Hogyan lehet növelni a mérőrendszer megbízhatóságát
Az elektromos ipar gyors fejlődésével különböző műszer- és mérőeszközök széles körben használatosak az ipari irányításban és a társadalmi élet minden területén. Ugyanakkor a műszerek megbízhatóságának követelményei egyre magasabbak, a fogyasztásmérők sem kivétel. A fogyasztásmérők megbízhatósági követelményei meghatározottak a hitelesített mérők technikai előírásaiban.
Ezek az előírások kimondják, hogy a fogyasztásmérők átlagos élettartama legalább tíz évnek kell lennie, így a megbízhatósági tervezés a fejlesztési folyamat során különösen fontos. A megadott feltételek mellett és a megadott idő alatt történő funkció teljesítésének valószínűségét Hiba közötti Átlagos Idő (MTBF) vagy átlagos hibaidő néven ismerjük. Az MTBF a megbízhatóság mérésére használt gyakori metrika. A fogyasztásmérők megbízhatósági tervezésének célja a termék MTBF-jának növelése és a normális működés biztosítása.
1. Hardveres megbízhatósági tervezés
Fogyasztásmérők ellátási zavar elnyomó tervezése
Mérnöki statisztikai adatok alapján a fogyasztásmérő rendszerekbe 70%-a az ellátáson keresztül kerül be a zavar. Ezért a villamosenergia minőségének javítása nagy jelentőséggel bír a rendszer egészének megbízható működéséhez. Mivel a rendszer energiaforrása általában a hálózati áram, az ellátás elleni zavarzáradék tervezése elsősorban az illesztőhelyen történő szűrésre és a tranzitorszavazás elleni védelemre összpontosít.
2. Fogyasztásmérők földelési tervezése
A földelési rendszer tervezése közvetlenül befolyásolja a termék teljes zavarmentességét. Jó tervezés blokkolja a külső környezeti zavarokat, és hatékonyan csillapítja a belsőleg kapcsolt zajokat. A következő két aspektus figyelembevétele javíthatja a rendszer megbízhatóságát:
Digitális föld és analóg föld A digitális jelek hegyeseinek miatt a digitális áramkörökben pulzáló változások jelennek meg. Így a fogyasztásmérő rendszerekben az analóg és a digitális földet külön kell tervezni, csak egyetlen ponton köthetők össze. A circuitboardon az analóg és a digitális áramköröknek a saját "föld" üzemanyagukhoz kell csatlakozni. Ez hatékonyan megakadályozza, hogy a digitális áramkör pulzáló földáramai átnevezzék a közös földellenállás révén az analóg áramkörbe, ami tranzitorszavazást formál. Ha a rendszerben magasfrekvenciás nagy jel létezik, ez a zavar még jelentősebbé válik.
Egypontos és többpontos földelés Alacsonyfrekvenciás rendszerekben a földelést általában párhuzamos egypontos és soros egypontos földelés kombinációjával javítják. A párhuzamos egypontos földelés azt jelenti, hogy a többi modul földvezetékeit egy helyen kötik össze, ahol minden modul földpotenciálja a saját árammal és ellenállással kapcsolatos. Előnye, hogy nincs közös földvezetés ellenállásából eredő zavarzáradék; hátránya, hogy túl sok földvezetést használ.
A soros egypontos földelés azt jelenti, hogy a többi modul ugyanazon a földvezetési szegmensen oszt meg. Mivel a földvezetés ekvivalens ellenállása feszültségugrást okoz, a különböző modulok csatlakozási pontjainak potenciálja eltérő lesz a földhez képest. Bármelyik modulban bekövetkező áramváltozás befolyásolja a földpotenciált, módosítva a kimenetet, és közös földvezetés ellenállásából eredő zavarzáradékokat okoz. Ez a módszer egyszerű vezetékesítést jelent. A többpontos földelést gyakran alkalmazzák magasfrekvenciás rendszerekben, ahol minden modul földvezetése a lehető legközelebb csatlakozik a földbusszra. Előnyei rövid földvezetések, alacsony impedancia, és a közös földvezetés ellenállásából eredő zavarzáradék eltüntetése.
3. Fogyasztásmérők izolációs tervezése
Az izolációs tervezés egyik fő célja, hogy elválassza a zajforrásokat a érzékeny áramköröktől. Az izolációs tervezés jellemzője, hogy a fogyasztásmérő jelkapcsolatot tart fenn a működési környezettel anélkül, hogy közvetlen elektrikus interakciót létesítene. Fő implementációs módjai közé tartoznak a transzformátoros izoláció, opto-izoláció, reléizoláció, izolációs erősítők és elrendezési izoláció.
Transzformátoros izoláció Kevesebb tekerővel, kisebb elosztott kapacitással (csak pár pikofarad) és a primáris/sekundáris tekercsek a mag ellentétes oldalán, a pulzus transzformátorok izolációs komponensekként szolgálhatnak a pulzusszignálokhoz, elérve a digitális jel izolációját.
Opto-izoláció Optokupler hozzáadásával le tudjuk nyomni a csúcsimpulzusokat és a különböző zajzavarokat. Az opto-izoláció segítségével biztosítható, hogy nincs elektrikus interakció a számítógépes rendszer és a fogyasztásmérő kommunikációs portja között, javítva a rendszer zavarmentességét. Az optokuplerek digitális jeleket tudnak izolálni, de nem alkalmasak az analóg jelekre. Gyakori analóg jel izolációs módjai: A. Feszültség-frekvencia konverzió, majd opto-izoláció, ami összetettebb áramköröket eredményez; B. Differenciál-erősítők, amelyek alacsonyabb izolációs feszültséget biztosítanak; C. Izolációs erősítők, amelyek jól teljesítenek, de drágák.
Reléizoláció Mivel a relé cirkuszatai és kapcsolói között nincs elektrikus kapcsolat, a cirkuszatok jelzéseket vehetnek fel, míg a kapcsolók továbbítják őket, hatékonyan megoldva a erős és gyenge jel interakciójának problémáját, és elérve a zavarizolációt.
Elrendezési izoláció PCB elrendezés segítségével elérhető izoláció, főleg erős és gyenge áramkörök elválasztása.
4. Nyomtatott áramkörterv (PCB) zavarmentes tervezése fogyasztásmérőkhöz
A nyomtatott áramkörterv (PCB) az áramköröket tartalmazó komponensek viszterének és elektromos kapcsolatoknak a szolgál. A PCB tervezés minősége közvetlenül befolyásolja a rendszer zavarmentességét. A PCB tervezés általános elvei:
