本文針對地磅出現的器件燒毀現象進(jìn)行了原因分析，提出了一些防護 措施技術(shù)，同時(shí)介紹了一套實(shí)際使用有效的防護部件，可以大大提高地磅的可靠性和穩 定性。

一、概述

地磅作為一種準確高效的計量器具在我 國已經(jīng)發(fā)展了 20多年了，我國已經(jīng)成為世界第一 大衡器制造國，地磅的技術(shù)已經(jīng)很成熟了， 產(chǎn)品應用也越來(lái)越普遍，已經(jīng)從城市發(fā)展到農村， 從廠(chǎng)礦企業(yè)發(fā)展到高速公路，從模擬傳感器地磅發(fā)展到了數字傳感器電子衡器，產(chǎn)品的使用 環(huán)境也不盡相同，特別是大型地磅，在使用 中經(jīng)常出現地磅莫名其妙的燒毀現象，給用 戶(hù)造成重大經(jīng)濟損失，影響電子衡器的正常使用。

雖然我國是地磅制造大國，但不是強國，與工業(yè)發(fā)達國家在衡器技術(shù)上還相差一定的距離， 特別是在產(chǎn)品的準確度、穩定性和可靠性等方面的 質(zhì)量指標難以達到工業(yè)發(fā)達國家的水平，因此需要 衡器界的科技人員潛心研究，緊跟國際先進(jìn)水平，迎頭趕上甚至超過(guò)工業(yè)發(fā)達國家的衡器水平。

面對不同的地磅使用廠(chǎng)家和環(huán)境，確保產(chǎn)品 穩定可靠地工作，特別是在微電子技術(shù)廣泛應用 在電子地磅的今天，應特別注重電子地磅的防護 問(wèn)題，提高衡器適應不同環(huán)境的能力和耐受干擾 的能力，使電子地磅可以在一定外來(lái)干擾或沖擊 的情況下能夠穩定、可靠地繼續工作，這就需要 進(jìn)行電子地磅防護技術(shù)的研究。

二、電子地磅燒毀的現象

在實(shí)際工作中經(jīng)常收到電子地磅數據不穩、 突然不能正常工作，在雷雨天后無(wú)法正常使用等 衡器故障，這嚴重影響衡器的使用，對這類(lèi)故障 的衡器進(jìn)行檢查后往往是儀表或傳感器損害造成 的，經(jīng)過(guò)綜合分析，現象主要有以下情況：

1.現場(chǎng)有干擾源，地磅的抗干擾能力不能滿(mǎn)足現場(chǎng)情況的要求，造成衡器數據不穩。

2.儀表有關(guān)器件或保護器件被燒毀，有或沒(méi) 有燒毀痕跡，如圖1、圖2所示。

3. —只或多只傳感器的應變計或保護器件被 燒毀，有或沒(méi)有燒毀痕跡，如圖3所示。

三、造成電子地磅燒毀的原因分析

1.對傳感器的分析

稱(chēng)重傳感器是通過(guò)由電阻應變式應變計組成 的惠斯通電橋實(shí)現重量到電信號轉換的，電阻應 變計是利用電阻的應變效應，將被測試件的應變 量轉換成電阻變化量的敏感元件，是目前使用最 廣泛的一種應變測試元件，箔式應變計的最大工 作電流一般是75?100mA，稱(chēng)重傳感器的供橋電壓 一般要求不超過(guò)15V，試驗表明，在輸出電阻為 350Q的傳感器電源側施加交流50V，很短時(shí)間內 就可燒壞；若施加交流90V，則瞬間即可燒壞； 若施加1.2/50微秒雷電波，在1500V時(shí)即可瞬間 燒壞，所謂燒壞就是傳感器中的一只或多只應變 計燒斷，無(wú)法組成惠斯通電橋，造成傳感器無(wú)正 常輸出。以上幾種試驗所燒毀稱(chēng)重傳感器與使用現場(chǎng)燒毀稱(chēng)重傳感器的現象完全相同，如圖3 (a)、(B所示。這從一個(gè)側面說(shuō)明了燒毀稱(chēng)重傳 感器的罪魁禍首是電壓過(guò)大。

2.對稱(chēng)重儀表的分析

稱(chēng)重儀表是電子衡器的重要組成部分，是電 子地磅的大腦，他主要由接收稱(chēng)重傳感器信號的 輸入接口、內部計算機、顯示、鍵盤(pán)、將稱(chēng)重數 據信息傳送出去的輸出接口等組成，通過(guò)對維修 情況進(jìn)行分析，儀表的輸入接口和輸出接口出現 故障的比例較高，主要是器件損壞，嚴重的出現 燒毀現象，從現象分析主要是儀表受到了高電壓、 大電流的沖擊，從路徑分析，主要是通過(guò)地線(xiàn) (如圖2所示）和接口數據線(xiàn)。

3.對電子地磅的分析

地磅主要由承載器（秤臺）、稱(chēng)重傳感 器、稱(chēng)重儀表以及計算機外設等組成，對于電子 地磅等大型衡器主要在室外安裝使用，秤臺、 傳感器在室外，與秤房有較大的距離，數據線(xiàn)較 長(cháng)，同時(shí)主要使用在廠(chǎng)礦、企業(yè)，電子衡器所處的工業(yè)環(huán)境比較復雜、惡劣，電源質(zhì)量較差，因 此容易受到外界環(huán)境的影響。

4.原因分析

根據電子地磅結構，儀表、傳感器的原理和 維修情況，處理經(jīng)驗以及相關(guān)理論可以判斷電子地磅在使用中易受到高電壓、大電流的沖擊破壞， 小則引起干擾，大則引起器件損壞，甚至引起爆 裂、燒毀，降低了產(chǎn)品的可靠性，嚴重影響用戶(hù) 使用和產(chǎn)品的聲譽(yù)。

造成地磅損壞、燒毀的真正原因是浪涌電壓。 浪涌電壓主要由雷擊、閃電，工業(yè)過(guò)電壓，靜電 感應，核磁輻射產(chǎn)生，在電子地磅方面，核磁輻 射可以不用考慮，主要研究雷擊、閃電，工業(yè)過(guò) 電壓和靜電感應。

地磅等大型衡器由于秤臺、傳感器主 要安裝在室外，因此易受雷擊、閃電、靜電感應 的影響；稱(chēng)重儀表部分主要安裝在室內，易通過(guò) 供電電源遭受工業(yè)過(guò)電壓和靜電感應的影響。當 浪涌電壓高于衡器能承受電壓值時(shí)必將引起衡器 的損壞。

為提高電子衡器應對浪涌電壓的能力，與衡 器有關(guān)的國際建議、國家標準在新修訂中均新增 加了抗擾度試驗，國標GB/T23111-2008《非自動(dòng) 衡器}等同采用了國際法制計量組織（OIMD國 際建議R76:2006《非自動(dòng)衡器》，國標中B.3.3浪 涌(沖擊)中規定，該測試項僅適用于：基于典 型安裝情況下，因浪涌產(chǎn)生的嚴重影響的危險是 可預見(jiàn)的，特別是室外安裝以及/或室內安裝但與 長(cháng)信號線(xiàn)連接的有關(guān)情況（線(xiàn)的長(cháng)度大于30m， 或無(wú)論其多長(cháng)，電纜的全部或部分安裝在建筑物 外)。這個(gè)要求正好適用于電子汽車(chē)衡等大型衡 器。國標規定只在電源線(xiàn)上進(jìn)行試驗，電壓峰值 要求：0.5kV (線(xiàn)-線(xiàn))和1kV (線(xiàn)-地），最大 允許變化是：在有干擾和無(wú)干擾的情況下，示值 變化應不大于e，或衡器能檢測到顯著(zhù)增差，并對 其作出響應。這項要求主要是從抗干擾的角度進(jìn) 行要求的，在實(shí)際使用中還應考慮能抗更大強度 的浪涌電壓而不使衡器受損。本國標沒(méi)有考慮傳 感器信號線(xiàn)受浪涌（沖擊的情況。

5.浪涌電壓參數

本文浪涌電壓主要指雷擊、閃電、工業(yè)過(guò)電 壓、靜電感應。

雷擊、閃電通過(guò)直擊雷和雷電感應對電子設 備產(chǎn)生破壞，雷擊損壞設備的渠道是室外傳輸線(xiàn) 路遭受雷擊、閃電帶來(lái)的電磁脈沖輻射和地電位 反擊。地磅等大型衡器由于秤臺、傳感器 主要安裝在室外，面積大，又是金屬，極易受到 直擊雷的攻擊。直擊雷蘊含極大的能量，峰值電 壓可高達5000kV，峰值電流可高達140kA，具有 極大的破壞力，因此電子地磅必須有防直擊雷措 施；據統計，全球80%的雷擊損失來(lái)自感應雷擊， 所謂感應雷，是指雷云放電時(shí)，在附近導體上產(chǎn) 生的靜電感應和電磁感應等現象，也稱(chēng)之為感應 雷擊。雷電在雷云之間或雷云對地的放電時(shí)，會(huì ) 在附近的電源線(xiàn)路、信號線(xiàn)路、埋地管道、設備 間連接線(xiàn)和鐵路鋼軌等等導體上產(chǎn)生靜電和電磁 感應過(guò)電壓，使串聯(lián)在線(xiàn)路中間或終端的電子設 備遭到損害，感應雷實(shí)際上是一個(gè)峰值高，持續 時(shí)間MS級的脈沖電流域電壓），又稱(chēng)為浪涌電 流域浪涌電壓），感應雷擊是沿導體傳播，并將 導體相連接的電器設備損壞。它的主要破壞對象 是弱電設備，由于雷電流可沿導體傳到很遠的地 方，因此，感應雷擊的破壞面很廣，人們經(jīng)常遇 到的沒(méi)有感覺(jué)到有雷擊而設備損壞了的情況，就 是遠處的感應雷電流傳過(guò)來(lái)所致。據IEEE指出， 電力線(xiàn)上的感應雷電流峰值不會(huì )大于10kA (8/20，雷電壓峰值不會(huì )大于20kV (1.2/50。

工業(yè)過(guò)電壓包括瞬間過(guò)電壓和臨時(shí)過(guò)電壓。 瞬間過(guò)電壓是由電氣短路、斷路、開(kāi)關(guān)電閘、感 性容性負載通斷引起的；臨時(shí)過(guò)電壓是由相線(xiàn)錯 誤、地線(xiàn)錯誤、零線(xiàn)斷路引起的。工業(yè)過(guò)電壓比 較復雜，可以產(chǎn)生幾百甚至幾千伏的脈沖電壓， 主要通過(guò)電源線(xiàn)傳輸，影響電子衡器。

人體的電容量大約為100至300pf，當人在地 毯上行走大約會(huì )產(chǎn)生25-40kV的高壓，人接觸衡 器時(shí)約會(huì )產(chǎn)生5到15kV/25ns的放電，這對極為敏 感的半導體回路產(chǎn)生干擾或破壞，國標 GB/T23111-2008《非自動(dòng)衡器》B.3.4靜電放電要 求衡器承受直接放電6kV，空氣放電8kV，最大允 許變化是：在有干擾和無(wú)干擾的情況下，示值變 化應不大于e，或衡器能檢測到顯著(zhù)增差，并對其 作出響應。

6.浪涌電壓對電子設備的危害

浪涌電壓對電子設備會(huì )造成部分或整體損壞，干擾正常功能，無(wú)法完成正常使用效果，設備加 速老化，縮短壽命；影響產(chǎn)品的可靠性，因此必 須高度重視并采取相應措施減小浪涌電壓對設備 的危害。

四、電子地磅的防護

浪涌電壓經(jīng)由電力線(xiàn)以及與外界有線(xiàn)纜聯(lián)系 的信號電路使電子設備損壞，因此電子衡器的防 護必須進(jìn)行系統防護才能有效阻止或減少浪涌電 壓對電子衡器的損壞，同時(shí)解決了防雷問(wèn)題也就 解決了防浪涌問(wèn)題，德國專(zhuān)家希曼斯基在《過(guò)電 壓保護理論與實(shí)踐中》提出了現代防雷保護的三 道防線(xiàn)：

(1)外部保護一將絕大部分雷電流直接引入 地下泄散；

(2）內部保護及過(guò)電壓保護一阻塞沿電源線(xiàn) 或數據線(xiàn)、信號線(xiàn)引入的侵入波危害設備；

(3）過(guò)電壓保護一限制被保護設備上雷電過(guò) 電壓幅值。

這三道防線(xiàn)相互配合，各盡其職，缺一不可。

電子衡器的防護更有其特殊性，電子衡器屬 于國家法制強檢計量器具，因此任何防護措施必 須確保不能影響地磅的計量性能，因此不能直接 拿在其他行業(yè)使用良好的裝置使用在電子地磅上， 應進(jìn)行大量的實(shí)驗和檢測，確保計量性能不受影 響并能起到可靠的保護作用。

根據電子地磅的結構、相關(guān)防護理論以及實(shí) 踐經(jīng)驗，提出以下防護措施：

(1)在地磅周?chē)O置有效的防直擊雷的避雷設施；

(2）提高地磅部件的防護能力，減少外界過(guò)電 壓的影響；

(3）做好線(xiàn)路的屏蔽處理，最大限度降低感應 過(guò)電壓的幅值；

(4）必要時(shí)在電源線(xiàn)或數據線(xiàn)、信號線(xiàn)入口處 增加防護部件，限制過(guò)電壓幅值使之達到地磅部 件可以承受的水平；

(5）在地磅輸入、輸出接口之間采取光電隔離 措施，減少設備之間的相互影響，提高系統可靠 性；

(6）正確可靠接地。嚴格按照相關(guān)標準規范進(jìn) 行接地處理，接地是一切防護的基礎，必須確保 接地正確可靠，否則會(huì )起到反作用，影響設備的可 靠使用。必須根據設備安裝的現場(chǎng)情況正確處理接 地電阻，防雷接地、設備接地、電源接地、屏蔽接 地之間的關(guān)系，使采取的防護措施安全有效；

(7）加強設備檢查保養，確保防護措施始終有 效。采取了保護措施并不是一勞永逸，應經(jīng)常檢 查防護部件是否處于良好的正常工作狀態(tài)。

五、介紹一套地磅防護系統

公司根據多年的 防雷研究設計出了一套防雷系統，可以有效降低 浪涌電壓對衡器的影響，可以大大提高地磅的防 護能力，提高了地磅的可靠性，并不影響衡器的 計量性能，其性能已通過(guò)山東省計量科學(xué)研究院 的檢測，現介紹給大家供參考。

(1)系統組成圖如圖4所示。

(2）系統組成及其作用。

本系統由電源防雷箱、防浪涌傳感器接線(xiàn)盒、 傳感器接口浪涌保護器、串行口光電隔離器組成 (如圖5所示，本系統的所有部件均可單獨使用， 只是保護范圍不同。本系統采用三級保護，可有 效保護衡器免受雷擊浪涌電壓的損壞。本系統所 有部件均可兼容金鐘公司現有大型衡器系統，不 需要對原有系統進(jìn)行改動(dòng)，可直接使用或去除。

a.電源防雷箱的作用是降低從電源側來(lái)的干 擾及浪涌電壓，電源防雷箱使用在衡器的電源輸 入端，所有衡器設備的電源都應經(jīng)過(guò)電源防雷箱。

b.傳感器接口浪涌保護器使用于儀表與數字 傳感器接線(xiàn)盒之間，傳感器接口浪涌保護器用于 保護稱(chēng)重儀表傳感器接口免受從衡器現場(chǎng)傳送的 雷擊浪涌高電壓的損壞。

C.防浪涌接線(xiàn)盒用于方便傳感器與稱(chēng)重儀表 的連接，不改變原來(lái)的結構，方便使用和兼容， 防浪涌接線(xiàn)盒用于保護傳感器免受雷擊浪涌高電 壓的損壞。

d.串行口光電隔離器使用于計算機與稱(chēng)重儀 表的串口之間，串行口光電隔離器用于保護稱(chēng)重 儀表免受由于計算機和稱(chēng)重儀表共地不良造成的 干擾和破壞。

在實(shí)際使用中應注意，若儀表、傳感器內部 已經(jīng)使用了防雷器件，有可能在使用傳感器接口 浪涌保護器和防浪涌接線(xiàn)盒時(shí)出現儀表跑數現象。

六、結束語(yǔ)

為提高電子地磅的可靠性和穩定性，提高電子地磅的防護能力是必要的，這巳經(jīng)越來(lái)越引起 行業(yè)內和用戶(hù)的重視，但電子地磅的防護有其特 殊性，不能簡(jiǎn)單照搬其他電子產(chǎn)品的防護措施， 在增加防護器件的同時(shí)，也應注重電子地磅的接 地技術(shù)和實(shí)際效果，同時(shí)更應注意保護系統的維 護保養，確保系統一直有效運行，真正成為電子地磅的保護神。