第六章抗干扰技术
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1、抗干扰技术抗干扰技术 第七章 智能仪表的抗干扰技术第七章第七章 智能仪表的抗干扰技术智能仪表的抗干扰技术7.1干扰源：干扰源： 带有微机的仪表，不论功能设计得多么完善。如果在复杂的环境中不带有微机的仪表，不论功能设计得多么完善。如果在复杂的环境中不 能安全可靠的运行，也没有用处。设计正确的仪表，若没有较强的抗干能安全可靠的运行，也没有用处。设计正确的仪表，若没有较强的抗干 扰能力，就不能使仪表正常工作。扰能力，就不能使仪表正常工作。 尤其是用于工业控制现场的智能仪表。由于工业环境特别是工业尤其是用于工业控制现场的智能仪表。由于工业环境特别是工业 过程控制的生产环境干扰严重，不仅会破坏仪表的正常
2、工作。而且严重过程控制的生产环境干扰严重，不仅会破坏仪表的正常工作。而且严重 时会严重损坏仪表的器件或程序，导致仪表不能正常运行。甚至会引起时会严重损坏仪表的器件或程序，导致仪表不能正常运行。甚至会引起 误操作或爆炸等严重事故。误操作或爆炸等严重事故。 因此为了保证仪表能在实际应用中可靠地工作，必须要周密考虑和因此为了保证仪表能在实际应用中可靠地工作，必须要周密考虑和 解决抗干扰问题。解决抗干扰问题。 本章主要从硬件和软件两方面讨论智能仪表的抗干扰问题。本章主要从硬件和软件两方面讨论智能仪表的抗干扰问题。一 干 扰 源 ： 干 扰 的 来 源 ： 外 部 干 扰 源 内 部 干 扰 源 2.内
3、部干扰源：a 不同信号间的感应；b经杂散或寄生电容的耦合；c长线传输造成的波的反射；d多点接地造成的地线电位差引起的干扰；e寄生振荡引起的干扰；f热噪声干扰； g振铃噪声等；1.外部干扰：干扰信号主要通过三个途径进入仪表内部。 即:电磁感应、传输通道和电源线。 外部干扰源有：a 电源的工频干扰(漏电或电磁场影响)；b周围电器设备(包括工厂设备、交通设备、家用电器)； 发出的电磁波、电火花(电焊机、电灯、电机、大开关)；c空中雷电、湿度、温度变化的影响；d广播电台或通讯发射台发射的电磁波； e太阳及天体辐射出的电磁波等；一漏电：绝缘在高温下性能变坏，会引起外界干扰(交流、直流干扰) 二磁场干扰及
4、磁屏蔽： 磁场干扰： 工频交变磁场为主 在大功率变压器、交流电动机、大电流交流线附近均有较强 磁场。若信号线有不合理的环线，交变磁通穿过环线，会产 生感应电动势干扰(差模干扰)三电场干扰与等电位屏蔽： 信号线和高电压交流线平行靠近时，交变信号经分布电容耦合至输 入端，由于两输入端分布电容等参数不同，会出现端间干扰。高导磁率的屏蔽管。集中在屏蔽管壁内流过。在管内空间无磁通，不会感应出干扰信号。绞和线路是感应电势相互抵消2和1，1和2抵消 显然 C1、C2、C1、C2构成一个交流电桥。若参数不等，则 A、B 两 点间的电流不会相同，则形成对仪表的干扰信号。 解决：使寄生电容小些； 最重要的，若是仪
5、表与大地绝缘，则 C1、C2极小，使电流不会形 成通路仪表对地浮空； 信号线要远离电力线、交流信号线、大信号线，或不与之平行。 静电屏蔽：等电位屏蔽。使信号线与屏蔽层之间等电位不形成电场耦合。 信号线：采用屏蔽线，将外在屏蔽线接地，里面信号线不受外部电场影响， 屏蔽层等电位。 注意：一点接地，否则不恰当接地也会带来干扰。 屏蔽层不接地，接至干扰。 当由于漏电或其它原因使输入信号上带有较大共模干扰信号，则 会使信号线与屏蔽层之间经分布电容形成干扰。 电流可能共模差模，为此可使屏蔽层接共摸干扰处。 在存在对地干扰时，会使信号线带上一定的共模干扰信号而使其 余屏蔽层间形成不等电位，会由电容形成漏电流
6、形成干扰。 此时将屏蔽层外部干扰源连接。而使屏蔽层与信号等电位。四放大器复位与浮空： 放大器屏蔽 放大器浮空 放大器的地线与屏蔽外壳间绝缘放大器地线浮空。 外壳接地屏蔽。 61 节 (完)Vs：真信号Vdm：差模信号干扰来源：高压输电线； 与信号线平行铺设的电源线 大电流控制线产生的空间电磁场 信号源本身固有的漂移、纹波和噪声 电源变压器不良屏蔽或稳压效果不好，也会引入串模干 扰 1 测控系统的信号线较长，通过电磁和静电耦合产生的感应电压有可能 达到与被测信号相同的数量级甚至比真信号大得多。与真信号相串， 影响较大。2 对测控系统而言，由于采样时间短。工频的缓变电压也相当于缓慢变 化的干扰电压
7、。这种干扰有可能一起被采样，造成严重错误。 如：有传感器来的信号线长达几百米，干扰源通过电磁感应和静电耦合作用，在如此之长的信号线上产生的空间电磁感应电压数值是相当可观的。有可能达到几十 mv，甚至更大；传感器信号为v、mv 级。4共模干扰：输入通道上两输入端共有的干扰(1) 共模干扰的产生: a.可以是直流，也可以是交流 b.幅值可以为几伏甚至更高，取决于现场干扰环 境条件及接地。 c.接底线不会引起接地干扰，以共模信号形式加 入电路。 仪表接地端 G2。由于检测元件和传感器是分散在生产现场的各个地方。因此，被测信号 Vs的参考接地点和仪表接地点间往往存在一定电位差。造成对仪表输入通道而言是
8、共同加在两输入端上。 一输入端信号：Vs+Vcm 另输入端信号：Vcm高温下电路的绝缘变差，漏电阻会导致一个干扰eg加于电偶 两输入端。显然构成一个供模信号(eg时同时加在两输入端的) 干扰有时达到几伏、几十伏、上百伏。 影响：会损坏后级元件，造成元件击穿； 通过不对称电桥形式，可转为差模干扰直接影响电路工作(2)共模信号转为差模信号： 对于双端输入电路，例如：运放的两个输入端存在共模干扰不会造成对真 信号的干扰。因为运放放大的是两输入端信号之差。(不考虑共模干扰对元件 的损坏)但实际共模信号会通过输入端存在的不对称电桥形式转化为差模干扰。经分布参数构成的不对称电桥差模：。会转化为时当0,)(
9、423142214132424313ababUZZZZegZZZZZZZZegZZZegZZZU分析：减小转化为差模信号。 输入参数对称分布参数不可能； 使放大器浮空(Z3、Z4)不形成到地的通路。 Z3、Z4使 i1、i20，不产生干扰造成 A、B 两端的差模电压。 输入方式不同，输入电路构成的不对称电桥差模。测量电路中信号的输入方式： 输入方式两种：单端对地输入方式； 双端不对地输入方式；a.单端对地输入方式 仪表的输入电阻信号源内阻:ZiZs b.共膜双端不对地输入：输入通道的输入电阻、：信号源内阻、2121cmcmSSZZZZ 有图 a 可知：共模输入信号不能用单端对地输入方式。因为共
10、模干扰全部化 为串模干扰电压，直接加于输入端。 有图 b 可知： 采用双端不接地时共模干扰电压 Vcm 对两个输入端形成两个 电流回路，每个输入端 A、B 的共模电压为：222111cmcmScmBcmcmScmAZZZVVZZZVV两端输入呈现的共模电压为：cmcmScmcmScmBAABVZZZZZZVVV222111 显然预使共模干扰对放大器无影响，即 VAB=0 表示不会引入共模干扰。 克服共模干扰的条件：Zs1=Zs2 Zcm1=Zcm2 两端输入时预在存在共模干扰源的情况下，不引入共模干扰。应使仪表 输入端处的等效电路构成一个平衡电桥。 输入通道阻抗通常是由直流绝缘电组合分布耦合电
11、容的容抗决定 的。因此上述条件很难满足，但使用中应尽量使得 Zs1与 Zs2相等，Zcm1 与 Zcm2相等，以使共模干扰的影响尽量降低。例如：差分放大器的直流绝缘电阻可做到 109 工频寄生耦合电容可小到几个 pf。(容抗为 109数量) 但共模电压仍会可能造成 1%的测量误差。 5电源引入的干扰：a 当同一电源系统中的可控硅器件通断时产生的尖峰，通过变压器的 初级和次级之间的电容耦合到直流电源中，产生干扰。b附近用电器(尤其是大功率)动作时(开、关)产生的浪涌电压，由电源 线经变压器级间电容耦合产生的干扰。 c共用同一个电源的附近设备通或断时产生的干扰。变 压 器 的 屏 蔽无屏蔽：单层屏
