化工儀表的外部干擾因素及消除措施的研究與探討

新能鳳凰（滕州）能源有限公司 周雪花

化工儀表的外部干擾因素及消除措施的研究與探討

新能鳳凰（滕州）能源有限公司 周雪花

伴隨著社會(huì)科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)化工工業(yè)的發(fā)展日新月異，在全球化工工業(yè)中我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)逐漸占據(jù)一席之地，并對(duì)當(dāng)前的化工技術(shù)有了更高的要求。其中，化工儀表在化工工業(yè)中作為主要的控制裝置和監(jiān)測(cè)裝置，顯示著設(shè)備運(yùn)行是否安全、穩(wěn)定，這決定了其在化工產(chǎn)業(yè)中具有的特殊地位。本文通過(guò)結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深入分析了影響化工儀表正常工作的外在干擾因素，同時(shí)給出了如何消除干擾因素的詳細(xì)措施，并給廣大的化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工程師以借鑒。

化工儀表；外部干擾；消除措施

1.引言

化工儀表即時(shí)化工生產(chǎn)活動(dòng)中用到的自動(dòng)化儀表。在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，化工儀表負(fù)責(zé)顯示設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的具體工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量等，它是顯示、控制與檢測(cè)的合集。然而，當(dāng)化工儀表得不到有效維護(hù)時(shí)，極容易受到外部干擾因素，使得其對(duì)正常運(yùn)行的儀器設(shè)備的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差，甚至?xí)?duì)整個(gè)的化工生產(chǎn)的系統(tǒng)活動(dòng)產(chǎn)生影響，并造成生產(chǎn)事故，最終對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與員工人生安全造成不利影響。因此，如何有效維護(hù)化工儀表的正常運(yùn)行，就要求負(fù)責(zé)儀表檢測(cè)的工作人員有效的消除外部干擾問(wèn)題。這需要通過(guò)對(duì)造成干擾因素進(jìn)行深入分析，明確干擾因素產(chǎn)生的具體原因，并對(duì)應(yīng)采取針對(duì)性措施將外部干擾因素消除。

2.化工儀表的外部干擾因素

2.1化工儀表的外部干擾因素概述

化工儀表主要包括電動(dòng)、氣動(dòng)和自動(dòng)化儀表，在生產(chǎn)過(guò)程中顯示著液位、成分、溫度及壓力等參數(shù)。常規(guī)的導(dǎo)致儀表受到干擾、測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確并造成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題有兩方面，一是對(duì)化工儀表的維護(hù)保養(yǎng)不夠，二是外部干擾竄或疊加在與信號(hào)無(wú)關(guān)的系統(tǒng)電源或信號(hào)線上的電信號(hào)中。干擾信號(hào)通過(guò)耦合作用對(duì)儀表發(fā)生的電磁干擾是造成化工儀表干擾的主要原因。常見(jiàn)的化工干擾分為兩類，即縱向干擾和橫向干擾。，電磁感應(yīng)引起的垂直干擾是橫向干擾主要特征，而由漏電引起的平行干擾則是縱向干擾的主要特征。橫向干擾電壓在幾到幾十毫伏之間，這種干擾電壓會(huì)與測(cè)量信號(hào)發(fā)生重疊，并對(duì)化工儀表的正常工作造成影響；而縱向干擾電壓在幾到幾十伏特之間，縱向干擾電壓首先必須通過(guò)回路轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向干擾電壓，如不能有效排除縱向干擾電壓的影響，其將進(jìn)一步對(duì)化工儀表的正常工作造成影響和作用，如出現(xiàn)測(cè)量參數(shù)不準(zhǔn)確、測(cè)量失靈等狀況。此外，由于化工儀表受到的外部干擾因素比較多，因環(huán)境不同，導(dǎo)致的化工儀表干擾現(xiàn)象則各有不同。

2.2橫向干擾

如2.1節(jié)所述，由于生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械和電流的電磁感應(yīng)產(chǎn)生的垂直干擾即是橫向干擾。橫向干擾產(chǎn)生的原因常見(jiàn)的有一下三種。

1）突變的電磁場(chǎng)

橫向干擾中最為常見(jiàn)的電磁干擾產(chǎn)生原因是突變電磁場(chǎng)的發(fā)生。由于在化工生產(chǎn)活動(dòng)中，存在大功率額變壓器、交流電機(jī)和有較強(qiáng)電流的電網(wǎng)等，且生產(chǎn)設(shè)備周邊常常存在相當(dāng)強(qiáng)度的交變磁場(chǎng)，由于磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)比較高，當(dāng)其對(duì)化工儀表導(dǎo)線存在的電流發(fā)生垂直性的切割現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)即會(huì)出現(xiàn)交變電勢(shì)，進(jìn)而對(duì)化工儀表的正常工作造成干擾。

2）過(guò)高的電磁壓力

在化工儀表附近，常常有一些產(chǎn)生分布電容的高壓設(shè)備存在，如高壓開(kāi)關(guān)和高壓配電箱等，這些高壓設(shè)施將會(huì)產(chǎn)生分布電容，分布電容在化工儀表的導(dǎo)線回路中產(chǎn)生具有一定強(qiáng)度的干擾電壓，受干擾電壓影響，化工儀表最終將表現(xiàn)出監(jiān)測(cè)參數(shù)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。

3）輸入回路中的高頻電壓

相較于突變的電磁場(chǎng)和較高的電磁壓力對(duì)化工儀表較大的影響，高頻電壓的干擾作用則比較小。主要原因是化工儀表的輸入回路中有電感或電容時(shí)，當(dāng)對(duì)化工儀表進(jìn)行斷開(kāi)或閉合操作時(shí)，接觸器的接觸點(diǎn)將會(huì)有火花蹦出，蹦出的火花存在較高的干擾頻率，并對(duì)觸發(fā)電流造成相當(dāng)?shù)挠绊?。然而，化工儀表常常在低頻環(huán)境中工作，因而高頻電壓對(duì)其的干擾影響顯得較小。

2.3縱向干擾

通常將將電容正負(fù)極之間的電阻在534～625Ω之間的電阻稱為漏電電阻，即絕緣電阻。指漏電電阻造成的平行干擾即是化工儀表的縱向干擾。

1）入地電流的影響

當(dāng)進(jìn)行化工生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，在地面中流入的電流稱為入地電流。入地電流與地磁場(chǎng)存在緊密的聯(lián)系。當(dāng)具有較大功率的高壓電氣設(shè)備在儀表附近時(shí)，由于絕緣性能不好使得高壓設(shè)備對(duì)地面產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，從而使得地面流入具有一定強(qiáng)度的電流。在地面電流的作用下，化工設(shè)備與地面的各接地點(diǎn)將產(chǎn)生較大的電位差。由于儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，回路中常常存在兩個(gè)以上的接地點(diǎn)，而接地點(diǎn)的電位差導(dǎo)入儀表回路中后，將對(duì)儀表的測(cè)量結(jié)果造成較大的誤差。

2）電流泄露的干擾

當(dāng)絕緣材料老化時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程的同一變量的不同信號(hào)傳輸?shù)絻x表后，使線路漏電影響其他變量信號(hào)的輸出，進(jìn)而對(duì)化工儀表產(chǎn)生縱向干擾。如在以電能為主要生產(chǎn)方式的控制系統(tǒng)中，如電加熱系統(tǒng)與電解槽系統(tǒng)等，當(dāng)連接儀表的信號(hào)傳感器漏電時(shí)，其接觸到的有點(diǎn)物體將會(huì)對(duì)化工儀表產(chǎn)生不同程度的干擾。此外，當(dāng)在儀表自身對(duì)變量的監(jiān)測(cè)過(guò)程中輸出端采用220V的輸電電壓時(shí)，則會(huì)使得信號(hào)板短路，并損毀儀表。

3.化工儀表外部干擾的消除措施

3.1屏蔽法

為削弱電磁場(chǎng)的干擾，通過(guò)在電纜線上包裹屏蔽管是一種有效的措施，亦或?qū)⒌絻x表的電纜傳入穿線管中也是有效的方法。由于金屬自身存在磁阻，屏蔽以后產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)對(duì)穿線管內(nèi)的儀表電纜的干擾作用將被極大的削弱，其產(chǎn)生的干擾電壓將降低約至原干擾電壓的二十分之一。

3.2濾波法

當(dāng)化工儀表的輸出驅(qū)動(dòng)和輸出信號(hào)源是感性元器件時(shí)，由于這種元件具有儲(chǔ)能作用，當(dāng)接點(diǎn)進(jìn)行閉合操作是將會(huì)產(chǎn)生電弧，而斷開(kāi)操作時(shí)將會(huì)產(chǎn)生比電源電壓高的反電勢(shì)。采用濾波法可以消除此種干擾源。通過(guò)在化工儀表輸入端設(shè)置R-C或L-C濾波電路，可以起到削弱干擾和觸發(fā)電平攔截雜波信號(hào)的雙重作用。

3.3隔離法

當(dāng)放大器與化工儀表之間失去連接時(shí)，即是隔離法的浮空放大器來(lái)阻止干擾。其中杜絕縱向干擾、避免電壓泄露的最有效措施是將絕緣材料擺放在儀表和放大器中間，并將放大器墊起，使之與儀表隔離，進(jìn)而可打斷縱向干擾電壓的路徑，最終表現(xiàn)為良好的防止預(yù)防電壓外泄。實(shí)踐證明，電源是化工儀表正常工作時(shí)的主要干擾源頭，這種干擾是通過(guò)供電電路的阻抗耦合產(chǎn)生的。具有較大功率的用電設(shè)備都有成為干擾源的可能性，針對(duì)措施是在將隔離變壓器加在儀器交流電源的輸入端，進(jìn)而避免形成干擾，從而使化工儀表精確、可靠的運(yùn)行。

3.4接地法

如何分配好接地點(diǎn)和線長(zhǎng)是接地法的關(guān)鍵。當(dāng)存在頻率在1MHz一下的干擾源時(shí)，利用一點(diǎn)接地即可達(dá)到極大削弱干擾源的目的；而當(dāng)干擾源頻率在1～10MHz時(shí)，則可以采取一下兩種接地方式：1）一點(diǎn)接地，此種接地方式需要設(shè)置地線的長(zhǎng)度小于波長(zhǎng)的二十分之一；2）多點(diǎn)接地，此種接地方式高效，且無(wú)需其他注意細(xì)節(jié)；當(dāng)干擾源頻率大于10MHz時(shí)，則必須使用多點(diǎn)接地的方法。

4.結(jié)論

在化工生產(chǎn)的實(shí)際活動(dòng)中，由于環(huán)境復(fù)雜，化工儀表的外部干擾難以避免。在針對(duì)具體的儀表干擾因素的消除舉措中，要理論聯(lián)系實(shí)際，采取因地制宜的方法。對(duì)于不同渠道、復(fù)雜的環(huán)境，分析干擾源產(chǎn)生的原因、形成的途徑，可針對(duì)性的采取屏蔽法、濾波法、隔離法或接地法等舉措對(duì)干擾因素進(jìn)行消除，以確保化工儀表的監(jiān)測(cè)工作順利運(yùn)行。

周雪花（1982—），女，河北滄州人，大學(xué)本科，畢業(yè)于河北科技大學(xué)，中級(jí)工程師，研究方向：化工儀表自動(dòng)化。

［1］高小利.化工儀表受外部干擾的因素分析及防范措施［J］.中國(guó)化工貿(mào)易，2014，6（002）：57-57.

［2］趙志明.淺談化工儀表的外部干擾因素及消除措施［J］.科技風(fēng)，2011（22）：78-78.