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電子稱重儀表是工業(yè)自動(dòng)化的核心部件，除商用衡器外，大多數(shù)電子稱重儀表往往面臨更復(fù)雜的工況。在電磁環(huán)境比較惡劣的情況下，一些大規(guī)模集成電路常常會(huì)受到干擾，導(dǎo)致不能正常工作或在錯(cuò)誤狀態(tài)下運(yùn)行，造成的后果往往很嚴(yán)重。因此，儀表的抗干擾性能很關(guān)鍵。本文主要從電子稱重儀表的抗干擾測(cè)試及在抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)重視問題等兩大方面作闡述和討論，以便讀者能夠了解和掌握工業(yè)電子稱重儀表的相關(guān)知識(shí)。在閱讀本文時(shí)建議大家查閱相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，譬如：GB/T7724-2008《電子稱重儀表》、GB/T2423《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)）、GBAT4793.1-2007稱量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求》等相關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)。
1抗干擾性能試驗(yàn)測(cè)試的主要內(nèi)容和注意細(xì)節(jié)
1.1電磁輻射（RS）
用于考察儀表對(duì)外界高頻電磁場(chǎng)的干擾。高頻電磁波的干擾是通過空間傳輸，輸入10d或除零點(diǎn)外最小負(fù)荷值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：干擾源為場(chǎng)強(qiáng)是1OV/m,頻率范圍為80MHz~2000MHz,調(diào)制80%AM,1kHz的正弦電磁波，然后將儀表放置于規(guī)定的電磁場(chǎng)中，觀察儀表的示值變化應(yīng)不產(chǎn)生大于Id的變差或能處理的顯著增差。
1.2浪涌（沖擊）（surge）
用來模擬自然雷擊或者電網(wǎng)中接入大容性負(fù)載所產(chǎn)生的脈沖對(duì)儀表的影響。輸入10d或除零點(diǎn)外最小負(fù)荷值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。差模：L-N（O.5kV、60s、3次）；共模：L-PE、N-PE、LN-PE（IkV、60s、3次），受試儀表應(yīng)不產(chǎn)生大于Id的變差或能處理的顯著增差。
1.3靜電放電（ESD）
模擬儀表在接收外界靜電（如人體或設(shè)備帶別輸入10d及接近max的信號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)。嚴(yán)酷等級(jí)為3級(jí)（空氣放電8kV,接觸放電6kV）;放電至少10次，時(shí)間間隔1s。受試儀表應(yīng)不產(chǎn)生大于Id的變差或能處理的顯著增差。
1.4工頻磁場(chǎng)發(fā)生器（PMS）
模擬工頻電力線所構(gòu)成的磁場(chǎng)（如大型變壓設(shè)備附近的磁場(chǎng)）對(duì)儀表產(chǎn)生的影響。
1.5電快速瞬間脈沖群（EFT/B）
模擬設(shè)備附近或電網(wǎng)中發(fā)生感性負(fù)載時(shí)導(dǎo)致的脈沖干擾。輸入10d或除零點(diǎn)外最小負(fù)荷值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)酷等級(jí)2級(jí)（脈沖幅度IkV）,測(cè)試實(shí)施于供電回路，分別進(jìn)行正負(fù)極性試驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間不少于30s（或100個(gè)脈沖群）；實(shí)驗(yàn)應(yīng)在室溫下進(jìn)行。受試儀表應(yīng)不產(chǎn)生大于Id的變差或能處理的顯著增差。
1.6短時(shí)電源電壓跌落（DIP/i）
模擬電網(wǎng)中接入大功率的設(shè)備引起的電網(wǎng)電壓和短時(shí)中斷現(xiàn)象，主要測(cè)試儀表的性能穩(wěn)定性：分別輸入10d及接近max的信號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)；每隔10s使試驗(yàn)電壓發(fā)生器在半周期將供電電壓跌落到“0”，進(jìn)行10次；每隔10s使試驗(yàn)電壓發(fā)生器在半周期將供電電壓跌落到“50”，進(jìn)行10次；受試儀表應(yīng)不產(chǎn)生大于Id的變差或能處理的顯著增差。
1.7射頻場(chǎng)傳導(dǎo)（CS）
指外界低頻電磁場(chǎng)通過耦合在電纜上產(chǎn)生感應(yīng)電流或電壓，沿著電纜進(jìn)入儀表內(nèi)部，考察儀表抗干擾能力，相當(dāng)于在將儀表電源加入規(guī)定的電磁波信號(hào)10d或除零點(diǎn)外最小負(fù)荷值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。干擾源為射頻幅值（50Q）10V（e.m.f）,頻率范圍為0.15MHz~80MHz,調(diào)制80%AM,1kHz的正弦電磁波。
判斷標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)儀表處于干擾場(chǎng)合時(shí)，判斷其合格的標(biāo)準(zhǔn)為不發(fā)生顯著增差或檢測(cè)出顯著增差但沒有跟其他信息混淆。此規(guī)定可理解為發(fā)生顯著增差時(shí)，增差的變化量不計(jì)，儀表能迅速恢復(fù)，恢復(fù)后示值變化量不大于e,恢復(fù)時(shí)間不太長，可判定為合格；若不能迅速恢復(fù)或連續(xù)出現(xiàn)顯著增差則判定為不合格。
2抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)重視的問題和解決辦法
2.1PCB及電路抗干擾措施
印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)常用措施作一•些說明。
2.1.1電源線設(shè)計(jì)：根據(jù)印刷線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻；同時(shí)，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。
2.1.2地線設(shè)計(jì)：在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合來使用，可解決大部分干擾問題。單片機(jī)系統(tǒng)中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機(jī)殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等。
在地線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地；②數(shù)字地與模擬地分開；③接地線應(yīng)盡量加粗；④接地線構(gòu)成閉環(huán)路。
2.1.3退耦電容配置：PCB設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在印刷板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐笋铍娙?。退耦電容的一般配置原則為：①電源輸入端跨接10p,F~100piF的電解電容器，如有可能,接100|iF以上的更好；②原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)O.OlpF的瓷片電容，如遇印刷板空隙不夠，可每4個(gè)~8個(gè)芯片布置一個(gè)lpF~10pF的鈕電容；③對(duì)于抗噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退耦電容；④電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。
2.1.4在印刷板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)，操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須采用RC電路來吸收放電電流。一般R取lkQ~2kfl,C取2.2jjiF~47jjiF。CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)，因此在使用時(shí)，對(duì)不用端要接地或接正電源。
2.2輸入/輸出的電磁兼容性設(shè)計(jì)
在單片機(jī)系統(tǒng)中輸入/輸出也是干擾源的傳導(dǎo)線和接收射頻干擾信號(hào)的拾檢源，稱重儀表設(shè)計(jì)時(shí)一般要采取有效的措施：①采用必要的共模/差模抑制電路，同時(shí)也要采取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小干擾的進(jìn)入；②在條件許可的情況下盡可能采取各種隔離措施（如光電隔離或者磁電隔離），從而阻斷干擾的傳播。
2.3單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)
在單片機(jī)系統(tǒng)中，看門狗系統(tǒng)對(duì)整個(gè)單片機(jī)
的運(yùn)行起著特別重要的作用，因?yàn)樗械母蓴_源不可能全部被隔離或去除，一旦進(jìn)入CPU干擾程序的正常運(yùn)行，那么復(fù)位系統(tǒng)結(jié)合軟件處理措施就成了一道有效的糾錯(cuò)防御的屏障了。常用的復(fù)位系統(tǒng)有以下兩種：①外部復(fù)位系統(tǒng)：外部“看門狗”電路可以自己設(shè)計(jì)也可以用專門的“看門狗”芯片來搭建，然而，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)；②現(xiàn)在越來越多的單片機(jī)都帶有自己的片上復(fù)位系統(tǒng)，這樣用戶就可以很方便的使用其內(nèi)部的復(fù)位定時(shí)器了，但是，有一些型號(hào)的單片機(jī)它的復(fù)位指令太過于簡(jiǎn)單，這樣也會(huì)存在象上述死循環(huán)那樣的“喂狗”指令，使其失去監(jiān)控作用。有一些單片機(jī)的片上復(fù)位指令就做的比較好，一般他們把“喂狗”信號(hào)做成固定格式的多條指令依順序來執(zhí)行,如果有一定錯(cuò)誤則該“喂狗”操作無效，這樣就大大提高了復(fù)位電路的可靠性。
2.4防雷擊措施
室外使用的單片機(jī)系統(tǒng)或從室外架空引入室內(nèi)的電源線、信號(hào)線，要考慮系統(tǒng)的防雷擊問題。常用的防雷擊器件有：氣體放電管、TVS(TransientVoltageSuppression)等。氣體放電管是當(dāng)電源的電壓大于某一數(shù)值時(shí)，通常為數(shù)十伏或數(shù)百伏，氣體擊穿放電，將電源線上強(qiáng)沖擊脈沖導(dǎo)入大地。TVS可以看成兩個(gè)并聯(lián)且方向相反的齊納二極管，當(dāng)兩端電壓高于某一值時(shí)導(dǎo)通。其特點(diǎn)是可以瞬態(tài)通過數(shù)百乃至上千安的電流。
2.5電源系統(tǒng)抗干擾
常用的開關(guān)電源與線性電源相比各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般工業(yè)控制采用開關(guān)電源方式，而試驗(yàn)或商用設(shè)備采用線性電源較為合理。由于電源波動(dòng)會(huì)造成儀表輸岀的激勵(lì)電壓波動(dòng)，因此稱量值會(huì)隨之變化，故應(yīng)采用較為保險(xiǎn)的多級(jí)穩(wěn)壓方案。
3總結(jié)
電子稱重儀表在商用衡器及工業(yè)計(jì)量中的應(yīng)用非常普遍，應(yīng)用環(huán)境是復(fù)雜多樣，必須重視電子稱重儀表的抗干擾設(shè)計(jì)，才能使其在稱重計(jì)量中發(fā)揮準(zhǔn)確、穩(wěn)定的作用。

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