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儀器儀表運(yùn)用中的反擾亂舉措

作者：admin  來(lái)源：本站  發(fā)表時(shí)間：2012/11/5 8:36:50  點(diǎn)擊：2571

儀器儀表運(yùn)用中的反擾亂舉措

　　關(guān)鍵字：儀器儀表 反擾亂

　　1干擾產(chǎn)生的方式

　　干擾來(lái)自干擾源，在儀表內(nèi)外都可能存在。在儀表外部，一些大功率的用電設(shè)備以及電力設(shè)備有可能成為干擾源，而在儀表內(nèi)部的電源變壓器、繼電器、開(kāi)關(guān)以及電源線等也均可能成為干擾源，干擾的引入方式主要如下。

　　1.1串模干擾E

　　n它是疊加在被測(cè)信號(hào)之上的干擾，主要由下列方式產(chǎn)生。

　　111電磁感應(yīng)

　　電磁感應(yīng)，也就是磁耦合。工程中使用的大功率變壓器、交流電機(jī)、高壓電網(wǎng)等的周圍空間都存在有很強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，信號(hào)源與二次儀表之間的連接導(dǎo)線、二次儀表內(nèi)部的配線通過(guò)交變磁場(chǎng)的磁耦合在電路中形成干擾，二次儀表的閉合回路處在這種變化的磁場(chǎng)中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)可用式表示。這種感應(yīng)電勢(shì)與有用信號(hào)串聯(lián)，當(dāng)信號(hào)源與二次儀表相距較遠(yuǎn)時(shí)，此干擾情況較為突出。為降低感應(yīng)電勢(shì)，B，A或cos等項(xiàng)必須盡量減小，所以將導(dǎo)線遠(yuǎn)離這些強(qiáng)用電設(shè)備及動(dòng)力網(wǎng)，調(diào)整走線方向以及減小導(dǎo)線回路面積都是必要的。僅由于把2根信號(hào)線以短的節(jié)距絞和，磁感應(yīng)電勢(shì)就能降為原有的110.

　　112靜電感應(yīng)

　　靜電感應(yīng)，就是電的耦合。在相對(duì)的兩物體中，如其一的電位發(fā)生變化，則由于物體間的電容使另一物體的電位也發(fā)生變化。干擾源是通過(guò)電容性的耦合在回路中形成干擾，它是兩電場(chǎng)相互作用的結(jié)果。

　　中，導(dǎo)線1的電位會(huì)在導(dǎo)線2上感應(yīng)出對(duì)地的電壓E.當(dāng)把2根信號(hào)線與動(dòng)力線平行敷設(shè)時(shí)，由于動(dòng)力線到兩信號(hào)線的距離不相等，分布電容也不相等。將在兩根信號(hào)線上產(chǎn)生電位差，有時(shí)能達(dá)幾十毫伏甚至更大。當(dāng)把信號(hào)線扭絞時(shí)能使電場(chǎng)在兩信號(hào)線上產(chǎn)生的電位差大為減少。而在采用靜電屏蔽后，能使感應(yīng)電勢(shì)減少到11.

　　113附加熱電勢(shì)和化學(xué)電勢(shì)

　　不同的金屬接觸、摩擦產(chǎn)生的熱電勢(shì)以及金屬受腐蝕等原因產(chǎn)生的化學(xué)電勢(shì)，處于電回路時(shí)也會(huì)成為干擾，這種干擾大多以直流的形式出現(xiàn)。在接線端子板或是干簧繼電器等處容易產(chǎn)生熱電勢(shì)。

　　114振動(dòng)

　　導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。因此在振動(dòng)的環(huán)境中把信號(hào)導(dǎo)線固定是很有必要的。

　　1.2共模干擾E

　　cEc是疊加在二次儀表任一輸入端與地之間的干擾，主要由下列方式產(chǎn)生。

　　121地電位不同

在大地中，各個(gè)不同點(diǎn)之間往往存在電位差，尤其在大功率用電設(shè)備附近，當(dāng)這些設(shè)備的絕緣性能較差時(shí)，這一電位差更大。而在儀表的使用中往往又會(huì)有意或無(wú)意地使輸入回路存在多個(gè)接地點(diǎn)，這樣就把不同接地點(diǎn)的電位差引入儀表，這種地電位差有時(shí)能達(dá)110V以上，而且同時(shí)出現(xiàn)在2根信號(hào)線上，如所示。

2信號(hào)源與二次儀表間的共模干擾通過(guò)靜電耦合的方式，能在兩輸入端感應(yīng)出對(duì)地的共同電壓Ec，以共模干擾的形式出現(xiàn)。

　　122信號(hào)源是不平衡電橋

　　3a）是信號(hào)源為不平衡電橋時(shí)與二次儀表之間連接示意圖。當(dāng)橋路電源接地時(shí)除橋路對(duì)角線的不平衡電壓信號(hào)即信號(hào)源電壓Ea外，兩信號(hào)導(dǎo)線對(duì)地都有一公共電壓Ec，當(dāng)二次儀表輸入端對(duì)地有漏阻抗Z3及Z4時(shí)，Ec通過(guò)對(duì)地的泄漏通道產(chǎn)生漏電流Ic1及Ic2，如3b）所示。

　　由于共模干擾不和信號(hào)相疊加，它不直接對(duì)儀表產(chǎn)生影響。但它通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)形成到地的泄漏電流，這泄漏電流通過(guò)電阻的耦合就能直接作用于儀表，產(chǎn)生干擾。因而在兩輸入端將會(huì)產(chǎn)生一干擾電壓。

　　在了解各種不同的干擾源之后，就可以針對(duì)不同的情況采取相應(yīng)的措施加以消除或避免。因?yàn)樗�有的干擾源都是通過(guò)一定的耦合通道而對(duì)儀表產(chǎn)生影響，因此可以通過(guò)切斷干擾的耦合通道來(lái)抑制干擾。

　　1干擾產(chǎn)生的方式

　　干擾來(lái)自干擾源，在儀表內(nèi)外都可能存在。在儀表外部，一些大功率的用電設(shè)備以及電力設(shè)備有可能成為干擾源，而在儀表內(nèi)部的電源變壓器、繼電器、開(kāi)關(guān)以及電源線等也均可能成為干擾源，干擾的引入方式主要如下。

　　1.1串模干擾E

　　n它是疊加在被測(cè)信號(hào)之上的干擾，主要由下列方式產(chǎn)生。

　　111電磁感應(yīng)

　　電磁感應(yīng)，也就是磁耦合。工程中使用的大功率變壓器、交流電機(jī)、高壓電網(wǎng)等的周圍空間都存在有很強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，信號(hào)源與二次儀表之間的連接導(dǎo)線、二次儀表內(nèi)部的配線通過(guò)交變磁場(chǎng)的磁耦合在電路中形成干擾，二次儀表的閉合回路處在這種變化的磁場(chǎng)中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)可用式表示。這種感應(yīng)電勢(shì)與有用信號(hào)串聯(lián)，當(dāng)信號(hào)源與二次儀表相距較遠(yuǎn)時(shí)，此干擾情況較為突出。為降低感應(yīng)電勢(shì)，B，A或cos等項(xiàng)必須盡量減小，所以將導(dǎo)線遠(yuǎn)離這些強(qiáng)用電設(shè)備及動(dòng)力網(wǎng)，調(diào)整走線方向以及減小導(dǎo)線回路面積都是必要的。僅由于把2根信號(hào)線以短的節(jié)距絞和，磁感應(yīng)電勢(shì)就能降為原有的110.

　　112靜電感應(yīng)

　　靜電感應(yīng)，就是電的耦合。在相對(duì)的兩物體中，如其一的電位發(fā)生變化，則由于物體間的電容使另一物體的電位也發(fā)生變化。干擾源是通過(guò)電容性的耦合在回路中形成干擾，它是兩電場(chǎng)相互作用的結(jié)果。

　　中，導(dǎo)線1的電位會(huì)在導(dǎo)線2上感應(yīng)出對(duì)地的電壓E.當(dāng)把2根信號(hào)線與動(dòng)力線平行敷設(shè)時(shí)，由于動(dòng)力線到兩信號(hào)線的距離不相等，分布電容也不相等。將在兩根信號(hào)線上產(chǎn)生電位差，有時(shí)能達(dá)幾十毫伏甚至更大。當(dāng)把信號(hào)線扭絞時(shí)能使電場(chǎng)在兩信號(hào)線上產(chǎn)生的電位差大為減少。而在采用靜電屏蔽后，能使感應(yīng)電勢(shì)減少到11.

　　113附加熱電勢(shì)和化學(xué)電勢(shì)

　　不同的金屬接觸、摩擦產(chǎn)生的熱電勢(shì)以及金屬受腐蝕等原因產(chǎn)生的化學(xué)電勢(shì)，處于電回路時(shí)也會(huì)成為干擾，這種干擾大多以直流的形式出現(xiàn)。在接線端子板或是干簧繼電器等處容易產(chǎn)生熱電勢(shì)。

　　114振動(dòng)導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。因此在振動(dòng)的環(huán)境中把信號(hào)導(dǎo)線固定是很有必要的。

　　1.2共模干擾E

　　cEc是疊加在二次儀表任一輸入端與地之間的干擾，主要由下列方式產(chǎn)生。

　　121地電位不同

　　在大地中，各個(gè)不同點(diǎn)之間往往存在電位差，尤其在大功率用電設(shè)備附近，當(dāng)這些設(shè)備的絕緣性能較差時(shí)，這一電位差更大。而在儀表的使用中往往又會(huì)有意或無(wú)意地使輸入回路存在多個(gè)接地點(diǎn)，這樣就把不同接地點(diǎn)的電位差引入儀表，這種地電位差有時(shí)能達(dá)110V以上，而且同時(shí)出現(xiàn)在2根信號(hào)線上，如所示。

　　2信號(hào)源與二次儀表間的共模干擾通過(guò)靜電耦合的方式，能在兩輸入端感應(yīng)出對(duì)地的共同電壓Ec，以共模干擾的形式出現(xiàn)。

　　122信號(hào)源是不平衡電橋

　　3a）是信號(hào)源為不平衡電橋時(shí)與二次儀表之間連接示意圖。當(dāng)橋路電源接地時(shí)除橋路對(duì)角線的不平衡電壓信號(hào)即信號(hào)源電壓Ea外，兩信號(hào)導(dǎo)線對(duì)地都有一公共電壓Ec，當(dāng)二次儀表輸入端對(duì)地有漏阻抗Z3及Z4時(shí)，Ec通過(guò)對(duì)地的泄漏通道產(chǎn)生漏電流Ic1及Ic2，如3b）所示。

　　由于共模干擾不和信號(hào)相疊加，它不直接對(duì)儀表產(chǎn)生影響。但它通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)形成到地的泄漏電流，這泄漏電流通過(guò)電阻的耦合就能直接作用于儀表，產(chǎn)生干擾。因而在兩輸入端將會(huì)產(chǎn)生一干擾電壓。

　　在了解各種不同的干擾源之后，就可以針對(duì)不同的情況采取相應(yīng)的措施加以消除或避免。因?yàn)樗�有的干擾源都是通過(guò)一定的耦合通道而對(duì)儀表產(chǎn)生影響，因此可以通過(guò)切斷干擾的耦合通道來(lái)抑制干擾。

　　2干擾的抑制

　　常用的抗干擾措施比較多，要想抑制干擾，必須對(duì)干擾做全面的分析了解，要在消除或抑制干擾源、破壞干擾途徑和削弱接收電路對(duì)噪聲干擾的敏感性這三個(gè)方面采取措施。

　　解決插接件接觸不良、虛焊等情況，是消除干擾源的積極主動(dòng)措施；另外對(duì)于直流信號(hào)，可以在儀表的輸入端加入濾波電路，以使混雜于信號(hào)的干擾衰減到最�。辉趯�(shí)際過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)采用隔離的方式盡量避免干擾場(chǎng)的形成，注意將信號(hào)導(dǎo)線遠(yuǎn)離動(dòng)力線，信號(hào)幅值不同的信號(hào)線也不應(yīng)穿在同一導(dǎo)線管內(nèi)，合理布線，減少雜散磁場(chǎng)的產(chǎn)生，對(duì)變壓器等電器元件加以磁屏蔽等。但是實(shí)際上很多的干擾源是難以消除或不能消除的，這時(shí)就需要在儀表應(yīng)用中根據(jù)干擾的種類采取防護(hù)措施來(lái)抑制干擾。

　　2.1串模干擾的抑制

　　串模干擾與信號(hào)疊加，一旦產(chǎn)生則不易消除，應(yīng)防止它的產(chǎn)生，其措施一般有以下幾項(xiàng)。

　　211信號(hào)導(dǎo)線的扭絞

　　把信號(hào)導(dǎo)線扭絞在一起能使信號(hào)回路包圍的面積大為減少，由式可知感應(yīng)電勢(shì)En也大大減少；另外，信號(hào)導(dǎo)線的扭絞使2根信號(hào)導(dǎo)線到干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(yīng)電勢(shì)Ec大大減少。因此，信號(hào)導(dǎo)線的扭絞能使由磁場(chǎng)和電場(chǎng)通過(guò)感應(yīng)耦合進(jìn)入回路的串模干擾大為減少。

　　212屏蔽

　　為了防止電場(chǎng)的干擾，可把信號(hào)導(dǎo)線用一層金屬網(wǎng)作為屏蔽層包起來(lái)，再在其外包一層絕緣層，即可選用金屬屏蔽導(dǎo)線作為信號(hào)傳輸導(dǎo)線。屏蔽的目的就是隔斷場(chǎng)的耦合，抑制各種場(chǎng)的干擾。但采取屏蔽之后，屏蔽層必須正確接地以減少干擾源與信號(hào)導(dǎo)線之間的分布電容，將干擾衰減至最小。

　　如果屏蔽層是非鐵磁性材料，那么對(duì)于工頻50Hz的磁場(chǎng)無(wú)屏蔽效果，可以通過(guò)將信號(hào)線穿入鐵管中，使導(dǎo)線得到磁屏蔽。

　　2.2共模干擾E

　　c的抑制Ec是疊加在二次儀表任一輸入端與地之間的干擾，主要由地電位不同引起，防止共模干擾通常采用屏蔽和接地相結(jié)合的方式來(lái)抑制干擾。

　　為了安全起見(jiàn)，通常二次儀表和信號(hào)源殼體都接大地，以保持零電位。信號(hào)源電路以及儀表系統(tǒng)也需要穩(wěn)定接地，如所示，兩點(diǎn)接地，由于存在地電位差，產(chǎn)生共模干擾。因此，系統(tǒng)接地通常采用在信號(hào)源側(cè)或二次儀表回路單點(diǎn)接地，如所示。為了提高儀表抗干擾能力，儀表生產(chǎn)廠家一般都把放大器浮地，以切斷共模干擾的泄漏途徑，使干擾無(wú)法進(jìn)入，另外，事實(shí)上信號(hào)源側(cè)對(duì)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干擾，因此為了提高二次儀表的抗干擾能力，4b）所示的接地方法是經(jīng)常采用的。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，通常將屏蔽和接地結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，往往能解決大部分的干擾問(wèn)題。如果將屏蔽層在信號(hào)側(cè)與儀表側(cè)均接地，則地電位差會(huì)通過(guò)屏蔽層形成回路，由于地電阻通常比屏蔽層的電阻小得多，所以在屏蔽層上就會(huì)形成電位梯度，并通過(guò)屏蔽層與信號(hào)導(dǎo)線間的分布電容耦合到信號(hào)電路中去，因此屏蔽層也必須一點(diǎn)接地。并且，信號(hào)導(dǎo)線屏蔽層接地應(yīng)與系統(tǒng)接地同側(cè)，如4所示。即當(dāng)不接地的信號(hào)源與接地的二次儀表放大器相連時(shí)，屏蔽層應(yīng)如4a）所示接至放大器的公共端，而當(dāng)信號(hào)源接地、放大器浮地時(shí)，屏蔽層應(yīng)如4b）所示接至信號(hào)源公共端。

　　事實(shí)上，由于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(shí)候，通常采用的是雙層屏蔽浮地保護(hù)。

　　也就是在二次儀表的外殼內(nèi)再套一個(gè)內(nèi)屏蔽層，內(nèi)屏蔽層與信號(hào)輸入端以及外殼之間均不作電氣連接，內(nèi)屏蔽層引出一條導(dǎo)線與信號(hào)導(dǎo)線的屏蔽層相連接，在信號(hào)源處一點(diǎn)接地，這樣使二次儀表的輸入保護(hù)屏蔽及信號(hào)屏蔽對(duì)信號(hào)源穩(wěn)定起來(lái)，處于等電位狀態(tài)，可以大大提高二次儀表抗干擾的能力。

　　以上針對(duì)儀表應(yīng)用中干擾產(chǎn)生的方式，對(duì)實(shí)際工程中經(jīng)常采用的幾種抗干擾措施予以介紹。實(shí)際使用中，工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的干擾情況復(fù)雜，用一種抗干擾方法往往很難解決問(wèn)題，應(yīng)針對(duì)不同情況，將信號(hào)線的扭絞、屏蔽、接地、濾波、隔離等各種方法結(jié)合起來(lái)使用，以便獲得滿意的效果。

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