儀器儀表運用中的反擾亂舉措

作者 ：admin  來源 ：本站  發表時間 ：2012/11/5 8:36:50  點擊 ：2627

儀器儀表運用中的反擾亂舉措

　　關鍵字 ：儀器儀表 反擾亂

　　1幹擾產生的方式

　　幹擾來自幹擾源 ，在儀表內外都可能存在 。在儀表外部，一些大功率的用電設備以及電力設備有可能成為幹擾源 ，而在儀表內部的電源變壓器 、繼電器 、開關以及電源線等也均可能成為幹擾源 ，幹擾的引入方式主要如下 。

　　1.1串模幹擾E

　　n它是疊加在被測信號之上的幹擾 ，主要由下列方式產生 。

　　111電磁感應

　　電磁感應 ，也就是磁耦合 。工程中使用的大功率變壓器 、交流電機 、高壓電網等的周圍空間都存在有很強的交變磁場 ，信號源與二次儀表之間的連接導線 、二次儀表內部的配線通過交變磁場的磁耦合在電路中形成幹擾 ，二次儀表的閉合回路處在這種變化的磁場中將會產生感應電勢 ，感應電勢可用式表示 。這種感應電勢與有用信號串聯 ，當信號源與二次儀表相距較遠時 ，此幹擾情況較為突出 。為降低感應電勢，B ，A或cos等項必須盡量減小 ，所以將導線遠離這些強用電設備及動力網 ，調整走線方向以及減小導線回路麵積都是必要的 。僅由於把2根信號線以短的節距絞和 ，磁感應電勢就能降為原有的110.

　　112靜電感應

　　靜電感應 ，就是電的耦合 。在相對的兩物體中 ，如其一的電位發生變化 ，則由於物體間的電容使另一物體的電位也發生變化 。幹擾源是通過電容性的耦合在回路中形成幹擾 ，它是兩電場相互作用的結果 。

　　中 ，導線1的電位會在導線2上感應出對地的電壓E.當把2根信號線與動力線平行敷設時 ，由於動力線到兩信號線的距離不相等 ，分布電容也不相等 。將在兩根信號線上產生電位差 ，有時能達幾十毫伏甚至更大 。當把信號線扭絞時能使電場在兩信號線上產生的電位差大為減少 。而在采用靜電屏蔽後 ，能使感應電勢減少到11.

　　113附加熱電勢和化學電勢

　　不同的金屬接觸 、摩擦產生的熱電勢以及金屬受腐蝕等原因產生的化學電勢 ，處於電回路時也會成為幹擾 ，這種幹擾大多以直流的形式出現 。在接線端子板或是幹簧繼電器等處容易產生熱電勢 。

　　114振動

　　導線在磁場中運動時 ，會產生感應電動勢 。因此在振動的環境中把信號導線固定是很有必要的 。

　　1.2共模幹擾E

　　cEc是疊加在二次儀表任一輸入端與地之間的幹擾 ，主要由下列方式產生 。

　　121地電位不同

在大地中 ，各個不同點之間往往存在電位差 ，尤其在大功率用電設備附近 ，當這些設備的絕緣性能較差時 ，這一電位差更大 。而在儀表的使用中往往又會有意或無意地使輸入回路存在多個接地點 ，這樣就把不同接地點的電位差引入儀表 ，這種地電位差有時能達110V以上 ，而且同時出現在2根信號線上 ，如所示 。

2信號源與二次儀表間的共模幹擾通過靜電耦合的方式 ，能在兩輸入端感應出對地的共同電壓Ec ，以共模幹擾的形式出現 。

　　122信號源是不平衡電橋

　　3a）是信號源為不平衡電橋時與二次儀表之間連接示意圖 。當橋路電源接地時除橋路對角線的不平衡電壓信號即信號源電壓Ea外 ，兩信號導線對地都有一公共電壓Ec，當二次儀表輸入端對地有漏阻抗Z3及Z4時 ，Ec通過對地的泄漏通道產生漏電流Ic1及Ic2 ，如3b）所示 。

　　由於共模幹擾不和信號相疊加 ，它不直接對儀表產生影響 。但它通過測量係統形成到地的泄漏電流 ，這泄漏電流通過電阻的耦合就能直接作用於儀表 ，產生幹擾 。因而在兩輸入端將會產生一幹擾電壓 。

　　在了解各種不同的幹擾源之後 ，就可以針對不同的情況采取相應的措施加以消除或避免 。因為所有的幹擾源都是通過一定的耦合通道而對儀表產生影響 ，因此可以通過切斷幹擾的耦合通道來抑製幹擾 。

　　1幹擾產生的方式

　　幹擾來自幹擾源 ，在儀表內外都可能存在 。在儀表外部 ，一些大功率的用電設備以及電力設備有可能成為幹擾源 ，而在儀表內部的電源變壓器 、繼電器 、開關以及電源線等也均可能成為幹擾源 ，幹擾的引入方式主要如下 。

　　1.1串模幹擾E

　　n它是疊加在被測信號之上的幹擾 ，主要由下列方式產生 。

　　111電磁感應

　　電磁感應 ，也就是磁耦合 。工程中使用的大功率變壓器 、交流電機 、高壓電網等的周圍空間都存在有很強的交變磁場 ，信號源與二次儀表之間的連接導線 、二次儀表內部的配線通過交變磁場的磁耦合在電路中形成幹擾 ，二次儀表的閉合回路處在這種變化的磁場中將會產生感應電勢 ，感應電勢可用式表示 。這種感應電勢與有用信號串聯 ，當信號源與二次儀表相距較遠時 ，此幹擾情況較為突出 。為降低感應電勢 ，B，A或cos等項必須盡量減小 ，所以將導線遠離這些強用電設備及動力網 ，調整走線方向以及減小導線回路麵積都是必要的 。僅由於把2根信號線以短的節距絞和 ，磁感應電勢就能降為原有的110.

　　112靜電感應

　　靜電感應 ，就是電的耦合 。在相對的兩物體中 ，如其一的電位發生變化 ，則由於物體間的電容使另一物體的電位也發生變化 。幹擾源是通過電容性的耦合在回路中形成幹擾 ，它是兩電場相互作用的結果 。

　　中，導線1的電位會在導線2上感應出對地的電壓E.當把2根信號線與動力線平行敷設時 ，由於動力線到兩信號線的距離不相等 ，分布電容也不相等 。將在兩根信號線上產生電位差，有時能達幾十毫伏甚至更大 。當把信號線扭絞時能使電場在兩信號線上產生的電位差大為減少 。而在采用靜電屏蔽後 ，能使感應電勢減少到11.

　　113附加熱電勢和化學電勢

　　不同的金屬接觸 、摩擦產生的熱電勢以及金屬受腐蝕等原因產生的化學電勢 ，處於電回路時也會成為幹擾 ，這種幹擾大多以直流的形式出現 。在接線端子板或是幹簧繼電器等處容易產生熱電勢 。

　　114振動導線在磁場中運動時 ，會產生感應電動勢 。因此在振動的環境中把信號導線固定是很有必要的 。

　　1.2共模幹擾E

　　cEc是疊加在二次儀表任一輸入端與地之間的幹擾 ，主要由下列方式產生 。

　　121地電位不同

　　在大地中 ，各個不同點之間往往存在電位差 ，尤其在大功率用電設備附近 ，當這些設備的絕緣性能較差時 ，這一電位差更大 。而在儀表的使用中往往又會有意或無意地使輸入回路存在多個接地點 ，這樣就把不同接地點的電位差引入儀表 ，這種地電位差有時能達110V以上 ，而且同時出現在2根信號線上 ，如所示 。

　　2信號源與二次儀表間的共模幹擾通過靜電耦合的方式 ，能在兩輸入端感應出對地的共同電壓Ec ，以共模幹擾的形式出現 。

　　122信號源是不平衡電橋

　　3a）是信號源為不平衡電橋時與二次儀表之間連接示意圖 。當橋路電源接地時除橋路對角線的不平衡電壓信號即信號源電壓Ea外 ，兩信號導線對地都有一公共電壓Ec ，當二次儀表輸入端對地有漏阻抗Z3及Z4時 ，Ec通過對地的泄漏通道產生漏電流Ic1及Ic2 ，如3b）所示 。

　　由於共模幹擾不和信號相疊加 ，它不直接對儀表產生影響 。但它通過測量係統形成到地的泄漏電流 ，這泄漏電流通過電阻的耦合就能直接作用於儀表 ，產生幹擾 。因而在兩輸入端將會產生一幹擾電壓 。

　　在了解各種不同的幹擾源之後 ，就可以針對不同的情況采取相應的措施加以消除或避免 。因為所有的幹擾源都是通過一定的耦合通道而對儀表產生影響 ，因此可以通過切斷幹擾的耦合通道來抑製幹擾 。

　　2幹擾的抑製

　　常用的抗幹擾措施比較多 ，要想抑製幹擾 ，必須對幹擾做全麵的分析了解 ，要在消除或抑製幹擾源 、破壞幹擾途徑和削弱接收電路對噪聲幹擾的敏感性這三個方麵采取措施 。

　　解決插接件接觸不良 、虛焊等情況 ，是消除幹擾源的積極主動措施 ；另外對於直流信號 ，可以在儀表的輸入端加入濾波電路 ，以使混雜於信號的幹擾衰減到最小；在實際過程中 ，還應當采用隔離的方式盡量避免幹擾場的形成 ，注意將信號導線遠離動力線 ，信號幅值不同的信號線也不應穿在同一導線管內 ，合理布線 ，減少雜散磁場的產生 ，對變壓器等電器元件加以磁屏蔽等 。但是實際上很多的幹擾源是難以消除或不能消除的 ，這時就需要在儀表應用中根據幹擾的種類采取防護措施來抑製幹擾 。

　　2.1串模幹擾的抑製

　　串模幹擾與信號疊加 ，一旦產生則不易消除 ，應防止它的產生 ，其措施一般有以下幾項 。

　　211信號導線的扭絞

　　把信號導線扭絞在一起能使信號回路包圍的麵積大為減少 ，由式可知感應電勢En也大大減少 ；另外 ，信號導線的扭絞使2根信號導線到幹擾源的距離大致相等 ，分布電容也能大致相等 ，即C120 ，由式可知 ，感應電勢Ec大大減少 。因此 ，信號導線的扭絞能使由磁場和電場通過感應耦合進入回路的串模幹擾大為減少 。

　　212屏蔽

　　為了防止電場的幹擾 ，可把信號導線用一層金屬網作為屏蔽層包起來 ，再在其外包一層絕緣層 ，即可選用金屬屏蔽導線作為信號傳輸導線 。屏蔽的目的就是隔斷場的耦合 ，抑製各種場的幹擾 。但采取屏蔽之後 ，屏蔽層必須正確接地以減少幹擾源與信號導線之間的分布電容 ，將幹擾衰減至最小 。

　　如果屏蔽層是非鐵磁性材料 ，那麽對於工頻50Hz的磁場無屏蔽效果 ，可以通過將信號線穿入鐵管中 ，使導線得到磁屏蔽 。

　　2.2共模幹擾E

　　c的抑製Ec是疊加在二次儀表任一輸入端與地之間的幹擾 ，主要由地電位不同引起 ，防止共模幹擾通常采用屏蔽和接地相結合的方式來抑製幹擾 。

　　為了安全起見 ，通常二次儀表和信號源殼體都接大地 ，以保持零電位 。信號源電路以及儀表係統也需要穩定接地 ，如所示 ，兩點接地 ，由於存在地電位差 ，產生共模幹擾 。因此 ，係統接地通常采用在信號源側或二次儀表回路單點接地 ，如所示 。為了提高儀表抗幹擾能力 ，儀表生產廠家一般都把放大器浮地 ，以切斷共模幹擾的泄漏途徑 ，使幹擾無法進入 ，另外 ，事實上信號源側對地也不可能絕緣 ，采用4a）的接地方式不可能徹底消除地電位差引入的幹擾 ，因此為了提高二次儀表的抗幹擾能力 ，4b）所示的接地方法是經常采用的 。

　　在實際應用中 ，通常將屏蔽和接地結合起來應用 ，往往能解決大部分的幹擾問題 。如果將屏蔽層在信號側與儀表側均接地 ，則地電位差會通過屏蔽層形成回路 ，由於地電阻通常比屏蔽層的電阻小得多 ，所以在屏蔽層上就會形成電位梯度 ，並通過屏蔽層與信號導線間的分布電容耦合到信號電路中去 ，因此屏蔽層也必須一點接地 。並且 ，信號導線屏蔽層接地應與係統接地同側 ，如4所示 。即當不接地的信號源與接地的二次儀表放大器相連時 ，屏蔽層應如4a）所示接至放大器的公共端 ，而當信號源接地 、放大器浮地時 ，屏蔽層應如4b）所示接至信號源公共端 。

　　事實上 ，由於二次儀表的外殼為了安全需要接地 。而儀表的輸入端與外殼之間一定存在分布電容和漏電阻 ，浮地不可能把泄漏途徑完全切斷 ，因此 ，必要的時候 ，通常采用的是雙層屏蔽浮地保護 。

　　也就是在二次儀表的外殼內再套一個內屏蔽層 ，內屏蔽層與信號輸入端以及外殼之間均不作電氣連接 ，內屏蔽層引出一條導線與信號導線的屏蔽層相連接 ，在信號源處一點接地 ，這樣使二次儀表的輸入保護屏蔽及信號屏蔽對信號源穩定起來 ，處於等電位狀態 ，可以大大提高二次儀表抗幹擾的能力 。

　　以上針對儀表應用中幹擾產生的方式 ，對實際工程中經常采用的幾種抗幹擾措施予以介紹 。實際使用中 ，工業生產現場的幹擾情況複雜 ，用一種抗幹擾方法往往很難解決問題 ，應針對不同情況 ，將信號線的扭絞 、屏蔽 、接地 、濾波 、隔離等各種方法結合起來使用 ，以便獲得滿意的效果 。

轉載請注明 ：工業自動化 中國工控網 自動化