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

一、概述

地磅作為一種準(zhǔn)確高效的計(jì)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(yīng)用也越來越普遍，已經(jīng)從城市發(fā)展到農(nóng)村， 從廠礦企業(yè)發(fā)展到高速公路，從模擬傳感器地磅發(fā)展到了數(shù)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(xiàn)地磅莫名其妙的燒毀現(xiàn)象，給用 戶造成重大經(jīng)濟(jì)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(qiáng)國，與工業(yè)發(fā)達(dá)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(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性等方面的 質(zhì)量指標(biāo)難以達(dá)到工業(yè)發(fā)達(dá)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，迎頭趕上甚至超過工業(yè)發(fā)達(dá)國家的衡器水平。

面對不同的地磅使用廠家和環(huán)境，確保產(chǎn)品 穩(wěn)定可靠地工作，特別是在微電子技術(shù)廣泛應(yīng)用 在電子地磅的今天，應(yīng)特別注重電子地磅的防護(hù) 問題，提高衡器適應(yīng)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干擾或沖擊 的情況下能夠穩(wěn)定、可靠地繼續(xù)工作，這就需要 進(jìn)行電子地磅防護(hù)技術(shù)的研究。

二、電子地磅燒毀的現(xiàn)象

在實(shí)際工作中經(jīng)常收到電子地磅數(shù)據(jù)不穩(wěn)、 突然不能正常工作，在雷雨天后無法正常使用等 衡器故障，這嚴(yán)重影響衡器的使用，對這類故障 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)過綜合分析，現(xiàn)象主要有以下情況：

1.現(xiàn)場有干擾源，地磅的抗干擾能力不能滿足現(xiàn)場情況的要求，造成衡器數(shù)據(jù)不穩(wěn)。

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

3. —只或多只傳感器的應(yīng)變計(jì)或保護(hù)器件被 燒毀，有或沒有燒毀痕跡，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

稱重傳感器是通過由電阻應(yīng)變式應(yīng)變計(jì)組成 的惠斯通電橋?qū)崿F(xiàn)重量到電信號(hào)轉(zhuǎn)換的，電阻應(yīng) 變計(jì)是利用電阻的應(yīng)變效應(yīng)，將被測試件的應(yīng)變 量轉(zhuǎn)換成電阻變化量的敏感元件，是目前使用最 廣泛的一種應(yīng)變測試元件，箔式應(yīng)變計(jì)的最大工 作電流一般是75?100mA，稱重傳感器的供橋電壓 一般要求不超過15V，試驗(yàn)表明，在輸出電阻為 350Q的傳感器電源側(cè)施加交流50V，很短時(shí)間內(nèi) 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(yīng)變 計(jì)燒斷，無法組成惠斯通電橋，造成傳感器無正 常輸出。以上幾種試驗(yàn)所燒毀稱重傳感器與使用現(xiàn)場燒毀稱重傳感器的現(xiàn)象完全相同，如圖3 (a)、(B所示。這從一個(gè)側(cè)面說明了燒毀稱重傳 感器的罪魁禍?zhǔn)资请妷哼^大。

2.對稱重儀表的分析

稱重儀表是電子衡器的重要組成部分，是電 子地磅的大腦，他主要由接收稱重傳感器信號(hào)的 輸入接口、內(nèi)部計(jì)算機(jī)、顯示、鍵盤、將稱重?cái)?shù) 據(jù)信息傳送出去的輸出接口等組成，通過對維修 情況進(jìn)行分析，儀表的輸入接口和輸出接口出現(xiàn) 故障的比例較高，主要是器件損壞，嚴(yán)重的出現(xiàn) 燒毀現(xiàn)象，從現(xiàn)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，主要是通過地線 (如圖2所示）和接口數(shù)據(jù)線。

3.對電子地磅的分析

地磅主要由承載器（秤臺(tái)）、稱重傳感 器、稱重儀表以及計(jì)算機(jī)外設(shè)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(tái)、 傳感器在室外，與秤房有較大的距離，數(shù)據(jù)線較 長，同時(shí)主要使用在廠礦、企業(yè)，電子衡器所處的工業(yè)環(huán)境比較復(fù)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(jù)電子地磅結(jié)構(gòu)，儀表、傳感器的原理和 維修情況，處理經(jīng)驗(yàn)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(yán)重影響用戶 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)過電壓，靜電 感應(yīng)，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 電壓和靜電感應(yīng)。

地磅等大型衡器由于秤臺(tái)、傳感器主 要安裝在室外，因此易受雷擊、閃電、靜電感應(yīng) 的影響；稱重儀表部分主要安裝在室內(nèi)，易通過 供電電源遭受工業(yè)過電壓和靜電感應(yīng)的影響。當(dāng) 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(yīng)對浪涌電壓的能力，與衡 器有關(guān)的國際建議、國家標(biāo)準(zhǔn)在新修訂中均新增 加了抗擾度試驗(yàn)，國標(biāo)GB/T23111-2008《非自動(dòng) 衡器}等同采用了國際法制計(jì)量組織（OIMD國 際建議R76:2006《非自動(dòng)衡器》，國標(biāo)中B.3.3浪 涌(沖擊)中規(guī)定，該測試項(xiàng)僅適用于：基于典 型安裝情況下，因浪涌產(chǎn)生的嚴(yán)重影響的危險(xiǎn)是 可預(yù)見的，特別是室外安裝以及/或室內(nèi)安裝但與 長信號(hào)線連接的有關(guān)情況（線的長度大于30m， 或無論其多長，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衡等大型衡 器。國標(biāo)規(guī)定只在電源線上進(jìn)行試驗(yàn)，電壓峰值 要求：0.5kV (線-線)和1kV (線-地），最大 允許變化是：在有干擾和無干擾的情況下，示值 變化應(yīng)不大于e，或衡器能檢測到顯著增差，并對 其作出響應(yīng)。這項(xiàng)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(yīng)考慮能抗更大強(qiáng)度 的浪涌電壓而不使衡器受損。本國標(biāo)沒有考慮傳 感器信號(hào)線受浪涌（沖擊的情況。

5.浪涌電壓參數(shù)

本文浪涌電壓主要指雷擊、閃電、工業(yè)過電 壓、靜電感應(yīng)。

雷擊、閃電通過直擊雷和雷電感應(yīng)對電子設(shè) 備產(chǎn)生破壞，雷擊損壞設(shè)備的渠道是室外傳輸線 路遭受雷擊、閃電帶來的電磁脈沖輻射和地電位 反擊。地磅等大型衡器由于秤臺(tái)、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(yùn)含極大的能量，峰值電 壓可高達(dá)5000kV，峰值電流可高達(dá)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(jù)統(tǒng)計(jì)，全球80%的雷擊損失來自感應(yīng)雷擊， 所謂感應(yīng)雷，是指雷云放電時(shí)，在附近導(dǎo)體上產(chǎn) 生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)等現(xiàn)象，也稱之為感應(yīng) 雷擊。雷電在雷云之間或雷云對地的放電時(shí)，會(huì) 在附近的電源線路、信號(hào)線路、埋地管道、設(shè)備 間連接線和鐵路鋼軌等等導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電和電磁 感應(yīng)過電壓，使串聯(lián)在線路中間或終端的電子設(shè) 備遭到損害，感應(yīng)雷實(shí)際上是一個(gè)峰值高，持續(xù) 時(shí)間MS級(jí)的脈沖電流域電壓），又稱為浪涌電 流域浪涌電壓），感應(yīng)雷擊是沿導(dǎo)體傳播，并將 導(dǎo)體相連接的電器設(shè)備損壞。它的主要破壞對象 是弱電設(shè)備，由于雷電流可沿導(dǎo)體傳到很遠(yuǎn)的地 方，因此，感應(yīng)雷擊的破壞面很廣，人們經(jīng)常遇 到的沒有感覺到有雷擊而設(shè)備損壞了的情況，就 是遠(yuǎn)處的感應(yīng)雷電流傳過來所致。據(jù)IEEE指出， 電力線上的感應(yīng)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)過電壓包括瞬間過電壓和臨時(shí)過電壓。 瞬間過電壓是由電氣短路、斷路、開關(guān)電閘、感 性容性負(fù)載通斷引起的；臨時(shí)過電壓是由相線錯(cuò) 誤、地線錯(cuò)誤、零線斷路引起的。工業(yè)過電壓比 較復(fù)雜，可以產(chǎn)生幾百甚至幾千伏的脈沖電壓， 主要通過電源線傳輸，影響電子衡器。

人體的電容量大約為100至300pf，當(dāng)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(dǎo)體回路產(chǎn)生干擾或破壞，國標(biāo) 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：在有干擾和無干擾的情況下，示值變 化應(yīng)不大于e，或衡器能檢測到顯著增差，并對其 作出響應(yīng)。

6.浪涌電壓對電子設(shè)備的危害

浪涌電壓對電子設(shè)備會(huì)造成部分或整體損壞，干擾正常功能，無法完成正常使用效果，設(shè)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(yīng)措施減小浪涌電壓對設(shè)備 的危害。

四、電子地磅的防護(hù)

浪涌電壓經(jīng)由電力線以及與外界有線纜聯(lián)系 的信號(hào)電路使電子設(shè)備損壞，因此電子衡器的防 護(hù)必須進(jìn)行系統(tǒng)防護(hù)才能有效阻止或減少浪涌電 壓對電子衡器的損壞，同時(shí)解決了防雷問題也就 解決了防浪涌問題，德國專家希曼斯基在《過電 壓保護(hù)理論與實(shí)踐中》提出了現(xiàn)代防雷保護(hù)的三 道防線：

(1)外部保護(hù)一將絕大部分雷電流直接引入 地下泄散；

(2）內(nèi)部保護(hù)及過電壓保護(hù)一阻塞沿電源線 或數(shù)據(jù)線、信號(hào)線引入的侵入波危害設(shè)備；

(3）過電壓保護(hù)一限制被保護(hù)設(shè)備上雷電過 電壓幅值。

這三道防線相互配合，各盡其職，缺一不可。

電子衡器的防護(hù)更有其特殊性，電子衡器屬 于國家法制強(qiáng)檢計(jì)量器具，因此任何防護(hù)措施必 須確保不能影響地磅的計(jì)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(yīng)進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和檢測，確保計(jì)量性能不受影 響并能起到可靠的保護(hù)作用。

根據(jù)電子地磅的結(jié)構(gòu)、相關(guān)防護(hù)理論以及實(shí) 踐經(jīng)驗(yàn)，提出以下防護(hù)措施：

(1)在地磅周圍設(shè)置有效的防直擊雷的避雷設(shè)施；

(2）提高地磅部件的防護(hù)能力，減少外界過電 壓的影響；

(3）做好線路的屏蔽處理，最大限度降低感應(yīng) 過電壓的幅值；

(4）必要時(shí)在電源線或數(shù)據(jù)線、信號(hào)線入口處 增加防護(hù)部件，限制過電壓幅值使之達(dá)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(shè)備之間的相互影響，提高系統(tǒng)可靠 性；

(6）正確可靠接地。嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn) 行接地處理，接地是一切防護(hù)的基礎(chǔ)，必須確保 接地正確可靠，否則會(huì)起到反作用，影響設(shè)備的可 靠使用。必須根據(jù)設(shè)備安裝的現(xiàn)場情況正確處理接 地電阻，防雷接地、設(shè)備接地、電源接地、屏蔽接 地之間的關(guān)系，使采取的防護(hù)措施安全有效；

(7）加強(qiáng)設(shè)備檢查保養(yǎng)，確保防護(hù)措施始終有 效。采取了保護(hù)措施并不是一勞永逸，應(yīng)經(jīng)常檢 查防護(hù)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(hù)系統(tǒng)

公司根據(jù)多年的 防雷研究設(shè)計(jì)出了一套防雷系統(tǒng)，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(hù)能力，提高了地磅的可靠性，并不影響衡器的 計(jì)量性能，其性能已通過山東省計(jì)量科學(xué)研究院 的檢測，現(xiàn)介紹給大家供參考。

(1)系統(tǒng)組成圖如圖4所示。

(2）系統(tǒng)組成及其作用。

本系統(tǒng)由電源防雷箱、防浪涌傳感器接線盒、 傳感器接口浪涌保護(hù)器、串行口光電隔離器組成 (如圖5所示，本系統(tǒng)的所有部件均可單獨(dú)使用， 只是保護(hù)范圍不同。本系統(tǒng)采用三級(jí)保護(hù)，可有 效保護(hù)衡器免受雷擊浪涌電壓的損壞。本系統(tǒng)所 有部件均可兼容金鐘公司現(xiàn)有大型衡器系統(tǒng)，不 需要對原有系統(tǒng)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(cè)來的干 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(shè)備的電源都應(yīng)經(jīng)過電源防雷箱。

b.傳感器接口浪涌保護(hù)器使用于儀表與數(shù)字 傳感器接線盒之間，傳感器接口浪涌保護(hù)器用于 保護(hù)稱重儀表傳感器接口免受從衡器現(xiàn)場傳送的 雷擊浪涌高電壓的損壞。

C.防浪涌接線盒用于方便傳感器與稱重儀表 的連接，不改變原來的結(jié)構(gòu)，方便使用和兼容， 防浪涌接線盒用于保護(hù)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(jì)算機(jī)與稱重儀 表的串口之間，串行口光電隔離器用于保護(hù)稱重 儀表免受由于計(jì)算機(jī)和稱重儀表共地不良造成的 干擾和破壞。

在實(shí)際使用中應(yīng)注意，若儀表、傳感器內(nèi)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(hù)器和防浪涌接線盒時(shí)出現(xiàn)儀表跑數(shù)現(xiàn)象。

六、結(jié)束語

為提高電子地磅的可靠性和穩(wěn)定性，提高電子地磅的防護(hù)能力是必要的，這巳經(jīng)越來越引起 行業(yè)內(nèi)和用戶的重視，但電子地磅的防護(hù)有其特 殊性，不能簡單照搬其他電子產(chǎn)品的防護(hù)措施， 在增加防護(hù)器件的同時(shí)，也應(yīng)注重電子地磅的接 地技術(shù)和實(shí)際效果，同時(shí)更應(yīng)注意保護(hù)系統(tǒng)的維 護(hù)保養(yǎng)，確保系統(tǒng)一直有效運(yùn)行，真正成為電子地磅的保護(hù)神。