常見化工儀表的干擾因素與消除措施探討

周春 劉錦

摘? 要：隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，化工儀器設(shè)備的智能化水平越來越高，且在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。如若實(shí)際運(yùn)行過程中受到外界因素等的干擾，則極有可能導(dǎo)致設(shè)備工作異常，測量結(jié)果出現(xiàn)誤差，極有可能造成嚴(yán)重的后果。故文章就現(xiàn)階段化工儀表設(shè)備的干擾相關(guān)方面展開討論，并對應(yīng)性的提出抵御干擾的相關(guān)辦法。以期對有關(guān)企業(yè)有所幫助，對我國化工事業(yè)的發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞：化工儀表;干擾;消除

中圖分類號：TQ056? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）15-0119-02

Abstract： With the progress and development of science and technology， the intelligent level of chemical instruments and equipment is getting higher and higher， and it has played an increasingly important role in modern industrial production and other fields. If the actual operation process is disturbed by external factors， it is very likely to lead to abnormal operation of the equipment and errors in the measurement results， which is very likely to cause serious consequences. Therefore， this paper discusses the relevant aspects of the interference of chemical instruments and equipment at the present stage， and puts forward the relevant methods to resist the interference. It is expected to be helpful to the relevant enterprises and to the development of China's chemical industry.

Keywords： chemical instrument; interference; elimination

引言

化工自動化儀表，也被成為化工儀表，主要指代化工產(chǎn)品制備過程中用于對包括環(huán)境溫度、壓力、成分含量以及液位等數(shù)據(jù)的綜合測量儀器設(shè)備。業(yè)內(nèi)普遍使用的化工儀表主要分為電動類型、氣動類型以及智能化類型等幾類。近年來隨著新型技術(shù)與傳統(tǒng)化工監(jiān)測領(lǐng)域的不斷融合，極大地推動了化工儀表領(lǐng)域的發(fā)展，例如可編程控制器的引入，極大地提升了設(shè)備儀表的智能自動化水平。如何切實(shí)做好化工儀表的生產(chǎn)以及使用維護(hù)等已然成為當(dāng)下化工行業(yè)發(fā)展的重要研究內(nèi)容，關(guān)系到企業(yè)的切實(shí)利益等問題。故有必要對其展開討論。

1 常見化工儀表干擾形式

由于實(shí)際應(yīng)用場合的不同，因此可能導(dǎo)致化工儀表工作異常的外界因素也各不相同，且可能帶來的影響也各不相同。一般情況下可以將化工儀表所受到的干擾劃分為橫向型以及縱向型干擾兩類。下面就對這兩類進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 橫向干擾

通常由于電磁感應(yīng)造成的垂直方向的干擾稱之為橫向干擾。一般該干擾模式可能產(chǎn)生的電壓并不高，為幾十毫伏以內(nèi)。但即便如此該微弱的干擾也會與測量產(chǎn)生的信號之間發(fā)生疊加效應(yīng)，繼而造成測量結(jié)果的誤差。依據(jù)干擾源的不同，可以將其劃分為突變電磁場干擾以及高壓電磁干擾兩種。前者主要指常規(guī)化工設(shè)備所安裝的環(huán)境中會存在大量的交變磁場，包括電動機(jī)產(chǎn)生的交變磁場、變壓器產(chǎn)生的交變磁場以及大電流產(chǎn)生的交變磁場等等。一般該類磁場強(qiáng)度較高，因此可能會對化工測量儀表的輸入回路造成影響并產(chǎn)生交變電壓，最終對化工設(shè)備的測量精度造成影響;其次，高壓電磁所致。如若化工儀表周邊環(huán)境中存在高壓設(shè)備儀器，干擾電壓通常基于輸入回路內(nèi)的分布電容所致。最后，高頻干擾所致，在輸入回路中存在電感以及電容等環(huán)境下，在觸點(diǎn)的開關(guān)動作瞬間勢必會產(chǎn)生電火花等，這是典型的高頻干擾源，極有可能影響觸發(fā)電路的可靠運(yùn)行。而實(shí)際絕大部分的化工測量表計(jì)均為低頻的工作模式，故而受該影響情況有限。

1.2 縱向干擾

縱向干擾主要指代由于漏電阻從而引發(fā)的平行干擾情況，源自供電線路。與橫向型干擾有所不同，縱向型的干擾往往伴有較高電壓的影響，并可能對化工測量表計(jì)產(chǎn)生一定的影響。同樣依據(jù)干擾源的不同，常見的縱向干擾可以分為以下幾類。第一，地電流的影響，主要指代位于大地平面中的高電流。如若相關(guān)化工測量表計(jì)實(shí)際安裝于高損耗設(shè)備周邊，且該設(shè)備絕緣特性并不十分理想，則可能工作過程中產(chǎn)生對地漏電情況，繼而在周邊形成較大的地電流情況，形成鮮明的電位差。而就化工測量表計(jì)而言，其輸入回路往往會存在若干個(gè)對地的節(jié)點(diǎn)，由此較大的地電流可能會被引入儀表的輸入回路，繼而使得其無法可靠工作。第二，漏電流影響，如若多個(gè)信號傳輸回路均處于同一傳輸通道內(nèi)時(shí)，則因?yàn)榫€路絕緣老化等情況產(chǎn)生漏電，繼而對周邊信號產(chǎn)生干擾。針對一些基于電能實(shí)現(xiàn)操作的系統(tǒng)內(nèi)，信號傳感器漏電，與帶電體連接，也有可能導(dǎo)致較大的干擾情況。一些測量表計(jì)以及執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)，現(xiàn)場端基于市電電壓供電，一些情況下也有可能發(fā)生電源同信號線之間的短接，嚴(yán)重的可能燒毀表計(jì)。

2 外部干擾消除策略

2.1 橫向干擾消除策略

第一，屏蔽法。選擇鋁以及銅等具有較好導(dǎo)電特性的材料并將其制作為容器設(shè)備，該模式可以很好地規(guī)避靜電以及電磁感應(yīng)等情況的發(fā)生，常見的由磁場屏蔽以及電場屏蔽兩類。前者主要指代通過對高導(dǎo)磁等材料的選擇與應(yīng)用，使其對磁通旁路產(chǎn)生互相干擾，從而規(guī)避需要切實(shí)保護(hù)的電路受到影響。除此之外，交替變化著的干擾磁場通常也會在電屏蔽層中產(chǎn)生渦流，而這些渦流則會對進(jìn)一步抵消周邊磁場的影響;后者，電場屏蔽則主要指代，在靜電等的影響下，位于導(dǎo)體中的各個(gè)部位的電位一致。將導(dǎo)電水平較好的容器和大地之間可靠連接，確保外圍電場不會對其內(nèi)部的電場正常運(yùn)行造成影響。但需要尤其注意，相關(guān)容器設(shè)備應(yīng)當(dāng)保持可靠接地，如若未有充分接地，則在導(dǎo)體的外圍依然存在電力線，導(dǎo)體依舊會由于周圍電場的影響而無法達(dá)到可靠的屏蔽作用。

第二，濾波法。在化工測量表計(jì)的輸入一側(cè)額外的加裝電容電感濾波電路或者電阻電容濾波電路。通過不同的濾波電路可以實(shí)現(xiàn)對各個(gè)交流信號干擾抑制。當(dāng)采取其他辦法無法達(dá)到理想的抵御外部干擾的情況時(shí)，則可以選擇濾波電路的方式從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)化工測量表計(jì)的抗干擾處理。與屏蔽方式相同，濾波電路也可以分為兩種不同的形式，分別為單純的電阻電容濾波電路以及帶有運(yùn)放的有源濾波電路。如若化工測量表計(jì)的輸入端強(qiáng)度達(dá)到輸出端十倍之多，則可以通過進(jìn)一步提升RC積數(shù)的方式來增加整個(gè)線路的濾波能力。但需要注意，當(dāng)電容值進(jìn)一步增加后，相對應(yīng)的需要選擇體積更大的電容器;另外當(dāng)電阻進(jìn)一步增加時(shí)則可能會對輸入回路中的信號產(chǎn)生一定的削弱影響，或影響測量表計(jì)的精度。故而，在保證測量表計(jì)工作精度以及可靠性的情況下，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步確保放大器設(shè)備的輸入端阻抗以及放大效果。RC積數(shù)的不斷攀升勢必會對測量表計(jì)的工作靈敏度等造成影響，但也能夠進(jìn)一步保證整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。

2.2 縱向干擾消除策略

第一，隔離方式。如若實(shí)際化工儀表安裝環(huán)境周邊存在較大的電流電壓影響，則其所帶來的感應(yīng)電壓相對會比較大，在幾十伏至上百伏不等。而一旦這些感應(yīng)電壓流入輸入回路內(nèi)，則可能會對設(shè)備正常運(yùn)行造成損害。故而可以選擇對該部分的外界電壓進(jìn)行必要隔離。普遍采用的隔離方案主要為，變壓器隔離以及光電隔離兩類。

第二，變壓器隔離。通常變壓器的一次側(cè)與二次側(cè)之間的絕緣特性比較高。周圍與二次側(cè)的兩個(gè)線圈在電路上通常處于互相隔離狀態(tài)，因此互相之間的訊息也未有基于電磁感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)交互。依據(jù)該原則，變壓器可以選擇在一次側(cè)以及二次側(cè)之間將有用訊息順利通過，而對于負(fù)面的干擾信息所導(dǎo)致的地環(huán)電流進(jìn)行徹底阻斷。由此變壓過程也只是對交流信號進(jìn)行傳遞，但并不會對直流信號等進(jìn)行傳導(dǎo)。當(dāng)需要對直流信號進(jìn)行傳導(dǎo)時(shí)，則務(wù)必先一步對其進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換，變化為交流信號之后再次利用變壓器對其進(jìn)行傳遞。

第三，光電隔離。該抗干擾辦法更為簡單、有效。主要基于光電元件等對數(shù)字信號以及脈沖信號等進(jìn)行徹底的阻隔。其主要目的為將同時(shí)位于線路中的較為容易受到影響以及干擾源等進(jìn)行徹底隔斷，并保持現(xiàn)場化學(xué)測量表計(jì)等依然可以與現(xiàn)場進(jìn)行信號的傳遞，但不基于電直接聯(lián)系。該方式隔離的主要內(nèi)容為，將所引入的干擾渠道進(jìn)行徹底的切除，繼而對現(xiàn)場進(jìn)行徹底的干擾隔離。常見的光電隔離組件包括光電耦合器、固態(tài)繼電器以及隔離放大器等等。以光電耦合器為例，其主要結(jié)構(gòu)為發(fā)光元件與受光元件，基于光電轉(zhuǎn)化的原理，通過光進(jìn)行徹底的隔離，將輸入與輸出之間進(jìn)行切實(shí)的阻隔。依據(jù)不同的受光組件可以將其劃分為晶閘管型以及晶體管型兩類。相比于其它光電隔離器件，光電耦合器主要具備以下三個(gè)方面的優(yōu)勢，首先，耐用性高，器材的運(yùn)行可靠性以及相應(yīng)速度、耐用性等各個(gè)方面均比較高，對于使用環(huán)境的要求并不高，一些高速的光電耦合器其響應(yīng)的瞬間甚至可以達(dá)到十納秒以內(nèi);其次，設(shè)備低于噪聲以及干擾的能力較強(qiáng)，基本不會受到周圍應(yīng)用環(huán)境的影響而異常;最后，基于光電隔離的方式可以充分將發(fā)光部分與受光部分之間形成不接觸式的隔離，從而規(guī)避輸出端與輸入端之間的反饋干擾。

3 結(jié)束語

實(shí)際導(dǎo)致化工測量表計(jì)受干擾的因素有許多。實(shí)際現(xiàn)場需要逐個(gè)地進(jìn)行排查與摸索，從而確定最終的干擾因素，并對干擾途徑等有詳細(xì)地了解。針對不同的干擾因素應(yīng)當(dāng)選擇針對性地消除干擾辦法，否則極有可能得不到有效的消除效果。對于相關(guān)人員則應(yīng)當(dāng)始終保持沉著冷靜的心態(tài)，對干擾具體現(xiàn)象進(jìn)行分析，并對各個(gè)潛在可能原因進(jìn)行分析，從而制定最終正確合理的干擾抵御方案。隨著社會的發(fā)展，對于化工生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域的要求也越來越高，而大量科技技術(shù)的運(yùn)用雖保證了化工生產(chǎn)的品質(zhì)，但同時(shí)也帶來了一定的隱患。故而，實(shí)際選擇運(yùn)用過程中應(yīng)當(dāng)對各方面因素進(jìn)行綜合考量，從而制定最科學(xué)合理的方案，以免導(dǎo)致負(fù)面影響。

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