浅谈测温过程检测仪表的信号干扰及抑制措施

把发旺

新疆青松建材有限责任公司 新疆乌鲁木齐  830039

 摘要：现代化的水泥生产企业, 采用了大量自动化过程检测仪表, 将温度、压力、料位、速度、流量等工艺过程信号传递至计算机系统, 工艺操作人员只需观察中央控制室计算机上的各类过程信号和设备运行信号, 轻触键盘, 即可对全厂的生产过程进行监视和控制。因此过程检测仪表可以说是中控操作人员的眼睛; 过程检测仪表能否稳定安全运行, 对整个生产线的正常、安全、稳定运行起着至关重要的作用; 加强对过程检测仪表的维护是保证现代化水泥生产线正常安全运行的关键之所在。

关键词：测温过程检测仪表；信号干扰；抑制措施；

前言：在现代工业生产过程中，为有效地进行生产操作和控制，需要测量生产过程中各种介质的物理参数。其中，流体的流量是经常测量和控制的重要参数之一。由于流量测量的复杂性，流量测量仪表已经成为工艺过程检测控制仪表中品种规格最为繁多的一类仪表。

一、概述

过程检测仪表的测量信号之所以会受到干扰是因为在水泥生产企业中存在着大量的感性负载设备或高次谐波产生源, 而过程检测仪表、变送器等又与这些产生强电磁场或高次谐波的设备极为靠近。真正的液体是压缩的。液体的压缩性很小，在大多数情况下可以认为是不可压缩的。例如在测温过程检测仪表附近安装有大型变压器、接触器、电动机或变频器等, 它们所产生的交变磁场或高次谐波会通过各种途径, 特别是通过热电偶、传输电缆等一次元件的途径传送到变送器, 直至DCS 系统的I/O 输入输出端。解决这一问题的一种方法是降低加热温度，使其比液体温度高出几度，但这很容易受到外界温度的影响，改变测量灵敏度。所以, 采取有效措施, 抑制或消除干扰源对过程检测仪表的干扰显得尤为重要。而用相对加热的方法测量液体质量流，冷却液体，利用降低冷却液温度所需的能量与液体质量流之间的关系，可以克服液体加热所产生的问题。气体的压缩性比液体大得多，一般应视为可压缩，但在流动缓慢的情况下，如果压力变化不大，温度变化不大，则可视为不可压缩。本文仅就测温过程检测仪表的信号干扰及抑制措施作一分析和总结介绍。

二、测温过程检测仪表的信号干扰

测温过程检测仪表的干扰信号来源比较复杂,总体可分为内部干扰( 如来自电路本身) 和外部干扰( 如工业用电设备的干扰和自然界的雷电干扰及环境温度的干扰) 两类。( 1) 来自电路本身的内部干扰。电路本身的内部干扰是由过程检测仪表内部电子元件质量问题或电路本身设计不合理以及制造工艺水平先天不足等原因造成的。但随着现代工业制造水平的飞速发展,元器件制造水平及过程检测仪表装配工艺水平的显著提高, 以及高质量的DCS 计算机控制系统的广泛应用, 过程检测仪表本身产生的干扰已不多见。( 2) 外部干扰源产生的干扰。工业干扰是来自电机、电器、电缆敷设及电子设备的电磁干扰或高次谐波干扰。如: 电机的启停与换相( 正反转) , 继电器、交流接触器、电磁阀线圈、可控硅交直流调速装置等的通断, 电子器件的点燃、大负荷的投入与切除、高频高压发生器装置、变频器、电焊机、对讲机等等, 都会随时产生干扰信号, 对过程检测仪表造成干扰, 如不采取积极的抗干扰措施, 将严重影响过程检测仪表的正常工作。

三、测温过程检测仪表的信号干扰消除方法

1.由于生产现场各类干扰信号或干扰源的客观存在, 过程检测仪表在工作运行时, 总要受到各种干扰的影响, 我们可以将这些干扰进行简单分类, 称之为横向干扰和纵向干扰。现代化水泥生产线的关键在于大窑系统的高温煅烧, 因而过程检测仪表中的温度测量对整个现代化水泥工业生产线显得尤为重要。水泥厂使用的测温过程检测仪表其一次元件主要为热电阻和热电偶, 笔者现以一次测温元件热电偶为例, 对如何消除过程检测仪表的干扰加以详细的阐述, 供同行参考。横向干扰是指由电磁感应所产生的垂直干扰,现场横向干扰电压的大小。一般情况下, 横向干扰电压在几毫伏至几十毫伏之间, 测量时电子管电压表的端钮不能接地, 以免造成附加误差。横向干扰的避免和消除一般比较容易做到, 通常使用如下几种方法加以避免和消除。用屏蔽接地法消除干扰最简单的办法是将热电偶的补偿导线屏蔽起来。具体做法为: 将补偿导线和热电偶穿入铁管中,铁管接地。因为铁管磁阻小, 所以交变磁场不会切割热电偶和补偿导线。最好的做法是将补偿导线绞合起来穿入铁管中, 铁管尽量安装在周围无强磁场的位置。千万注意不要与动力电缆, 尤其是不要与高压电缆相平行, 更不能将动力电缆与补偿导线安装在同一铁管中。如有可能, 应将干扰源也屏蔽起来。除此之外, 还应做好信号传输线的屏蔽与接地工作。因为高度复杂的微电子技术的使用要求必须具有符合的抗干扰措施和布线规则。温度测量信号为模拟量信号, 应使用屏蔽对绞电缆进行传输, 且传输信号电缆线芯的截面要≥1mm2; 电缆铺设必须严格按规定的层次进行敷设, 自下而上分层排列的顺序是动力电缆、控制电缆、信号电缆( 屏蔽电缆) 。信号电缆与动力电缆交叉敷设时, 最好成直角; 平行敷设时, 两者之间最小允许距离。传输模拟信号时屏蔽接地有两种方式: 当信号源没有接地时, 传输模拟信号的屏蔽电缆应通过DCS 控制室机柜内的公共接地端子排进行接地; 当信号源本身接地时, 屏蔽电缆应在现场信号源一侧进行接地。

2.为了消除横向干扰，即流量计测量的不确定性可分为基本不确定性和附加不确定性两部分。在实验室测试中只检测到流量计的基本不确定度，当流量计在现场投入使用时，其安装、使用和运动条件发生了变化，输入了不确定度数据。仪器本身的阻抗滤波器是必不可少的，但在信号衰减更大的情况下，可以使用连接热电偶和交流电源放大器输入的两级阻抗滤波器。因此，在添加滤光片时，应注意滤光片的电阻加上补偿导线、热电偶电阻器和外部连接电阻的总和，不得超过过程检测仪设定的允许电阻值。注意过滤器连接将增加输入回路的惯性。滤波器常数与时间的关系表明，惯性越大，特别是在低输入阻抗放大器中，加速测量时的动态测量误差越大。测量师资格不足；在相同的测量条件下，在重复观测测量时会发生随机变化，这也是流量计现场使用精度低于实验室条件的主要原因。有些人直接指出了标准的不确定性及其自由度，那么没有任何处理，它们就可以直接应用。有些给出了膨胀率和包容率的不确定性程度，那么稍加处理就可以确定不确定性标准。有些人只估计可测量的置信区间，因此应该记住是否给出了概率分布和可信度数据。对于模拟信号的传输，抗干扰效果较多，现代工业中也广泛采用了最成熟、最简单的抗干扰方法，但成本高于上述任何一种方法。如果外部信息没有指定概率分布和信任级别，则取决于知识和经验。质被测流体组分变化较大的场所，值和传热系数变化，测量值会有较大变化而产生误差；对小流量而言，仪表会给被测流体带来相当热量；对于细管型仪表若流体在管壁沉积垢层会影响测量值，而且易堵塞必须定期清洗。

结束语：过程检测仪表在工业测量中才会具有稳定性和可靠性, 才会为安全生产和提高经济效益提供可靠的保证。本文只是一己之见, 随着科学的飞速进步与飞速发展, 相信会出现许多更加科学、更加合理的消除过程检测仪表信号干扰的方法。

参考文献：

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