仪器仪表的可靠性及抗干扰设计探究

XIAOZHONGMING

摘  要：仪器仪表是工业生产中控制和反映机械运行的重要工具 ，其运行的可靠性和抗干扰性直接关系着工业生产系统控制 ，因而在设计阶段应该加强对仪器仪表的可靠性和抗干扰设计 ，提高仪器仪表的可靠性和抗干扰性 ，保证电气系统的顺利运行。本文主要对仪器仪表的可靠性设计和抗干扰设计进行分析 ，以期能够为仪器仪表系统的运行管理提供有益参考。


     关 键 词：仪器仪表 ； 可靠性 ； 抗干扰


     随着科学技术的发展 ，仪器仪表系统在工业生产中的应用范围越来越广，其技术含量越来越高 ，系统功能越来越强大 ，但随之而来的使用条件也越来越严格 ，如何提高系统运行的可靠性和抗干扰性是仪器仪表系统设计中的重点 ，下面笔者将分别对仪器的可靠性设计和抗干扰设计进行分析 ，以期能够为推动仪器仪表系统的发展做贡献。


     1 仪器仪表的可靠性设计


     仪器仪表系统运行的可靠性是衡量系统质量高低的重要指标 ，对其可靠性进行设计对于提高仪器仪表系统质量具有重要影响。在可靠性设计上 ，主要可以从两方面入手 ，一是提高仪器仪表系统元件的可靠性 ，二是对仪器仪表结构进行合理设计以促进仪器仪表可靠性的提高。其中在仪器仪表系统结构设计上 ，为了提高仪器仪表系统的准确性和可靠性 ，相关人员在进行设计时应该尽量对系统结构进行简化  同时还要满足相应的控制功能。在对结构进行简化过程中 ，设计人员应该综合考虑仪器仪表系统的性能及可靠性指标 ，在追求仪器仪表高性能的同时对可靠性也要进行考虑。同时 ，在简化结构过程中 ，虽然结构简化了但相应的工艺或技术应该采用较为先进和成熟的技术工艺 ， 这样才能够在保证仪器仪表系统可靠性的前提下保证仪器仪表系统的控制功能。而在仪器仪表元件的设计上 ，设计人员为了保证仪器仪表系统具有较高的可靠性 ，在设计相关电路和元件过程中应该从最坏情况进行设计 ，将所有元件公差进行综合考虑 ，从中取出最不利数值 ，在选择仪器元件时从最不利数值方面进行考虑 ，以保证仪器元件能够应对最坏情况 ， 从而有效保证仪器系统的可靠性。


     2 仪器仪表的抗干扰设计


     在抗干扰设计方面，由于仪器仪表使用外部条件较为复杂，在实际运行过程中除了有用信号外还会受到外部其他电流信号的干扰 ， 而这种干扰的来源是较为广泛的 ，因而为了保证仪器仪表能够正常运行 ，在设计阶段设计人员应该采取相应的措施将相关干扰因素排除出去 ， 这样才能保证仪器仪表系统的正常运行。


     2.1 干扰的来源


     在对仪器仪表系统进行抗干扰设计过程中应该首先对干扰来源进行明确 ，仪器仪表的干扰主要来源于内外两个方面 ，内部的开关、变压器等和外部的用电设备和电力设备都会对仪器仪表运行产生一定影响 ，具体来说主要有以下几种 ，一是电磁感应 ，这是仪器仪表在与信号源进行连接过程中会形成相应的磁场对仪器仪表运行产生干扰 ，这种干扰在仪器仪表系统中较为多见，一般仪器仪表系统使用环境存在较大功率的高压电网、变压器就会自动产生较强的磁场 ，这样仪器仪表系统在这种磁场中就会产生相应的感应电势 ，对仪器仪表的正常运转造成较大影响。二是静电感应 ，这种干扰是两个电场之间相互作用产生的 ，在仪器仪表运行中也较为多见 ，与电磁感应一样属于工频干扰电压 ，多是仪器仪表周边的电气设备等产生的。另外 ，干扰还有振动、化学电势和附加热电势 ，这些干扰都是和信号发生串联后产生干扰 ，因而均属于串模干扰。


     2.2 抗干扰设计


     对于上面所提到的串模干扰 ，设计人员在抗干扰设计上主要可以采取的措施有以下几点 ：一是扭绞信号导线 ，将信号导线扭绞到一起之后能够将信号回路面积缩小 ，使信号导线与干扰之间的距离能大体相等 ，这样两根信号导线的电容分布也能够大体相同 ，这样能够有效减少串模干扰 ，减少电磁感应和静电感应 ；二是对串模干扰进行屏蔽 ，具体的屏蔽方法是采用金属网将信号导线包起来 ，并在外面套上绝缘层 ，这样能够有效隔断电场耦合 ，屏蔽电磁感应和静电感应 ，从而有效抑制电场产生的干扰。同时 ，在设计屏蔽层过程中应该注意 ，屏蔽层应该尽量接地 ，这样才能够起到屏蔽干扰的目的 ，而若不接地则不能达到缩小感应电压的目的 ，因而在实际设计应用过程中一定注意将屏蔽层接地 ；三是采取滤波措施进行抗干扰。对于在仪器仪表运行过程中出现的变化很慢的直流信号 ，设计人员可以采取滤波的方法来阻断干扰。具体方法是在仪器仪表系统的输入端加设一个滤波电路，这样能够缩小直流信号的干扰，但在实际应用当中 ，这种方法较为少见。以上所提到的几种方法均是针对于串模干扰而言 ，这种干扰一般是不可避免的 ，能通过以上几种抗干扰措施来尽量减少串模干扰 ，在实际设计和操作过程中 ，设计人员还可以通过避免形成干扰场的形式来彻底减少外界信号干扰。


     3 结论


     随着仪器仪表应用范围和技术含量的不断提升 ，仪器仪表系统的使用条件或环境也趋向严格 ，外部环境不同对仪器仪表运行的干扰也不同 ，因而在对仪器仪表系统进行设计和测试过程中 ，除了要根据仪器仪表本身进行设计外还要结合相应的使用环境来进行优化设计和具体分析 ，将具体条件下的主要干扰因素找出 ，从而有针对性地设计抗干扰措施 ，促进仪器仪表系统可靠性和抗干扰性不断提高 ，保证仪器仪表系统能够顺利进行。