浅谈化工仪表的外部干扰及消除措施

2022-09-11

前言:化工仪表即化工自动化仪表, 是指在生产相关化工原料和产品的过程中, 对温度、压力、流量和液位等进行自动化控制和监测并以数据的方式显示出来的仪表。本文从横向干扰和纵向干扰两个角度对化工仪表外部干扰的原因进行了研究, 并针对横、纵向干扰的干扰因素进行了具体分析, 从而为解决化工仪表的外部干扰提出了合理性的意见。

一、化工仪表外部干扰的原因分析

由于在进行过化工生产的过程中, 生产环境较为复杂以及受温度、化工原料等不确定因素的影响, 因而导致化工仪表数据出现误差的的外部因素较多, 通常以横向和纵向干扰对其影响最为严重[1]。

1. 横向干扰

横向干扰即由于生产过程中相关机械和电流的电磁感应而产生的垂直干扰, 其干扰原理是在横向干扰中产生的电压通常在数毫伏到数十毫伏之间, 并且与仪表的测量信号相重叠, 从而使仪表出现误差, 影响化工生产。

(1) 突变电磁场

突变电磁长是横向干扰中最为常见的一种电磁干扰。在化工生产中较大功率的变压器、交流电动机以及电流较强的电网等生产机械周围普遍存在着较强的交变磁场, 由于场强较高, 因此对化工仪表导线中的电流产生垂直性的切割, 使导线产生交变电势, 从而对化工仪表产生干扰[2]。

(2) 电磁压力过高

由于在化工仪表附近存在高压配电柜、高压开关等高压设备时, 设备所产生的分布电容会在仪表导线的回路中产生较高强度的干扰电压, 使得仪表数据出现较大的误差。

(3) 输入回路中的高频影响

与高压电磁和突变电磁场的干扰相比, 高频电压对化工仪表的干扰较小。主要是由于在仪表的输入回路中存在电容或者电感的情况下, 在闭合或者断开仪表回路时, 相应接触器的触点蹦出火花, 且这些火花的干扰频率较高, 对触发电路产生了较大的影响。但是化工仪表的工作通常是在低频环境下进行的, 因而受到高频电压的影响相对较小一些[3]。

2. 纵向干扰

漏电电阻即绝缘电阻, 因为电容正负极之间的介质不是绝对的绝缘的, 而是一个有限的数值, 一般把534Ω-625Ω之间电阻成为漏电电阻。化工仪表的纵向干扰通常指的是漏电电阻产生的平行干扰, 通常情况下纵向干扰的电压在几伏特到几十伏特之间, 因而纵向干扰对化工仪表的影响通常是在其转变成横向干扰后才对仪表产生较大的影响[4]。

(1) 入地电流的影响

入地电流即在进行化工生产时, 在地面中流入的电流, 其与地磁场具有较为紧密的联系。在化工仪表附近存在如高压电气设备时, 由于其功率较大, 通常会出现因为其设备的绝缘性能较低使其对地面漏电, 从而导致了地面下流入强度过大的电流, 由于电流的作用, 使得在生产过程中化工设备与地面的各个连接点就会出现较大的电位差, 而通常在仪表对数据进行测量的过程中, 会在其回路中出现两个或者两个以上的接地点, 从而将不同接地点的电位差导入了仪表的回路中, 使得仪表产生了较大的误差。

(2) 电流泄露的干扰

电流泄露对化工仪表产生的纵向干扰通常是在其绝缘材料老化时, 由于生产过程中的一种变量的不同信号同时传输到仪表中, 使线路漏电从而影响到其他变量信号的传输。例如, 在利用电加热器、电解槽等以电能作为生产方式的控制系统中, 由于连接仪表的信号传感器漏电, 使其接触到有电物体从而对化工仪表产生较大的干扰。另外一种情况则是在仪表自身对变量的检测过程中, 由于输电端采用的是220V的电压进行输电, 则会造成信号线的短路, 烧坏仪表。

二、化工仪表外部干扰的消除措施

1. 横向干扰的消除

(1) 屏蔽电磁场

屏蔽仪表外部的磁场是减少仪表横向干扰对其产生影响的主要手段。通过用具有导电性能的穿线管将仪表的电缆线包裹起来, 再将穿线管接入地面, 可以有效地屏蔽功率较大的仪器对仪表产生的电磁干扰。由于金属材质的电磁阻力相对较小, 使得大功率的变压器所产生的交变磁场将无法切割仪表的电缆线, 而在包裹后穿线管可以将突变电磁场产生的干扰电压减小到原来的1/20。另一方面, 通过将电缆线进行绕合在包入到穿线管中, 也可以将电磁干扰减少为原来的1/10, 有效地较少了化工仪表的横向干扰[5]。

(2) 设置滤波电路

当化工仪表中的输入信号源和输出驱动的原件是感性原件时, 由于感性原件具有较强的存储功能, 导致了在相关节点闭合时会产生电弧, 而断开时将产生比电源电压还要高的反电势, 从而对化工仪表产生较大的干扰。通过在信号源的输入端口接入L-C的或者R-C的滤波电路, 可以有效地减少闭合电弧和高压反电势对其产生的干扰, 同时也有效地拦截了其他频率的干扰信号[6]。

(3) 距离法

由于磁力开关以及电抗器所产生的磁场对化工仪表的干扰较大, 而想要通过屏蔽法对其产生的电磁场进行评比是较不现实的, 因而就需要采用相应的被动抑制磁场的措施。由于在直线电流所产生的磁场中, 磁通密度与仪表电缆线的距离是成反比的, 而在磁场耦合的干扰下, 在电缆线的回路中所形成的串联干扰电压则与磁通密度成正比, 因此通过扩大化工仪表信号线与相应干扰源之间的距离可以有效地减少仪表信号线与干扰源之间的互感耦合作用, 从而降低仪表电缆线两端的耦合干扰。

2. 纵向干扰的消除

(1) 放大器浮空与隔离变压器的设置

将放大浮空器与化工仪表之间不进行连接可以有效地减小纵向干扰对仪表产生的影响。通过在放大浮空器与化工仪表之间加入绝缘材料, 从而提升放大器的高度, 将其与化工仪表隔离, 进而切断纵向干扰电压。通过对放大器进行浮空设置有效地避免了电压泄露, 防止了了仪表的纵向干扰[7]。

(2) 接地法

通过接地法减小仪表的纵向干扰通常分为两种情况。第一种则是单点接地法, 在1-10兆赫兹的范围中, 采用单点接地时, 需要注意接入地面的线路长度要控制在波长的1/20以下, 则可以有效的避免地电流泄露对仪表产生的干扰。另一种方法则是多点接地法, 通过该种方法将仪表信号线进行接地较为灵活, 只需要注意多个接地点的正确选择即可, 但如果信号的频率在10兆赫以上时, 则必须采用多点接地的方法分担漏电电流[8]。

结论

本文通过从仪表的横向干扰和纵向干扰两个方面对影响仪表的外部干扰因素进行分析, 并提出了运用屏蔽发、滤波法、隔离法和接地法等多种方法降低化工仪表外部干扰的具体措施, 可见, 通过对化工仪表的外部干扰因素进行有效分析并提出解决的办法对未来我国化工企业提高产品质量、增加经济效益具有重要的作用和意义。

摘要：随着社会主义现代化的不断发展和社会生产力水平的不断提高, 我国的化工行业在近年来取得了显著的成就。化工仪表作为化工生产中的重要工具, 对化工、炼油等生产过程中各个变量的监测和显示具有重要的作用。本文针对化工仪表的外部干扰因素进行分析, 并针对相关问题为解决化工仪表外部干扰提出了合理的意见和建议。

关键词：化工仪表,外部干扰,因素,必要性,消除措施