在去年夏天炎熱的一天,費城郊外的一家制造工廠里,暖通空調安裝人員正在準備測量他們所安裝的設備的制冷效果。 他們將一只熱電偶探頭插入一根嶄新空調風管中,這是完全重新設計的制冷系統的一部分,該系統將使工廠悶熱的環境成為歷史。
暖通空調工作組期待著儀表讀數遠遠低于90oF的環境溫度。但他們卻得到了超出預計的數值。溫度儀表的LED 閃爍著999.9的數字。
“肯定不對,”工作組中的一名新員工盯著溫度儀表大喊到。一名經驗更豐富的同事卻沒有如此疑惑。他很快發現熱電偶線通路太靠近空調壓縮機電機了。溫度儀表不只是讀取了探頭感應到的熱量。由于壓縮機沖擊未屏蔽的熱電偶線造成了電磁干擾,所以儀表會處于混亂狀態。
大多數電機會產生這樣的電磁干擾(EMI)或噪聲,稱為射頻干擾(RFI)。許多其它電氣裝置也或多或少地產生電磁干擾。在家里,電磁干擾源包括變光開關(產生起警告作用的嗡嗡聲)、屋頂風扇、電動跑步機一類運動器械和微波爐。(早期微波爐的電磁干擾泄漏對裝有心臟起搏器的人構成危險,但當今政府對泄漏的嚴格限制以及已成為心臟起搏器標準的屏蔽導線大大降低了這種擔憂。)
在工廠車間中,點焊機、弧焊機和感應焊機一類產生火花的機械會產生嚴重的電磁干擾,計算機數控(CNC)車床和銑床、由大電機驅動的其它設備、高亮度燈、繼電器和對講機也會產生嚴重的電磁干擾。至于無所不在的手機,它所發射的低等級能量可能不會影響費城工廠中使用的那一類熱監測系統。
可阻止該工廠中儀表謬誤讀數的是雙絞/屏蔽熱電偶線或電纜 – 它們是抗電磁干擾的最經濟有效的首選線材。
“屏蔽雙絞線是一個良好的開端,因為溫度儀表中的導線如果不加以保護,就會起到天線的作用,”OMEGA工程部長期負責電磁干擾問題的Frank Welsh先生說。 “熱電偶探頭設計用于感應溫度,而不是電磁輻射。問題出在熱電偶電路會收集無關的信息,或者噪聲,并將其傳送給儀表。”
在新澤西州布里奇波特市的OMEGA制造工廠,Welsh 負責管理消聲室,這是一個非常安靜的厚壁實驗室,墻壁上覆蓋著成千上萬塊尖角泡沫隔音板。隔音板吸收電磁波,使技術人員能夠嚴格地控制Omega制造的溫度儀表、壓力傳感器和其它裝置的測試。
布里奇波特工廠也是OMEGA生產雙絞/屏蔽熱電偶線的地方 – 產量比其它任何工廠都大。通過屏蔽,熱電偶線起天線作用的地方縮小到一個小點,就是探頭。在極端情況下甚至探頭也需要屏蔽,雖然很可能會以將讀數時間從幾毫秒延長到幾秒為代價。根據OMEGA專家的觀點,在傳感裝置上使用雙絞/屏蔽熱電偶線可將電磁干擾降低500到1000倍,幾乎能解決大多數應用中的問題。
“無論是用作預防措施還是解決已知噪聲問題,雙絞/ 屏蔽線都代表著一種經濟型現場安裝解決方案,”布里奇波特工廠副總裁和工廠經理Jim Ferguson說。在接到傳感器的導線長于幾英尺時,以及較大的電機有干擾傳感器讀數的威脅時,OMEGA推薦使用雙絞/屏蔽線。“我們工廠的探頭組件中使用的導線都是我們自己生產的,因此您可以相信我們在遵守最高的質量標準,”Ferguson補充道。
OMEGA的標準雙絞/屏蔽熱電偶線由PVC絕緣的、帶 ANSI或IEC色標的線芯組成,線芯與鍍錫銅排擾線絞合在一起,再用鍍鋁聚酯帶纏繞。纏繞層上再覆蓋一層 PVC。鍍鋁聚酯帶和排擾線用于阻止電磁干擾,PVC用于防潮、防化學腐蝕、抗磨損、抗紫外線。有些制造商只用聚乙烯進行絕緣,OMEGA還提供用于高端應用的聚四氟乙烯絕緣。為達到極限耐用性和柔軟性,可采用不銹鋼和鍍錫銅編織屏蔽層,用鍍錫銅提高電屏蔽效果。長度范圍從25英尺的方便線軸到10000英尺。
“制造電纜時,我們非常注重細節,”負責OMEGA元件制造分部OEM銷售的Robert Lesutis說:“我們在絞合時將地線加在線芯之間的空隙中。我們的電纜制造是獨一無二的,因為將地線與線芯絞在一起,而非只將其附在線芯面上。”
OMEGA還制造、儲存和供應在探頭和儀器連接處屏蔽電氣噪聲的輔助產品,包括HGKMQSS系列低噪聲熱電偶探頭和高溫標準連接器HFSTW-K-M,該連接器具有抑制電磁干擾的鋅鐵氧體芯。公司還生產標準GST和微型GMP低噪聲連接器,可方便地線與探頭和延長線的連接。
對雙絞/屏蔽線的最大需求可能來自使用大型自動化設備的高科技制造商,如計算機芯片制造商或醫療設備生產商。這些操作需要穩定地反饋實時數據,它們也會產生很高的電磁干擾等級。過去主要在實驗室中收集制造數據,這是從電磁方面講相對安靜的環境。但現在,對于那些能夠消除噪聲的能干之人來說,工廠車間本身就可以成為一間充滿信息的實驗室。
用雙絞/屏蔽線保護的傳感器在航天應用中也很普遍,在這類應用中,持續暴露于電磁干擾是標準狀態。例如:在空間探索和衛星通信中,如果這些應用所需的高級、
靈敏電子裝置沒有電磁干擾屏障,宇宙射線(極高頻率的電磁波)將會肆虐。
電流信號相對較抗電磁干擾,與電壓信號相比,電流信號可以傳輸很長的距離。因此,對于噪聲很大的應用,可以選擇在惡劣的環境中從電壓轉為電流,例如使用雙絞/屏蔽線結合信號調節器,如OMEGA的 iDRN/iDRX系列變送器中的一種,安裝在 35 mm DIN導軌上。該系列中的所有型號的設計都可直接與各種傳感器一起工作,而且一般不需要額外元件。