淺談測控儀器的干擾源問題與抗干擾技術(shù)

【摘 要】本文對儀器產(chǎn)生干擾的來自電磁感、靜電感應(yīng)等幾個來源進(jìn)行了介紹，分析了干擾來自化學(xué)電勢跟附加熱點電勢的特點，指出相關(guān)的減低干擾可以采取接地方式及屏蔽技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】測控儀器；干擾源；抗干擾技術(shù)

基于儀器使用范圍的廣泛性，例如野外礦山的自然環(huán)境或者工業(yè)相關(guān)檢測與控制的現(xiàn)場等，這些復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境要求對儀器的開發(fā)要求考慮到儀器的普遍適應(yīng)能力如抗干擾能力和可靠性等。儀器研制單位技術(shù)人員應(yīng)該做到認(rèn)真考慮以上因素。不僅僅在儀器硬件設(shè)計方面考慮環(huán)境適應(yīng)性，在軟件研發(fā)上也能夠采取相關(guān)措施提高儀器的抗干擾能力。測控儀器在工礦企業(yè)使用時，外部環(huán)境比較影響運行的質(zhì)量，很多大功率能耗也同樣高的大型設(shè)備存在于這個環(huán)境中。大功率特別是大感生負(fù)載的啟停往往會使電網(wǎng)產(chǎn)生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干擾。工業(yè)電網(wǎng)欠壓或過壓，常常達(dá)到額定電壓的16%，這種惡劣的供電有時長達(dá)幾小時、甚至幾天。在工礦現(xiàn)場，各種信號線綁扎在一起或走同一根多芯電纜，由于導(dǎo)線間存在電容性禍合、電感性禍合和電場磁場組合禍合，也是儀器通道出現(xiàn)干擾的主要原因之一，特別是信號線與交流動力線同走一個長的管道中干擾尤甚，多路開關(guān)或保持器性能不好，也會引起儀器臨近通道信號的竄擾。野外天氣情況的變化：如雷電、風(fēng)雨等容讓空間電磁場產(chǎn)生了變化，這些因素都會讓儀器受到干擾不能正常運行。儀器使用現(xiàn)場對溫度和濕度也有一定的要求，因為這些條件變化也會讓儀器電路的參數(shù)產(chǎn)生改變。具有腐蝕性的氣體、酸堿鹽的作用，野外的風(fēng)沙、雨淋、甚至鼠咬蟲蛀等都會影響儀器的可靠性。儀器在現(xiàn)場運行所受到的干擾各種各樣，對不同的干擾采取不同的措施。

1.對儀器產(chǎn)生干擾的幾個來源

電力網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)發(fā)生短暫的改變、電氣設(shè)備的運行情況變化、空間雷電天氣現(xiàn)象發(fā)生過程中引起的輻射干擾和系統(tǒng)電源線、信號引線、接地等引起的系統(tǒng)外引線干擾。這些干擾總體上分為兩大類： 這些內(nèi)部和外部干擾，大致有下文敘述的幾類：

1.1干擾來自電磁感應(yīng)

這種電磁感應(yīng)干擾被歸類在磁耦合現(xiàn)象中。磁耦合讓測控儀表中的各類線路如配線，讓連接信號源與測控儀表的導(dǎo)線在整個電路中形成了干擾。高壓電網(wǎng)和大功率交流電機(jī)以及各種大功率變壓器周圍都有很強(qiáng)的交變磁場，而儀表的閉合回路處在這種變化的磁場中將會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。這種感應(yīng)電動勢與有用信號串聯(lián)，當(dāng)信號源與儀表較遠(yuǎn)時，此情況就較為突出。將導(dǎo)線遠(yuǎn)離強(qiáng)用電設(shè)備及動力網(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)產(chǎn)生的干擾。

1.2干擾來自靜電感應(yīng)

這種電磁感應(yīng)干擾被歸類在電耦合現(xiàn)象中。兩個物體相對，會有物體間的電容存在，當(dāng)一個物體電位改變，這種電容會讓第二個物體的電位也發(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)把兩根信號線與動力線平行敷設(shè)時，由于動力線到兩根信號線的距離不相等，分布電容也不相等，它便在兩根信號導(dǎo)線上產(chǎn)生電位差，產(chǎn)生的干擾信號有時可達(dá)幾十毫伏甚至更大。把信號線扭絞在一起敷設(shè)，可使電場在兩信號線上產(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1/100～1/1000。

1.3干擾來自化學(xué)電勢跟附加熱點電勢

電回路中的金屬腐蝕和一些其他原因發(fā)生的化學(xué)電勢以及不同金屬之間產(chǎn)出的熱電勢對測控儀器產(chǎn)生了干擾，這種干擾大多以直流的形式出現(xiàn)，在接線端子板或干簧繼電器等處容易產(chǎn)生熱電勢。

2.減低干擾可以采取接地方式

接地的定義是讓儀器儀表的某個點連接另個相等電位的點或者相等電位面，主要連接的材質(zhì)要選用低電阻導(dǎo)線，這一套裝置可以形成基準(zhǔn)電位。為了減少干擾，儀器設(shè)備接地是很有效的措施。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。

2.1接地方式之一：串聯(lián)單點

使用者容易對公共地線的屬性忽視，公共地線都有一定的電阻所以并不是理想的純導(dǎo)線。即使是導(dǎo)線的電阻很小，也會在電路間形成干擾。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，弱信號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。

2.2接地方式之一：并聯(lián)單點

根據(jù)電路的接地電位只受到自身電流不受其它電路電流影響的特點，并聯(lián)單點接地可以對電阻耦合干擾進(jìn)行有效的降低。這種接地方式最適用于低頻。

3.屏蔽技術(shù)的相關(guān)介紹

電場磁場以及電磁場耦合在空間中被引入通過金屬隔離的原理被隔離，使得存在于空間場的耦合通道被切斷的技術(shù)就是屏蔽技術(shù)。這個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。

3.1屏蔽方式之一：電場屏蔽

容性電場耦合在干擾源與測控儀器之間出現(xiàn)電壓形式干擾時發(fā)生。在這種情況下，最有效的抗干擾辦法是施行電場屏蔽。

3.2屏蔽方式之二：屏蔽連接

較大額電流將在屏蔽接地體發(fā)生電荷泄放時流過該接地體，渦流磁場由此產(chǎn)生。從而形成對屏蔽導(dǎo)體的電磁干擾。當(dāng)測試儀器的信號源（ 如傳感器） 與儀器本身有一定的物理距離時，若其間用屏蔽電纜線連接起來，成為一個完整的電屏蔽，這時就出現(xiàn)了屏蔽應(yīng)該在哪一點與信號地相連的問題。綜上所述，干擾不僅影響測控儀器的正常使用，也影響測控儀器的正常壽命。對于儀器內(nèi)部干擾，由于距離比較近，通常采取合適的接地。

4.關(guān)于隔離的介紹

為了保證漏電電流在導(dǎo)線之間產(chǎn)生一定要做到絕緣性可靠，這種可靠性依賴于電阻絕緣性和導(dǎo)線的材質(zhì)耐壓等級是否達(dá)標(biāo)。這是做到隔離的首要方面。配線方式合理是做到隔離的另外一個方面。即要求信號線盡量避開干擾源，如當(dāng)動力線和信號線平行敷設(shè)時，兩者必須保持一定的間距；兩者交叉時要盡可能垂直；導(dǎo)線穿管敷設(shè)時，電源線和信號線應(yīng)在不同導(dǎo)線管內(nèi)；不同強(qiáng)度等級信號的信號線不宜穿在同一導(dǎo)線管內(nèi)；在采用金屬匯線槽敷設(shè)時，信號的導(dǎo)線（或電纜）與電力線需用金屬隔板隔開；同一多芯電纜內(nèi)不宜有不同強(qiáng)度等級的信號線等。

從各種可靠的研究實例中可以得知，電子測控裝置設(shè)備的抗干擾性能至關(guān)重要。這種性能的優(yōu)劣對系統(tǒng)整體運行的可靠性很關(guān)鍵，正確掌握儀表測量及控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)和在現(xiàn)場的應(yīng)用技巧，有效地排除和抑制各種干擾，可以讓企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的運行效率大幅度提升?；诖?。在技術(shù)人員設(shè)計和安裝以及維修測控儀器儀表系統(tǒng)時，必須將抗干擾性作為考慮的重要方面。

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