涡街流量计的电磁兼容特性
1、静电放电抗扰度。静电放电抗扰度ESD,即对静电放电产生的脉冲骚扰的抗扰度。静电放电能量不大,但是电压很高,有时高达上万伏,虽然对人体没有什么伤害,但其对电子元器件的伤害却是致命的,整个电路只要有一个电子元器件失效,就可能会导致整个电路失效。涡街流量计静电放电抗扰度试验遵循标准GB/T 17626.2《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》,在试验过程中,会对人们能够接触到的涡街流量计部位,进行放电试验。涡街流量计机械行业标准,接触放电要求4 k V,但型式评价试验,接触放电会做到6 k V,所以建议流量计生产厂家,涡街流量计电子电路设计时,ESD接触放电做到6 k V。
在涡街流量计型式评价试验中,静电放电抗扰度试验基本都能通过,即使电路没有静电保护器件,这不代表着电路不需要静电保护。这是因为GB/T 17626.2要求只对日常人们能够接触到部位进行放电试验,这也就意味着只要涡街流量计表体可靠接地,在进行静电放电试验时,电流会直接导入大地,这也就不会对内部电子电路产生影响。但在实际涡街流量计的使用过程中,工程师需要开盖接线、调整放大倍数、调整仪表系数等,这都给了静电进入电子电路的机会,这种随机性电路破坏极难察觉,也就给仪表的维修带来了极大的困难。在电子电路设计中,建议工程师在电源部分加压敏电阻,在需要保护的关键电子元器件旁加TVS(瞬态电压抑制器)管来抑制静电干扰;在流量计需要开盖时,建议工程师提前把静电释放掉或带静电手环等静电防护设施作业。
2、射频电磁场辐射抗扰度。射频电磁场辐射抗扰度,即对空间骚扰电磁波的抗扰度。空间中的骚扰电磁波是无处不在的,例如无线电广播、电视台的发射机、手机等。涡街流量计射频电磁场辐射抗扰度试验遵循GB/T17626.3《电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验》,要求试验等级为3级,即频率范围80~1 000 MHz,试验场强10 V/m。为了防止外界电磁波影响试验结果,同时,为了工作人员身体健康的考虑,试验需要在半电波暗室内进行。
空间骚扰电磁波对涡街流量计的影响相较于静电更加随机,若涡街流量计此项指标不达标,会时刻影响其性能。涡街流量计工作信号频率最高3 000 Hz左右,没有高频信号处理电路,一般空间骚扰电磁波不会直接对电子电路产生影响。在流量计实际使用过程中,其主要的空间电磁波干扰是由电源线引入的,电源线相当于接收天线,将空间骚扰电磁波接收到电子电路内部。在电子电路设计中,建议在PCB空间允许的情况下,尽量加粗电源线和地线,同时可采用DC-DC隔离电源模块。
3、电快速瞬变脉冲群抗扰度。电快速瞬变脉冲群抗扰度,即某些电路产生的群脉冲的抗扰度,骚扰从导线引入。电快速瞬变脉冲群主要产生原因为:电感负载(如继电器、接触器)断开时,由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因,在断开处产生的暂态骚扰。涡街流量计电快速瞬变脉冲群抗扰度试验遵循GB/T 17626.4《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》,涡街流量计机械行业标准要求,供电电源与保护地之间,峰值电压2 kV,试验时间60 s,重复频率5 k Hz。而其型式评价大纲对项指标暂未做要求。
电快速瞬变脉冲群的特点为,脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低。一般不会导致流量计的损坏,但是由于其频谱分布宽,所以仍然会对涡街流量计内部电子器件可靠工作产生影响。在涡街流量计的实际使用中,若接PLC使用,继电器的闭合断开是难免的,这也就要求工程师在设计涡街流量计电子电路时,做好相应防护的考虑。在电子电路设计中,加TVS二极管是比较好的选择,相较于EMI滤波器成本会较低很多。
4、浪涌抗扰度。浪涌抗扰度,即对雷电或某些电路产生的脉冲骚扰的抗扰度,骚扰从导线加入。浪涌主要产生原因为:雷电和电气设备的启停等,其中雷击引起的浪涌危害尤为严重,其为单脉冲型,且能量巨大,会在几微妙内到达上万伏,一旦进入没有相关保护的涡街流量计内部电子电路,会导致涡街流量计直接损坏。涡街流量计浪涌抗扰度试验遵循GB/T 17626.5《电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)扰度试验》,涡街流量计机械行业标准要求,开路试验电压1.0 k V,浪涌波形1.2/50 us~8/20 us。而其型式评价大纲对此项指标暂未做要求。
涡街流量计多用于蒸汽流量的计量,通常需要装在户外,这也就时刻在雷电的考验之下。当然外壳可靠接地,是避免雷击最简单有效的方式,但其也不可能完全避免浪涌进入涡街流量计内部电子电路。这也就要求工程师在设计涡街流量计电子电路时,做好相应防护的考虑。在电子电路设计中,这里又会提到TVS二极管,确实,TVS二极管在应对脉冲型干扰,作用是相当明显的。TVS二极管是目前普遍使用的一种新型高效电路保护器件,它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。同时,在电子电路设计中,陶瓷放电管和压敏电阻也是可以选择配合TVS二极管一起使用。
5、电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度。电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度,即对供电电源变化的抗扰度。涡街流量计电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验遵循GB/T17626.11《电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验》,涡街流量计机械行业标准要求:电源变化影响,直流供电的涡街流量计在额定电压变化±10%的情况各运行15 min;电源短时中断,电源中断0%UT,持续时间250/300周期(50 Hz试验采用250周期,60 Hz试验采用300周期),中断10次,试验过程中允许涡街流量计出错,电压恢复后应能自动恢复。而其型式评价大纲对此项指标暂未做要求。
涡街流量计在实际使用过程中,电压变化是在所难免的。在电子电路设计中,对于电源变化,78M05的输入电压范围为(8~35)V,就可以满足;对于电源短时中断,MCU程序上则需要及时做好参数保存。
6、工频磁场抗扰度。工频磁场抗扰度,即对50 Hz交流电产生的强磁场的抗扰度。此项抗扰度指标在两种标准中,均未提及,但在涡街流量计的使用过程中,经常会引入50 Hz工频干扰,导致流量计偏快或工作不正常。工频磁场抗扰度试验遵循GB/T 17626.8《电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验》,参照电磁流量计和涡轮流量计评价部分的工频磁场抗扰度试验要求,建议工程师设计电子电路时,按照试验等级3级,即10 A/m设计。
只要有220 V供电设备的场所,就会产生工频磁场干扰。这也就需要工程师采取相关措施,防止工频干扰进入涡街流量计电子电路。一般解决措施为:加电源滤波器、流量计良好接地、采用高导磁材料做屏蔽层的线缆等。