KMR磁致伸缩液位计的电磁兼容设计
作者：崔盟军；杨华丽；李巍杭





1、前言

       电磁兼容（EMC）是对电子产品在电磁场方面干扰大小（EMI）和抗干扰能力（EMS）的总和评定，是产品质量最重要的指标之一。电磁兼容是研究在有限空间、时间、频谱资源条件下，各种用电设备（广义还包括生物体）可以共存，并不致引起降级的一门学科。随着电器电子技术的发展，家用电器茶品日益普及和电子化，广播电视、邮电通讯和计算机网络的日益发达，电磁环境日益复杂和恶化，使得电器电子产品的电磁兼容性EMC、电磁干扰EMI与电磁抗EMS问题也受到各国政府和生产企业的日益重视。电子、电器产品的电磁兼容性（EMC）是一项非常重要的质量指标，它不仅关系到产品本身的工作可靠性和使用安全性，而且还可能影响到其他设备和系统的正常工作，关系到电磁环境的保护问题。正因为如此，近些年国内在轨道列车、电子设备机箱、新能源汽车等众多领域广泛开展与EMC相关的技术研究。在国内，仪器仪表领域尽管目前还没有强制性要求，但已经收到广泛关注，中煤科工集团上海研究院陶城等人开展了仪器仪表产品功能安全评估测试技术研究与分析。称的热河克罗尼仪表有限公司与河北省仪器仪表工程技术研究中心合作，结合自身开发的KMR磁致伸缩液位计将打入国际市场的技术需求，开展了电磁兼容设计及试验检测工作，并积累一些有益的经验。

2、仪器仪表电磁兼容设计的必要性

      为了规范电子产品的电磁兼容性，所有的发达国家和部分发展中国家都制定了电磁兼容标准。电磁兼容标准是使产品在实际电磁环境中能够正常工作的基本要求。之所以称之为基本要求，也就是说，产品及时满足了电磁兼容标准，在实际使用中也可能会发生干扰问题。大部分国家的标准都是基于国际电工委员会（IEC）所制定的标准。

       欧共体政府规定，从1996年1月1日起，所有电器电子产品必须通过EMC认证，加贴CEbiaozhiho9u才能在欧共体市场上销售。此举在世界上引起广泛影响，各国政府纷纷采取措施，对电器电子产品的EMC性能实行强制性管理、国际上比较有影响的，例如欧盟2004/108/EC指令（即EMC指令）、美国联邦法典CFR47/FCC Rules等都对电磁兼容认证提出了明确的要求。

       国内对EMC还没有强制要求，但对于国内设计的仪表也可以说是亮点，是技术的飞跃。相应的国内标准号为GB/T17626，由于磁致伸缩液位计为低功耗测量仪表，无大功率发射元件盒电路，因此不考虑仪表对外电磁干扰（EMI）问题，只考虑仪表受外界干扰（EMS）问题，重点分析静电干扰、电源跌落、快速脉冲群、工频干扰、射频传导干扰，目前电磁敏感性（EMS）限制采用标准和限制指标。

3、电磁干扰和电磁兼容设计方法

（1）防静电放电干扰

       静电放电方式分接触放电和空气放电。接触放电：试验发生器的电极保持与受试设备接触，并由发生器内的放电开关激励放电的一种试验方法。空气放电：将试验发生器的充电电极靠近设备并由火花对受试设备激励放电的一种实验方法。放电电极与被测试体之间是通过空气放电的，而接触放电是放电电极与被测物体接触后通过高压开关放电。两种放电方式都是对仪表外壳进行放电。

       设计时防静电方法是采用金属外壳，使用时金属外壳接地，使静电电荷迅速流回大地，线路板走线与金属外壳间隙要大，防止空气放电。

（2）EMF射频辐射

       射频干扰（RFI）是指无线频率干扰，工程中，锁骨户的辐射干扰源大致分为两类：类似于对称振子天线的非闭合载流导线辐射源。由于电偶极子和磁偶极子是上述两类源的最基本形式，实际的辐射源在空间某点产生的场，均可由若干个基本源的场叠加而成。因此通过对电偶极子和磁偶极子所产生的场进行分析，就可以得出实际辐射源的远近场及波阻抗和远、近场的场特性，从而为抗干扰设计提供良好的理论依据。

       一般采用良好接地的金属网或罩实现电磁屏蔽，既可防止外来电磁场干扰，又可防止本身电磁场辐射对外界的干扰。采用高导磁材料罩实现磁屏蔽，可防止磁场干扰。电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远区场，即同时屏蔽场源所产生的电场和磁场分量。频率越高屏蔽效果越好，干扰衰减越大。通过屏蔽材料屏蔽效果可以看出，铁屏蔽效果比较高，根据实际需求和价格因素考虑，大阳城娱乐中国有限公司一般选用铝壳作为屏蔽壳，很好的解决了射频辐射干扰。

（3）电快速脉冲群干扰

       试验波形电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，目的是验证由闪电、接地故障或切换电感性负载而引起的瞬时扰动的抗干扰能力。因此，受试设备受到的干扰实际上是传导与辐射的结合。很明显，传导和辐射的比例将和电源线的长度有关，线路越短，传导成分越多，而辐射比例越小；反之，辐射比例就大。由此可见，试验用的电源线长短，电源线离参考接地板的高度，乃至电源线与受试设备的相对位置，都可成为影响试验结果的因素。因此，为了保证试验结果的可重复性和可比性，注意试验配置的一致性就变得十分重要。

（4）射频传导骚扰设计

       传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（谐波干扰）到另一个电网络。射频传导骚扰是通过电源线或信号线传导的，其频率比射频辐射传导低，标准规定射频测试范围10KHz~80MHz，本部分所涉及的干扰源，通常是指来自射频发射机的电磁场。该电磁场可能作用于连接安装设备IDE整个电缆上。虽然被骚扰设备（多数是较大系统的一部分）的尺寸，比骚扰频率的波长小，但输入和输出线，例如电源线、通信线、接口电缆等，由于其长度可能是几个波长，则可能成为无源的接收天线网络。由于电源线在现场多为电缆线，所以干扰也多为共模干扰。

（5）浪涌保护

       浪涌过电压来源于雷电：直击雷、感应雷击（感性耦合或是阻性耦合）；电网的切断，其中包括手动切换或是自动投切；附近其它负载的投切，特别是大功率泵、阀门的开启与关闭。如何降低浪涌通过电压的危害，使用电涌保护器；将浪涌过电压转移入地；极高的通流能力；非常快的响应能力；傲虎绝大多数的敏感负载；处理瞬时脉冲对元件损害的最好办法是将瞬时电流从感应原件引开。TVS二极管在线路板上与被保护线路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS二极管便产生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过二极管被引开，TVS二极管自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压。许多元件在承受多次冲击后，其参数及性能会产生退化，而只要工作在限定范围内，瞬态电压一致二极管将不会产生损坏或退化。

4、结论

       伴随着国内产品与国际接轨的需求，仪器仪表类产品的EMC检测将成为产品质量最重要的指标之一，EMC检测的重要性将更加显现。目前EMC的应用领域已经涵盖了工业控制系统、石油化工、核电能源、轨道交通、汽车、仪器仪表等诸多领域。随着功能安全评估项目标准不断完善，越来越多企业相关人员将投入这一功能安全领域，人民的生活将会变得更加安全。






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