宿偉娜 王曉宇

摘要：儀表及控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。然而干擾的存在卻使得測控儀器經(jīng)常不能正常工作，因此需要對(duì)干擾進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠帘位蛘呃媒拥丶夹g(shù)以避免干擾對(duì)測控結(jié)果的不良影響?；诖耍恼戮蜏y控儀器中的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：測控儀器;抗干擾;屏蔽和接地

在工程的實(shí)際測量中，除有用信號(hào)外，由于各種原因必然會(huì)有一些與被測信號(hào)無關(guān)的電流或電壓存在，這種無關(guān)的電流或電壓通稱為“干擾”。在測量過程中，這些干擾若不能被很好的處理，將有可能歪曲測量結(jié)果，嚴(yán)重時(shí)甚至使測控儀器判斷失誤，給出錯(cuò)誤指令。研究測控儀器的抗干擾技術(shù)，提高其抗干擾性能是尤為必要的。由于干擾來源廣泛并且形式多樣，所以進(jìn)行測控儀器的抗干擾并不是一件簡單的事情，往往要經(jīng)過認(rèn)真分析，反復(fù)實(shí)踐才能解決。在實(shí)際工程中，抗干擾技術(shù)沒有固定的模式，需對(duì)具體問題進(jìn)行分析，才能找到合理有效的方案。

一、常見的干擾來源

儀表測控系統(tǒng)的干擾源主要是電力網(wǎng)絡(luò)以及電氣設(shè)備的暫態(tài)過程引入的干擾、雷電等引起空間的輻射干擾以及系統(tǒng)電源線、信號(hào)引線以及接地等引起的系統(tǒng)外引線干擾。總體上來講，可以將這些干擾分為內(nèi)部干擾和外部干擾，主要概括為以下幾種方式：

1.電磁感應(yīng)干擾

也就是磁耦合。信號(hào)源與儀表之間的連接導(dǎo)線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。如大功率的變壓器、交流電機(jī)、高壓電網(wǎng)等周圍空間中都存在很強(qiáng)的交變磁場，而儀表的閉合回路處在這種變化的磁場中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。這種感應(yīng)電動(dòng)勢與有用信號(hào)串聯(lián)，當(dāng)信號(hào)源與儀表較遠(yuǎn)時(shí)，此情況就較為突出。將導(dǎo)線遠(yuǎn)離強(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)線回路面積可以有效地減小電磁感應(yīng)干擾。

2.靜電感應(yīng)干擾

也就是電耦合。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會(huì)使另一物體的電位也發(fā)生變化。干擾源是通過電容性的耦合在回路中形成干擾。它是兩電場相互作用的結(jié)果。當(dāng)把兩根信號(hào)線與動(dòng)力線平行敷設(shè)時(shí)，由于動(dòng)力線到兩根信號(hào)線的距離不相等，分布電容也不相等，它便在兩根信號(hào)導(dǎo)線上產(chǎn)生電位差，產(chǎn)生的干擾信號(hào)有時(shí)可達(dá)幾十毫伏甚至更大。把信號(hào)線扭絞在一起敷設(shè)，可使電場在兩信號(hào)線上產(chǎn)生的電位差大為減小。采用靜電屏蔽的方法可使因干擾產(chǎn)生的感應(yīng)電勢減小到1/100～1/1000。

3.附加熱電勢和化學(xué)電勢干擾

主要是由于不同的金屬產(chǎn)生的熱電勢以及金屬腐蝕等原因產(chǎn)生的化學(xué)電勢。當(dāng)它處于電回路時(shí)會(huì)形成干擾，這種干擾大多以直流的形式出現(xiàn)，在接線端子板或彈簧繼電器等處容易產(chǎn)生熱電勢。

4.振動(dòng)干擾

導(dǎo)線在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢從而產(chǎn)生干擾信號(hào)。在振動(dòng)的環(huán)境中將信號(hào)導(dǎo)線固定可減小振動(dòng)干擾。

以上的四種干擾都是與有用信號(hào)串聯(lián)，即以串模干擾的形式出現(xiàn)。

5.不同地電位引入的干擾

在大地中，各個(gè)不同接地點(diǎn)之間往往存在著電位差。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)，這一電位差就更大。而在儀表的使用中，往往在輸入回路中存在兩個(gè)以上的接地點(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)到1～10V以上，它是同時(shí)出現(xiàn)在兩根信號(hào)導(dǎo)線上，通過靜電耦合的方式，能在兩輸入端感應(yīng)出對(duì)地的共同電壓，以共模干擾的形式出現(xiàn)。

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。但它能通過測量系統(tǒng)形成對(duì)地的泄漏電流，泄漏電流通過電阻的耦合直接作用于儀表，產(chǎn)生干擾。

6.脈沖電壓干擾

由開關(guān)、繼電器及電機(jī)等感性負(fù)載產(chǎn)生的脈沖電壓不僅能作用于模擬電路，而且會(huì)對(duì)數(shù)字電路產(chǎn)生干擾。

二、接地抗干擾技術(shù)

各種儀器設(shè)備都需要接地，所謂接地就是將某點(diǎn)與一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面用低電阻導(dǎo)線連接起來，構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)電位。接地的目的在于消除公共地線阻抗所產(chǎn)生的共阻抗耦合干擾，并避免受磁場和電位差的影響，防止形成地電流環(huán)路與其它電路產(chǎn)生磁耦合干擾。但是值得注意的是地線也是引入干擾的重要通道。在一個(gè)較大的測控系統(tǒng)中，往往包括各種測試儀器，其中既有高頻信號(hào)，又有低頻信號(hào);既有強(qiáng)電電路，又有弱電電路;既有開關(guān)動(dòng)作的設(shè)備，又有極為敏感的弱電信號(hào)裝置。因此不同類型的信號(hào)電路應(yīng)有不同的地線，如信號(hào)地線、信號(hào)源地線、負(fù)載地線。對(duì)于同一類信號(hào)電路中，一般有一個(gè)共同的接地系統(tǒng)，但有時(shí)也要根據(jù)信號(hào)電路的不同采取不同的接地形式，如串聯(lián)單點(diǎn)接地、并聯(lián)單點(diǎn)接地及多點(diǎn)接地。

1.串聯(lián)單點(diǎn)接地

公共地線并非理想的純導(dǎo)線，具有一定的電阻，這一點(diǎn)容易被人們忽視。即使是導(dǎo)線的電阻很小，也會(huì)在電路間形成干擾。各電路接地電壓都受到其它電路電流的影響。采用這種接地方式時(shí)，弱信號(hào)電路放在最近處接地。但從抑制電阻耦合角度看，這種接地方式最不可取。

2.并聯(lián)單點(diǎn)接地

這種方式可以避免電阻耦合干擾，因?yàn)楦麟娐返慕拥仉娢恢慌c自身電流有關(guān)，不受其它電路電流影響。這種接地方式最適用于低頻。

3.多點(diǎn)接地

對(duì)于高頻電路，應(yīng)采用多點(diǎn)接地方式。地線系統(tǒng)一般是與機(jī)殼相連接的扁粗金屬導(dǎo)體或機(jī)殼本身，也常用導(dǎo)電條連成網(wǎng)或是一塊金屬網(wǎng)板作為地線。為了降低電路的地電位，每個(gè)電路的地線應(yīng)盡可能縮短，以降低接地線阻抗。多點(diǎn)接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是電路構(gòu)成比單點(diǎn)接地簡單，而且由于接地線短，接地線上可能出現(xiàn)的高頻駐波現(xiàn)象顯著減小。但由于多點(diǎn)接地后，設(shè)備內(nèi)部會(huì)增加許多地線回路，它們對(duì)低電平信號(hào)的電路會(huì)引起干擾，帶來不良影響。綜合起來考慮，通常接地方式可以這樣選擇：頻率低于1MHz時(shí)可采用一點(diǎn)接地方式，高于10MHz時(shí)應(yīng)采用多點(diǎn)接地。在1～10MHz之間，如采用一點(diǎn)接地，其地線長度不得超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地。

三、屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)就是用金屬隔離的原理，把通過空間引入的電場、磁場或電磁場耦合的部分隔離開來，割斷其空間場的耦合通道。這個(gè)被隔離的部分既可以是干擾源，也可以是易受干擾的測試儀器。這樣，既屏蔽了被隔離部分向外施加干擾，也屏蔽了被隔離部分接收外來的干擾。

1.電場屏蔽

當(dāng)干擾源產(chǎn)生的干擾是以電壓形式出現(xiàn)時(shí)，干擾源與測控儀器之間就存在容性電場耦合。在這種情況下，最有效的抗干擾辦法是施行電場屏蔽。

2.屏蔽連接

當(dāng)屏蔽接地體上有電荷泄放時(shí)，屏蔽體上將流過較大的流，形成渦流電磁場，從而形成對(duì)屏蔽導(dǎo)體的電磁干擾。當(dāng)測試儀器的信號(hào)源（如傳感器）與儀器本身有一定的物理距離時(shí)，若其間用屏蔽電纜線連接起來，成為一個(gè)完整的電屏蔽，這時(shí)再通過確定屏蔽在哪一點(diǎn)與信號(hào)地相連即可有效減少干擾。

總之，干擾不僅僅影響到測控儀器的正常使用，而且也會(huì)對(duì)測控儀器的使用壽命造成影響。對(duì)于儀器的內(nèi)部干擾，由于距離較近，通常采取合適的接地。正確接地既可以抑制干擾的影響，又可以抑制測控儀器對(duì)周圍產(chǎn)生干擾。當(dāng)然，對(duì)于線路和電纜的屏蔽，合理布線以及濾波等手段也是行之有效的方法。值得注意的是，各種方法在測控儀器當(dāng)中都有著獨(dú)特的抑制干擾的作用，但多數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。因此，對(duì)于測控儀器的抗干擾來講，可以通過接地和屏蔽的有效結(jié)合，將干擾影響降至最低，甚至消除干擾，最大程度的發(fā)揮抗干擾的效果。

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