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儀(yí)表的(de)幹擾以及如何(hé)排除

    儀表 在工(gōng)業生(shēng)産的現場(chǎng)使用的(de)條件常(cháng)常是(shì)很複雜的(de)。被測量(liàng)的參數(shù)又往(wǎng)往被轉換成微弱的低電(diàn)平電壓(yā)信(xìn)号,并(bìng)通過(guò)長距離傳輸(shū)至二(èr)次(cì)表或(huò)者計算機系統(tǒng)。因此(cǐ)除了有用(yòng)的信号外,經常會出(chū)現一些與(yǔ)被(bèi)測(cè)信号無關(guān)的電壓或(huò)電流存在。這種(zhǒng)無關(guān)的電壓或電流(liú)信号我們(men)稱之(zhī)爲“幹擾”(也(yě)叫噪(zào)聲)。
    幹擾的來源(yuán)有很(hěn)多種,通常(cháng)我們所(suǒ)說的幹(gàn)擾是電氣的幹(gàn)擾,但(dàn)是(shì)在(zài)廣義(yì)上熱噪聲、溫度(dù)效應、化(huà)學(xué)效應(yīng)、振動等都可能給測(cè)量帶來影響,産生幹擾。在(zài)測量過程(chéng)中,如(rú)果不能排除這(zhè)些幹擾的影響(xiǎng),儀表就不能夠(gòu)正常的工作。
    根(gēn)據儀表(biǎo)輸入(rù)端(duān)幹擾(rǎo)的作用方(fāng)式,可(kě)分爲串模幹擾(rǎo)和共模幹(gàn)擾。串(chuàn)模(mó)幹擾是(shì)指疊加在被(bèi)測信号上的幹擾(rǎo);共模幹擾是加(jiā)在儀表任一輸入(rù)端(duān)與地(dì)之間(jiān)的幹擾。
1 幹擾的産生
    幹擾來自(zì)于幹擾源,它們(men)在儀表内外都(dōu)可能存在。在儀(yí)表外(wài)部(bù),一(yī)些大功率的用電設備以及(jí)電(diàn)力設(shè)備都(dōu)可能成爲幹(gàn)擾源,而在儀(yí)表内(nèi)部(bù)的(de)電(diàn)源(yuán)變壓器、機(jī)電器(qì)、開關以及(jí)電源(yuán)線等也均(jun1)可能成爲(wèi)幹擾源,幹(gàn)擾的(de)引(yǐn)入方式(shì)主要如下:
    1)電磁(cí)感應,也(yě)就(jiù)是磁(cí)耦合(hé)。信号源與(yǔ)儀(yí)表之間的連(lián)接導(dǎo)線、儀表(biǎo)内部的配線通過(guò)磁耦(ǒu)合在(zài)電路(lù)中形成(chéng)幹擾。像(xiàng)我們在工程中(zhōng)使用的大(dà)功率(lǜ)的變(biàn)壓器、交流電機、高壓(yā)電網等的周圍空間(jiān)中都存在(zài)有很(hěn)強的交(jiāo)變磁場(chǎng),而儀表的(de)閉合回路處在(zài)這種(zhǒng)變化的磁場中(zhōng)将會(huì)産生(shēng)感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢可用(yòng)下(xià)式計算(suàn):式中(zhōng):en——感(gǎn)應(yīng)電動勢;b——磁通(tōng)密度;a——閉(bì)合回路的面積(jī);θ——磁力(lì)線與(yǔ)面積a的垂線的(de)夾角(jiǎo)。    
    這種(zhǒng)磁感應電(diàn)動勢與(yǔ)有(yǒu)用信号串聯,當信号(hào)源與(yǔ)儀表相距較遠時,此情況(kuàng)較爲突(tū)出。将導(dǎo)線遠離(lí)這(zhè)些強(qiáng)用電設備(bèi)及動力網(wǎng),調整走線(xiàn)方向(xiàng)以及(jí)減小導線回路面積(jī)都是必(bì)要的。僅(jǐn)由于把兩根信(xìn)号線以短的(de)節(jiē)距絞合(hé),磁感應(yīng)電動勢就(jiù)能降(jiàng)爲原(yuán)有的1/10~1/100。
    2)靜電(diàn)感(gǎn)應,也就(jiù)是電(diàn)的耦合。在(zài)相對(duì)的兩物(wù)體(tǐ)中,如其一(yī)的電位發(fā)生變化,則由于(yú)物體間的電容(róng)使另一物體(tǐ)的(de)電位(wèi)也發(fā)生變(biàn)化。幹擾源(yuán)是通(tōng)過電(diàn)容性的耦(ǒu)合在回路(lù)中形(xíng)成幹擾。它是兩(liǎng)電場相(xiàng)互作用(yòng)的結果.  通過電(diàn)磁感(gǎn)應、靜(jìng)電感(gǎn)應所(suǒ)形成(chéng)的幹(gàn)擾大部分是50hz的工頻幹擾(rǎo)電壓(yā)。但是其他的高(gāo)頻發生(shēng)器、帶整(zhěng)流子的電(diàn)機等(děng)設備,也會産(chǎn)生(shēng)高頻(pín)的幹擾。由(yóu)于雷雲之間、雷(léi)雲與(yǔ)大地間的放電(diàn),在配線上(shàng)也能感應(yīng)出(chū)異(yì)常電壓(yā)。
    3)附(fù)加熱(rè)電勢和化學電(diàn)勢,主要是由于(yú)不同(tóng)金屬(shǔ)産生(shēng)的熱(rè)電勢以及金屬腐蝕(shí)等原(yuán)因産生(shēng)的化學電勢,當它(tā)處于(yú)電回路時(shí)會成(chéng)爲幹(gàn)擾,這種幹擾大(dà)多以(yǐ)直流(liú)的形式(shì)出現。在(zài)接線(xiàn)端子闆或(huò)是幹簧繼電器等處(chù)容易(yì)産生(shēng)熱電勢(shì)。
    4) 振動。導線在磁場(chǎng)中運(yùn)動時,會産(chǎn)生感應電動(dòng)勢。因此(cǐ)在振(zhèn)動的環境中把信号(hào)導線固定(dìng)是(shì)很有必(bì)要的(de)。      以上這4種(zhǒng)幹擾都是和信(xìn)号串(chuàn)聯,也就(jiù)是(shì)以串模幹(gàn)擾的(de)形式(shì)出現。
    5)不同(tóng)地電(diàn)位引入的(de)幹擾(rǎo)。在大地中(zhōng),各個不(bú)同點之(zhī)間往往存(cún)在電(diàn)位差。尤(yóu)其(qí)在大(dà)功率(lǜ)的(de)用電設(shè)備附(fù)近,當這些(xiē)設備(bèi)的絕緣性(xìng)能較差時,這一電位差(chà)更大。而(ér)在儀(yí)表的使用中往(wǎng)往又(yòu)會有(yǒu)意或無意的是(shì)輸入回路存在(zài)兩個以(yǐ)上(shàng)的接地點(diǎn)。這(zhè)樣就會(huì)把不同接地點(diǎn)的電位差引入(rù)儀表,這種(zhǒng)地電(diàn)位差(chà)有時能達1~10伏以上,它是同時出(chū)現在兩根(gēn)信号導線. 通過(guò)靜電(diàn)耦合的方(fāng)式,能在(zài)兩輸入端感(gǎn)應出對地(dì)的共同電壓,以(yǐ)共模幹(gàn)擾(rǎo)的形(xíng)式出現。
    由于共模幹擾(rǎo)它不和(hé)信号相疊加,它(tā)不直(zhí)接對(duì)儀表(biǎo)産生影(yǐng)響。但它能通過測量系(xì)統形成到地的洩漏(lòu)電流,這漏(lòu)電(diàn)流(liú)通過(guò)電阻的耦合就能直接作用(yòng)于儀表(biǎo),産生幹(gàn)擾(rǎo)。
    6)除一些脈沖電壓能夠作用于模拟(nǐ)電路之外,還可以對數字電路(lù)産生幹(gàn)擾(rǎo),這些(xiē)脈沖電(diàn)壓(yā)的發(fā)生(shēng)源(yuán)是開(kāi)關、電(diàn)機、繼電器這樣一些感性(xìng)負載和産(chǎn)生(shēng)放電的(de)機器等(děng)。
    在了解(jiě)了各(gè)種不(bú)同的(de)幹擾源(yuán)之後,我(wǒ)們就可以針對(duì)不同的(de)情況采(cǎi)取對應的(de)措施(shī)加以(yǐ)消除(chú)或避(bì)免。因(yīn)爲(wèi)所有的(de)幹擾源都是通(tōng)過一定的耦合(hé)通道而對(duì)儀表(biǎo)産生影響,因此(cǐ)我們可以通過(guò)切斷幹擾的耦合通道(dào)來抑制(zhì)幹擾(rǎo)。
1、通常(cháng)采用(yòng)的方式有信号(hào)導線的扭絞、屏(píng)蔽、接地、平(píng)衡、濾(lǜ)波、隔離(lí)等(děng)各種(zhǒng)方法,一般我們(men)會同時采取多(duō)種措(cuò)施。
2 幹(gàn)擾的(de)抑制(zhì)
    常用的抗(kàng)幹擾措施比較(jiào)多,要想抑制幹擾,必須對幹擾作全(quán)面地(dì)分(fèn)析(xī)了解(jiě),要在(zài)消除或抑(yì)制(zhì)噪(zào)聲源(yuán)、破壞幹(gàn)擾途徑(jìng)和削(xuē)弱接收電(diàn)路對噪聲(shēng)幹(gàn)擾的敏感性這三(sān)個方面采取措(cuò)施。
    消(xiāo)除噪聲源(yuán)是積極主動的(de)措施。比如插接件接觸不(bú)良、虛(xū)焊等(děng)情況(kuàng),對于(yú)這類(lèi)幹擾源是(shì)可以消除的。從(cóng)原則上講(jiǎng),對(duì)于(yú)噪聲源(yuán)應予以(yǐ)消除(chú)。但是,實際(jì)上很(hěn)多的噪聲(shēng)源是難以消除(chú)或不(bú)能消除的(de)。例如有時(shí)候泵房中(zhōng)的(de)儀表,泵(bèng)運行(háng)時電機的(de)電磁幹擾就是(shì)不能夠消除的(de)。這時候就(jiù)必須(xū)采取防護(hù)措施來抑制幹擾。
1)串模幹擾的抑制
    串模(mó)幹擾與被(bèi)測信号所處的(de)地位(wèi)相同,因此(cǐ)一旦産生串模幹擾,就(jiù)不容易(yì)消除。所(suǒ)以應(yīng)當首先防(fáng)止(zhǐ)它的(de)産生(shēng)。防止串模(mó)幹擾(rǎo)的措施一(yī)般有(yǒu)以下(xià)這些(xiē):
   信号(hào)導線(xiàn) 的(de)扭(niǔ)絞。由(yóu)于把信号(hào)導線扭絞在一(yī)起能使(shǐ)信号回路(lù)包(bāo)圍的面積(jī)大爲(wèi)減(jiǎn)少(shǎo),而且(qiě)是兩根信(xìn)号導(dǎo)線到幹擾源的(de)距離(lí)能大緻相(xiàng)等,分布電容也(yě)能大(dà)緻相同,所以能(néng)使(shǐ)由磁場(chǎng)和電(diàn)場通(tōng)過感應耦合(hé)進入回(huí)路(lù)的(de)串模幹擾(rǎo)大爲減小。
    屏(píng)蔽(bì)。爲了(le)防(fáng)止(zhǐ)電場(chǎng)的幹擾,可以把信号(hào)導線用金(jīn)屬包(bāo)起來。通常(cháng)的做(zuò)法是(shì)在導(dǎo)線外包一(yī)層金(jīn)屬網(或(huò)者鐵磁(cí)材料(liào)),外套絕緣(yuán)層。屏蔽(bì)的目的(de)就是隔斷“場”的(de)耦合,抑制(zhì)各種(zhǒng)“場”的幹(gàn)擾。屏蔽(bì)層需(xū)要接地,才(cái)能(néng)夠防止(zhǐ)幹擾。      2)共模(mó)幹擾的抑(yì)制
    由于儀(yí)表系(xì)統信(xìn)号多爲低(dī)電平,因此,共模幹擾也會使儀(yí)表信号産生畸(jī)變,帶來各種測(cè)量的錯誤。防止(zhǐ)共模幹擾(rǎo)通常(cháng)采取的措(cuò)施如(rú)下:
    接(jiē)地。通(tōng)常(cháng)儀(yí)表和信号(hào)源外(wài)殼爲(wèi)安全起見(jiàn)都接大地(dì),保持零電位。信号源(yuán)電路(lù)以及儀表系統也(yě)需(xū)要穩(wěn)定接(jiē)地。但(dàn)是如果接(jiē)地方式不(bú)恰當,将(jiāng)形(xíng)成地(dì)回路導入幹擾(rǎo)。在實際應用中,我們通(tōng)常将屏(píng)蔽和接地結合起來應用,往往(wǎng)能夠解決大部(bù)分的(de)幹擾(rǎo)問題。如果将(jiāng)屏(píng)蔽層(céng)在信(xìn)号側與儀(yí)表側均接(jiē)地,則地電(diàn)位差會(huì)通(tōng)過屏(píng)蔽層(céng)形成回路,由(yóu)于地電(diàn)阻通(tōng)常比屏蔽層的電阻小的(de)多,所以(yǐ)在屏蔽(bì)層上就(jiù)會形成(chéng)電位梯度,并通過屏蔽(bì)層(céng)與信号導線間(jiān)的分(fèn)布電容耦合(hé)到(dào)信号電路(lù)中去(qù),因此屏(píng)蔽層也(yě)必須一點(diǎn)接地(dì)。并且,信号導線(xiàn)屏蔽層接地應與系(xì)統接地同(tóng)側。     
    事實上(shàng),由于二次儀表的外(wài)殼爲(wèi)了安(ān)全,是(shì)需要接地的。而(ér)儀表(biǎo)的(de)輸入端(duān)與外殼之間一(yī)定存(cún)在分(fèn)布電容和漏阻抗,因(yīn)此,浮地不(bú)可(kě)能(néng)把洩(xiè)漏(lòu)途徑完全切斷,因(yīn)此,必要的(de)時(shí)候,通常(cháng)采用的是雙層屏蔽浮(fú)地保(bǎo)護(hù)。也就是在(zài)在儀表的外殼内部(bù)再套一個内屏蔽罩(zhào),内屏蔽罩(zhào)與信号(hào)輸(shū)入端(duān)已經外殼之間(jiān)均不做電(diàn)氣連(lián)接,内(nèi)屏蔽層引(yǐn)出一條導線與信号導線的屏(píng)蔽層相連(lián)接,而(ér)信号(hào)線(xiàn)的屏蔽(bì)在信号源處一點接地,這樣使(shǐ)儀表的輸入保護屏蔽及(jí)信号(hào)屏蔽對信(xìn)号源(yuán)穩定起來,處于(yú)等電位狀态。可以大大的提(tí)高(gāo)儀表抗(kàng)幹(gàn)擾的能,即便(biàn)這樣,其實也(yě)是存在一(yī)定的(de)洩漏電流(liú)的,但是(shì),抑制幹(gàn)擾的措施(shī)就是(shì)爲了讓幹擾信号強(qiáng)度降低至(zhì)相對與實際信号強(qiáng)度來說可(kě)忽略的程度。
    另外,經常采(cǎi)用的(de)抗幹擾(rǎo)措施還有隔離,也是通(tōng)過阻止幹擾(rǎo)回路的(de)形成來抑(yì)制幹擾。這些方(fāng)法的作(zuò)用是疊(dié)加的。通常,我們(men)會采取其中的(de)一種或(huò)幾種方法來提高信号測量(liàng)的抗幹擾能力。

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