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稱(chēng)重儀表工作原理
各部分作用如下:
放大器和濾波部分, 將L/ C 輸出的微弱模擬m V 級(jí)電信號(hào)放人到V 級(jí)井濾除高頻成份,A/ D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào), 微處理器將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行一系列邁算和處理, 送往顯示器進(jìn)行顯示。電源部分則為籍個(gè)電路提供所需六流電壓或交流電壓。

稱(chēng)重儀表線路的抗干擾設(shè)計(jì)
(一) PCB 抗干擾設(shè)計(jì)
從稱(chēng)重儀表的l:作原理可以看出, 稱(chēng)重儀表的PCB 設(shè)計(jì)七要包括: 模擬部分的設(shè)計(jì)、Ac /D C 電源部分設(shè)計(jì)、微處理器數(shù)字部分設(shè)計(jì)、顯示按鍵設(shè)計(jì)兒部分。電源濾波器和變幾器體積較人, 一般不安裝到線路板。
l 電源部分設(shè)計(jì)
稱(chēng)重儀表的AC/ DC 電源土要包括模擬部分電源, 此電源一般為DC12 V, 這部分電源的穩(wěn)定性要求較高, 應(yīng)遠(yuǎn)離板子上的高壓部分和交流電源部分: 另部分為數(shù)‘多部分電源及顯示部分電源, 由于電源部分相對(duì)來(lái)說(shuō)功率比較人, 熱址比較集中, 從散熱及其對(duì)其他電路部分的影響考慮, 一般稱(chēng)重儀表的電源部分單獨(dú)做塊線路板。若不是單獨(dú)做板,也應(yīng)將電源部分集中放置在整個(gè)PC B 板的一側(cè), 模擬部分的供電靠近模擬器件布置。具體布線時(shí), 電源部分地線應(yīng)按人面積地和單點(diǎn)接地原則進(jìn)行布置, 線條盡斌粗而短, 過(guò)孔盡量少。
2 模擬部分設(shè)計(jì)
由于模擬部分傳輸?shù)氖悄M信號(hào), 模擬信號(hào)很易受到各種干擾而使稱(chēng)量不準(zhǔn)或不穩(wěn)定, 因此, 模擬部分的PCB 設(shè)計(jì)是稱(chēng)重儀表PCB 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。以下兒點(diǎn)是實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié), 共同行參考。
(1) 從抗干擾角度考慮, 將模擬部分單獨(dú)做成一塊線路板, 減少稱(chēng)重儀表的其他電路對(duì)他的干擾, 整個(gè)板子用金屬殼屏蔽, 減少外界電磁場(chǎng)的干擾。
(2 ) 傳感器輸出的信號(hào)線間設(shè)置一條模擬地線(模擬部分的地), 減少信號(hào)之間的串?dāng)_, 兩信號(hào)線間加滌綸膜濾波電容。
(3 ) 整個(gè)模擬部分的元器件集中放置, 四周用大面積模擬地包圍。
(4 ) 除各集成電路的電源和地之間均設(shè)置去禍電容外, 模擬電源與模擬地之間、模擬地與數(shù)字地之間配置lu F 的去禍電容, 一方面作為電源的蓄能元件, 一方面旁路高頻噪聲。不然電脈沖串一項(xiàng)測(cè)試則可能不合格。
(5) 將傳感器的彈性體(一般傳感器生產(chǎn)廠家將彈性體與傳感器信號(hào)線的屏蔽層相接) 與模擬地相接。
3 數(shù)字部分設(shè)計(jì)
稱(chēng)重儀表的數(shù)字部分土要包括微處理器和各種邏輯門(mén)電路。
實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題:
(l) 微處理器的復(fù)位電路及時(shí)鐘電路應(yīng)靠近微處理器;
(2 ) 盡量減少邏輯門(mén)電路器件的電源線與地線的公共阻抗, 即減少其電源線和地線
的公共部分, 減小其電流回路環(huán)。
(3) 將數(shù)字地和模擬部分地線分開(kāi), 最后單點(diǎn)相接。
4 顯示按鍵部分設(shè)計(jì)
這一部分線路板設(shè)計(jì)一般應(yīng)根據(jù)具體尺寸要求放置各元器件, 但因其是人機(jī)接口部分, 所以這部分的設(shè)計(jì)應(yīng)注意防水設(shè)計(jì)。各印制線條應(yīng)盡量遠(yuǎn)離板子邊緣部分, 另外需注意的是, 這一部分的地線與數(shù)字地、模擬部分地線應(yīng)遵循一點(diǎn)接地原則; 例如在顯示器與按鍵板上的不良接地, 當(dāng)顯示數(shù)值在去皮范圍內(nèi)時(shí), 執(zhí)行“ 去皮” 功能, 出現(xiàn)顯示器不能歸零現(xiàn)象。
對(duì)電子汽車(chē)衡等需要進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)的衡器, 其儀表部分PCB 的不良接地或不接地將引起器件燒毀和報(bào)廢, 造成嚴(yán)重的后果。更應(yīng)注意的是這一部分含有30 多伏的高壓, 而且傳輸?shù)氖亲兓拿}沖信號(hào), 若離模擬部分較近, 則可能引起稱(chēng)舉不準(zhǔn), 所以這一部分應(yīng)遠(yuǎn)離模擬部分。
(二) 線路的EMC 設(shè)計(jì)
EMC 即電磁兼容性。稱(chēng)重儀表功率不大, 因此對(duì)EMC 設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮外部電磁干擾對(duì)它的影響。
下面幾點(diǎn)是實(shí)際l: 作中采用的確C 設(shè)計(jì)方法:
1 電源部分
電源部分易受電磁干擾部分主要為交流2 20V 進(jìn)線處及變壓器輸出繞組部分, 對(duì)這兩部分的設(shè)計(jì)采取了如「對(duì)策:¹ 交流220V 進(jìn)線在磁環(huán)上纏繞1 周半;變壓器輸出繞組纏繞一層屏蔽網(wǎng), 然后將屏蔽網(wǎng)與導(dǎo)線一起在磁環(huán)上纏繞1 周平由于模擬部分傳輸?shù)氖悄M信號(hào), 模擬信號(hào)很易受到各種干擾而使稱(chēng)量不準(zhǔn)或不穩(wěn)定, 因此, 模擬部分的PCB 設(shè)計(jì)是稱(chēng)重儀表PCB 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。以下兒點(diǎn)是實(shí)際作中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié), 共同行參考。
(1) 從抗干擾角度考慮, 將模擬部分單獨(dú)做成一塊線路板, 減少稱(chēng)重儀表的其他電路對(duì)他的干擾, 整個(gè)板子用金屬殼屏蔽, 減少外界電磁場(chǎng)的干擾。
(2 ) 傳感器輸出的信號(hào)線間設(shè)置一條模擬地線(模擬部分的地), 減少信號(hào)之間的串?dāng)_, 兩信號(hào)線間加滌綸膜濾波電容。
(3 ) 整個(gè)模擬部分的元器件集中放置, 四周用大面積模擬地包圍。
(4 ) 除各集成電路的電源和地之間均設(shè)置去禍電容外, 模擬電源與模擬地之間、擬地與數(shù)字地之間配置lu F 的去禍電容, 一方面作為電源的蓄能元件, 一方面旁路高頻噪聲。不然電脈沖串一項(xiàng)測(cè)試則可能不合格。
(5) 將傳感器的彈性體(一般傳感器生產(chǎn)廠家將彈性體與傳感器信號(hào)線的屏蔽層相接) 與模擬地相接。
3 數(shù)字部分設(shè)計(jì)
稱(chēng)重儀表的數(shù)字部分土要包括微處理器和各種邏輯門(mén)電路。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題:
(l) 微處理器的復(fù)位電路及時(shí)鐘電路應(yīng)靠近微處理器;
(2 ) 盡量減少邏輯門(mén)電路器件的電源線與地線的公共阻抗, 即減少其電源線和地線的公共部分, 減小其電流回路環(huán)。
(3) 將數(shù)字地和模擬部分地線分開(kāi), 最后單點(diǎn)相接。
4 顯示按鍵部分設(shè)計(jì)
這一部分線路板設(shè)計(jì)一般應(yīng)根據(jù)具體尺寸要求放置各元器件, 但因其是人機(jī)接口部分, 所以這部分的設(shè)計(jì)應(yīng)注意防水設(shè)計(jì)。各印制線條應(yīng)盡量遠(yuǎn)離板子邊緣部分, 另外需
注意的是, 這一部分的地線與數(shù)字地、模擬部分地線應(yīng)遵循一點(diǎn)接地原則; 例如在顯示器與按鍵板上的不良接地, 當(dāng)顯示數(shù)值在去皮范圍內(nèi)時(shí), 執(zhí)行“ 去皮” 功能, 出現(xiàn)顯示
器不能歸零現(xiàn)象。
對(duì)電子汽車(chē)衡等需要進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)的衡器, 其儀表部分PCB 的不良接地或不接地將引起器件燒毀和報(bào)廢, 造成嚴(yán)重的后果。
更應(yīng)注意的是這一部分含有30 多伏的高壓, 而且傳輸?shù)氖亲兓拿}沖信號(hào), 若離模擬部分較近, 則可能引起稱(chēng)舉不準(zhǔn), 所以這一部分應(yīng)遠(yuǎn)離模擬部分。
對(duì)以上兩項(xiàng), 采用金屬外殼的稱(chēng)重儀表不必采用, 但對(duì)采用其它不導(dǎo)電材料的外殼
稱(chēng)重儀表, 則必須進(jìn)行以上處理;
1 濾波器外殼與交流220V 地線可靠相接。
2 傳感器線與儀表接合處, 應(yīng)用金屬材料密封; 進(jìn)入表內(nèi)至印制線路板部分的導(dǎo)線可在磁環(huán)上纏繞1 周、}戒后連接;
3 顯示器離線路板較遠(yuǎn)的儀表, 例如計(jì)價(jià)秤的后顯示離士板有近半米的距離, 電纜線較長(zhǎng), 在電纜線上纏繞一層金屬屏蔽網(wǎng), 可起到很好的抗電磁輻射效果:
4 對(duì)采用金屬外殼的儀表, 顯示窗處及按鍵應(yīng)采取屏蔽措施。例如在顯示窗處粘貼屏蔽網(wǎng), 但應(yīng)不影響觀察效果, 滌綸膜按鍵在制作時(shí)在夾層中增加屏蔽層; 對(duì)非金屬材料的外殼, 除了采取以上方法外, 還應(yīng)在外殼的內(nèi)表面噴涂或粘貼導(dǎo)電材料, 達(dá)到好的電磁屏蔽效果。
根據(jù)J G 555一9 6 《非自動(dòng)秤通用檢定規(guī)程》的12 . 3 條干擾性能測(cè)試的短時(shí)電源電壓降低、電脈沖串、靜電放電和抗電磁輻射的要求, 在有干擾和無(wú)干擾情況卜, 其示值之差
應(yīng)不大于e 或者能檢出并反應(yīng)顯著干擾誤差。通過(guò)對(duì)稱(chēng)重儀表進(jìn)行以上的抗干擾設(shè)計(jì), 我公司生產(chǎn)的儀表和計(jì)價(jià)秤經(jīng)山東計(jì)量科學(xué)研究所測(cè)試, 能反應(yīng)顯著干擾誤差或有無(wú)干擾示值之差為零, 完全滿(mǎn)足JJG 555一9 6 的要求。
總之, 稱(chēng)重儀表的印制線路板的裝配形式, 給電子衡器的裝配、調(diào)試、維修均帶來(lái)了方便, 然而也給電路帶來(lái)了許多問(wèn)題, 只有在實(shí)際l一
作中應(yīng)用抗干擾理論, 不斷積累經(jīng)驗(yàn), 才能設(shè)計(jì)出高水平的、抗干擾性能好的PCB 和電子線路, 更好地滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。從抗干擾角度看, SMT ( 表面貼裝) 器件的抗干擾特性較好。SMT 器件無(wú)引線或引線很短, 大大降低了元器件引線引起的分布電容和電感, 改善了其高頻特性; 所以在選擇元器件時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況盡量選用SMT 器件。
稱(chēng)重儀表的PC B 各關(guān)鍵部位配置去禍電容或高頻旁路電容.
稱(chēng)重儀表一般采用微控制器作中央處理單元, 它采用品振作系統(tǒng)時(shí)鐘, 這種方波時(shí)鐘含有豐富的高頻成分; 線路板上的元器件引線就好象是高頻信號(hào)的大線; 各門(mén)電路的不斷開(kāi)關(guān)也引起器件地線、電源線上的di / dt 變化率, 產(chǎn)生高頻干擾。增加去禍電容和高頻旁路電容可有效祛除這些高頻噪聲。特別是儀表的模擬地和數(shù)字地之間及模擬電源和模擬地之間的去禍電容是必不可少的。實(shí)踐證明: 缺少了這兩個(gè)電容, 在稱(chēng)重儀表的抗一于擾實(shí)驗(yàn)的電脈沖串一項(xiàng)測(cè)試不合格。
電源和地之間的去禍電容一方面作為器件的蓄能元件, 提供和吸收開(kāi)關(guān)門(mén)瞬間的沖放電能量; 另一方面旁路器件的高頻噪聲。電容的容量值不同, 濾除的高頻噪聲的頻率范圍不同。0 . lu F 的電容對(duì)10 翩z 以‘卜噪聲去禍作用好, 而I nF 、I OnF 的電容對(duì)20MH z 以上的高頻噪聲去禍效果好。具體選擇可按c 鄧=l 的原則去選。根據(jù)以卜原則和EMC 測(cè)試要求, 稱(chēng)重儀表選用luF 的擔(dān)或獨(dú)石電容作為去禍電容。
由于電子衡器的l 作現(xiàn)場(chǎng)一般都很惡劣, 有的現(xiàn)場(chǎng)粉塵大、有的環(huán)境有干擾源、有的比較潮濕, 因此電子衡器的儀表部分一般都使用密閉機(jī)箱。密閉機(jī)箱的散熱主要靠機(jī)箱向外散熱, 內(nèi)部則是靠白然空氣冷卻。
因此在選擇機(jī)箱材料時(shí), 應(yīng)選用導(dǎo)熱性好的材料, 設(shè)計(jì)外刑時(shí), 不僅要考慮其美觀程度, 更要盡量加大其與空氣的接觸面積, 增加散熱性能。內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量要采取措施讓其迅速傳到機(jī)箱上去。例如: 可將產(chǎn)生熱童人的器件固定到招架卜, 再將鋁架與機(jī)箱緊固, 以使熱星快速傳遞。
盡址減少不同器件的電源線和地線的公共阻抗。例如: 器件A、B 的電源線、地線存在公共阻抗, 設(shè)A 有6 個(gè)門(mén), 侮個(gè)門(mén)的開(kāi)關(guān)電流變化為3 m A, 則6 個(gè)門(mén)同時(shí)開(kāi)關(guān)的電流變化有18 m A , 信號(hào)上升時(shí)間為sns, 接地線的等效電感為50 nH, 則噪聲v二Ld i / d t 二50 x l8 / 5 = 018 v , 即A 開(kāi)關(guān)過(guò)程中, 有寬sn s, 峰值(),18 V 的噪聲對(duì)集成電路B產(chǎn)生干擾。
盡星減小器件的電源線和地線形成的電流回路。因在這樣的回路中存在著變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng), 在此環(huán)中盡最亦不放置器件, 以減少干擾。
采用大面積地和單點(diǎn)接地法, 接地線構(gòu)成閉環(huán)路。
PCB 的地線面積越大, 阻抗越小, 各接地點(diǎn)的電位基本相同, 干擾對(duì)其影響越小。
PC B 上的模擬地、數(shù)字地布線時(shí)分開(kāi)布, 最后匯集到一個(gè)接地點(diǎn)匕即單點(diǎn)接地。如果隨處相接, 則數(shù)字部分如有大電流器件, 則其開(kāi)關(guān)時(shí)很容易彤響到模擬部分, 造成稱(chēng)量不準(zhǔn)或影響功能的正常執(zhí)行。
2 防止印制線條之間的串音干擾
由于印制線條之間存在著分布電容, 就存在著串音干擾，要抑制這種干擾在布線時(shí)就應(yīng):
(l) 避免線與線間長(zhǎng)距離平行走線, 加人線與線間的顴離;
(2) 對(duì)于象電子稱(chēng)重這樣的產(chǎn)品中的微弱電信號(hào)之lbJ , J以設(shè)置一根接地印制線條,防.止線間的串音干擾;
(3) 對(duì)地阻抗高的印制線條容易受十?dāng)_, 所以應(yīng)降低印制線條的對(duì)地阻抗。抑制印制線條的終端反射線條較長(zhǎng)的印制線條對(duì)信號(hào)存在延遲, 有可能造成信號(hào)失真, 在終端形成反射。雖然這種作用有時(shí)并不明顯, 但一口發(fā)生, 就會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的損失。要抑制這種干擾,可在終端加匹配器。稱(chēng)重儀表的供電主要包括: 顯示器的高壓電源, 般采川熒光顯示器的儀表, 此電源為3 0V 一40V ; 熒光顯示器的燈絲電壓, 此電壓一般為交流, 也有采)由壞流的; 傳感器和前置部分的電源; 數(shù)字部分電源, 要避免它們之間的相互于擾, 就必須:
1 根據(jù)電流人小, 盡量加粗導(dǎo)體寬度;
2 將上述幾部分電源盡量遠(yuǎn)距離布置, 特別是交流燈絲電壓及高壓部分應(yīng)遠(yuǎn)離前置部分, 以免干擾模擬信號(hào)。
 

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