电磁流量计抗干扰设计中的硬件处理措施
电磁流量计抗干扰问题的对策措施
4.1 硬件抗干扰措施
对于硬件电路而言主要的抗干扰措施主要是针对电源损坏和信号波动大这两个问题而展开的。主要的方法为：
4.1.1 元器件的可靠性提高
1. 基本阻容器件的减额
考虑到2.1.1 所述的反馈电阻/三级管在设计时余量不足的情况，我们对整个仪表的器件作了排查，分析后将流量计中使用的电阻从片阻全部替换为BC 公司的金属膜贴片电阻以提高它的功耗（从1/4 瓦到1/2 瓦），同时提高电阻中感抗的性能。
2. 严格的器件采购控制
在公司的采购过程中，为了加强对采购产品的控制，避免不合格产品的流入，我们建立了元器件清册数据库。器件的采购必须要经过一个认证－> 入清册数据库－>ERP 系统中根据需求下单采购的过程执行。这样做可以保证只有研发部认可的器件和器件供应商才能够被公司采购管理。从而保证整机设备的可靠性。
3. 使用专用模拟信号处理芯片-紫芯1 号
公司为智能电磁流量计自行研发的仪表专用芯片-紫芯1 号。紫芯1 号芯片将信号处理电路中的仪表放大、有源低通滤波、模拟信号量程切换、无失真噪声抑制、流量积分等主要信号处理电路集中其中，以提高电路的抗力和稳定性。 使用专用芯片比使用分立元件组成的电路对噪声的抑制有明显的改善。专用芯片的温度系数可以达到20ppm，芯片整体的信噪比为80-90dB.
4. 加强整机老化试验的要求
从温度试验中可以筛选出那些可靠性差，抗力差的信号转换器，同时也可以发现那些可靠性不足的元件，以提示我们改进的方向。 加强后的老化温度试验更加严格，其主要的要求为
1) 温度周期 如图 4-1： 图4-1：温度周期 Fig.4-1: the cycle of temperature 分别在常温20 摄氏度，高温60 摄氏度，低温-20 摄氏度下稳定30 分钟后测试流量计的输出数据。48 小时不停循环试验。
2) 测试条件
(1) 温试检测必须在信号转换器上电，加上励磁负载和信号后正常工作的情况下进行；
(2)在每一个温度点上必须稳定30 分钟以上之后才可以进行测试；
(3)输出要求： 电流输出约为20 mA 频率输出约为 1000 Hz
3) 温度试验标准
温度试验评定-20 摄氏度和+60 摄氏度时测定值和在+20 摄氏度时测定值之间存在的偏差。要求如表4-1： 表4-1：温度试验标准
4.1.2 针对电源损坏问题
我们使用了两种方法处理这个问题
1. 在电源输入端增加保护措施。
我们在电源输入端增加了扼流线圈L101 和压敏电阻 R119，二极放电管FR101 如图4-2： 项目 读数误差/10 摄氏度 读数误差/40 摄氏度 频率信号输出 < 0.08 % < 0.32 % 电流信号输出 < 0.13 % < 0.50 % 图4-2：电源输入端原理图 Fig.4-1: The principle of power input
1) 扼流线圈 L101 的作用
扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制电源干扰信号（如雷电干扰），而对电源的正常供电无影响。
2) 压敏电阻 R119 的作用
我们选用的压敏电阻为EPCOS 公司的SIOV-S14K275。它是以ZnO 为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N 的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα 中的非线性系数α），通流容量大（～2KA/cm2），常态泄漏电流小（10-7～10-6A），残压低（取决于压敏电阻的工作电压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（～10-8s），无续流。压敏电阻的技术参数为：压敏电压（即开关电压） 为275V，通流容量为4500A；响应时间<25ns。
3) 气体放电管 FR101 的作用
我们选用的气体放电管为 EPCOS 公司的L71-A470X：它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。这种二极型的充气放电管的技术参数为： 直流放电电压为400V。对于100V/us 的冲击放电电压为600V，对于1kV/us 的冲击放电电压为700V。
2. 增加抗干扰电源降压变压器
我们在信号转换器与接入电源之间增加一个抗干扰电源降压变压器目的有两个：
1) 降额使用电源：
我们设计的开关电源可以在85Vac-253Vac 之间使用。为了保护电源的安全，我们使用一个降压变压器，将供电电源从220VAC 降到110VAC 使用。
2) 抗干扰
在变压器的前端设置抑制二极管。抑制二极管可以起到箝位限压功能。同时由于变压器的原因，即使有干扰进入信号转换器也被削弱了一半。
4.1.3 对于信号信号波动大问题
1. 电源方面
将模拟电路直流电源与数字电路的电源分开，以减小数字电路对模拟电路的影响。同时对于每一路电源都是用三端稳压器，以降低电源的噪声干扰。 电源输出结构如图4-3： 图4-3：电源输出结构 Fig.4-1: The principle of power output 如图所示模拟/数字电路的电源5VD和5VA 分别从电源中产生，三端稳压器采用ON Semiconductor的三端可调正稳压器集成电路LM317。 LM317 的输出电压范围是 1.2V 至 37V，负载电流为 1.5A。它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM117/LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。我们的设计中LM117/LM317使用输出电容C115能改变瞬态响应，得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。同时LM317具有输出短路保护。过流、过热保护等功能。 在我们的设计中LM317调整输出电压为5V，输出电流电流为750mA，线性调整率 0.01%，负载调整率 0.1%， 80dB 纹波抑制比。
2. 专用仪表芯片设计
在我们的紫芯1 号专用芯片中设有专用仪表放大器和低通滤波器。他们的基本结构为图4-4： 图4-4：紫芯芯片内部电路(部分) Fig.4-4: the internal circuit of Zhixing chip (part)
1) 专用仪表放大器
我们使用的是三运放仪表放大器组成的仪表放大器。一般而言，如果四个调节电阻R5=R9=R8=R10 时，仪表放大器的共模增益的为0。在实际的电路中，如果用分立元件搭电路，很难实现四个调节电阻相等。但是我们由于是专用芯片，芯片的制作工艺可以保证他们的相等的精度。
2) 低通滤波器： 利用低通滤波器进一步将信号中高频信号去除掉。
3. PCB 板的电磁兼容性问题也是我们关注的焦点。我们在参考了PCB 电磁兼容技术的理论[10] 后，对电源模块和信号处理模块都作了重新布线。 其中包括: 1) 利用电源线和地线将各模块分割分高压/低压区，模拟/数字区等 2) 通过局部去耦减少沿着电源干线的噪声传播。 3) 将芯片的去耦电容尽可能的接近芯片引脚。 4) 用地线将可能会有互相干扰的信号线分离。 5) 接地线或接地层重新规划。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：
