摘要：針對一般變送器耐過(guò)壓和過(guò)電流能力差、絕緣強度低、易遭雷擊損壞的特點(diǎn)，文章介紹了一種抗浪涌電流沖擊、抗雷電電磁干擾變送器的制作方案，給出了制作材料及過(guò)程、三重防雷電路，達到了防雷的目的。
1、概述
隨著(zhù)科技的進(jìn)步，智能化、自動(dòng)控制工程對變送器的需求越來(lái)越多，特殊環(huán)境下使用的變送器也有一定的需求。為了能夠適應復雜環(huán)境條件下壓力、液位測量，尤其是無(wú)人值守、維護不便的野外地區，山澗給水、高位易受雷擊環(huán)境的測量工程。我們探討高絕緣防雷壓力變送器的制作。
雷電是一種高速、高能量的短脈沖，它以不同的途徑侵入變送器的內部電路，輕者干擾變送器的正常運行，重則使變送器失效。一般的防雷變送器，往往耐過(guò)壓和過(guò)電流能力差，絕緣強度低，它們多為金屬殼體，容易引來(lái)雷電襲擊，且被測介質(zhì)與傳感器膜片直接接觸，達不到高絕緣的要求。本文介紹的變送器外殼是由共聚聚丙烯（PPR）熔接而成，內部設置三重防雷電
路，構成一種高絕緣的防雷壓力變送器。
根據IEEEC62.41-1991標準規定，雷電電流沖擊可用8/20μs脈沖波形來(lái)模擬如圖1所示。雷電流幅值的概率曲線(xiàn)如圖2所示。大約50%的概率出線(xiàn)在40多kA。實(shí)際上，根據大量統計，大部分浪涌電流的幅度在10kA
左右。
雷電對變送器的危害，除了直接作用于變送器殼體外，還有一條重要途徑是變送器的電源即信號傳輸線(xiàn)（二線(xiàn)制）產(chǎn)生的過(guò)壓或過(guò)流。
2 防雷變送器的制作材料論述
壓力變送器是介質(zhì)壓力作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微小位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，用電子線(xiàn)路檢測這一變化，并轉換輸出一個(gè)對應于這個(gè)壓力的標準信號，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。本文介紹的防雷壓力變送器采用擴散硅注油芯體，配套帶有零點(diǎn)、滿(mǎn)量程補償、溫度補償電路，轉換電路、防雷電路，將被測量介質(zhì)的壓力轉換成4～20mA標準電信號。過(guò)去有些廠(chǎng)家給普通變送器配上電源防雷器和信號防雷器，可以達到良好的效果，但是成本高，過(guò)于繁雜。也有的廠(chǎng)家采用聚四氟乙烯（PTFE）外殼做防雷變送器，但其價(jià)格昂貴，聚四氟乙烯材料的價(jià)格大概是共聚聚丙烯的4倍，并且聚四氟乙烯不能熱熔接。
本文介紹的變送器是用無(wú)規共聚聚丙烯（PPR）作為殼體制作的材料。它是聚丙烯的一種，原料分子只有碳、氫元素，沒(méi)有有害有毒的元素存在，它的高分子鏈的基本結構可加進(jìn)不同種類(lèi)的單體分子加以改進(jìn)。乙烯是#常用的單體，它能引起聚丙烯物理性質(zhì)的改變。PPR是將丙烯及乙烯單體混合在一起聚合，在聚合物主鏈上無(wú)規則地分布著(zhù)丙烯單體或乙烯單體反應后的鏈段。乙烯鏈段的存在使共聚物無(wú)法結晶，即使乙烯含量很少，也會(huì )使聚丙烯的結晶能力大大降低。實(shí)驗表明隨著(zhù)乙烯含量的增加，抗沖擊強度增加。因此PPR的特性是結晶度低、透明性好、質(zhì)輕、價(jià)廉、沖擊強度高，具有良好的機械加工性能；具有很好的電性能：高介電強度，低介電常數和低損耗因子；此外，它還具有良好的耐化學(xué)性能、良好的熱熔接性能，其連接處分子與分子完全融合在一起，材料可回收利用。
3 防雷變送器的制作特點(diǎn)
地衣，注油芯體壓力傳感器裝在共聚聚丙烯殼體內，芯體前面注入好特配方的硅凝膠，達到芯體膜片與被測介質(zhì)絕緣的目的，該硅凝膠呈果凍狀，可傳遞壓力，不影響傳感器對壓力的測量。
第二，傳感器前部接頭螺紋如果也用共聚聚丙烯材料，由于塑料螺紋承受壓力的強度低，易損壞，特別是多次緊固后螺紋部分常常有損壞，因此螺紋部分我們選用不銹鋼材料，并鑲嵌在共聚聚丙烯材料之中，可用模具熱壓成型。也可選用建材商店很容易買(mǎi)到的金屬螺紋與共聚聚丙烯壓在一起的成品接頭，其螺紋一般為G1/2。
第三，對于共聚聚丙烯殼體的熱熔接，可以用塑料管道熔接器，外加一些輔助工具實(shí)現；絕緣液位出線(xiàn)的密封采用雙密封圈，中間加墊片的方式進(jìn)行。
第四，對于防雷電路板的設計，針對雷雨季節浪涌對變送器的侵害，在已有線(xiàn)路的基礎上，綜合多方面的經(jīng)驗做了一些改進(jìn)，使其功能完善、體積小，構成了三重防雷電路。該電路完全能滿(mǎn)足guojia標準『盟涌沖擊抗擾度試驗標準（GB/T17626.5-1999）》的要求。電路原理如圖3所示：
對于三重防雷設計地衣級電路由三個(gè)陶瓷氣體放電管構成，選擇擊穿電壓為800V的陶瓷氣體放電管，在雷電電磁干擾到來(lái)之際，當瞬間雷擊電壓高于800V時(shí)，三個(gè)陶瓷氣體放電管相當于短路，使大部分的浪涌沖擊能量在地衣級放電管中釋放。陶瓷氣體放電管擊穿放電時(shí)間通常≤2μs，比雷擊電流數十微秒的時(shí)間要短，因此能保護元器件免造雷擊損壞。在地衣級后設置兩個(gè)自恢復保險絲，它具有壓敏特性，有浪涌電壓時(shí)，可增大變送器的輸入阻抗，延緩浪涌電壓對第二級電路的沖擊，陶瓷氣體放電管具有陡峭的電壓非線(xiàn)性，這一級中可以釋放約80%的浪涌沖擊能量；第二級電路由三個(gè)玻璃放電管構成，選擇擊穿電壓為140V的玻璃放電管，當電壓高于140V時(shí)玻璃放電管導通放電，在第二級，玻璃放電管具有≤10ns的反應時(shí)間，經(jīng)過(guò)第二己盟涌沖擊能量絕大多數都已釋放完，使第三級承受的感應殘壓、殘流很��；第三級電路由三個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器－TVS管構成，TVS管具有≤1ns的反應時(shí)間。我們選擇擊穿電壓為36V的TVS放電管，當電壓高于36V時(shí)TVS管導通放電，使兩級間的電壓箝位于一個(gè)預定值，有效地保護后部電路中的元器件免受各種浪涌脈沖的損壞，也就是說(shuō)TVS管瞬間可以把產(chǎn)生的高壓穩定到指定電壓。
當然防雷設計應以相關(guān)防雷規范為依據，進(jìn)行綜合防雷設計，特別是接地要可靠，地線(xiàn)布局要合理。本文介紹的防雷壓力變送器，主要是正對感應雷的防護，對于直擊雷是無(wú)效的。由于受到元器件及共聚聚丙烯材料性能的影響，本文介紹的防雷變送器工作溫度應小于等于80℃。
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