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双绞/屏蔽应用实例

消除电磁干扰

在去年夏天炎热的一天,费城郊外的一家制造工厂里, 暖通空调安装人员正在准备测量他们所安装的设备的制 冷效果。 他们将一只热电偶探头插入一根崭新空调风管 中,这是完全重新设计的制冷系统的一部分,该系统将 使工厂闷热的环境成为历史。

暖通空调工作组期待着仪表读数远远低于90ºF的环境温 度。但他们却得到了超出预计的数值。温度仪表的LED 闪烁着999.9的数字。

“肯定不对,”工作组中的一名新员工盯着温度仪表 大喊到。一名经验更丰富的同事却没有如此疑惑。他很 快发现热电偶线通路太靠近空调压缩机电机了。温度仪 表不只是读取了探头感应到的热量。由于压缩机冲击未 屏蔽的热电偶线造成了电磁干扰,所以仪表会处于混乱 状态。

大多数电机会产生这样的电磁干扰(EMI)或噪声,称为 射频干扰(RFI)。许多其它电气装置也或多或少地产生电 磁干扰。在家里,电磁干扰源包括变光开关(产生起警 告作用的嗡嗡声)、屋顶风扇、电动跑步机一类运动器 械和微波炉。(早期微波炉的电磁干扰泄漏对装有心脏 起搏器的人构成危险,但当今政府对泄漏的严格限制以 及已成为心脏起搏器标准的屏蔽导线大大降低了这种担 忧。)

在工厂车间中,点焊机、弧焊机和感应焊机一类产生火 花的机械会产生严重的电磁干扰,计算机数控(CNC)车 床和铣床、由大电机驱动的其它设备、高亮度灯、继电 器和对讲机也会产生严重的电磁干扰。至于无所不在的 手机,它所发射的低等级能量可能不会影响费城工厂中 使用的那一类热监测系统。

 

可阻止该工厂中仪表谬误读数的是双绞/屏蔽热电偶线或 电缆 – 它们是抗电磁干扰的最经济有效的首选线材。

“屏蔽双绞线是一个良好的开端,因为温度仪表中的导 线如果不加以保护,就会起到天线的作用,”OMEGA工 程部长期负责电磁干扰问题的Frank Welsh先生说。 “热电偶探头设计用于感应温度,而不是电磁辐射。问 题出在热电偶电路会收集无关的信息,或者噪声,并将 其传送给仪表。”

在新泽西州布里奇波特市的OMEGA制造工厂,Welsh 负责管理消声室,这是一个非常安静的厚壁实验室,墙 壁上覆盖着成千上万块尖角泡沫隔音板。隔音板吸收电 磁波,使技术人员能够严格地控制Omega制造的温度仪 表、压力传感器和其它装置的测试。

布里奇波特工厂也是OMEGA生产双绞/屏蔽热电偶线的 地方 – 产量比其它任何工厂都大。通过屏蔽,热电偶线 起天线作用的地方缩小到一个小点,就是探头。在极端 情况下甚至探头也需要屏蔽,虽然很可能会以将读数时 间从几毫秒延长到几秒为代价。根据OMEGA专家的观 点,在传感装置上使用双绞/屏蔽热电偶线可将电磁干扰 降低500到1000倍,几乎能解决大多数应用中的问题。

“无论是用作预防措施还是解决已知噪声问题,双绞/ 屏蔽线都代表着一种经济型现场安装解决方案,”布里 奇波特工厂副总裁和工厂经理Jim Ferguson说。在接 到传感器的导线长于几英尺时,以及较大的电机有干 扰传感器读数的威胁时,OMEGA推荐使用双绞/屏蔽 线。“我们工厂的探头组件中使用的导线都是我们自 己生产的,因此您可以相信我们在遵守最高的质量标 准,”Ferguson补充道。

OMEGA的标准双绞/屏蔽热电偶线由PVC绝缘的、带 ANSI或IEC色标的线芯组成,线芯与镀锡铜排扰线绞 合在一起,再用镀铝聚酯带缠绕。缠绕层上再覆盖一层 PVC。镀铝聚酯带和排扰线用于阻止电磁干扰,PVC用 于防潮、防化学腐蚀、抗磨损、抗紫外线。有些制造商 只用聚乙烯进行绝缘,OMEGA还提供用于高端应用的聚 四氟乙烯绝缘。为达到极限耐用性和柔软性,可采用不 锈钢和镀锡铜编织屏蔽层,用镀锡铜提高电屏蔽效果。 长度范围从25英尺的方便线轴到10000英尺。

“制造电缆时,我们非常注重细节,”负责OMEGA元件 制造分部OEM销售的Robert Lesutis说:“我们在绞合 时将地线加在线芯之间的空隙中。我们的电缆制造是独 一无二的,因为将地线与线芯绞在一起,而非只将其附 在线芯面上。”

OMEGA还制造、储存和供应在探头和仪器连接处屏蔽 电气噪声的辅助产品,包括HGKMQSS系列低噪声热电 偶探头和高温标准连接器HFSTW-K-M,该连接器具有 抑制电磁干扰的锌铁氧体芯。公司还生产标准GST和微 型GMP低噪声连接器,可方便地线与探头和延长线的 连接。

对双绞/屏蔽线的最大需求可能来自使用大型自动化设备 的高科技制造商,如计算机芯片制造商或医疗设备生产 商。这些操作需要稳定地反馈实时数据,它们也会产生 很高的电磁干扰等级。过去主要在实验室中收集制造数 据,这是从电磁方面讲相对安静的环境。但现在,对于 那些能够消除噪声的能干之人来说,工厂车间本身就可 以成为一间充满信息的实验室。

用双绞/屏蔽线保护的传感器在航天应用中也很普遍,在 这类应用中,持续暴露于电磁干扰是标准状态。例如: 在空间探索和卫星通信中,如果这些应用所需的高级、


灵敏电子装置没有电磁 干扰屏障,宇宙射线( 极高频率的电磁波)将 会肆虐。

电流信号相对较抗电磁 干扰,与电压信号相比, 电流信号可以传输很长 的距离。因此,对于噪 声很大的应用,可以选 择在恶劣的环境中从电 压转为电流,例如使用 双绞/屏蔽线结合信号 调节器,如OMEGA的 iDRN/iDRX系列变送 器中的一种,安装在 35 mm DIN导轨上。该系列中的所有型号的设计都可直 接与各种传感器一起工作,而且一般不需要额外元件。

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