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越來越重要數(shù)字傳感器具有可靠性高、防**、抗干擾能力強和信號傳輸距離長等優(yōu)點，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)濟損失?？梢?，對數(shù)字傳感器儀器儀表接口電路的雷擊防護越來越顯得重要。
二、數(shù)字傳感器儀器儀表雷擊防護的基本方法和技術(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入室內(nèi)，有的由煙囪或通氣管道滾進樓房，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)生機率卻要比直擊雷高，且不論雷云對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小范圍的目標，而感應(yīng)雷則可以在一個大范圍內(nèi)多個小局部同時產(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感應(yīng)雷擊承受能力。
在IEC-1024標準中，把一個建筑物內(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)險度，不同的風(fēng)險度有不同的感應(yīng)電壓及電流。
又根據(jù)IEC61000-4-5標準附錄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)定的試驗等級，4類安裝方式的浪涌電壓不超過4kV，且電源線和數(shù)據(jù)線按同一等級試驗。
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)險度來考核。
2.2數(shù)字傳感器儀器儀表雷擊防護的舉措根據(jù)經(jīng)驗，本儀器儀表將進行雷擊測試。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。
對于某一過壓或過流沖擊脈沖，經(jīng)過**保護以后，仍會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，同樣會損壞核心電路，因此對儀器儀表接口電路采取多級防護舉措。
2.2.1信號線上的防雷擊保護信號線上的保護***保護：氣體放電管。由于被保護電路能承受的*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);**級保護：壓敏電阻 限流電阻。由于被保護電路正常工作時電壓為5V左右，壓敏電阻的標稱電壓應(yīng)大于5×1.5=7.5V，反應(yīng)速度小于0.5ns.當電壓上升速率為1kV/us的浪涌波入侵時，由于氣體放電管到達500V的起弧電壓需0.5us，因此壓敏電阻將先起動。
1)流過壓敏電阻浪涌電流計算：由于浪涌波入侵的前0.5us，氣體放電管未導(dǎo)通時，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，對應(yīng)的Isurge，max為69A，大于63.6A.2)吸收能量計算：W=74.6V×63.5A×20×10-6S=0.09J<0.7J(器件允許的*大值)
由此可得：CT1206K20G可滿足保護電路的要求。
2.2.2電源線上的防雷擊保護電源線上的保護為：***保護：壓敏電阻。由于被保護電路正常工作時電壓為12V左右，壓敏電阻的標稱電壓應(yīng)大于12×1.5=18V，反應(yīng)速度小于0.5ns;**級保護：瞬態(tài)抑制二極管。由于被保護電路能承受的*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電阻也很低，而此時流過的浪涌電流非常大，可能高達數(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行保護。
當電壓上升速率為1kV/us的浪涌波入侵時，由于瞬態(tài)抑制二極管要達到100V的擊穿電壓需10ns，因此壓敏電阻將先起動，保護器件響應(yīng)的順序。
流過壓敏電阻的浪涌電流計算及功率計算同信號線。
2.3保護器件使用的注意事項：下面是保護器件在使用中建議的注意事項：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)系到保護效果與使用壽命。如果擊穿電壓高于被保護電路能承受的*大電壓，則起不到過電壓保護作用;如果擊穿電壓過低，則保護器件容易誤動作或被擊穿，從而影響電路的正常工作。
2)器件的動作時間。器件的響應(yīng)時間應(yīng)快于線路響應(yīng)時間，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。
保護器件應(yīng)該對后繼電路**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際過大的峰值電流，就會導(dǎo)致該器件的損壞，使被保護電路不得不進入維修期。
4)器件引線對干擾抑制的影響。器件的引線過長，因其的感抗作用，會對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，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，在引線上會產(chǎn)生瞬間高壓，對被保護設(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試要求和方法在數(shù)字式儀器儀表預(yù)設(shè)之前，對與本產(chǎn)品相關(guān)的測試標準進行了研討剖析，以指導(dǎo)產(chǎn)品預(yù)設(shè)和測試，從而使產(chǎn)品具備更好的防雷性能。
3.1IEEEStd4-1995：高電壓測試技術(shù)標準IEEEStd4-1995標準規(guī)定了對試驗程序和被試品的一般要求，試驗電壓和電流的產(chǎn)生，試驗方法、試驗結(jié)果的處理方法，試驗是否合格的判據(jù)和人工污穢試驗的要求。在9.1.8“標準脈沖電流”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：由于這個標準適用于額定電壓在1000V以上的設(shè)施，因此本儀器儀表不屬于此類設(shè)施，但在測試過程中使用的設(shè)施和方法按這個標準執(zhí)行。使用標準中規(guī)定的8/20us短路電流波形進行測試。
3.2IEC62305-1：雷電保護———第1部分：總則IEC62305-1標準規(guī)定了雷電保護的基本原則、選擇雷電防護舉措的方法及雷電防護等級(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間參數(shù)、試驗?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)的測試波形和峰值：結(jié)論：IEC62305-1標準中的一些脈沖波形和峰值電流不適用于本儀器儀表測試，但感應(yīng)雷：8/20us波形，≤5kVApk適用于本表。
3.3IEC61000-4-5：電磁兼容試驗與測量技術(shù)-第五部分：浪涌抗擾度試驗本標準規(guī)定了設(shè)施對由開關(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、試驗方法和推薦的試驗等級范圍，規(guī)定了幾個與試驗環(huán)境和安裝狀態(tài)有關(guān)的試驗等級。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)施的試驗等級選擇。圖13描述了通過屏蔽電纜連接的兩個接地設(shè)施的浪涌抗擾度試驗方法。
公安機關(guān)備案號：
