宿偉娜 王曉宇

摘要：儀表及控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。然而干擾的存在卻使得測控儀器經(jīng)常不能正常工作，因此需要對干擾進行適當?shù)钠帘位蛘呃媒拥丶夹g(shù)以避免干擾對測控結(jié)果的不良影響。基于此，文章就測控儀器中的抗干擾技術(shù)進行了研究。

關(guān)鍵詞：測控儀器;抗干擾;屏蔽和接地

在工程的實際測量中，除有用信號外，由于各種原因必然會有一些與被測信號無關(guān)的電流或電壓存在，這種無關(guān)的電流或電壓通稱為“干擾”。在測量過程中，這些干擾若不能被很好的處理，將有可能歪曲測量結(jié)果，嚴重時甚至使測控儀器判斷失誤，給出錯誤指令。研究測控儀器的抗干擾技術(shù)，提高其抗干擾性能是尤為必要的。由于干擾來源廣泛并且形式多樣，所以進行測控儀器的抗干擾并不是一件簡單的事情，往往要經(jīng)過認真分析，反復(fù)實踐才能解決。在實際工程中，抗干擾技術(shù)沒有固定的模式，需對具體問題進行分析，才能找到合理有效的方案。

一、常見的干擾來源

儀表測控系統(tǒng)的干擾源主要是電力網(wǎng)絡(luò)以及電氣設(shè)備的暫態(tài)過程引入的干擾、雷電等引起空間的輻射干擾以及系統(tǒng)電源線、信號引線以及接地等引起的系統(tǒng)外引線干擾?？傮w上來講，可以將這些干擾分為內(nèi)部干擾和外部干擾，主要概括為以下幾種方式：

1.電磁感應(yīng)干擾

也就是磁耦合。信號源與儀表之間的連接導(dǎo)線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。如大功率的變壓器、交流電機、高壓電網(wǎng)等周圍空間中都存在很強的交變磁場，而儀表的閉合回路處在這種變化的磁場中也會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。這種感應(yīng)電動勢與有用信號串聯(lián)，當信號源與儀表較遠時，此情況就較為突出。將導(dǎo)線遠離強用電設(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)干擾。

2.靜電感應(yīng)干擾

也就是電耦合。在相對的兩物體中，如其一的電位發(fā)生變化，則由于物體間的電容會使另一物體的電位也發(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)電勢減小到1/100～1/1000。

3.附加熱電勢和化學(xué)電勢干擾

主要是由于不同的金屬產(chǎn)生的熱電勢以及金屬腐蝕等原因產(chǎn)生的化學(xué)電勢。當它處于電回路時會形成干擾，這種干擾大多以直流的形式出現(xiàn)，在接線端子板或彈簧繼電器等處容易產(chǎn)生熱電勢。

4.振動干擾

導(dǎo)線在磁場中運動時會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢從而產(chǎn)生干擾信號。在振動的環(huán)境中將信號導(dǎo)線固定可減小振動干擾。

以上的四種干擾都是與有用信號串聯(lián)，即以串模干擾的形式出現(xiàn)。

5.不同地電位引入的干擾

在大地中，各個不同接地點之間往往存在著電位差。尤其在大功率用電設(shè)備附近，當這些設(shè)備的絕緣性能較差時，這一電位差就更大。而在儀表的使用中，往往在輸入回路中存在兩個以上的接地點，這樣就把不同接地點的電位差引入儀表。這種地電位差有時能達到1～10V以上，它是同時出現(xiàn)在兩根信號導(dǎo)線上，通過靜電耦合的方式，能在兩輸入端感應(yīng)出對地的共同電壓，以共模干擾的形式出現(xiàn)。

由于共模干擾不和信號相疊加，它不直接對儀表產(chǎn)生影響。但它能通過測量系統(tǒng)形成對地的泄漏電流，泄漏電流通過電阻的耦合直接作用于儀表，產(chǎn)生干擾。

6.脈沖電壓干擾

由開關(guān)、繼電器及電機等感性負載產(chǎn)生的脈沖電壓不僅能作用于模擬電路，而且會對數(shù)字電路產(chǎn)生干擾。

二、接地抗干擾技術(shù)

各種儀器設(shè)備都需要接地，所謂接地就是將某點與一個等電位點或等電位面用低電阻導(dǎo)線連接起來，構(gòu)成一個基準電位。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。在一個較大的測控系統(tǒng)中，往往包括各種測試儀器，其中既有高頻信號，又有低頻信號;既有強電電路，又有弱電電路;既有開關(guān)動作的設(shè)備，又有極為敏感的弱電信號裝置。因此不同類型的信號電路應(yīng)有不同的地線，如信號地線、信號源地線、負載地線。對于同一類信號電路中，一般有一個共同的接地系統(tǒng)，但有時也要根據(jù)信號電路的不同采取不同的接地形式，如串聯(lián)單點接地、并聯(lián)單點接地及多點接地。

1.串聯(lián)單點接地

公共地線并非理想的純導(dǎo)線，具有一定的電阻，這一點容易被人們忽視。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.并聯(lián)單點接地

這種方式可以避免電阻耦合干擾，因為各電路的接地電位只與自身電流有關(guān)，不受其它電路電流影響。這種接地方式最適用于低頻。

3.多點接地

對于高頻電路，應(yīng)采用多點接地方式。地線系統(tǒng)一般是與機殼相連接的扁粗金屬導(dǎo)體或機殼本身，也常用導(dǎo)電條連成網(wǎng)或是一塊金屬網(wǎng)板作為地線。為了降低電路的地電位，每個電路的地線應(yīng)盡可能縮短，以降低接地線阻抗。多點接地系統(tǒng)的優(yōu)點是電路構(gòu)成比單點接地簡單，而且由于接地線短，接地線上可能出現(xiàn)的高頻駐波現(xiàn)象顯著減小。但由于多點接地后，設(shè)備內(nèi)部會增加許多地線回路，它們對低電平信號的電路會引起干擾，帶來不良影響。綜合起來考慮，通常接地方式可以這樣選擇：頻率低于1MHz時可采用一點接地方式，高于10MHz時應(yīng)采用多點接地。在1～10MHz之間，如采用一點接地，其地線長度不得超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點接地。

三、屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)就是用金屬隔離的原理，把通過空間引入的電場、磁場或電磁場耦合的部分隔離開來，割斷其空間場的耦合通道。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。

1.電場屏蔽

當干擾源產(chǎn)生的干擾是以電壓形式出現(xiàn)時，干擾源與測控儀器之間就存在容性電場耦合。在這種情況下，最有效的抗干擾辦法是施行電場屏蔽。

2.屏蔽連接

當屏蔽接地體上有電荷泄放時，屏蔽體上將流過較大的流，形成渦流電磁場，從而形成對屏蔽導(dǎo)體的電磁干擾。當測試儀器的信號源（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，這時再通過確定屏蔽在哪一點與信號地相連即可有效減少干擾。

總之，干擾不僅僅影響到測控儀器的正常使用，而且也會對測控儀器的使用壽命造成影響。對于儀器的內(nèi)部干擾，由于距離較近，通常采取合適的接地。正確接地既可以抑制干擾的影響，又可以抑制測控儀器對周圍產(chǎn)生干擾。當然，對于線路和電纜的屏蔽，合理布線以及濾波等手段也是行之有效的方法。值得注意的是，各種方法在測控儀器當中都有著獨特的抑制干擾的作用，但多數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。因此，對于測控儀器的抗干擾來講，可以通過接地和屏蔽的有效結(jié)合，將干擾影響降至最低，甚至消除干擾，最大程度的發(fā)揮抗干擾的效果。

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