一、數(shù)字傳感器廣泛應(yīng)用，稱重儀器儀表接口電路的雷擊防護(hù)越來越重要數(shù)字傳感器具有可靠性高、防**、抗干擾能力強(qiáng)和信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的用戶歡迎。由于大多數(shù)多傳感器稱重設(shè)施都安裝在室外，特別是數(shù)字式汽車衡和軌道衡等大型衡器，其數(shù)字式傳感器金屬外殼很容易引來雷電襲擊。雷擊過電壓產(chǎn)生的尖峰脈沖侵入傳感器與儀器儀表之間的連線，使得連線上的電壓幅值遠(yuǎn)高于儀器儀表的工作電壓值而導(dǎo)致儀器儀表燒壞，從而使得稱重系統(tǒng)無法正常工作，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。可見，對(duì)數(shù)字傳感器儀器儀表接口電路的雷擊防護(hù)越來越顯得重要。

　　二、數(shù)字傳感器儀器儀表雷擊防護(hù)的基本方法和技術(shù)舉措2.1數(shù)字傳感器儀器儀表感應(yīng)雷擊的特點(diǎn)雷電是大氣中自然放電現(xiàn)象，雷電的破壞作用主要由以下幾種方面引起：直擊雷：直擊雷是雷電直接擊在建筑物上。球形雷：球形雷主要是沿建筑物的孔洞或開著的門窗進(jìn)入室內(nèi)，有的由煙囪或通氣管道滾進(jìn)樓房，一般發(fā)生的較少，只有在一些特殊的地理環(huán)境或者特殊的基站位置上才會(huì)有球形雷的發(fā)生。雷電感應(yīng)：感應(yīng)雷擊是由于雷雨云的靜電感應(yīng)或放電時(shí)的電磁感應(yīng)作用，使建筑物上的金屬物件，如管道、電線等感應(yīng)出與雷雨云電荷相反的電荷，造成放電所引起。感應(yīng)雷雖沒直擊雷猛烈，但發(fā)生機(jī)率卻要比直擊雷高，且不論雷云對(duì)地閃擊或雷云間閃擊都有可能造成災(zāi)害。此外直擊雷一次只能襲擊一個(gè)小范圍的目標(biāo)，而感應(yīng)雷則可以在一個(gè)大范圍內(nèi)多個(gè)小局部同時(shí)產(chǎn)生過壓現(xiàn)象。

　　目前，各種大型電氣設(shè)施和高大建筑物(廠房)都設(shè)有較為完善的防雷擊舉措，能有效地防止雷

　　電的直接侵害，但防感應(yīng)雷電的效果確實(shí)很一般。由于感應(yīng)雷電防不勝防，因此本預(yù)設(shè)主要考慮數(shù)字傳感器儀器儀表對(duì)感應(yīng)雷擊承受能力。

　　在IEC-1024標(biāo)準(zhǔn)中，把一個(gè)建筑物內(nèi)的電源輸入線及數(shù)據(jù)線所能感應(yīng)到的*高電壓及電流分為A-E五區(qū)，本儀器儀表的安裝位置屬于B區(qū)。每區(qū)的*高感應(yīng)電壓及電流又以此建筑物的所在位置不同而分為高、中、低雷擊風(fēng)險(xiǎn)度，不同的風(fēng)險(xiǎn)度有不同的感應(yīng)電壓及電流。

　　又根據(jù)IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)附錄A中的規(guī)定，本儀器儀表的安裝類別屬于4類。按表A1所規(guī)定的試驗(yàn)等級(jí)，4類安裝方式的浪涌電壓不超過4kV，且電源線和數(shù)據(jù)線按同一等級(jí)試驗(yàn)。

　　因此，本儀器儀表數(shù)據(jù)線上的雷電感應(yīng)電壓及電流，按表2、B區(qū)電源輸入雷電感應(yīng)規(guī)定的中度雷擊風(fēng)險(xiǎn)度來考核。

　　2.2數(shù)字傳感器儀器儀表雷擊防護(hù)的舉措根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本儀器儀表將進(jìn)行雷擊測(cè)試。雷擊發(fā)生器的一端接于數(shù)字傳感器外殼，傳感器和儀器儀表外殼通過屏蔽電纜可靠連接，儀器儀表外殼再通過電纜串聯(lián)采樣電阻后接至發(fā)生器的另一端。

　　對(duì)于某一過壓或過流沖擊脈沖，經(jīng)過**保護(hù)以后，仍會(huì)有殘余電壓流至后繼電路。若后繼電路不能承受殘余電壓的沖擊，同樣會(huì)損壞核心電路，因此對(duì)儀器儀表接口電路采取多級(jí)防護(hù)舉措。

　　2.2.1信號(hào)線上的防雷擊保護(hù)信號(hào)線上的保護(hù)***保護(hù)：氣體放電管。由于被保護(hù)電路能承受的*高電壓為80V，故選擇的氣體放電管的直流起弧電壓為90±20，浪涌起弧電壓小于500V(1kV/us);**級(jí)保護(hù)：壓敏電阻 限流電阻。由于被保護(hù)電路正常工作時(shí)電壓為5V左右，壓敏電阻的標(biāo)稱電壓應(yīng)大于5×1.5=7.5V，反應(yīng)速度小于0.5ns.當(dāng)電壓上升速率為1kV/us的浪涌波入侵時(shí)，由于氣體放電管到達(dá)500V的起弧電壓需0.5us，因此壓敏電阻將先起動(dòng)。

　　1)流過壓敏電阻浪涌電流計(jì)算：由于浪涌波入侵的前0.5us，氣體放電管未導(dǎo)通時(shí)，電阻大于10GΩ，因此浪涌電流將全部流入壓敏電阻，電流為：IS=500V/(2 4.7Ω)=74.6A從壓敏電阻的V/I特性曲線上可查得，CT1206K20G可將電路電壓箝位在90V.考慮到±10的誤差后，VS=90×0.9/1.1=73.6V壓敏電阻上實(shí)際流過的浪涌電流為：IS=(500-74.6)/(2 4.7)=63.5A根據(jù)IEC61000-4-5要求，所選壓敏電阻必須能承受連續(xù)的十次，幅值為63.5A、波形為8/20us的浪涌電流沖擊。由圖6可查得：t=20us、十次沖擊，對(duì)應(yīng)的Isurge，max為69A，大于63.6A.2)吸收能量計(jì)算：W=74.6V×63.5A×20×10-6S=0.09J<0.7J(器件允許的*大值)

　　由此可得：CT1206K20G可滿足保護(hù)電路的要求。

　　2.2.2電源線上的防雷擊保護(hù)電源線上的保護(hù)為：***保護(hù)：壓敏電阻。由于被保護(hù)電路正常工作時(shí)電壓為12V左右，壓敏電阻的標(biāo)稱電壓應(yīng)大于12×1.5=18V，反應(yīng)速度小于0.5ns;**級(jí)保護(hù)：瞬態(tài)抑制二極管。由于被保護(hù)電路能承受的*高電壓為100V，故選擇擊穿電壓為的100V的二極管，反應(yīng)速度為10kV/us.由于電源線路的內(nèi)阻較低，加上氣體放電管被擊穿時(shí)電阻也很低，而此時(shí)流過的浪涌電流非常大，可能高達(dá)數(shù)kA，極易燒壞氣體放電管，因此電源線上不宜采用氣體放電管進(jìn)行保護(hù)。

　　當(dāng)電壓上升速率為1kV/us的浪涌波入侵時(shí)，由于瞬態(tài)抑制二極管要達(dá)到100V的擊穿電壓需10ns，因此壓敏電阻將先起動(dòng)，保護(hù)器件響應(yīng)的順序。

　　流過壓敏電阻的浪涌電流計(jì)算及功率計(jì)算同信號(hào)線。

　　2.3保護(hù)器件使用的注意事項(xiàng)：下面是保護(hù)器件在使用中建議的注意事項(xiàng)：1)器件的擊穿電壓。擊穿電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護(hù)效果與使用壽命。如果擊穿電壓高于被保護(hù)電路能承受的*大電壓，則起不到過電壓保護(hù)作用;如果擊穿電壓過低，則保護(hù)器件容易誤動(dòng)作或被擊穿，從而影響電路的正常工作。

　　2)器件的動(dòng)作時(shí)間。器件的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)快于線路響應(yīng)時(shí)間，搶先一步將過電壓限制在**范圍內(nèi)。

　　3)器件可通過的峰值電流應(yīng)滿足預(yù)設(shè)要求。

　　保護(hù)器件應(yīng)該對(duì)后繼電路**可靠并具有良好的可恢復(fù)性。如果選用的器件不能承受實(shí)際過大的峰值電流，就會(huì)導(dǎo)致該器件的損壞，使被保護(hù)電路不得不進(jìn)入維修期。

　　4)器件引線對(duì)干擾抑制的影響。器件的引線過長(zhǎng)，因其的感抗作用，會(huì)對(duì)器件限壓有很大影響。如氣體放電管，在其導(dǎo)電瞬間有很大的電流通過，引線越長(zhǎng)，引線電感產(chǎn)生的附加感應(yīng)電壓(U=Ldi/dt)就越大，因此在瞬態(tài)電流通過時(shí)，在引線上會(huì)產(chǎn)生瞬間高壓，對(duì)被保護(hù)設(shè)施不利。

　　5)器件的接地。器件的接地線應(yīng)盡量短而粗，并可靠連接，以保證瞬變過電壓產(chǎn)生的能量被快速泄放到地，將后級(jí)電路的電壓限制在**范圍內(nèi)。

　　三、數(shù)字傳感器儀器儀表防雷測(cè)試要求和方法在數(shù)字式儀器儀表預(yù)設(shè)之前，對(duì)與本產(chǎn)品相關(guān)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研討剖析，以指導(dǎo)產(chǎn)品預(yù)設(shè)和測(cè)試，從而使產(chǎn)品具備更好的防雷性能。

　　3.1IEEEStd4-1995：高電壓測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd4-1995標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)試驗(yàn)程序和被試品的一般要求，試驗(yàn)電壓和電流的產(chǎn)生，試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)果的處理方法，試驗(yàn)是否合格的判據(jù)和人工污穢試驗(yàn)的要求。在9.1.8“標(biāo)準(zhǔn)脈沖電流”章節(jié)中列出了常用的脈沖電流波形，其中包括8/20us短路電流波形。

　　結(jié)論：由于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)適用于額定電壓在1000V以上的設(shè)施，因此本儀器儀表不屬于此類設(shè)施，但在測(cè)試過程中使用的設(shè)施和方法按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。使用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的8/20us短路電流波形進(jìn)行測(cè)試。

　　3.2IEC62305-1：雷電保護(hù)———第1部分：總則IEC62305-1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雷電保護(hù)的基本原則、選擇雷電防護(hù)舉措的方法及雷電防護(hù)等級(jí)(LPL)。

　　并在附錄中提供了雷擊電流參數(shù)、用于剖析目的的雷擊電流時(shí)間參數(shù)、試驗(yàn)?zāi)康挠玫睦讚綦娏鞯哪M等參數(shù)。

　　在附錄E的表E.2中定義了低電壓系統(tǒng)的測(cè)試波形和峰值：結(jié)論：IEC62305-1標(biāo)準(zhǔn)中的一些脈沖波形和峰值電流不適用于本儀器儀表測(cè)試，但感應(yīng)雷：8/20us波形，≤5kVApk適用于本表。

　　3.3IEC61000-4-5：電磁兼容試驗(yàn)與測(cè)量技術(shù)-第五部分：浪涌抗擾度試驗(yàn)本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了設(shè)施對(duì)由開關(guān)和雷電瞬變過電壓引起的單極性浪涌沖擊的抗擾度要求、試驗(yàn)方法和推薦的試驗(yàn)等級(jí)范圍，規(guī)定了幾個(gè)與試驗(yàn)環(huán)境和安裝狀態(tài)有關(guān)的試驗(yàn)等級(jí)。附錄B中列出了不同的安裝類別，附錄A介紹了用于不同安裝情況下設(shè)施的試驗(yàn)等級(jí)選擇。圖13描述了通過屏蔽電纜連接的兩個(gè)接地設(shè)施的浪涌抗擾度試驗(yàn)方法。