本文针对地磅出现的器件烧毁现象进行了原因分析，提出了一些防护 措施技术，同时介绍了一套实际使用有效的防护部件，可以大大提高地磅的可靠性和稳 定性。

一、概述

地磅作为一种准确高效的计量器具在我 国已经发展了 20多年了，我国已经成为世界第一 大衡器制造国，地磅的技术已经很成熟了， 产品应用也越来越普遍，已经从城市发展到农村， 从厂矿企业发展到高速公路，从模拟传感器地磅发展到了数字传感器电子衡器，产品的使用 环境也不尽相同，特别是大型地磅，在使用 中经常出现地磅莫名其妙的烧毁现象，给用 户造成重大经济损失，影响电子衡器的正常使用。

虽然我国是地磅制造大国，但不是强国，与工业发达国家在衡器技术上还相差一定的距离， 特别是在产品的准确度、稳定性和可靠性等方面的 质量指标难以达到工业发达国家的水平，因此需要 衡器界的科技人员潜心研究，紧跟国际先进水平，迎头赶上甚至超过工业发达国家的衡器水平。

面对不同的地磅使用厂家和环境，确保产品 稳定可靠地工作，特别是在微电子技术广泛应用 在电子地磅的今天，应特别注重电子地磅的防护 问题，提高衡器适应不同环境的能力和耐受干扰 的能力，使电子地磅可以在一定外来干扰或冲击 的情况下能够稳定、可靠地继续工作，这就需要 进行电子地磅防护技术的研究。

二、电子地磅烧毁的现象

在实际工作中经常收到电子地磅数据不稳、 突然不能正常工作，在雷雨天后无法正常使用等 衡器故障，这严重影响衡器的使用，对这类故障 的衡器进行检查后往往是仪表或传感器损害造成 的，经过综合分析，现象主要有以下情况：

1.现场有干扰源，地磅的抗干扰能力不能满足现场情况的要求，造成衡器数据不稳。

2.仪表有关器件或保护器件被烧毁，有或没 有烧毁痕迹，如图1、图2所示。

3. —只或多只传感器的应变计或保护器件被 烧毁，有或没有烧毁痕迹，如图3所示。

三、造成电子地磅烧毁的原因分析

1.对传感器的分析

称重传感器是通过由电阻应变式应变计组成 的惠斯通电桥实现重量到电信号转换的，电阻应 变计是利用电阻的应变效应，将被测试件的应变 量转换成电阻变化量的敏感元件，是目前使用最 广泛的一种应变测试元件，箔式应变计的最大工 作电流一般是75?100mA，称重传感器的供桥电压 一般要求不超过15V，试验表明，在输出电阻为 350Q的传感器电源侧施加交流50V，很短时间内 就可烧坏；若施加交流90V，则瞬间即可烧坏； 若施加1.2/50微秒雷电波，在1500V时即可瞬间 烧坏，所谓烧坏就是传感器中的一只或多只应变 计烧断，无法组成惠斯通电桥，造成传感器无正 常输出。以上几种试验所烧毁称重传感器与使用现场烧毁称重传感器的现象完全相同，如图3 (a)、(B所示。这从一个侧面说明了烧毁称重传 感器的罪魁祸首是电压过大。

2.对称重仪表的分析

称重仪表是电子衡器的重要组成部分，是电 子地磅的大脑，他主要由接收称重传感器信号的 输入接口、内部计算机、显示、键盘、将称重数 据信息传送出去的输出接口等组成，通过对维修 情况进行分析，仪表的输入接口和输出接口出现 故障的比例较高，主要是器件损坏，严重的出现 烧毁现象，从现象分析主要是仪表受到了高电压、 大电流的冲击，从路径分析，主要是通过地线 (如图2所示）和接口数据线。

3.对电子地磅的分析

地磅主要由承载器（秤台）、称重传感 器、称重仪表以及计算机外设等组成，对于电子 地磅等大型衡器主要在室外安装使用，秤台、 传感器在室外，与秤房有较大的距离，数据线较 长，同时主要使用在厂矿、企业，电子衡器所处的工业环境比较复杂、恶劣，电源质量较差，因 此容易受到外界环境的影响。

4.原因分析

根据电子地磅结构，仪表、传感器的原理和 维修情况，处理经验以及相关理论可以判断电子地磅在使用中易受到高电压、大电流的冲击破坏， 小则引起干扰，大则引起器件损坏，甚至引起爆 裂、烧毁，降低了产品的可靠性，严重影响用户 使用和产品的声誉。

造成地磅损坏、烧毁的真正原因是浪涌电压。 浪涌电压主要由雷击、闪电，工业过电压，静电 感应，核磁辐射产生，在电子地磅方面，核磁辐 射可以不用考虑，主要研究雷击、闪电，工业过 电压和静电感应。

地磅等大型衡器由于秤台、传感器主 要安装在室外，因此易受雷击、闪电、静电感应 的影响；称重仪表部分主要安装在室内，易通过 供电电源遭受工业过电压和静电感应的影响。当 浪涌电压高于衡器能承受电压值时必将引起衡器 的损坏。

为提高电子衡器应对浪涌电压的能力，与衡 器有关的国际建议、国家标准在新修订中均新增 加了抗扰度试验，国标GB/T23111-2008《非自动 衡器}等同采用了国际法制计量组织（OIMD国 际建议R76:2006《非自动衡器》，国标中B.3.3浪 涌(冲击)中规定，该测试项仅适用于：基于典 型安装情况下，因浪涌产生的严重影响的危险是 可预见的，特别是室外安装以及/或室内安装但与 长信号线连接的有关情况（线的长度大于30m， 或无论其多长，电缆的全部或部分安装在建筑物 外)。这个要求正好适用于电子汽车衡等大型衡 器。国标规定只在电源线上进行试验，电压峰值 要求：0.5kV (线-线)和1kV (线-地），最大 允许变化是：在有干扰和无干扰的情况下，示值 变化应不大于e，或衡器能检测到显著增差，并对 其作出响应。这项要求主要是从抗干扰的角度进 行要求的，在实际使用中还应考虑能抗更大强度 的浪涌电压而不使衡器受损。本国标没有考虑传 感器信号线受浪涌（冲击的情况。

5.浪涌电压参数

本文浪涌电压主要指雷击、闪电、工业过电 压、静电感应。

雷击、闪电通过直击雷和雷电感应对电子设 备产生破坏，雷击损坏设备的渠道是室外传输线 路遭受雷击、闪电带来的电磁脉冲辐射和地电位 反击。地磅等大型衡器由于秤台、传感器 主要安装在室外，面积大，又是金属，极易受到 直击雷的攻击。直击雷蕴含极大的能量，峰值电 压可高达5000kV，峰值电流可高达140kA，具有 极大的破坏力，因此电子地磅必须有防直击雷措 施；据统计，全球80%的雷击损失来自感应雷击， 所谓感应雷，是指雷云放电时，在附近导体上产 生的静电感应和电磁感应等现象，也称之为感应 雷击。雷电在雷云之间或雷云对地的放电时，会 在附近的电源线路、信号线路、埋地管道、设备 间连接线和铁路钢轨等等导体上产生静电和电磁 感应过电压，使串联在线路中间或终端的电子设 备遭到损害，感应雷实际上是一个峰值高，持续 时间MS级的脉冲电流域电压），又称为浪涌电 流域浪涌电压），感应雷击是沿导体传播，并将 导体相连接的电器设备损坏。它的主要破坏对象 是弱电设备，由于雷电流可沿导体传到很远的地 方，因此，感应雷击的破坏面很广，人们经常遇 到的没有感觉到有雷击而设备损坏了的情况，就 是远处的感应雷电流传过来所致。据IEEE指出， 电力线上的感应雷电流峰值不会大于10kA (8/20，雷电压峰值不会大于20kV (1.2/50。

工业过电压包括瞬间过电压和临时过电压。 瞬间过电压是由电气短路、断路、开关电闸、感 性容性负载通断引起的；临时过电压是由相线错 误、地线错误、零线断路引起的。工业过电压比 较复杂，可以产生几百甚至几千伏的脉冲电压， 主要通过电源线传输，影响电子衡器。

人体的电容量大约为100至300pf，当人在地 毯上行走大约会产生25-40kV的高压，人接触衡 器时约会产生5到15kV/25ns的放电，这对极为敏 感的半导体回路产生干扰或破坏，国标 GB/T23111-2008《非自动衡器》B.3.4静电放电要 求衡器承受直接放电6kV，空气放电8kV，最大允 许变化是：在有干扰和无干扰的情况下，示值变 化应不大于e，或衡器能检测到显著增差，并对其 作出响应。

6.浪涌电压对电子设备的危害

浪涌电压对电子设备会造成部分或整体损坏，干扰正常功能，无法完成正常使用效果，设备加 速老化，缩短寿命；影响产品的可靠性，因此必 须高度重视并采取相应措施减小浪涌电压对设备 的危害。

四、电子地磅的防护

浪涌电压经由电力线以及与外界有线缆联系 的信号电路使电子设备损坏，因此电子衡器的防 护必须进行系统防护才能有效阻止或减少浪涌电 压对电子衡器的损坏，同时解决了防雷问题也就 解决了防浪涌问题，德国专家希曼斯基在《过电 压保护理论与实践中》提出了现代防雷保护的三 道防线：

(1)外部保护一将绝大部分雷电流直接引入 地下泄散；

(2）内部保护及过电压保护一阻塞沿电源线 或数据线、信号线引入的侵入波危害设备；

(3）过电压保护一限制被保护设备上雷电过 电压幅值。

这三道防线相互配合，各尽其职，缺一不可。

电子衡器的防护更有其特殊性，电子衡器属 于国家法制强检计量器具，因此任何防护措施必 须确保不能影响地磅的计量性能，因此不能直接 拿在其他行业使用良好的装置使用在电子地磅上， 应进行大量的实验和检测，确保计量性能不受影 响并能起到可靠的保护作用。

根据电子地磅的结构、相关防护理论以及实 践经验，提出以下防护措施：

(1)在地磅周围设置有效的防直击雷的避雷设施；

(2）提高地磅部件的防护能力，减少外界过电 压的影响；

(3）做好线路的屏蔽处理，最大限度降低感应 过电压的幅值；

(4）必要时在电源线或数据线、信号线入口处 增加防护部件，限制过电压幅值使之达到地磅部 件可以承受的水平；

(5）在地磅输入、输出接口之间采取光电隔离 措施，减少设备之间的相互影响，提高系统可靠 性；

(6）正确可靠接地。严格按照相关标准规范进 行接地处理，接地是一切防护的基础，必须确保 接地正确可靠，否则会起到反作用，影响设备的可 靠使用。必须根据设备安装的现场情况正确处理接 地电阻，防雷接地、设备接地、电源接地、屏蔽接 地之间的关系，使采取的防护措施安全有效；

(7）加强设备检查保养，确保防护措施始终有 效。采取了保护措施并不是一劳永逸，应经常检 查防护部件是否处于良好的正常工作状态。

五、介绍一套地磅防护系统

公司根据多年的 防雷研究设计出了一套防雷系统，可以有效降低 浪涌电压对衡器的影响，可以大大提高地磅的防 护能力，提高了地磅的可靠性，并不影响衡器的 计量性能，其性能已通过山东省计量科学研究院 的检测，现介绍给大家供参考。

(1)系统组成图如图4所示。

(2）系统组成及其作用。

本系统由电源防雷箱、防浪涌传感器接线盒、 传感器接口浪涌保护器、串行口光电隔离器组成 (如图5所示，本系统的所有部件均可单独使用， 只是保护范围不同。本系统采用三级保护，可有 效保护衡器免受雷击浪涌电压的损坏。本系统所 有部件均可兼容金钟公司现有大型衡器系统，不 需要对原有系统进行改动，可直接使用或去除。

a.电源防雷箱的作用是降低从电源侧来的干 扰及浪涌电压，电源防雷箱使用在衡器的电源输 入端，所有衡器设备的电源都应经过电源防雷箱。

b.传感器接口浪涌保护器使用于仪表与数字 传感器接线盒之间，传感器接口浪涌保护器用于 保护称重仪表传感器接口免受从衡器现场传送的 雷击浪涌高电压的损坏。

C.防浪涌接线盒用于方便传感器与称重仪表 的连接，不改变原来的结构，方便使用和兼容， 防浪涌接线盒用于保护传感器免受雷击浪涌高电 压的损坏。

d.串行口光电隔离器使用于计算机与称重仪 表的串口之间，串行口光电隔离器用于保护称重 仪表免受由于计算机和称重仪表共地不良造成的 干扰和破坏。

在实际使用中应注意，若仪表、传感器内部 已经使用了防雷器件，有可能在使用传感器接口 浪涌保护器和防浪涌接线盒时出现仪表跑数现象。

六、结束语

为提高电子地磅的可靠性和稳定性，提高电子地磅的防护能力是必要的，这巳经越来越引起 行业内和用户的重视，但电子地磅的防护有其特 殊性，不能简单照搬其他电子产品的防护措施， 在增加防护器件的同时，也应注重电子地磅的接 地技术和实际效果，同时更应注意保护系统的维 护保养，确保系统一直有效运行，真正成为电子地磅的保护神。