非自動衡器電磁兼容的研究分析

林永武

佛山市質量計量監督檢測中心 廣東佛山 528000

在電子技術飛速發展的背景下，我們所置身的電磁環境也日趨惡劣。因為電磁干擾導致非自動衡器產品性能下降，甚至影響衡器的正常工作，最嚴重的則能引起設備的損壞和質量事故。所以，對電磁環境進行保護和改善、提升電子衡器抗干擾的能力是相關部門要解決的問題。為了保證非自動衡器的精準度以及超高的穩定性，各個生產企業制造的電子衡器都務必要滿足一定的電磁兼容性的條件。本文將通過具體地試驗，分析研究非自動衡器電磁兼容的途徑，并提出該產品電磁兼容性改進的措施。

1 非自動衡器的電磁兼容性要求

在對電子衡器評定中，一項最重要的指標就是電磁兼容性，需要達到的目標就是電子衡器在諸多干擾的環境里能進行正常地工作，而且增差現象不會明顯發生或者發生明顯增差時可以做出有效的反應。當前，包括非自動衡器在內的電子衡器產品的質量標準中，都對電磁兼容性提出了測試的要求。國家標準GB/T14249．2-1993《電子衡器通用技術條件》，是相關企業制造電子衡器的通用標準指南，更是相關的技術監督管理機構對電子衡器實施樣機試驗、抽查、檢測和監督的關鍵依據。在這個規范的文件中，對衡器的電磁抗干擾的試驗做出相關的項目規定：靜電放電試驗、短時電源電壓低降試驗、電脈沖串試驗和電磁敏感性試驗。基于諸多個試驗等級構成的電磁抗干擾項目，對非自動衡器有如下的具體要求：

（1）在進行短時電源電壓低降試驗的過程中，要求對衡器的電源每十秒中斷一次，可以進行10 次的中斷，每次低降電壓達到100%時，時間可持續10 毫秒，當低降電壓達到50%時，時間可持續20 毫秒。

（2）在進行電脈沖串試驗的過程中，非自動衡器的供電線路中提供符合條件的正、負極脈沖串各為10 次，顯現1kV 的脈沖峰值幅度。

（3）在進行靜電放電試驗過程中，要求對作業人員可接觸的非自動衡器表面實施放電，可進行十次的放電，每10 秒進行一次放電，放電試驗的嚴苛標準為：不能超過8kV 的空氣放電，接觸放電不能高于6kV。

（4）在進行電磁敏感性試驗的過程中，要求把非自動衡器t置于特定的電磁場中，頻率范圍設定為26MHz-1000MHz，增強為每米3 伏特，采用1kHz 正弦波的調制信號，80%的調幅深度。

2 非自動衡器電磁兼容測試方法

對于非自動衡器電磁兼容抗干擾的性能測定中，是利用對生活中電磁環境的模擬讓一種干擾方式產生，對被測衡器設備（EUT）實施測試，然后評估被測試的設備的抗干擾性能影響程度。在JJF1834-2020《非自動衡器通用技術要求》的文件中，規定了抗干擾性能試驗中的電磁兼容項目，包括傳導射頻場抗擾度、脈沖群、交流電源電壓暫降和短時中斷、靜電放電、浪涌、輻射電磁場抗擾度。同時，對于服務于道路車輛供電的衡器的特殊要求，必須進行外接12V 或者24V 電磁電源線的電瞬態傳導以及利用電容耦合及電感耦合通過電源線以外的線路電瞬變傳輸試驗[2]。通常情況下，非自動衡器電磁兼容問題出現最多地試驗是脈沖群和輻射電磁場抗擾度、靜電放電，本文試驗的項目表現在下面幾個方面。

2.1 靜電放電

本文的試驗進行的是對接受試驗的設備（EUT）按照規定實施直接和間接的靜電放電。設定為3 級地試驗嚴酷等級，直流電壓的形式進行接觸放電，逐漸將電壓升級到6kV；空氣放電升級為8kV。在試驗前，被試驗的設備保持在恒定環境下的穩定性。試驗的過程至少要放電10 次，放電的間隔期不能低于10 秒鐘。試驗應該采用小試驗負荷進行。

2.2 脈沖群測試

該項目試驗是針對被試驗設備（EUT）實施特定電壓峰值的脈沖群，把正脈沖和負脈沖分別施加到試驗線路中，每個極性和幅值下對脈沖施加的保持時間不能低于1min。設定為2 級地試驗嚴酷等級，其中電源線采用1kV，信號為I/O、控制線和數據線為0．5kV。試驗之前，必須將接受試驗的設備穩定在一個恒定的條件下。該試驗采用小試驗載荷進行。

2.3 輻射電磁場抗擾度試驗

該試驗項目是將受試設備（EUT）放置特定的電磁場中進行。設定為3 級地試驗嚴酷等級。其中強場為每米10 伏特，其中調制的指標為：正弦波、80%AM，1kHz。接受試驗的設備置身的電磁場，必須保證特性和強度都符合嚴酷等級的要求，規定的試驗頻率范圍為（80-2000）MHz。

3 電磁兼容試驗結果分析

經過分析上面的非自動衡器電磁兼容不通過試驗結果，主要表現在下面四個因素[2]。第一，不合理的結構設計。在產品設計之初只是考慮加工簡單、方便裝配，忽略了EMC 的考量；第二，系統的主控制板位置布局不合理，在遭受干擾后導致內部芯片復位，不利于工作正常進行；第三，不合理的產品結構走線。弱電信號線和強電電纜并排布列進行纏繞，很容易通過輻射耦合把強電產生的干擾帶給信號線，形成干擾；第四，衡器的電路板設計不合理。在布局線路的時候沒有考慮到對電磁兼容性的影響，設計線路時忽略元件布局、去耦旁路設計、功能分區、進行數字和模擬分開等。以上四點因素的產生，一方面是一些企業技術者專業水平偏低，對系統的電磁兼容知識掌握不足，設計出的產品抗干擾能力弱；另一方面，一些企業為了降低成本削減研發經費，導致在電池兼容方面的設計和試驗經費不足。

4 非自動衡器的電磁兼容改進措施

盡管在20 世紀的90 年代，我國的相關標準中就對電子衡器電磁的兼容性作出了具體的規定，但因為高昂價格的電磁兼容試驗設備，以及高要求地試驗場地，導致試驗條件不具備，從而對電子衡器電磁兼容測試從最近幾年才真正開始。從最近幾年對電子衡器抽查結果分析，一些企業生產的電子衡器在電磁兼容方面依舊難以滿足國家的相關標準。究其產生的原因，不外乎上面所列舉的四方面原因。雖然這些衡器產品電磁兼容指標不合格，但沒有遭受外界大幅度干擾的時候依舊可以正常工作，而外界的干擾加大，就會產生增大誤差或者死機故障，對用戶的使用造成不良影響，利益也受到損害。針對一些電磁兼容不過關的衡器產品，為了提升其電磁抗干擾的能力，穩定其使用質量，在進行設計和生產中必須采取必要的改進措施：

（1）完善布局和結構。首先要合理地布局電子衡器所有功能模塊，例如盡量避免數字電路和模擬電路混在一起，要盡量將信號處理部分和電源模塊分開；其次，讓衡器的線路板與衡器外殼分離，或者裝置螺絲等凸起部分，最大限度降低靜電影響。

（2）減少線路板的數量。在進行設計的時候盡量讓各功能電路安排在一塊線路板上，同時要控制引線的數量，安裝中引線不能過長，必須將引線在適合的位置固定[3]。

（3）濾波措施要得當。在對電子衡器的設計時，不僅要有效濾波電源模塊，更要對不同的集成芯片裝置濾波電容，同時也要對信號處理電路實施必要的濾波措施，確保電子衡器即使遭受外界干擾也可以保證測量的精準度。

5 結語

綜上所述，電子衡器的質量和使用效率都和電磁兼容性是息息相關的。電磁兼容性是指同時置于一個電磁波環境中，能夠對各自功能實施執行的共存狀態，即可以正常發揮功能又互不干擾，實現真正意義的“兼容”狀態。針對非自動衡器的產品用于貿易結算，其兼容性的優劣不僅影響產品的性能和質量，也會影響工作的效率和聲譽。另外，其他電子計量器具涉及醫療衛生、安全防護、環境監測等領域，按照電子計量器具作業場地和功能特征，也會毫無例外地把電磁兼容性試驗作為驗證性能的標準，在此基礎上評價產品質量。在當今萬物互聯、大計量的時代里，衡器性能的穩定性和可靠性是整體質量的基礎，而可靠性又取決于電磁的兼容性，由此，加大對衡器電磁兼容性的深度研究是工作的重中之重。