仪器仪表运用中的反扰乱举措 - 全文

　　1干扰产生的方式

　　干扰来自干扰源，在仪表内外都可能存在。在仪表外部，一些大功率的用电设备以及电力设备有可能成为干扰源，而在仪表内部的电源变压器、继电器、开关以及电源线等也均可能成为干扰源，干扰的引入方式主要如下。

　　1.1串模干扰E

　　n它是叠加在被测信号之上的干扰，主要由下列方式产生。

　　111电磁感应

　　电磁感应，也就是磁耦合。工程中使用的大功率变压器、交流电机、高压电网等的周围空间都存在有很强的交变磁场，信号源与二次仪表之间的连接导线、二次仪表内部的配线通过交变磁场的磁耦合在电路中形成干扰，二次仪表的闭合回路处在这种变化的磁场中将会产生感应电势，感应电势可用式表示。这种感应电势与有用信号串联，当信号源与二次仪表相距较远时，此干扰情况较为突出。为降低感应电势，B，A或cos等项必须尽量减小，所以将导线远离这些强用电设备及动力网，调整走线方向以及减小导线回路面积都是必要的。仅由于把2根信号线以短的节距绞和，磁感应电势就能降为原有的110.

　　112静电感应

　　静电感应，就是电的耦合。在相对的两物体中，如其一的电位发生变化，则由于物体间的电容使另一物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰，它是两电场相互作用的结果。

　　中，导线1的电位会在导线2上感应出对地的电压E.当把2根信号线与动力线平行敷设时，由于动力线到两信号线的距离不相等，分布电容也不相等。将在两根信号线上产生电位差，有时能达几十毫伏甚至更大。当把信号线扭绞时能使电场在两信号线上产生的电位差大为减少。而在采用静电屏蔽后，能使感应电势减少到11.

　　113附加热电势和化学电势

　　不同的金属接触、摩擦产生的热电势以及金属受腐蚀等原因产生的化学电势，处于电回路时也会成为干扰，这种干扰大多以直流的形式出现。在接线端子板或是干簧继电器等处容易产生热电势。

　　114振动

　　导线在磁场中运动时，会产生感应电动势。因此在振动的环境中把信号导线固定是很有必要的。

　　1.2共模干扰E

　　cEc是叠加在二次仪表任一输入端与地之间的干扰，主要由下列方式产生。

　　121地电位不同

　　在大地中，各个不同点之间往往存在电位差，尤其在大功率用电设备附近，当这些设备的绝缘性能较差时，这一电位差更大。而在仪表的使用中往往又会有意或无意地使输入回路存在多个接地点，这样就把不同接地点的电位差引入仪表，这种地电位差有时能达110V以上，而且同时出现在2根信号线上，如所示。

　　2信号源与二次仪表间的共模干扰通过静电耦合的方式，能在两输入端感应出对地的共同电压Ec，以共模干扰的形式出现。

　　122信号源是不平衡电桥

　　3a）是信号源为不平衡电桥时与二次仪表之间连接示意图。当桥路电源接地时除桥路对角线的不平衡电压信号即信号源电压Ea外，两信号导线对地都有一公共电压Ec，当二次仪表输入端对地有漏阻抗Z3及Z4时，Ec通过对地的泄漏通道产生漏电流Ic1及Ic2，如3b）所示。

　　由于共模干扰不和信号相叠加，它不直接对仪表产生影响。但它通过测量系统形成到地的泄漏电流，这泄漏电流通过电阻的耦合就能直接作用于仪表，产生干扰。因而在两输入端将会产生一干扰电压。

　　在了解各种不同的干扰源之后，就可以针对不同的情况采取相应的措施加以消除或避免。因为所有的干扰源都是通过一定的耦合通道而对仪表产生影响，因此可以通过切断干扰的耦合通道来抑制干扰。

　　1干扰产生的方式

　　干扰来自干扰源，在仪表内外都可能存在。在仪表外部，一些大功率的用电设备以及电力设备有可能成为干扰源，而在仪表内部的电源变压器、继电器、开关以及电源线等也均可能成为干扰源，干扰的引入方式主要如下。

　　1.1串模干扰E

　　n它是叠加在被测信号之上的干扰，主要由下列方式产生。

　　111电磁感应

　　电磁感应，也就是磁耦合。工程中使用的大功率变压器、交流电机、高压电网等的周围空间都存在有很强的交变磁场，信号源与二次仪表之间的连接导线、二次仪表内部的配线通过交变磁场的磁耦合在电路中形成干扰，二次仪表的闭合回路处在这种变化的磁场中将会产生感应电势，感应电势可用式表示。这种感应电势与有用信号串联，当信号源与二次仪表相距较远时，此干扰情况较为突出。为降低感应电势，B，A或cos等项必须尽量减小，所以将导线远离这些强用电设备及动力网，调整走线方向以及减小导线回路面积都是必要的。仅由于把2根信号线以短的节距绞和，磁感应电势就能降为原有的110.

　　112静电感应

　　静电感应，就是电的耦合。在相对的两物体中，如其一的电位发生变化，则由于物体间的电容使另一物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰，它是两电场相互作用的结果。

　　中，导线1的电位会在导线2上感应出对地的电压E.当把2根信号线与动力线平行敷设时，由于动力线到两信号线的距离不相等，分布电容也不相等。将在两根信号线上产生电位差，有时能达几十毫伏甚至更大。当把信号线扭绞时能使电场在两信号线上产生的电位差大为减少。而在采用静电屏蔽后，能使感应电势减少到11.

　　113附加热电势和化学电势

　　不同的金属接触、摩擦产生的热电势以及金属受腐蚀等原因产生的化学电势，处于电回路时也会成为干扰，这种干扰大多以直流的形式出现。在接线端子板或是干簧继电器等处容易产生热电势。

　　114振动

　　导线在磁场中运动时，会产生感应电动势。因此在振动的环境中把信号导线固定是很有必要的。

　　1.2共模干扰E

　　cEc是叠加在二次仪表任一输入端与地之间的干扰，主要由下列方式产生。

　　121地电位不同

　　在大地中，各个不同点之间往往存在电位差，尤其在大功率用电设备附近，当这些设备的绝缘性能较差时，这一电位差更大。而在仪表的使用中往往又会有意或无意地使输入回路存在多个接地点，这样就把不同接地点的电位差引入仪表，这种地电位差有时能达110V以上，而且同时出现在2根信号线上，如所示。

　　2信号源与二次仪表间的共模干扰通过静电耦合的方式，能在两输入端感应出对地的共同电压Ec，以共模干扰的形式出现。

　　122信号源是不平衡电桥

　　3a）是信号源为不平衡电桥时与二次仪表之间连接示意图。当桥路电源接地时除桥路对角线的不平衡电压信号即信号源电压Ea外，两信号导线对地都有一公共电压Ec，当二次仪表输入端对地有漏阻抗Z3及Z4时，Ec通过对地的泄漏通道产生漏电流Ic1及Ic2，如3b）所示。

　　由于共模干扰不和信号相叠加，它不直接对仪表产生影响。但它通过测量系统形成到地的泄漏电流，这泄漏电流通过电阻的耦合就能直接作用于仪表，产生干扰。因而在两输入端将会产生一干扰电压。

　　在了解各种不同的干扰源之后，就可以针对不同的情况采取相应的措施加以消除或避免。因为所有的干扰源都是通过一定的耦合通道而对仪表产生影响，因此可以通过切断干
扰的耦合通道来抑制干扰。

　　2干扰的抑制

　　常用的抗干扰措施比较多，要想抑制干扰，必须对干扰做全面的分析了解，要在消除或抑制干扰源、破坏干扰途径和削弱接收电路对噪声干扰的敏感性这三个方面采取措施。

　　解决插接件接触不良、虚焊等情况，是消除干扰源的积极主动措施；另外对于直流信号，可以在仪表的输入端加入滤波电路，以使混杂于信号的干扰衰减到最小；在实际过程中，还应当采用隔离的方式尽量避免干扰场的形成，注意将信号导线远离动力线，信号幅值不同的信号线也不应穿在同一导线管内，合理布线，减少杂散磁场的产生，对变压器等电器元件加以磁屏蔽等。但是实际上很多的干扰源是难以消除或不能消除的，这时就需要在仪表应用中根据干扰的种类采取防护措施来抑制干扰。

　　2.1串模干扰的抑制

　　串模干扰与信号叠加，一旦产生则不易消除，应防止它的产生，其措施一般有以下几项。

　　211信号导线的扭绞

　　把信号导线扭绞在一起能使信号回路包围的面积大为减少，由式可知感应电势En也大大减少；另外，信号导线的扭绞使2根信号导线到干扰源的距离大致相等，分布电容也能大致相等，即C120，由式可知，感应电势Ec大大减少。因此，信号导线的扭绞能使由磁场和电场通过感应耦合进入回路的串模干扰大为减少。

　　212屏蔽

　　为了防止电场的干扰，可把信号导线用一层金属网作为屏蔽层包起来，再在其外包一层绝缘层，即可选用金属屏蔽导线作为信号传输导线。屏蔽的目的就是隔断场的耦合，抑制各种场的干扰。但采取屏蔽之后，屏蔽层必须正确接地以减少干扰源与信号导线之间的分布电容，将干扰衰减至最小。

　　如果屏蔽层是非铁磁性材料，那么对于工频50Hz的磁场无屏蔽效果，可以通过将信号线穿入铁管中，使导线得到磁屏蔽。

　　2.2共模干扰E

　　c的抑制Ec是叠加在二次仪表任一输入端与地之间的干扰，主要由地电位不同引起，防止共模干扰通常采用屏蔽和接地相结合的方式来抑制干扰。

　　为了安全起见，通常二次仪表和信号源壳体都接大地，以保持零电位。信号源电路以及仪表系统也需要稳定接地，如所示，两点接地，由于存在地电位差，产生共模干扰。因此，系统接地通常采用在信号源侧或二次仪表回路单点接地，如所示。为了提高仪表抗干扰能力，仪表生产厂家一般都把放大器浮地，以切断共模干扰的泄漏途径，使干扰无法进入，另外，事实上信号源侧对地也不可能绝缘，采用4a）的接地方式不可能彻底消除地电位差引入的干扰，因此为了提高二次仪表的抗干扰能力，4b）所示的接地方法是经常采用的。

　　在实际应用中，通常将屏蔽和接地结合起来应用，往往能解决大部分的干扰问题。如果将屏蔽层在信号侧与仪表侧均接地，则地电位差会通过屏蔽层形成回路，由于地电阻通常比屏蔽层的电阻小得多，所以在屏蔽层上就会形成电位梯度，并通过屏蔽层与信号导线间的分布电容耦合到信号电路中去，因此屏蔽层也必须一点接地。并且，信号导线屏蔽层接地应与系统接地同侧，如4所示。即当不接地的信号源与接地的二次仪表放大器相连时，屏蔽层应如4a）所示接至放大器的公共端，而当信号源接地、放大器浮地时，屏蔽层应如4b）所示接至信号源公共端。

　　事实上，由于二次仪表的外壳为了安全需要接地。而仪表的输入端与外壳之间一定存在分布电容和漏电阻，浮地不可能把泄漏途径完全切断，因此，必要的时候，通常采用的是双层屏蔽浮地保护。

　　也就是在二次仪表的外壳内再套一个内屏蔽层，内屏蔽层与信号输入端以及外壳之间均不作电气连接，内屏蔽层引出一条导线与信号导线的屏蔽层相连接，在信号源处一点接地，这样使二次仪表的输入保护屏蔽及信号屏蔽对信号源稳定起来，处于等电位状态，可以大大提高二次仪表抗干扰的能力。

　　以上针对仪表应用中干扰产生的方式，对实际工程中经常采用的几种抗干扰措施予以介绍。实际使用中，工业生产现场的干扰情况复杂，用一种抗干扰方法往往很难解决问题，应针对不同情况，将信号线的扭绞、屏蔽、接地、滤波、隔离等各种方法结合起来使用，以便获得满意的效果。