儀器測(cè)量過(guò)程中的接地和共地問(wèn)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）

儀器測(cè)量過(guò)程中的接地和共地問(wèn)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(shí)要注意接地，否則會(huì)造成儀器損壞或人身安全事故。測(cè)量時(shí)，要注意儀器之間的共地狀態(tài)，忽視共地，會(huì)對(duì)儀器測(cè)量結(jié)果造成影響，甚至損壞儀器。因此，對(duì)儀器測(cè)量過(guò)程中的接地和共地問(wèn)題進(jìn)行了探討，希望對(duì)相關(guān)工作人員有所幫助。

檢測(cè)；儀器；接地；共地；干擾

0 引言

在一些儀器的檢測(cè)過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果和理論值相差很大的現(xiàn)象，這通常會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的誤判，有時(shí)甚至?xí)p壞儀器。經(jīng)研究分析，發(fā)現(xiàn)在排除儀器本身的軟硬件問(wèn)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(cè)過(guò)程中的“地”可以指大地，一般是以大地的電位作為基準(zhǔn)，也就是所謂的零電位，儀器上以符號(hào)“⊥”來(lái)表示。接地是指電力系統(tǒng)和電氣裝置的中性點(diǎn)、電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分和裝置外導(dǎo)電部分經(jīng)由導(dǎo)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(shè)備和線路遭受損壞、預(yù)防火災(zāi)和防止雷擊、靜電損壞，以及保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

在儀器的測(cè)試過(guò)程中，使用示波器等高精度、高靈敏度和高輸入阻抗儀器時(shí)，如果儀器的外殼未接地，當(dāng)人手或者金屬物觸及到高電位端時(shí)，儀器的指示電表就可能會(huì)嚴(yán)重地超負(fù)荷，甚至被損壞[1]。

儀器的外殼未接地時(shí)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(jí)線圈與鐵心和外殼之間的絕緣電阻并非無(wú)窮大，而且還存在分布電容。儀器未接地時(shí)，當(dāng)人手觸碰到儀器的輸入端的時(shí)候，就會(huì)有一部分的漏電流由火線通過(guò)變壓器的初級(jí)繞組與機(jī)殼之間的絕緣電阻和分布電容到達(dá)機(jī)殼，并通過(guò)儀器的輸入電阻R1到達(dá)輸入端即高電位端，然后再通過(guò)人體電阻到達(dá)大地，從而形成回路。由于儀器的輸入電阻R1很大，因而會(huì)形成一個(gè)很大的壓降，一般會(huì)達(dá)到幾十伏，甚至?xí)?，這就相當(dāng)于在儀器的輸入端施加了一個(gè)很大的輸入信號(hào)，如果儀器處在高靈敏檔位，則可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象，以致于損壞儀器。同樣，在儀器輸入端接入被測(cè)電路時(shí)，由于R1上既有被測(cè)信號(hào)壓降又有電源干擾信號(hào)壓降，這樣會(huì)造成工作不穩(wěn)定和較大的測(cè)量誤差。如果儀器外殼接地良好，則漏電流自電源經(jīng)變壓器和機(jī)殼到大地形成回路，而不經(jīng)過(guò)儀器的輸入電阻，就不會(huì)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(duì)儀器測(cè)量的干擾

共地是指電子儀器和被測(cè)儀器的地端，按信號(hào)的輸入、輸出順序連接在一起。大多數(shù)電子儀器的負(fù)極都與地直接連接。當(dāng)多臺(tái)儀器同時(shí)使用時(shí)，這些儀器的負(fù)極同時(shí)接地，也就是接在同一參考點(diǎn)上——“地”，各個(gè)儀器在電位上同時(shí)為零，這樣就會(huì)消除儀器之間的電勢(shì)差，從而消除因電勢(shì)差而干擾測(cè)量結(jié)果或損壞精密儀器的可能性。

當(dāng)被測(cè)電路的工作頻率高，線路阻抗大和信號(hào)弱時(shí)，儀器的抗干擾能力就相對(duì)較差。大多數(shù)電子測(cè)量?jī)x器采用單端輸入、單端輸出的形式來(lái)排除干擾以提高精度，也就是說(shuō)，總有一個(gè)端點(diǎn)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(shí)的示意圖如圖2所示，如果信號(hào)源和示波器都未共地，那么兩臺(tái)儀器就會(huì)各自產(chǎn)生一個(gè)干擾源，干擾源會(huì)在信號(hào)發(fā)生器和示波器之間形成一個(gè)干擾電流，這個(gè)干擾電流會(huì)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置的輸出電阻R1和示波器的輸入電阻R2，并由此產(chǎn)生干擾電壓，從而影響測(cè)量結(jié)果，造成誤判；而且R1和R2越大，這樣的干擾電壓就會(huì)越大。如果兩臺(tái)儀器共地，則干擾電流就不會(huì)流經(jīng)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(cè)過(guò)程中常常會(huì)遇見(jiàn)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(cè)量負(fù)極沒(méi)有和接地端連在一起或者與接地端接觸不良，這時(shí)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(chǎn)生電勢(shì)差，雖然這個(gè)電勢(shì)差很小，當(dāng)測(cè)量回路中的電流信號(hào)比較強(qiáng)的時(shí)候可以忽略，但是，當(dāng)測(cè)量回路中的電流信號(hào)比較微弱的時(shí)候，這個(gè)很小的電勢(shì)差就會(huì)在兩臺(tái)儀器之間產(chǎn)生一個(gè)電流并影響測(cè)量回路中的電流信號(hào)，造成測(cè)量結(jié)果的偏差。儀器外殼不共地時(shí)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(duì)電路網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的影響

一般測(cè)量時(shí)，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(dāng)電路網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，測(cè)量對(duì)象是電路中的某一部分時(shí)，共地卻有可能造成測(cè)量結(jié)果的錯(cuò)誤，甚至損毀電路或者儀器。

對(duì)電路網(wǎng)絡(luò)，輸入源給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供輸入信號(hào)，源的低端是接地的，使用儀器儀表測(cè)量電路中某兩點(diǎn)之間的電壓信號(hào)，如圖4所示。當(dāng)儀表的負(fù)極接地，直接測(cè)量A、B兩點(diǎn)的電壓時(shí)，就會(huì)使測(cè)量?jī)x表所接的B點(diǎn)接地，但是原電路網(wǎng)絡(luò)的B點(diǎn)的電位不為零，由于B點(diǎn)接上測(cè)量?jī)x表的負(fù)極，就被強(qiáng)制地接地，因此改變了電路的結(jié)構(gòu)，電路的工作狀態(tài)就有可能改變，這時(shí)的測(cè)量結(jié)果顯然是錯(cuò)誤的[5]。

圖4 儀器外殼共地造成干擾示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

在儀器的校準(zhǔn)工作中，接地和共地問(wèn)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(duì)人身安全的保護(hù)，另一方面是由于在對(duì)一些高精度儀器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，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(jīng)濟(jì)損失。所以，在儀器校準(zhǔn)的準(zhǔn)備工作中，對(duì)需要接入外接電源的，首先，應(yīng)該考慮的是儀器的接地問(wèn)題，以保護(hù)人生安全和儀器的安全，一般可以通過(guò)測(cè)量供電端的接地線和零線之間的電壓來(lái)進(jìn)行判斷；然后，應(yīng)該考慮的是儀器之間的共地問(wèn)題，在針對(duì)整體儀器裝置進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，共地的目的是為了保護(hù)儀器和防止儀器之間的電勢(shì)差對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，當(dāng)針對(duì)儀器裝置電路中某兩點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要避免儀器的共地，以免因共地造成測(cè)量點(diǎn)的強(qiáng)制接地而影響測(cè)量結(jié)果。

[1]蘇曉華，聞?dòng)臣t.電子設(shè)備的接地技術(shù)[J].安全與電磁兼容，2004（1）:39-42.

[2]李明生.電子測(cè)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(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[4]唐巍，趙宇先.電路實(shí)驗(yàn)教程[M].北京:中國(guó)電力出版社，2005.

[5]李天明.電子電路中的接地問(wèn)題[J].天水師院學(xué)報(bào)，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(yáng)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(zhuān)業(yè)儀器校準(zhǔn)工作。