浅谈化工仪表的外部干扰因素及消除措施

【摘要】近年来我国化工产业迅猛发展，同时对于化工技术的要求也随之提升。然而化工仪表在化工产业中发挥了极其重要的作用，本文主要阐述化工仪表在使用过程中受到的外部干扰以及消除干扰的措施。

【关键词】化工仪表，外部干扰，消除措施

中图分类号：P634.3+6 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

化工仪表在使用过程中会出现各种各样的故障，受到各种干扰，这不仅会造成测量数据的偏差，甚至还会造成工程的巨大损失，从而给企业带来重大损失，下面我们来分析有关化工仪表在使用过程中受到的外部干扰以及消除措施。

二、化工仪表的外部干扰概述

化工仪表是化工自动化仪表的简称,指的是化工生产过程中对温度、液位、成分、压力、流量等变量进行自动监测和控制并予以显示的仪表。通常使用的化工仪表是电动、气动和智能化仪表。随着化工仪表智能化程度的不断提高,以及PLC等的广泛应用,如今化工仪表的作用越来越重要,如何做好化工仪表的使用和维护工作已成为化工生产中的重要问题,直接关系到企业的安全、稳定运行。

在日常运行中,化工仪表会遇到一些干扰,会造成测量结果失真,严重的会使系统非正常工作,导致生产出现事故,给企业带来经济损失。因此化工生产中的重要问题之一就是化工仪表的维护预防工作,而消除和抑制化工仪表外部干扰也是维护预防工作的重要内容。随着化工仪表智能化、数字化程度不断提高,进而要求对抑制化工仪表的外部干扰的措施也越来越高。外部干扰因素分析外部干扰是窜入或叠加在系统电源、信号线上的与信号无关的电信号。在运行过程中,化工仪表经常会受到外部环境的干扰,在化工生产现场中的干扰源是非常多的。干扰会造成测量的误差,严重的干扰甚至会造成化工仪表损坏。干扰的形成原因:干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道对仪表系统发生电磁干扰作用的。通常化工仪表可能遭受的外部干扰分为横向干扰和纵向干扰两类。化工仪表可能受到的外部干扰有许多种类,由于化工生产环境中存在许多种类的干扰源,导致化工仪表受到干扰十分多见并且复杂。

三、化工仪表的外部干扰因素及消除措施

干扰来自干扰源,在化工生产现场和环境中干扰源是多种多样的。在检测仪表中,经常将外部干扰分为两类:横向干扰和纵向干扰。所谓横向干扰是指由电磁感应产生的垂直干扰。横向干扰电压与正常的测量信号相叠加,直接影响仪表的正常工作,一般横向干扰有几mV到几十mV之间。纵向干扰是指由漏电阻等引起的平行干扰,一般在几V到几十V之间。纵向干扰必须通过回路转化为横向干扰之后,才能对仪表产生影响。

干扰的来源有很多种，通常我们所说的干扰是电气的干扰，但是在广义上热噪声、温度效应、化学效应、振动等都可能给测量带来影响，产生干扰。在测量过程中，如果不能排除这些干扰的影响，仪表就不能够正常的工作。

根据仪表输入端干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰。串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰；共模干扰是加在仪表任一输入端与地之间的干扰。

干扰的产生

干扰来自于干扰源，它们在仪表内外都可能存在。在仪表外部，一些大功率的用电设备以及电力设备都可能成为干扰源，而在仪表内部的电源变压器、机电器、开关以及电源线等也均可能成为干扰源，干扰的引入方式主要如下：

电磁感应，也就是磁耦合。信号源与仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。像我们在工程中使用的大功率的变压器、交流电机、高压电网等的周围空间中都存在有很强的交变磁场，而仪表的闭合回路处在这种变化的磁场中将会产生感应电势。

静电感应，也就是电的耦合。在相对的两物体中，如其一的电位发生变化，则由于物体间的电容使另一物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰。它是两电场相互作用的结果。

附加热电势和化学电势，主要是由于不同金属产生的热电势以及金属腐蚀等原因产生的化学电势，当它处于电回路时会成为干扰，这种干扰大多以直流的形式出现。在接线端子板或是干簧继电器等处容易产生热电势。

振动。导线在磁场中运动时，会产生感应电动势。因此在振动的环境中把信号导线固定是很有必要的。以上这4种干扰都是和信号串联，也就是以串模干扰的形式出现。

不同地电位引入的干扰。在大地中，各个不同点之间往往存在电位差。尤其在大功率的用电设备附近，当这些设备的绝缘性能较差时，这一电位差更大。而在仪表的使用中往往又会有意或无意的是输入回路存在两个以上的接地点。这样就会把不同接地点的电位差引入仪表，这种地电位差有时能达1~10伏以上，它是同时出现在两根信号导线上。

除一些脉冲电压能够作用于模拟电路之外，还可以对数字电路产生干扰，这些脉冲电压的发生源是开关、电机、继电器这样一些感性负载和产生放电的机器等。

2.干扰的消除

（一）屏蔽法：使用屏蔽是为了防止电磁场干扰。将仪表电缆穿入导电的穿线管中(穿线管接地),由于金属的磁阻很小,这样,交变磁场将切割不到电缆导线。在屏蔽后可以使干扰电压减少为原来的1/20。为了减少干扰,把导线绞合起来再穿入屏蔽管内,也能将干扰降为原来的1/10；远离电磁场,不要离动力线太近；滤波法：在仪表的输入端加入L-C或R-C滤波电路,以便于使混杂在有用信号中的交流干扰衰减至最小。同时也可以用提高二次仪表输入触发电平的方法,拦住不需要的杂波信号。

（二）隔离法：放大器浮空。所谓浮空就是使放大器外壳不与仪表外壳接触。用绝缘材料将放大器垫起隔离,使之与仪表外壳绝缘。以切断纵向干扰电压的泄漏途径,是干扰无法进入；接地法：一般说来,干扰源的频率在1MHz以下,可用一点接地;而高于10MHz时,则应多点接地。在1～10MHz之间时,如果采用一点接地的方式,其地线长度就不应超过波长的1/20。否则,应采用多点接地的方式。若信号电路是一点接地,低频电缆的屏蔽层也应是一点接地。如果电缆的屏蔽层接地点有一个以上,会产生噪声电流。对于扭绞电缆的芯线来说,屏蔽层中的电流便在芯线中耦合出不同的电压形成干扰源。若电路有一个不接地的信号源与一个接地的放大电路相连,输入端的屏蔽应接在放大电路的公共端。相反,若接地的信号源与不接地的放大器连接,即使信号源接的不是大地,放大电路的输入端也应接到信号源的公共端。

（三）双层屏蔽浮地保护：也就是在在仪表的外壳内部再套一个内屏蔽罩，内屏蔽罩与信号输入端已经外壳之间均不做电气连接，内屏蔽层引出一条导线与信号导线的屏蔽层相连接，而信号线的屏蔽在信号源处一点接地，这样使仪表的输入保护屏蔽及信号屏蔽对信号源稳定起来，处于等电位状态。可以大大的提高仪表抗干扰的能力即便这样，其实也是存在一定的泄漏电流的，但是，抑制干扰的措施就是为了让干扰信号强度降低至相对与实际信号强度来说可忽略的程度。

（四）消除噪声源是积极主动的措施。比如插接件接触不良、虚焊等情况，对于这类干扰源是可以消除的。从原则上讲，对于噪声源应予以消除。但是，实际上很多的噪声源是难以消除或不能消除的。例如有时候泵房中的仪表，泵运行时电机的电磁干扰就是不能够消除的。这时候就必须采取防护措施来抑制干扰。

（五）信号线的绞扭：对于电磁感应来说，尽量将导线远离强电设备及动力网，调整走线方向及减小导线回路面积都是必要的，仅调整走线方向及两信号线以短的节距绞合，干扰电压就能降为原有的1/10~1/100；对于静电感应来说，当把两信号线采用双绞合的形式绞扭且使两根信号线到干扰源的距离大致相等时（常把导线绞成为直径20倍的节距），就能使信号回路所包围的面积大为减小，使电场通过在两信号线上的感应耦合进入回路的串模干扰电位差大为减少。

四、结束语

化工仪表在应用过程中受到的外部干扰在上文已经列举明确，当然仍旧存在许多外部干扰因素，而且虽然目前已有集中消除措施，但是并不能完全改善，需要在未来应用过程中不断加以创新以及改善。

参考文献：

[1]余成波传感器与自动检测技术.高等教育出版社2009

[2]邹云屏《检测技术及电磁兼容性设计》 华中理工大学出版社 2012

[3]《电气工程师手册》第二版 机械工业出版社 2011