觀察法

儀器儀表出現故障后，工作人員要了解故障前后的情況并加以對比，判斷其外觀是不是人為損壞，但外觀正常時排除人為損壞這一情況，需要及時斷電，還要對儀器儀表所涉及的一些電子零部件部分進行仿真模擬分析，了解其中出現的問題并找出科學解決方法，保證產品質量和水平。將各個部件作為重點檢查對象，并進行針對性的處理。

4、替代法

目前許多智能儀表的結構均是以單元模塊為主。而出現問題的主要原因也是單元模塊損壞、失效或是接插不良而替換相同的部件往往能夠有效排除這一原因。

三、儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設計

1、對儀器儀表的干擾來源的分析

一般情況下，會干擾到儀器儀表系統運行的因素有：內部的開關、變壓器或電源等，以及外部的用電設備和電力設備影響。要對系統進行抗干擾設計，需要先明確干擾來源，以下是具體分析：首先，通過分析內部開關與變壓器或電源的情況可以了解到此類設備是否有影響到儀器儀表系統的運行，同時，相關設計人員可以在儀器儀表系統中設計抗電磁干擾系統，避免儀器儀表受到電磁感應的干擾，能夠正常運行，此外，確保高壓電網與變壓器磁場的穩定性，能夠有效消除儀器儀表的感應電勢現象，也將有效減少對系統運行的干擾。其次，靜電感應是在儀器儀表運行中比較容易發生的干擾因素，也就是兩個電場之間相互作用，通常是在儀器儀表周邊的電氣設備等產生，所以，相關設計人員必須考慮提升儀器儀表的靜電抗干擾能力，以提高系統的運行質量。最后，震動干擾因素、化學干擾因素等干擾因素也被稱為串模干擾，是一種連續性干擾，主要是因為和信號發生串聯后而產生的，同樣會影響到儀器儀表的運行。

2、抗干擾設計

2.1供電系統的抗干擾

在 DCS、PLC 系統等受危害的各類來源途徑中，以電網尖峰脈沖干擾最為明顯，其源自電焊機、繼電接觸器等相關裝置。針對此問題，可采取外加UPS 供電和防雷技術相結合的應對措施，全面減小甚至完全消除對供電系統所造成的干擾;若不選用 UPS 供電技術，此時可選擇的替代形式是設置隔離變壓器，此舉也可以有效消除電網尖峰脈沖干擾。

2.2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，要根據設備各功能模塊的不同情況，采用相應的分類評估方法。如由于運行環境的不同，設備各功能模塊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。

2.3信號傳感器的抗干擾

各類信號中，模擬信號的敏感性更高，更易受到干擾，同時其傳輸距離也相對較遠，因此以屏蔽電纜的方式布線;在形成電纜屏蔽層后，需對其采取接地處理措施，以現場設備的電位狀態為參考，若 DCS 系統的接地與之可以達到等電位的狀態，宜優先選擇電纜屏蔽層雙端接地的方式;若兩者不具備等電位的條件，此時的電纜屏蔽層設置方式應當靈活調整，需在 DCS 系統側單端接地，不可出現雙端接地現象，否則等電位電流將流過屏蔽層，無法發揮出屏蔽接地的作用。

四、對儀器儀表的發展趨勢分析

目前國內相關的技術部門已研發出一些能夠提升儀器儀表可靠性與抗干擾的方式方法，但在實際設計的過程中，依舊有很多不可避免的現實難題，影響儀器儀表系統運行的效果。所以，有關于儀器儀表的可靠性與抗干擾設計技術，在未來很長的時間，會有很大的發展空間。儀器儀表將伴隨著現代化科學技術和數據時代的發展，向數字化、智能化、網絡化和微型化的方向轉型，相關技術人員任重道遠，也會研究出更多低成本、高效率的設計技術，使儀器儀表的設計方案更加合理化，從根本上排除各類可能影響到儀器儀表的可靠性和抗干擾能力的問題，促進我國的儀器儀表行業發展。

結束語

綜上所述，在設計和測試儀器儀表系統的過程中，不僅要結合儀器儀表系統本身的特點，也要結合儀器儀表系統的運行環境和條件，提高儀器儀表運行可靠性，同時，明確主要干擾源，針對性地進行分析和優化，并采取相對應的抗干擾措施，強化儀器儀表系統的運行質量，進一步提升儀器儀表在工業生產中的應用效果。

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