針對(duì)溫度儀表測(cè)量的抗干擾措施研究

黃信凱

東華計(jì)量測(cè)試研究院 江西南昌 330029

信號(hào)干擾會(huì)影響溫度儀表的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確會(huì)給產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全帶來(lái)不良后果。因此，用戶應(yīng)在日常工作中分析干擾信號(hào)的原因，并采取相應(yīng)措施，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 干擾來(lái)源

1.1 交流干擾信號(hào)的來(lái)源

（1）線間（橫向）干擾的來(lái)源主要有。①電磁感應(yīng)是線間（橫向）干擾的主要來(lái)源。設(shè)備或?qū)岣浇写笮碗娏ψ儔浩骱徒涣麟姍C(jī)，力場(chǎng)周?chē)袆×易兓拇艌?chǎng)。當(dāng)電線進(jìn)入磁場(chǎng)切割裝置的輸入電路時(shí)，檢測(cè)到布線，產(chǎn)生過(guò)電壓。②高溫漏電影響。高溫下，磚、熱電偶保護(hù)管和絕緣材料的絕緣性能迅速下降，從而將散熱器的加熱功率釋放到極點(diǎn)，從而導(dǎo)致熱電與地球之間出現(xiàn)干擾電壓，這是接地的主要原因[1]。③高壓電場(chǎng)干擾。當(dāng)熱電偶的補(bǔ)償線平行敷設(shè)在高壓線附近時(shí)，在高壓電場(chǎng)的作用下，補(bǔ)償線與地之間的分布電容會(huì)引入干擾電壓。④高頻干擾。當(dāng)具有電容電壓或電感電壓的電路斷開(kāi)或閉合時(shí)，觸頭之間的無(wú)線電火災(zāi)會(huì)產(chǎn)生高頻無(wú)線電波，干擾設(shè)備。

（2）對(duì)地（縱向）干擾的來(lái)源主要有：①地電流。熱電偶測(cè)量電路附近有大功率電氣設(shè)備。當(dāng)這些設(shè)備絕緣不好時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生接地電流。當(dāng)熱電偶測(cè)量電路有兩個(gè)接地點(diǎn)時(shí)，例如補(bǔ)償線的一端接地，熱電偶測(cè)量端與金屬保護(hù)管相連成為第二個(gè)接地點(diǎn)，由于對(duì)地電位不同，會(huì)產(chǎn)生漏電流，帶來(lái)干擾。②漏電流。絕緣面漏電可能發(fā)生在耐火材料的阻力隨溫度升高而減小，甚至在高溫下降低到較低的值時(shí)。電流從加熱器通過(guò)耐火材料流入熱電偶，然后流入熱電泵的熱端，最后流入儀表。如果設(shè)備接線端子上的導(dǎo)熱器接地，則蠕變電流將從互連電纜流向地面，電流將通過(guò)互連電纜。由于熱電偶和儀表之間的連接線路通常連接到由不同材料和不同電阻值組成的補(bǔ)償線路，因此蠕變電流引起的壓降不相等，從而導(dǎo)致干擾信號(hào)影響儀表的運(yùn)行[2]。

1.2 直流干擾的來(lái)源

①附加熱電勢(shì)。在熱、直測(cè)量回路中，熱電偶和顯示設(shè)備通常使用不同材質(zhì)的金屬線和平衡線連接到回路，在不同的連接溫度下，會(huì)產(chǎn)生額外的熱能，導(dǎo)致測(cè)量誤差。②化學(xué)電勢(shì)。熱平衡線容易受到化學(xué)趨勢(shì)的腐蝕，導(dǎo)致測(cè)量偏差。③干擾電壓。當(dāng)導(dǎo)熱器接觸直流電源時(shí)，蠕變電流通過(guò)測(cè)量電路產(chǎn)生過(guò)電壓。

2 干擾信號(hào)對(duì)溫度儀表的影響

溫度計(jì)的熱應(yīng)力通常是溫度傳感器的工作信號(hào)，根據(jù)信號(hào)大小顯示相應(yīng)的溫度值。但是如果由于磁場(chǎng)、漏電流或者其他因素的影響，在放大器的輸入端出現(xiàn)了一個(gè)附加信號(hào)，放大器也會(huì)以同樣的方式放大，這個(gè)信號(hào)不是我們需要的工作信號(hào)，就是干擾信號(hào)。干擾可能對(duì)儀器產(chǎn)生以下影響：誤差值增加指標(biāo)；不穩(wěn)定；靈敏度較低，不靈敏區(qū)增大；指針（指針式儀表）運(yùn)行遲鈍，總行程增加；帶有電動(dòng)輔助設(shè)備的儀表由于指針在靠近高點(diǎn)的地方擺動(dòng)而連續(xù)擺動(dòng)。

3 干擾信號(hào)的分類(lèi)

使用溫度儀表時(shí)，有許多因素可能導(dǎo)致碰撞。碰撞的入口點(diǎn)不同，但可以分為兩類(lèi)： 串行和模態(tài)碰撞。

3.1 串模干擾

指當(dāng)兩條信號(hào)線用作回路時(shí)，由源或內(nèi)部設(shè)備連接的外部偏轉(zhuǎn)生成的偏轉(zhuǎn)信號(hào)。一般情況下，串聯(lián)方式干擾的電壓在幾毫伏到幾十毫伏的范圍內(nèi)，大功率變壓器、交流電機(jī)、大電流導(dǎo)體等周?chē)袕?qiáng)交變磁場(chǎng)。如果補(bǔ)償導(dǎo)線經(jīng)過(guò)它們附近，就會(huì)受到這些交變磁場(chǎng)的影響，從而在輸入電路中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì)，形成串聯(lián)模式干擾。

3.2 共模干擾

指設(shè)備輸入端（正或負(fù)）與顯示偏轉(zhuǎn)標(biāo)識(shí)的地面之間的交流信號(hào)。通常情況下，合并的分流安置在幾十年到幾十年的范圍內(nèi)。溫度是用鋁或瓷罩的熱和熱電偶測(cè)量的，瓷磚、熱電偶和熱電偶的絕緣性能在高溫下下降，甚至部分絕緣成為導(dǎo)電導(dǎo)體，從而導(dǎo)致熱電偶和地球之間由于溫度下降而產(chǎn)生共同的干擾電壓[3]。

4 抗信號(hào)干擾措施

為了解決這些影響，必須采取兩項(xiàng)措施：消除或盡量減少干擾的根源，提高設(shè)備的抗逆性，使其能夠在嚴(yán)重干擾下運(yùn)行。

4.1 分清干擾現(xiàn)象本質(zhì)

區(qū)分?jǐn)_動(dòng)特性時(shí)，了解各種測(cè)試設(shè)備在電磁環(huán)境下工作是很重要的。改善溫度測(cè)量的第一步是區(qū)分?jǐn)_動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，電磁環(huán)境往往是由大量不同干擾特性的來(lái)源產(chǎn)生的，影響這一過(guò)程的因素很多，為了更好地控制電磁干擾，在識(shí)別各種干擾的同時(shí)，需要采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施；第二，必須對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行分析，以避免電磁干擾。

4.2 做好干擾源分析

在源代碼分析中，請(qǐng)注意，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量溫度傳感器的干擾因素非常復(fù)雜，可能具有不同類(lèi)型的干擾。溫度升高的關(guān)鍵是源的偏轉(zhuǎn)。分析干擾源時(shí)，需要消除或減少各種干擾對(duì)電子測(cè)量?jī)x器的影響；第二，應(yīng)在干涉檢查過(guò)程中采取適當(dāng)措施消除干擾，以使儀器正常工作并最大限度地提高性能。當(dāng)測(cè)量結(jié)果異常時(shí)，需要檢查是否存在電磁干擾并找到干擾源，這樣可以提高干擾源分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.3 提升儀表抗干擾能力

抗干擾性提高了科學(xué)設(shè)施中可用儀器的抗干擾性。在提高儀器復(fù)原力的同時(shí)，必須加強(qiáng)儀器內(nèi)外的關(guān)系，以便有效地盡量減少外部環(huán)境對(duì)儀器本身的不利影響。

4.4 做好儀表安裝工作

在設(shè)置測(cè)量裝置時(shí)，應(yīng)阻塞熱電負(fù)載平衡線，溫度的改善需要儀器科學(xué)和安全。安裝儀器時(shí)，應(yīng)盡可能將管道安裝在沒(méi)有磁場(chǎng)的地方，必須將平衡和導(dǎo)熱性插入到地鐵管道中。在這個(gè)過(guò)程中，應(yīng)該盡可能地避免與電源線并行，也不能連接電源線。

4.5 采用三線制熱電偶

熱電偶假人的工作端（熱端）設(shè)有金屬接地連接器，干擾模塊的電壓短路。由于接地導(dǎo)體阻力小，熱端和終結(jié)器幾乎相同。這對(duì)消除社區(qū)干擾有很好的影響。所添加的金屬應(yīng)由耐高溫材料制成，不會(huì)對(duì)熱能造成不利影響。此方法通常用于陽(yáng)極氧化鋁外殼的白金熱電子產(chǎn)品。

4.6 等電位屏蔽

電容和漏電距離分布在測(cè)量系統(tǒng)導(dǎo)體及其屏蔽之間，電容器和漏電距離分布在輸入變壓器及其屏蔽層之間。如果屏蔽層接地，則屏蔽層將成為漏電距離路徑，漏電距離電流是由測(cè)量橋或輸入變壓器引起的，如圖所示。為了避免這種漏電距離，屏蔽層可以連接到熱電輸入的負(fù)極或正極，而不能連接到接地端，這樣屏蔽層就等于測(cè)量系統(tǒng)的電，兩者之間沒(méi)有電差異。

5 結(jié)語(yǔ)

溫度計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量溫度時(shí)，干擾有時(shí)很復(fù)雜，同時(shí)可能有多種干擾。此時(shí)，首先要分析干擾源，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┍M可能消除這些干擾，使儀器能夠正常工作，充分發(fā)揮其性能。