AGM温度变送器抗干扰测试及改进

岳春生，刘 阳

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

0 引言

AGM HPM 4003-20 RTD型（以下简称AGM）温度变送器为秦三厂典型仪表，输出（4～20）mA电流信号，主要用于现场重要设备/系统的控制，如1#停堆系统可编程比较控制器用慢化剂温度信号、反应堆调节系统堆内铂探测器中子测量校准用反应堆出/入口集管温差信号、主泵上轴承高温跳车保护信号等。在机组调试及运行期间，AGM温度变送器曾发生过输出信号异常波动、触发安全系统通道高报的问题，经现场排查，初步判断仪表抗干扰能力可能存在不足。

针对上述问题，选取主要使用的4种测量范围的AGM温度变送器备件样品各一台（表1），进行实验室抗干扰测试，取得量化数据。

表1 AMG温度变送器清单

1 测试方案

1.1 测试电路搭建

根据AGM变送器工作原理（图1）搭建测试电路，用精密电阻箱模拟输入电阻信号，4台样品按表2调校。

1.2 抗干扰性能测试

测试原则为先做无损或微损试验，后做破坏性试验。结合现场实际工况，首先通过对电源侧施加扰动，评估样品的抗扰动性能，其次选择工频磁场以及静电放电两种抗干扰试验来验证样品的电磁兼容性能。

图1 AMG温度变送器工作原理

1.2.1 电源侧扰动测试

试验方法:将电阻箱电阻设置为100 Ω，将电源电压设置为40 V，待样品输出达到稳定状态时，测量取样电阻（150 Ω）的电压，随后将电源电压切换至12 V（模拟电源扰动），测量取样电阻的电压。

1.2.2 工频磁场抗扰度测试

（1）试验方法。①工频磁场模拟器的电流发生器与磁场线圈之间的距离不大于3 m，将一木桌作为试验台置于磁场线圈中，调节支撑高度使被测仪表置于磁场线圈中心位置。样品按要求进行配置和连接，将电阻箱电阻设置为100 Ω，处于正常工作状态。设定工频磁场模拟器磁场强度为3 A/m，连续测试时间为300 s。改变磁场方向，使样品分别处于三维坐标系x，y，z三向工频磁场下完成测试，实验过程中监测变送器的输出信号是否存在扰动。②试验完成后，在上盖与壳体之间的缝隙处涂覆屏蔽胶或屏蔽薄膜，再重复上述试验，并监测样品输出信号是否存在扰动。③试验完成后，在壳体绝缘漆打掉，使外壳接地，再重复上述试验，并监测样品输出信号是否存在扰动。试验过程中，样品应无损坏。

表2 变送器调校表

（2）试验标准。GBT 17626.8—2006工频磁场抗扰度试验。

（3）试验仪器。工频磁场模拟器。

1.2.3 静电放电抗扰度测试（外壳对地）

（1）试验方法。①实验室的地面应铺设一块厚度至少为0.25 mm的铝或铜金属板作为接地参考平面，也可使用其他金属材料，但厚度至少0.65 mm。接地参考平面的最小尺寸为1 m2。接地参考平面的四周至少应超出仪表或耦合板0.5 m，并应与保护接地系统相连。试验台为一个放在接地参考平面上0.8 m高的木桌，放在桌面上的水平耦合板面积为1.6 m×0.8 m，垂直耦合板面积为0.5 m×0.5 m。样品应按要求进行配置和连接，处于正常工作状态，并应用0.5 mm厚的绝缘衬垫与水平耦合板绝缘。样品与实验室除接地参考平面外的四壁和其他金属结构之间必须有至少1 m的间距。静电放电发生器的放电回路应以低电阻方式连接接地参考平面。静电放电试验包括直接放电和间接放电两种方式，直接放电包括接触放电和空气放电，间接放电为耦合板放电。静电施加于样品操作人员可能触及到的地方，有金属的部分选择接触放电，不能使用接触放电的部分选择空气放电。接触放电试验电压应从4 kV，6 kV，8 kV（空气放电应2 kV，4 kV，8 kV，15 kV）逐级增加，并监测样品输出信号，至发现输出信号出现扰动为止，且试验电压不再继续增加。若达到上述最大电压等级时，仍未发现扰动现象，则说明样品抗干扰能力满足要求。试验应以单次放电的方式进行。在预选点上，至少施加10次单次放电（每一极性）。连续单次放电之间的时间间隔至少为1 s。②试验完成后，在上盖与壳体之间的缝隙处涂覆屏蔽胶或屏蔽薄膜，重复上述试验，并监测样品输出信号是否存在扰动。③试验完成后，在壳体绝缘漆打掉，使外壳接地，重复上述试验，并监测样品输出信号是否存在扰动。试验过程中，样品应无损坏。

（2）试验标准。GBT 17626.2—2006电磁兼容试验和测量技术—静电放电抗扰度试验。

（3）试验仪器。静电放电模拟器。

2 试验结果

2.1 电源侧扰动测试

按照1.2.1节的测试方案对各样品进行测试，测试结果见表3。从表3可见，当电源电压由40 V切换为30 V时，样品输出发生掉压现象，电压变化情况如图2所示，其中，时间单位是s，幅值单位是V。

表3 电源侧扰动测试结果（输入）

图2 电源侧掉压测试结果

2.2 工频磁场抗扰度测试

按照1.2.2节的测试方案对各样品进行测试，测试结果相同。以1#样品测试结果为例（图3，时间单位是s，幅值单位是V），可见磁场强度、磁场方向对样品输出结果没有影响。

图3 1#样品工频磁场抗扰度测试结果

2.3 静电放电抗扰度测试

按照1.2.3节的测试方案对各样品进行测试，测试结果相同。以1#样品为示例进行说明。电阻箱电阻为100 Ω，取样电阻为150 Ω，在未处理前对外壳施加4 kV静电，输出结果见图4。从图4可见，样品输出信号产生了近300%扰动。扰动从3.374 s开始，3.442 s结束，持续时间为0.068 s。

经测试，样品上盖整体为非金属材料，外壳底座虽为金属材料，但表面涂敷了绝缘漆，因此未构成完整的屏蔽。对1#样品进行处理，打磨掉接缝处、调校孔处以及底座螺栓连接处的绝缘漆，使样品上盖、外壳及底座全部连通，处理后的效果见图5。之后通过锡箔纸将上盖与外壳连通，使样品初步形成完整的屏蔽，并将外壳接地（图6）。

第二次对样品外壳施加4 kV静电，输出结果见图7，从中可见经以上处理后，1#样品的输出信号扰动幅度大幅降低，但依然存在近100%扰动。扰动从1.605 s开始，1.65 s结束，持续时间约为0.045 s。

经进一步分析，样品打磨、锡箔连通上盖与外壳均为手工操作，不能保证屏蔽完整性，因此继续对1#样品进行处理:用锡箔纸包覆样品整体并接地，效果见图8。再次对样品外壳施加4 kV静电，输出结果见图9，从中可见1#样品的输出信号扰动幅度继续降低，减小到17.4%。扰动从6.761 s开始，6.789 s结束，持续时间约为0.028 s。

图4 1#样品静电4 kV（未处理）测试结果

图5 1#样品外壳打磨

图6 1#样品上盖与外壳连通并接地

将以上1#样品的3次测试结果汇总见表4，从中可见，完整的屏蔽与良好的接地是提高抗静电性能的重要手段，静电干扰的扰动幅值和持续时间跟屏蔽效果直接相关，屏蔽效果越好，扰动幅度越小、持续时间越短。

1#～4#样品为厂家标准产品，外壳材料和结构相同，以上对1#样品所做静电测试结果具有代表性。

图7 1#样品静电4 kV（整体接地）测试结果

图8 1#样品全屏蔽并接地

图9 1#样品静电4 kV（锡箔纸全包覆）测试结果

表4 3种静电放电对1#样品输出的影响

3 测试结论

（1）电源侧电压出现波动，对AGM温度变送器输出影响明显。

（2）磁场强度、磁场方向对AMG温度变送器输出无显著影响，温度变送器抗工频磁场性能良好。

（3）未作处理前，静电会显著AGM温度变送器输出，扰动幅度近300%；外壳整体接地后，静电对变送器输出影响降低，但扰动幅度仍近100%；用锡箔纸全包覆后，静电对变送器输出影扰动响降低至不足20%。综上，AGM温度变送器抗静电干扰能力不足。

4 性能改进

针对测试结论，结合电厂实际，就AGM温度变送器的抗干扰性能提升做如下分析和改进。

（1）工作电源的稳定性。AGM温度变送器使用的40 V工作电源为电厂典型电源，压力、液位、流量等仪表均使用该电源。设计上，40 V电源供电母线为安全级，电源硬件有冗余列，40 V电源稳定供电有保障，电厂不需对因电源波动而影响AGM温度变送器输出的情况做处理。

（2）外壳的抗静电性。AGM温度变送器安装在金属材料的盘柜中，盘柜接地，在盘柜门关闭状态下，能够为变送器提供抗外来静电干扰的屏蔽；在盘柜门开启状态下，静电干扰的主要来源是人体静电，操作变送器前及过程中，电厂人员需做好静电消除措施，该要求落实到相应维修规程或操作票中。因专业性强、操作复杂且对变送器外壳有破坏性，电厂不需执行2.3节所述对变送器外壳上盖、接缝、底座等部分进行屏蔽完整性提升的操作。