儀表
在工(gong)業生産的(de)現場使用(yong)的條件常(chang)常是很複(fu)雜的✨。被♉測(ce)量的參數(shu)又往往被(bei)轉換成微(wei)弱的低電(dian)平電壓信(xin)号，并通過(guo)長距離傳(chuan)輸至二次(ci)表或者計(ji)算機系統(tong)。因此除了(le)有用的信(xin)号外，經常(chang)會🈚出現一(yi)些與被測(ce)信号無關(guan)的電壓或(huo)電流存在(zai)。這種無關(guan)的電👌壓或(huo)電流信号(hao)我們稱之(zhi)爲“幹擾”（也(ye)叫噪聲）。
幹(gan)擾的來源(yuan)有很多種(zhong)，通常我們(men)所說的幹(gan)擾是電😄氣(qi)的幹擾💃🏻，但(dan)是在廣義(yi)上熱噪聲(sheng)、溫度效應(ying)、化學效應(ying)、振動等🈲都(dou)可能給測(ce)量帶來影(ying)響，産生幹(gan)擾。在測量(liang)過程中，如(ru)果不能排(pai)除這些幹(gan)擾的影響(xiang)，儀表就不(bu)能夠正常(chang)的工作🏃🏻。
根(gen)據儀表輸(shu)入端幹擾(rao)的作用方(fang)式，可分爲(wei)串模幹擾(rao)和共模幹(gan)擾。串模幹(gan)擾是指疊(die)加在被測(ce)信号上的(de)幹擾；共模(mo)幹⭐擾是⛹🏻♀️加(jia)在儀表任(ren)一輸入端(duan)與地之間(jian)的幹擾。
1 幹(gan)擾的産生(sheng)
幹擾來自(zi)于幹擾源(yuan)，它們在儀(yi)表内外都(dou)可能存在(zai)。在儀表外(wai)部，一些大(da)功率的用(yong)電設備以(yi)及電力設(she)備都⁉️可能(neng)成爲幹擾(rao)💃源，而在儀(yi)表内部的(de)電源變壓(ya)🐅器、機電器(qi)、開關以及(ji)電源線等(deng)也均可能(neng)成爲幹擾(rao)源，幹擾的(de)引入方式(shi)主要如下(xia)：
1）電磁感應(ying)，也就是磁(ci)耦合。信号(hao)源與儀表(biao)之間的連(lian)接導線⭐、儀(yi)表内部的(de)配線通過(guo)磁耦合在(zai)電路中形(xing)成幹擾。像(xiang)我們在工(gong)程中使用(yong)的大功率(lü)的變壓器(qi)、交流電機(ji)、高壓電網(wang)等的周圍(wei)空間中都(dou)存在有很(hen)強的交變(bian)磁場，而儀(yi)表的閉合(he)回路處在(zai)這種變化(hua)的磁場中(zhong)将會産生(sheng)感應電勢(shi)。感應電勢(shi)可用下式(shi)計算：式中(zhong)：en——感應電動(dong)勢；B——磁通密(mi)度；A——閉合回(hui)路的面積(ji)；θ——磁力線與(yu)面積A的垂(chui)線的夾角(jiao)。
這種磁感(gan)應電動勢(shi)與有用信(xin)号串聯，當(dang)信号源與(yu)儀表相距(ju)較遠時，此(ci)情況較爲(wei)突出。将導(dao)線遠離這(zhe)些強用電(dian)設備及動(dong)㊙️力網，調整(zheng)走線方向(xiang)以及減小(xiao)導線回路(lu)面積都是(shi)必☎️要的。僅(jin)🌈由于把兩(liang)根信号線(xian)以短的節(jie)距絞合，磁(ci)感應電動(dong)勢就能降(jiang)爲原有的(de)💞1/10~1/100。
2）靜電感應(ying)，也就是電(dian)的耦合。在(zai)相對的兩(liang)物體中，如(ru)其一的🈲電(dian)位發生變(bian)化，則由于(yu)物體間的(de)電容使另(ling)一物體的(de)電位也發(fa)生變化。幹(gan)擾源是通(tong)過電容性(xing)的耦合🔞在(zai)回路中形(xing)成☁️幹擾。它(ta)是兩電場(chang)相互作用(yong)的結果. 通(tong)🤞過電磁感(gan)應、靜電感(gan)應所形成(cheng)🔴的幹擾大(da)部分是50Hz的(de)工頻幹擾(rao)電壓。但是(shi)其他的高(gao)頻發生器(qi)🈲、帶整流子(zi)的電📱機等(deng)設備，也會(hui)産生高頻(pin)的幹擾。由(you)于雷雲之(zhi)間、雷雲與(yu)大地間的(de)放電📱，在配(pei)線上也能(neng)感應出異(yi)常電壓。
3）附(fu)加熱電勢(shi)和化學電(dian)勢，主要是(shi)由于不同(tong)金屬産生(sheng)的熱電勢(shi)以及金屬(shu)腐蝕等原(yuan)因産生的(de)化學電勢(shi)，當它處☔于(yu)電回路時(shi)會成爲幹(gan)擾，這種幹(gan)擾大多🐉以(yi)直流的形(xing)式㊙️出現。在(zai)🌈接線端子(zi)闆或是幹(gan)簧繼電✊器(qi)等處容易(yi)産生熱電(dian)勢。
4） 振動。導(dao)線在磁場(chang)中運動時(shi)，會産生感(gan)應電動勢(shi)。因此在振(zhen)動的環境(jing)中把信号(hao)導線固定(ding)是很有必(bi)要的。 以🔴上(shang)這4種幹擾(rao)都🏃♀️是和信(xin)号串聯，也(ye)就是以串(chuan)模幹擾的(de)形式出現(xian)。
5）不同地電(dian)位引入的(de)幹擾。在大(da)地中，各個(ge)不同點之(zhi)間往往存(cun)在電位差(cha)。尤其在大(da)功率的用(yong)電設備附(fu)近，當這些(xie)設備的絕(jue)緣性能較(jiao)差時，這一(yi)電位差更(geng)大。而在✔️儀(yi)表的使用(yong)中往往又(you)會有意或(huo)無意的是(shi)輸入回路(lu)存在兩個(ge)🔞以上的接(jie)地點。這樣(yang)就會把不(bu)🧑🏾🤝🧑🏼同接地點(dian)的電位差(cha)引入儀表(biao)，這種地🏃♀️電(dian)位差有時(shi)能達1~10伏以(yi)上，它👉是同(tong)時出現在(zai)兩根信号(hao)導線. 通過(guo)靜電耦合(he)的方式，能(neng)在兩輸入(ru)端感應出(chu)對地的共(gong)同電壓，以(yi)共模幹擾(rao)🔴的形式出(chu)現。
由于共(gong)模幹擾它(ta)不和信号(hao)相疊加，它(ta)不直接對(dui)儀💔表産生(sheng)影響。但它(ta)能通過測(ce)量系統形(xing)成到地的(de)洩🛀🏻漏電流(liu)，這漏電流(liu)通過電㊙️阻(zu)的耦合就(jiu)能直接作(zuo)用🈲于儀表(biao)，産生幹擾(rao)。
6）除一些脈(mo)沖電壓能(neng)夠作用于(yu)模拟電路(lu)之外，還可(ke)😄以對🔞數👨❤️👨字(zi)電路産生(sheng)幹擾，這些(xie)脈沖電壓(ya)的發生源(yuan)是開關、電(dian)機、繼電器(qi)這樣⁉️一些(xie)感性負載(zai)和産生放(fang)電的機🐆器(qi)等。
在了解(jie)了各種不(bu)同的幹擾(rao)源之後，我(wo)們就可以(yi)針對🔞不同(tong)❤️的情況采(cai)取對應的(de)措施加以(yi)消除或避(bi)免。因爲所(suo)有的幹擾(rao)源都是通(tong)過一定的(de)耦合通道(dao)而對儀表(biao)産生影響(xiang)，因此我們(men)可以通過(guo)切斷幹擾(rao)的耦合通(tong)道來抑制(zhi)幹擾。
1、通常(chang)采用的方(fang)式有信号(hao)導線的扭(niu)絞、屏蔽、接(jie)地、平衡、濾(lü)波、隔離等(deng)各種方法(fa)，一般我們(men)會同時采(cai)取多種措(cuo)🌈施。
2 幹擾的(de)抑制
常用(yong)的抗幹擾(rao)措施比較(jiao)多，要想抑(yi)制幹擾，必(bi)須對幹擾(rao)作全☁️面🏒地(di)分析了解(jie)，要在消除(chu)或抑制噪(zao)聲源、破壞(huai)幹擾途徑(jing)和削弱接(jie)👌收電路對(dui)噪聲幹擾(rao)的敏感性(xing)這三個方(fang)面采取措(cuo)施。
消除噪(zao)聲源是積(ji)極主動的(de)措施。比如(ru)插接件接(jie)觸🛀🏻不良、虛(xu)焊等情況(kuang)，對于這類(lei)幹擾源是(shi)可以消除(chu)的。從原則(ze)上講，對于(yu)噪❌聲源應(ying)予以消除(chu)。但是，實際(ji)上🏃很多的(de)⁉️噪聲源是(shi)難以消除(chu)或不能消(xiao)除的。例如(ru)有時候泵(beng)房中的儀(yi)表，泵運行(hang)時電機的(de)電♌磁幹擾(rao)就是不能(neng)夠消除的(de)。這時候就(jiu)必須采取(qu)防護措施(shi)來❤️抑制幹(gan)擾。
1）串模幹(gan)擾的抑制(zhi)
串模幹擾(rao)與被測信(xin)号所處的(de)地位相同(tong)，因此一旦(dan)産生串模(mo)♌幹擾，就不(bu)容易消除(chu)。所以應當(dang)首先防止(zhi)它的産生(sheng)。防止串模(mo)幹擾的措(cuo)施一般有(you)以下這些(xie)：
信号導線(xian)
的扭絞。由(you)于把信号(hao)導線扭絞(jiao)在一起能(neng)使信号回(hui)路包圍的(de)面積大爲(wei)減少，而且(qie)是兩根信(xin)号導線到(dao)幹擾☁️源的(de)🐕距離✍️能大(da)緻相等，分(fen)布電容也(ye)能大緻相(xiang)同，所以能(neng)使由磁場(chang)和電場通(tong)🤟過感應耦(ou)合進入回(hui)路的串模(mo)幹擾大爲(wei)減小。
屏蔽(bi)。爲了防止(zhi)電場的幹(gan)擾，可以把(ba)信号導線(xian)用金屬包(bao)起來⛱️。通📱常(chang)的做法是(shi)在導線外(wai)包一層金(jin)屬網（或者(zhe)鐵磁材料(liao)），外套📐絕緣(yuan)層。屏蔽的(de)目的就是(shi)隔斷“場”的(de)耦合，抑制(zhi)各種“場”的(de)幹擾。屏蔽(bi)層需要接(jie)地，才能夠(gou)防止幹擾(rao)。 2）共模幹擾(rao)的抑制
由(you)于儀表系(xi)統信号多(duo)爲低電平(ping)，因此，共模(mo)幹擾也會(hui)使儀表🌈信(xin)号産生畸(ji)變，帶來各(ge)種測量的(de)錯誤。防止(zhi)共模幹㊙️擾(rao)通常采♻️取(qu)的措施如(ru)下：
接地。通(tong)常儀表和(he)信号源外(wai)殼爲安全(quan)起見都接(jie)大地，保持(chi)零電位。信(xin)号源電路(lu)以及儀表(biao)系統也需(xu)要🔞穩定接(jie)地。但是⭐如(ru)果接地方(fang)式不恰當(dang)，将形成地(di)回路導入(ru)幹擾。在實(shi)際應用中(zhong)，我們通常(chang)将屏蔽和(he)接地結合(he)起來應用(yong)，往往能夠(gou)解決大部(bu)分的幹擾(rao)問🚶題。如果(guo)将屏蔽層(ceng)在信号側(ce)與儀表側(ce)均接地，則(ze)地🆚電位差(cha)會通過🔱屏(ping)蔽層形成(cheng)回路，由于(yu)地電阻通(tong)常比屏蔽(bi)層的電阻(zu)小的多，所(suo)以在屏蔽(bi)層上就會(hui)形成電位(wei)梯度，并通(tong)過♌屏蔽層(ceng)與信号導(dao)線間的分(fen)布電容耦(ou)合到信号(hao)電路中去(qu)，因此屏蔽(bi)層也必須(xu)一點接地(di)。并且，信号(hao)導線屏蔽(bi)層接地應(ying)與系統接(jie)地同側。
事(shi)實上，由于(yu)二次儀表(biao)的外殼爲(wei)了安全，是(shi)需要接地(di)的。而🎯儀⭐表(biao)的輸入端(duan)與外殼之(zhi)間一定存(cun)在分布💘電(dian)容和漏❄️阻(zu)抗，因此，浮(fu)地不可能(neng)把洩漏途(tu)徑完全切(qie)斷，因此，必(bi)要的時候(hou)🧡，通常采用(yong)的是雙層(ceng)屏蔽浮地(di)保護。也就(jiu)是在在儀(yi)表的外殼(ke)内部再套(tao)一個内屏(ping)蔽罩，内屏(ping)蔽罩與信(xin)号😄輸入端(duan)已經外殼(ke)之間均不(bu)做電氣連(lian)接，内屏蔽(bi)層引出一(yi)條導線與(yu)信号導線(xian)的屏蔽層(ceng)相連接，而(er)信号線的(de)屏蔽在信(xin)号源處一(yi)點接地，這(zhe)樣使儀表(biao)的輸入保(bao)護屏蔽❌及(ji)信号屏蔽(bi)對信号源(yuan)穩定起來(lai)，處于等電(dian)位狀态。可(ke)以🐅大大的(de)提高儀表(biao)抗幹擾的(de)能,即便這(zhe)樣，其實也(ye)是存在一(yi)定的洩漏(lou)電流的，但(dan)是，抑制幹(gan)擾的措施(shi)就是爲♻️了(le)讓幹擾信(xin)号強度降(jiang)低至相🐆對(dui)🌍與實際信(xin)号強度來(lai)說可忽🌈略(lue)的程度。
另(ling)外，經常采(cai)用的抗幹(gan)擾措施還(hai)有隔離，也(ye)是通過♉阻(zu)🤩止幹擾回(hui)👌路的形成(cheng)來抑制幹(gan)擾。這些方(fang)法的作用(yong)是💃🏻疊加的(de)。通常，我們(men)會采取其(qi)中的一種(zhong)或幾種方(fang)法來🌐提高(gao)信号測量(liang)的抗幹擾(rao)能力。
