电磁兼容 ( EMC-Electromagnetic Compatibility)是一门新兴的综合性学科，主要研究电磁骚扰( EMI) 和电磁抗扰度 ( EMS) 的问题，即各种含有电子器件的设备、电路在一定的电磁环境下，都能正常工作，互不干扰。简单的来讲，EMI 就是含有电子器件的设备、电路对外发射的电磁骚扰的特性，而 EMS 就是含有电子器件的设备、电路对外界发射的电磁骚扰的抵抗能力。
工业仪表，主要关注的是其 EMS 能力，这是因为工业仪表的使用环境，一般都很恶劣，环境中会充斥着人们看不到的各种电磁干扰，诸如工频磁场干扰、电快速脉冲群、静电、浪涌等。这些看不见、摸不着的电磁干扰，往往是人们*容易忽略，也是影响工业仪表特性的关键。每种工业仪表的型式评价大纲也会依据其工作环境，对其 EMS 能力做出具体要求，一款合格的仪表也是必须具有良好的 EMS 能力。
本文主要对 JB/T 9249-2015 《热式烟气流量计机械行业标准》及 JJG 1029—2007 《热式烟气流量计检定规程》附录 A 型式评价大纲中提到的静电放电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度及电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度等五方面流量计 EMS 特性，展开分析并提出改善建议。同时，工频磁场抗扰度虽然在两种标准中未提到，但在流量计的实际使用过程中，工频磁场也是影响其工作特性的主要因素。
1 热式烟气流量计电磁干扰的引入路径
绝大多数的电磁干扰，都是通过电源线、信号线进入到电子电路内，同样，流量计也是如此。图 1 为常见流量计电源及信号输出部分设计。
从图1 中可以看到，供电电源 +24 V， +12 V均可，直流电源通过瓷片电容 C1 滤掉部分纹波，然后通过线性稳压芯片 78M05，得到 + 5 V 电压，为后面的流量计信号处理电路供电，若要再得到 3. 3 V 电压，通常会在 78M05 后再加一片线性稳压芯片 LM1117-3. 3，为了节约成本，供电电路没有做 EMS 设计。同时，脉冲输出部分，仅通过一个 MOS 管和两个稳压管，也没有 EMS 方面的设计考虑。
2 热式烟气流量计的电磁兼容特性
2. 1 静电放电抗扰度
静电放电抗扰度 ESD，即对静电放电产生的脉冲骚扰的抗扰度。静电放电能量不大，但是电压很高，有时高达上万伏，虽然对人体没有什么伤害，但其对电子元器件的伤害却是致命的，整个电路只要有一个电子元器件失效，就可能会导致整个电路失效。流量计静电放电抗扰度试验遵循标准 GB/T 17626. 2 《电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》 ，在试验过程中，会对人们能够接触到的流量计部位，进行放电试验。流量计机械行业标准，接触放电要求 4 kV，但型式评价试验，接触放电会做到6 kV，所以建议流量计生产厂家，流量计电子电路设计时，ESD 接触放电做到 6 kV。
在热式烟气流量计型式评价试验中，静电放电抗扰度试验基本都能通过，即使电路没有静电保护器件，这不代表着电路不需要静电保护。这是因为 GB/T 17626. 2 要求只对日常人们能够接触到部位进行放电试验，这也就意味着只要流量计表体可靠接地，在进行静电放电试验时，电流会直接导入大地，这也就不会对内部电子电路产生影响。但在实际流量计的使用过程中，工程师需要开盖接线、调整放大倍数、调整仪表系数等，这都给了静电进入电子电路的机会，这种随机性电路破坏*难察觉，也就给仪表的维修带来了*大的困难。在电子电路设计中，建议工程师在电源部分加压敏电阻，在需要保护的关键电子元器件旁加 TVS ( 瞬态电压抑制器) 管来抑制静电干扰; 在流量计需要开盖时，建议工程师提前把静电释放掉或带静电手环等静电防护设施作业。
2. 2 射频电磁场辐射抗扰度
射频电磁场辐射抗扰度，即对空间骚扰电磁波的抗扰度。空间中的骚扰电磁波是无处不在的，例如无线电广播、电视台的发射机、手机等。热式烟气流量计射频电磁场辐射抗扰度试验遵循 GB/T17626. 3 《电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验》 ，要求试验等级为 3 级，即频率范围80 ～1 000 MHz，试验场强 10 V/m。为了防止外界电磁波影响试验结果，同时，为了工作人员身体健康的考虑，试验需要在半电波暗室内进行。空间骚扰电磁波对流量计的影响相较于静电更加随机，若流量计此项指标不达标，会时刻影响其性能。热式烟气流量计工作信号频率*高 3 000 Hz 左右，没有高频信号处理电路，一般空间骚扰电磁波不会直接对电子电路产生影响。在流量计实际使用过程中，其主要的空间电磁波干扰是由电源线引入的，电源线相当于接收天线，将空间骚扰电磁波接收到电子电路内部。在电子电路设计中，建议在 PCB 空间允许的情况下，尽量加粗电源线和地线，同时可采用 DC-DC 隔离电源模块。
2. 3 电快速瞬变脉冲群抗扰度
电快速瞬变脉冲群抗扰度，即某些电路产生的群脉冲的抗扰度，骚扰从导线引入。电快速瞬变脉冲群主要产生原因为: 电感负载 ( 如继电器、接触器) 断开时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在断开处产生的暂态骚扰。流量计电快速瞬变脉冲群抗扰度试验遵循GB/T 17626. 4 《电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》，流量计机械行业标准要求，供电电源与保护地之间，峰值电压 2 kV，试验时间 60 s，重复频率 5 kHz。而其型式评价大纲对项指标暂未做要求。
电快速瞬变脉冲群的特点为，脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低。一般不会导致流量计的损坏，但是由于其频谱分布宽，所以仍然会对热式烟气流量计内部电子器件可靠工作产生影响。在流量计的实际使用中，若接 PLC 使用，继电器的闭合断开是难免的，这也就要求工程师在设计流量计电子电路时，做好相应防护的考虑。在电子电路设计中，加 TVS 二*管是比较好的选择，相较于 EMI 滤波器成本会较低很多。
2. 4 浪涌抗扰度
浪涌抗扰度，即对雷电或某些电路产生的脉冲骚扰的抗扰度，骚扰从导线加入。浪涌主要产生原因为: 雷电和电气设备的启停等，其中雷击引起的浪涌危害尤为严重，其为单脉冲型，且能量巨大，会在几微妙内到达上万伏，一旦进入没有相关保护的流量计内部电子电路，会导致流量计直接损坏。流量计浪涌抗扰度试验遵循 GB/T 17626. 5 《电磁兼容 试验和测量技术 浪涌 ( 冲击) 扰度试验》，热式烟气流量计机械行业标准要求，开路试验电压 1. 0 kV，浪涌波形1. 2/50 us ～8/20 us。而其型式评价大纲对此项指标暂未做要求。
流量计多用于蒸汽流量的计量，通常需要装在户外，这也就时刻在雷电的考验之下。当然外壳可靠接地，是避免雷击*简单有效的方式，但其也不可能完全避免浪涌进入流量计内部电子电路。这也就要求工程师在设计流量计电子电路时，做好相应防护的考虑。在电子电路设计中，这里又会提到 TVS 二*管，确实，TVS二*管在应对脉冲型干扰，作用是相当明显的。TVS 二*管是目前普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有*快的响应时间 ( 亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。同时，在电子电路设计中，陶瓷放电管和压敏电阻也是可以选择配合TVS 二*管一起使用。
2. 5 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度
电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度，即对供电电源变化的抗扰度。热式烟气流量计电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验遵循 GB/T17626. 11 《电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验》，流量计机械行业标准要求: 电源变化影响，直流供电的流量计在额定电压变化 ±10% 的情况各运行 15 min; 电源短时中断，电源中断 0% U T ，持续时间 250/300 周期 ( 50 Hz 试验采用 250 周期，60 Hz 试验采用 300 周期) ，中断 10 次，试验过程中允许流量计出错，电压恢复后应能自动恢复。而其型式评价大纲对此项指标暂未做要求。
热式烟气流量计在实际使用过程中，电压变化是在所难免的。在电子电路设计中，对于电源变化，78M05 的输入电压范围为( 8 ～35) V，就可以满足;对于电源短时中断，MCU 程序上则需要及时做好参数保存。
2. 6 工频磁场抗扰度
工频磁场抗扰度，即对 50 Hz 交流电产生的强磁场的抗扰度。此项抗扰度指标在两种标准中，均未提及，但在流量计的使用过程中，经常会引入 50 Hz 工频干扰，导致流量计偏快或工作不正常。工频磁场抗扰度试验遵循 GB/T 17626. 8《电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验》，参照电磁流量计和涡轮流量计附录A 型式评价部分的工频磁场抗扰度试验要求，建议工程师设计电子电路时，按照试验等级 3 级，即 10 A/m 设计。
只要有220 V 供电设备的场所，就会产生工频磁场干扰。这也就需要工程师采取相关措施，防止工频干扰进入热式烟气流量计电子电路。一般解决措施为: 加电源滤波器、流量计良好接地、采用高导磁材料做屏蔽层的线缆等。
3 结束语
目前，国内大多数流量计生产厂家不太重视流量计的电磁兼容特性。这也导致了在流量计使用过程中，诸如流量计存储数据丢失、工频干扰、流量计电子部分突然失灵等问题频频发生。随着时代的发展，我们身边电子设备日益增多，热式烟气流量计的工作电磁环境也日趋复杂，这也要求流量计的电磁兼容特性经得起考验。
