王 超

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所華東分所，江蘇蘇州215011）

儀器測量過程中的接地和共地問題探討

王 超

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所華東分所，江蘇蘇州215011）

儀器接入電路中時要注意接地，否則會造成儀器損壞或人身安全事故。測量時，要注意儀器之間的共地狀態(tài)，忽視共地，會對儀器測量結果造成影響，甚至損壞儀器。因此，對儀器測量過程中的接地和共地問題進行了探討，希望對相關工作人員有所幫助。

檢測；儀器；接地；共地；干擾

0 引言

在一些儀器的檢測過程中，常常會出現(xiàn)測量結果和理論值相差很大的現(xiàn)象，這通常會造成測量結果的誤判，有時甚至會損壞儀器。經研究分析，發(fā)現(xiàn)在排除儀器本身的軟硬件問題后，這種現(xiàn)象可能是由儀器的接地和儀器之間的共地因素造成的。

1 儀器接地的作用

儀器檢測過程中的“地”可以指大地，一般是以大地的電位作為基準，也就是所謂的零電位，儀器上以符號“⊥”來表示。接地是指電力系統(tǒng)和電氣裝置的中性點、電氣設備的外露導電部分和裝置外導電部分經由導體與大地相連。接地的作用主要是防止人身遭受電擊、防止設備和線路遭受損壞、預防火災和防止雷擊、靜電損壞，以及保障電力系統(tǒng)的正常運行。

在儀器的測試過程中，使用示波器等高精度、高靈敏度和高輸入阻抗儀器時，如果儀器的外殼未接地，當人手或者金屬物觸及到高電位端時，儀器的指示電表就可能會嚴重地超負荷，甚至被損壞[1]。

儀器的外殼未接地時的示意圖如圖1所示。儀器的電源輸入端即電源變壓器，其初級線圈與鐵心和外殼之間的絕緣電阻并非無窮大，而且還存在分布電容。儀器未接地時，當人手觸碰到儀器的輸入端的時候，就會有一部分的漏電流由火線通過變壓器的初級繞組與機殼之間的絕緣電阻和分布電容到達機殼，并通過儀器的輸入電阻R1到達輸入端即高電位端，然后再通過人體電阻到達大地，從而形成回路。由于儀器的輸入電阻R1很大，因而會形成一個很大的壓降，一般會達到幾十伏，甚至會更高，這就相當于在儀器的輸入端施加了一個很大的輸入信號，如果儀器處在高靈敏檔位，則可能會出現(xiàn)過負荷現(xiàn)象，以致于損壞儀器。同樣，在儀器輸入端接入被測電路時，由于R1上既有被測信號壓降又有電源干擾信號壓降，這樣會造成工作不穩(wěn)定和較大的測量誤差。如果儀器外殼接地良好，則漏電流自電源經變壓器和機殼到大地形成回路，而不經過儀器的輸入電阻，就不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象[2]。

圖1 儀器的外殼未接地示意圖

2 共地對儀器測量的干擾

共地是指電子儀器和被測儀器的地端，按信號的輸入、輸出順序連接在一起。大多數(shù)電子儀器的負極都與地直接連接。當多臺儀器同時使用時，這些儀器的負極同時接地，也就是接在同一參考點上——“地”，各個儀器在電位上同時為零，這樣就會消除儀器之間的電勢差，從而消除因電勢差而干擾測量結果或損壞精密儀器的可能性。

當被測電路的工作頻率高，線路阻抗大和信號弱時，儀器的抗干擾能力就相對較差。大多數(shù)電子測量儀器采用單端輸入、單端輸出的形式來排除干擾以提高精度，也就是說，總有一個端點和儀器外殼相連并與電纜引線的外屏蔽端連在一起[3]。

2.1 儀器之間不共地所造成的影響

儀器的外殼未共地時的示意圖如圖2所示，如果信號源和示波器都未共地，那么兩臺儀器就會各自產生一個干擾源，干擾源會在信號發(fā)生器和示波器之間形成一個干擾電流，這個干擾電流會經過實驗裝置的輸出電阻R1和示波器的輸入電阻R2，并由此產生干擾電壓，從而影響測量結果，造成誤判；而且R1和R2越大，這樣的干擾電壓就會越大。如果兩臺儀器共地，則干擾電流就不會流經R1和R2，那么就可以避免工頻干擾[4]。

圖2 儀器的外殼未共地示意圖

在儀器的檢測過程中常常會遇見各種各樣的儀器，一般的電子儀器在接入電路后，處于共地狀態(tài)，但是有些儀器的測量負極沒有和接地端連在一起或者與接地端接觸不良，這時這種儀器就處于浮地狀態(tài)，與接入電路的儀器之間就有可能產生電勢差，雖然這個電勢差很小，當測量回路中的電流信號比較強的時候可以忽略，但是，當測量回路中的電流信號比較微弱的時候，這個很小的電勢差就會在兩臺儀器之間產生一個電流并影響測量回路中的電流信號，造成測量結果的偏差。儀器外殼不共地時造成干擾的示意圖如圖3所示。

圖3 儀器的外殼不共地造成干擾的示意圖

2.2 儀器之間共地對電路網(wǎng)絡測量的影響

一般測量時，電子儀器外殼共地是為了避免工頻干擾，減少誤差影響。但是，當電路網(wǎng)絡復雜，測量對象是電路中的某一部分時，共地卻有可能造成測量結果的錯誤，甚至損毀電路或者儀器。

對電路網(wǎng)絡，輸入源給整個網(wǎng)絡提供輸入信號，源的低端是接地的，使用儀器儀表測量電路中某兩點之間的電壓信號，如圖4所示。當儀表的負極接地，直接測量A、B兩點的電壓時，就會使測量儀表所接的B點接地，但是原電路網(wǎng)絡的B點的電位不為零，由于B點接上測量儀表的負極，就被強制地接地，因此改變了電路的結構，電路的工作狀態(tài)就有可能改變，這時的測量結果顯然是錯誤的[5]。

圖4 儀器外殼共地造成干擾示意圖

3 結束語

在儀器的校準工作中，接地和共地問題是所有的工作中最基本也是最重要的，這一方面是出于對人身安全的保護，另一方面是由于在對一些高精度儀器進行校準時，不良的接地、儀器之間不共地都有可能損壞儀器，造成重大的經濟損失。所以，在儀器校準的準備工作中，對需要接入外接電源的，首先，應該考慮的是儀器的接地問題，以保護人生安全和儀器的安全，一般可以通過測量供電端的接地線和零線之間的電壓來進行判斷；然后，應該考慮的是儀器之間的共地問題，在針對整體儀器裝置進行校準時，共地的目的是為了保護儀器和防止儀器之間的電勢差對測量結果的干擾，當針對儀器裝置電路中某兩點進行測量時，要避免儀器的共地，以免因共地造成測量點的強制接地而影響測量結果。

[1]蘇曉華，聞映紅.電子設備的接地技術[J].安全與電磁兼容，2004（1）:39-42.

[2]李明生.電子測量與儀器（第2版）[M].北京:高等教育出版社，2010.

[3]張永瑞.電子測量技術基礎[M].西安:西安電子科技大學出版社，2009.

[4]唐巍，趙宇先.電路實驗教程[M].北京:中國電力出版社，2005.

[5]李天明.電子電路中的接地問題[J].天水師院學報，2000，20（3）:61-64.

Discussion on the Grounding and Common-grounding in the Measurement Process of Instruments

WANG Chao
（CEPREI-EAST，Suzhou 215011，China）

It is necessary to pay attention to the ground connection of instruments when inserting them in the circuit，otherwise it will cause damage to the instruments or personal safety accident. When measuring instruments，it is necessary to pay attention to the common grounding state of instruments，and ignoring the problem will affect the measurement results of the instruments and even damage the instruments.Therefore，the grounding common-groundingin the measurement process of instruments are discussed，hoping to help the relevant staff.

testing；instrument；grounding；common-grounding；interference

TM 930

A

：1672-5468（2017）02-0053-03

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.02.012

2016-08-12

2017-03-06

王超（1989-），男，河南信陽人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所華東分所助理工程師，主要從事電磁專業(yè)儀器校準工作。