顯示儀表應用中的抗干擾的七大措施
2010-11-24 09:53:48（一）干擾的產(chǎn)生
生產(chǎn)中，被測參數往往被轉換成微弱的低電平電壓信號，并通過(guò)長(cháng)距離（有時(shí)長(cháng)達數百米甚至更遠）傳輸到顯示儀表，由于顯示儀表應用環(huán)境的復雜性（周?chē)嬖诖罅繌娊蛔兇艌?chǎng)、電場(chǎng)、振動(dòng)、熱噪聲、強輻射、溫度效應、動(dòng)力電源等），使得電氣干擾也加到顯示儀表的輸入端，加上儀表內部的電源變壓器、繼電器、開(kāi)關(guān)以及電源線(xiàn)等干擾源，給測量帶來(lái)影響。當有較大擾動(dòng)出現時(shí)（檢測信號的干擾主要有強磁場(chǎng)和電場(chǎng)：當干擾源為低電壓大電流時(shí)，則干擾源主要是磁場(chǎng)；當干擾源為高電壓小電流時(shí)，則干擾源附近主要是電場(chǎng)），常通過(guò)下面一些方式（如串模干擾、共模干擾等）疊加到信號線(xiàn)上，進(jìn)入儀表。
1．電磁感應（指磁的耦合）。在大功率變壓器、交流電機、強電流電網(wǎng)等的周?chē)臻g都存在很強的交變磁場(chǎng)，而控制系統（檢測、變送、轉換、調節、計算、執行、輔助、顯示等單元）線(xiàn)路形成的閉合回路處在這種變化的磁場(chǎng)中將被感應出電勢，使信號源與儀器儀表之間的連接導線(xiàn)、儀表內部的配線(xiàn)通過(guò)磁耦合在電路中形成干擾。這種電磁感應電勢與有用信號相串聯(lián)，當信號源與顯示儀表相距較遠時(shí)，干擾較為突出。 此外，高頻率發(fā)生器、帶整流子的電機等設備，也會(huì )產(chǎn)生高頻率的干擾。
2．靜電感應（指電的耦合）。靜電感應是兩電場(chǎng)相互作用的結果。在相對的兩根導線(xiàn)中，如其一的電位發(fā)生變化，則由于導線(xiàn)間的電容變化使得另一導線(xiàn)的電位也發(fā)生變化，干擾源以電容性的耦合在回路中形成干擾。
3．附加熱電勢和化學(xué)電勢。由于不同金屬產(chǎn)生的熱電勢以及金屬腐蝕等產(chǎn)生的化學(xué)電勢，在電路回路中形成直流電氣干擾。
4．振動(dòng)。在強振動(dòng)的環(huán)境中，導線(xiàn)由于在磁場(chǎng)中處于運動(dòng)狀態(tài)而產(chǎn)生感應電勢，此干擾與信號相串聯(lián)，以串模干擾形式進(jìn)入儀器儀表。
5．不同地電位引入的干擾。在大功率的用電設備附近，當設備的絕緣性能較差時(shí)，不同地電位的電位差的引入形成干擾，而在儀表的使用中往往會(huì )有意無(wú)意地使輸入端存在兩個(gè)以上的連接點(diǎn)，這樣就會(huì )把不同接地點(diǎn)的電位差以共模干擾形式引入到儀器儀表，這種干擾是同時(shí)出現在兩信號線(xiàn)上的。
6．信號源是不平衡電橋。當橋路電源接地時(shí)，除橋路對角線(xiàn)的不平衡電壓（即信號電壓）外，兩信號線(xiàn)對地都有一個(gè)公共的共模干擾電壓。雖然共模干擾不和信號疊加，不直接對儀表產(chǎn)生影響，但它能通過(guò)測量系統形成到地的漏電電流，通過(guò)電阻的耦合就能直接作用于儀表（或放大器），產(chǎn)生干擾。
7．一些脈沖狀的干擾電壓除能作用于模擬電路外，有時(shí)也能直接進(jìn)入數字電路中給予干擾，這些干擾電壓的發(fā)生源是開(kāi)關(guān)、電機、繼電器那樣的感性負載和產(chǎn)生放電的機器等。
（二）干擾問(wèn)題的抑制
干擾問(wèn)題的形成是因為有干擾源的存在，并通過(guò)一定的耦合渠道對儀器儀表產(chǎn)生影響。為減少這些影響，在設計儀表時(shí)就應考慮對干擾的抑制問(wèn)題，盡量提高其抗干擾的能力。在實(shí)際應用中，要找出并結合絞扭、屏蔽、接地、平衡、濾波、隔離等方法，切斷耦合通道以抑制干擾。同時(shí)，要求顯示儀表具有耐高溫、低溫、高壓、腐蝕、高粘度等性能和較好的動(dòng)態(tài)特性，以減少被測參數的測量誤差。
1.串模干擾的抑制方法（串模干擾是在儀器儀表的輸入端疊加到被檢測信號上的干擾電壓）
串模干擾可能產(chǎn)生在信號源，也很可能是從引線(xiàn)上感應或接收而來(lái)。由于串模干擾與被測信號所處地位相同，所以一旦產(chǎn)生了串模干擾之后，它的有害作用往往不大容易消除，所以應該首先防止它的產(chǎn)生。
（1）信號線(xiàn)的絞扭：對于電磁感應來(lái)說(shuō)，盡量將導線(xiàn)遠離強電設備及動(dòng)力網(wǎng)，調整走線(xiàn)方向及減小導線(xiàn)回路面積都是必要的，僅調整走線(xiàn)方向及兩信號線(xiàn)以短的節距絞合，干擾電壓就能降為原有的1/10~1/100；對于靜電感應來(lái)說(shuō)，當把兩信號線(xiàn)采用雙絞合的形式絞扭且使兩根信號線(xiàn)到干擾源的距離大致相等時(shí)（常把導線(xiàn)絞成為直徑20倍的節距），就能使信號回路所包圍的面積大為減小，使電場(chǎng)通過(guò)在兩信號線(xiàn)上的感應耦合進(jìn)入回路的串模干擾電位差大為減少。
（2）屏蔽：為了進(jìn)一步防止電場(chǎng)的干擾，可把信號線(xiàn)用金屬網(wǎng)（或金屬皮）包起來(lái)，再在外面包上一層絕緣物或信號線(xiàn)直接采用屏蔽電纜，屏蔽層接地。因非磁性屏蔽層對50赫茲的磁場(chǎng)無(wú)效果，必要時(shí)可把信號線(xiàn)穿入鐵管中，使信號導線(xiàn)得到磁屏蔽。而在靜電屏蔽后，能使感應電勢減小到原有的1/100~1/1000。
（3）濾波：對變化速度很慢的直流信號，在儀器儀表輸入端加入濾波電路，以使混雜于有效信號的干擾衰減到最小。常在輸入級前加二至三級R-C濾波電路，而以采用內阻較低的雙T型濾波器效果更好。
（4）對消：雙積分型和脈沖調寬型等數字儀表，對輸入信號的平均值而不是瞬時(shí)值進(jìn)行A/D轉換，能把一些串模干擾平均掉。
（5）盡量使信號線(xiàn)與電源線(xiàn)分開(kāi)敷設。合理布線(xiàn)，在允許的條件下將導線(xiàn)的電流流向作反方向處理，以減弱相互產(chǎn)生的磁場(chǎng)的干擾；不允許把信號線(xiàn)與動(dòng)力線(xiàn)平行敷設在一起，亦不應由同一穿線(xiàn)孔洞進(jìn)入儀器儀表內。低電平信號線(xiàn)應以盡量短的不絞扭線(xiàn)接至信號端子的相鄰位置上，以減少感應干擾的面積，絕對禁止電源線(xiàn)、信號線(xiàn)用同一根電纜。高電平和低電平線(xiàn)也不要用同一接線(xiàn)插件。在不得已時(shí)，把高電平和低電平線(xiàn)分開(kāi)放在接插件旁邊，中間隔以地線(xiàn)端子和備用端子。
2.共模干擾的抑制（共模干擾是加在儀器儀表任一輸入端與大地之間的干擾）
（1）正確接地。接地的意義可以理解為得到一個(gè)等電位點(diǎn)或面，它是電路或系統的基準電位，但不一定為大地電位。為了安全起見(jiàn)，儀器儀表和信號源外殼都接大地，保持零電位。但當接地的方式處理不好，將形成地回路把干擾引入儀器儀表。為提高儀器儀表抗干擾能力，通常在低電平測量?jì)x表中都把放大器與儀器儀表外殼（大地）絕緣（即把放大器“浮地”），以切斷共模干擾電壓的泄漏途徑，使干擾無(wú)法進(jìn)入。在低電平測試中，信號線(xiàn)只應有一點(diǎn)接地且信號線(xiàn)的屏蔽層也須有一點(diǎn)接地，無(wú)論信號線(xiàn)和儀器儀表等均需加以屏蔽，把接地和屏蔽正確地結合起來(lái)使用，往往能解決大部分的干擾問(wèn)題。當有一個(gè)不接地信號源與一個(gè)接地放大器相連時(shí)，信號線(xiàn)屏蔽層應接至放大器的公共端。當有一個(gè)接地信號源與一個(gè)不接地放大器相連時(shí)，即使信號源端接的不是大地，信號線(xiàn)屏蔽層也應接至信號源的公共端，使之保持零電位，可有效切斷電位的泄漏電流，提高測量信號的抗干擾能力，這是測量系統中常用的方法。
（2）儀表采用雙層屏蔽浮地保護技術(shù)：為提高儀器儀表抗共模干擾能力，在放大器輸入部分浮地的同時(shí)，儀器儀表采用雙層屏蔽浮地保護。除利用表殼作一層屏蔽外，在儀器儀表內再用一個(gè)內屏蔽罩將放大器輸入部分屏蔽起來(lái)。在兩屏蔽層之間、在放大器輸入部分和內屏蔽層之間都不作電氣上的連接。內屏蔽層不要與儀器儀表外殼相接，而應單獨引出一根線(xiàn)作為保護屏蔽端與信號線(xiàn)的屏蔽層相連接，從而使保護屏蔽延伸到信號線(xiàn)全長(cháng)，而信號線(xiàn)的屏蔽在信號源處一點(diǎn)接地，這樣使儀器儀表的輸入保護屏蔽及信號屏蔽對信號源穩定起來(lái)，處于等電位狀態(tài)。所以，屏蔽能用來(lái)降低耦合到導線(xiàn)上的共模電壓。
（3）應用平衡電路：一個(gè)系統的穩定程度取決于信號源、信號引線(xiàn)、負載的平衡以及其它雜散分布參數的平衡。為提高儀器儀表抗共模干擾能力，采用平衡措施使兩線(xiàn)路上所轉換的電壓相等，以此來(lái)降低耦合到負載上的該部分共模電壓。
（4）電源引入干擾的抑制：在儀器儀表內部主要的干擾來(lái)自小功率變壓器產(chǎn)生的漏電流。為防止泄漏電流干擾，可將變壓器初級繞組放在屏蔽層之內，并將屏蔽層接地，此時(shí)變壓器初級繞組上的相電壓通過(guò)對屏蔽層的分布電容，使漏電電流直接流入地，而不再流入放大器、測量電路和信號源中產(chǎn)生干擾。為防止電源變壓器引入干擾，采用三層屏蔽結構即電源變壓器初級屏蔽層直接與表殼接地，供電裝置的次級繞組與所有屏蔽層相接，放大器電源的次級繞組屏蔽層與放大器地處于等電位狀態(tài)。由電源引起的脈沖狀干擾，對數字電路有較大影響，應在電源線(xiàn)路上加裝高頻濾波器，濾波器應裝在輸入和輸出引線(xiàn)都經(jīng)過(guò)穿心電容進(jìn)行濾波的鐵制屏蔽盒內。
