儀器儀表的抗干擾措施

儀器儀表的抗干擾措施儀器儀表的可靠性設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它直接影響到工業(yè)生產(chǎn)裝置是否安全、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，而系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。儀表在工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)使用的條件常常是很復(fù)雜的。被測(cè)量的參數(shù)又往往被轉(zhuǎn)換成微弱的低電平電壓信號(hào)，并通過長(zhǎng)距離傳輸至二次表或者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此除了有用的信號(hào)外，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些與被測(cè)信號(hào)無關(guān)的電壓或電流存在。這種無關(guān)的電壓或電流信號(hào)我們稱之為干擾”(也叫噪聲)。儀器儀表干擾來源有很多種，通常我們所說的干擾是電氣的干擾，但是在廣義上熱噪聲、溫度效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、振動(dòng)等都可能給測(cè)量帶來影響，產(chǎn)生干擾。在測(cè)量過程中，如果不能排除這些干擾的影響，儀表就不能夠正常的工作。根據(jù)儀表輸入端干擾的作用方式，可分為串模干擾和共模干擾。串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾；共模干擾是加在儀表任一輸入端與地之間的干擾。1、主要干擾源⑴靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)是由于兩條支電路或元件之間存在著寄生電容，使一條支路上的電荷通過寄生電容傳送到另一條支路上去，因此又稱電容性耦合。電磁感應(yīng)當(dāng)兩個(gè)電路之間有互感存在時(shí)，一個(gè)電路中電流的變化就會(huì)通過磁場(chǎng)耦合到另一個(gè)電路，這一現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。例如變壓器及線圈的漏磁、通電平行導(dǎo)線等。漏電流感應(yīng)由于電子線路內(nèi)部的元件支架、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)或外殼等絕緣不良，特別是傳感器的應(yīng)用環(huán)境濕度較大，絕緣體的絕緣電阻下降，導(dǎo)致漏電電流增加就會(huì)引起干擾。尤其當(dāng)漏電流流入測(cè)量電路的輸入級(jí)時(shí)，其影響就特別嚴(yán)重。3)附加熱電勢(shì)和化學(xué)電勢(shì)。主要是由于不同金屬產(chǎn)生的熱電勢(shì)以及金屬腐蝕等原因產(chǎn)生的化學(xué)電勢(shì)，當(dāng)它處于電回路時(shí)會(huì)成為干擾，這種干擾大多以直流的形式出現(xiàn)。在接線端子板或是干簧繼電器等處容易產(chǎn)生熱電勢(shì)。4）振動(dòng)。導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。因此在振動(dòng)的環(huán)境中把信號(hào)導(dǎo)線固定是很有必要的。以上這4種干擾都是和信號(hào)串聯(lián)，也就是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(gè)不同點(diǎn)之間往往存在電位差。尤其在大功率的用電設(shè)備附近，當(dāng)這些設(shè)備的絕緣性能較差時(shí)，這一電位差更大。而在儀表的使用中往往又會(huì)有意或無意的是輸入回路存在兩個(gè)以上的接地點(diǎn)。這樣就會(huì)把不同接地點(diǎn)的電位差引入儀表，這種地電位差有時(shí)能達(dá)1~10伏以上，它是同時(shí)出現(xiàn)在兩根信號(hào)導(dǎo)線上。通過靜電耦合的方式，能在兩輸入端感應(yīng)出對(duì)地的共同電壓，以共模干擾的形式出現(xiàn)。 由于共模干擾它不和信號(hào)相疊加，它不直接對(duì)儀表產(chǎn)生影響。但它能通過測(cè)量系統(tǒng)形成到地的泄漏電流，這漏電流通過電阻的耦合就能直接作用于儀表，產(chǎn)生干擾。（4）射頻干擾6）其他除一些脈沖電壓能夠作用于模擬電路之外，還可以對(duì)數(shù)字電路產(chǎn)生干擾，這些脈沖電壓的發(fā)生源是開關(guān)、電機(jī)、繼電器這樣一些感性負(fù)載和產(chǎn)生放電的機(jī)器等。2、干擾的抑制常用的抗干擾措施比較多，要想抑制干擾，必須對(duì)干擾作全面地分析了解，要在消除或抑制噪聲源、破壞干擾途徑和削弱接收電路對(duì)噪聲干擾的敏感性這三個(gè)方面采取措施。消除噪聲源是積極主動(dòng)的措施。比如插接件接觸不良、虛焊等情況，對(duì)于這類干擾源是可以消除的。從原則上講，對(duì)于噪聲源應(yīng)予以消除。但是，實(shí)際上很多的噪聲源是難以消除或不能消除的。例如有時(shí)候泵房中的儀表，泵運(yùn)行時(shí)電機(jī)的電磁干擾就是不能夠消除的。這時(shí)候就必須采取防護(hù)措施來抑制干擾。1）串模干擾的抑制串模干擾與被測(cè)信號(hào)所處的地位相同，因此一旦產(chǎn)生串模干擾，就不容易消除所以應(yīng)當(dāng)首先防止它的產(chǎn)生。防止串模干擾的措施一般有以下這些：信號(hào)導(dǎo)線的扭絞一一由于把信號(hào)導(dǎo)線扭絞在一起能使信號(hào)回路包圍的面積大為減少，而且是兩根信號(hào)導(dǎo)線到干擾源的距離能大致相等，分布電容也能大致相同，所以能使由磁場(chǎng)和電場(chǎng)通過感應(yīng)耦合進(jìn)入回路的串模干擾大為減小。屏蔽——為了防止電場(chǎng)的干擾，可以把信號(hào)導(dǎo)線用金屬包起來。通常的做法是在導(dǎo)線外包一層金屬網(wǎng)（或者鐵磁材料），夕卜套絕緣層。屏蔽的目的就是隔斷場(chǎng)”的耦合，抑制各種場(chǎng)”的干擾。屏蔽層需要接地，才能夠防止干擾。濾波一一所謂的濾波法就是用電容和電感線圈或電容和電阻組成濾波器接在測(cè)量線路的輸入端，以抑制干擾信號(hào)進(jìn)入二次儀表或PLCDCS等控制系統(tǒng)，使干擾信號(hào)衰減。對(duì)于變化速度很慢的直流信號(hào)，可以在儀表的輸入端加入濾波電路，以使混雜于信號(hào)的干擾衰減到最小。但是在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，這種方法一般很少用，通常，這一點(diǎn)在儀表的電路設(shè)計(jì)過程中就已經(jīng)考慮了。對(duì)于易遭受雷擊的儀表，比如高處的儀表，空曠地帶的儀表，室內(nèi)部分應(yīng)配置浪涌保護(hù)器。工程上較為常見的是軟件濾波，即在PLC或DCS中編寫相應(yīng)的程序，對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。常用的軟件濾波方法有。（1）平均值濾波，即把N次采樣的值取平均值作為濾波器的輸出，也可以根據(jù)需要增加新鮮采樣的值的比重，形成加權(quán)平均值濾波。（2）中值濾波，即把N次連續(xù)采樣值進(jìn)行排序，取其中位值作為濾波器的輸出，這種方法對(duì)緩變過程的脈沖干擾濾波效果良好。（3）限幅濾波，這種方法是根據(jù)采樣周期和真實(shí)信號(hào)的正常變化率確定相鄰兩次采樣的最大可能差值△，將本次采樣和上次采樣的差值小于等于△的信號(hào)認(rèn)為是有效信號(hào)，大于△的信號(hào)作為噪聲處理。以上的幾種方法是主要是針對(duì)與不可避免的干擾場(chǎng)形成后的被動(dòng)抑制措施但是在實(shí)際過程中，我們應(yīng)當(dāng)盡量避免干擾場(chǎng)的形成。譬如注意將信號(hào)導(dǎo)線遠(yuǎn)離動(dòng)力線；合理布線，減少雜散磁場(chǎng)的產(chǎn)生；對(duì)變壓器等電器元件加以磁屏蔽等等，采取主動(dòng)隔離的措施。2）共模干擾的抑制由于儀表系統(tǒng)信號(hào)多為低電平，因此，共模干擾也會(huì)使儀表信號(hào)產(chǎn)生畸變，帶來各種測(cè)量的錯(cuò)誤。防止共模干擾通常采取的措施如下：接地。通常儀表和信號(hào)源外殼為安全起見都接大地保持零電位。信號(hào)源電路以及儀表系統(tǒng)也需要穩(wěn)定接地。但是如果接地方式不恰當(dāng)，將形成地回路導(dǎo)入干擾。因此,通常，儀表回路采用在系統(tǒng)處單點(diǎn)接地。但是事實(shí)上，信號(hào)源側(cè)對(duì)地不可能絕緣，因此，從這個(gè)意義上來說，不可能徹底的消除地電位差弓I進(jìn)的干擾。所以為了提高儀表的抗干擾能力,通常在低電平測(cè)量?jī)x表中都把二次儀表"浮地”，也就是將二次儀表與地絕緣。以切斷共模干擾電壓的泄漏途徑，使干擾無法進(jìn)入。在實(shí)際應(yīng)用中，我們通常將屏蔽和接地結(jié)合起來應(yīng)用，往往能夠解決大部分的干擾問題。如果將屏蔽層在信號(hào)側(cè)與儀表側(cè)均接地則地電位差會(huì)通過屏蔽層形成回路，由于地電阻通常比屏蔽層的電阻小的多，所以在屏蔽層上就會(huì)形成電位梯度，并通過屏蔽層與信號(hào)導(dǎo)線間的分布電容耦合到信號(hào)電路中去，因此屏蔽層也必須一點(diǎn)接地。并且，信號(hào)導(dǎo)線屏蔽層接地應(yīng)與系統(tǒng)接地同側(cè)。事實(shí)上,由于二次儀表的外殼為了安全，是需要接地的。而儀表的輸入端與外殼之間一定存在分布電容和漏阻抗,因此浮地不可能把泄漏途徑完全切斷因此，必要的時(shí)候通常采用的是雙層屏蔽浮地保護(hù)。也就是在在儀表的外殼內(nèi)部再套一^內(nèi)屏蔽罩，內(nèi)屏蔽罩與信號(hào)輸入端已經(jīng)外殼之間均不做電氣連接,內(nèi)屏蔽層引出一條導(dǎo)線與信號(hào)導(dǎo)線的屏蔽層相連接，而信號(hào)線的屏蔽在信號(hào)源處一點(diǎn)接地，這樣使儀表的輸入保護(hù)屏蔽及信號(hào)屏蔽對(duì)信號(hào)源穩(wěn)定起來，處于等電位狀態(tài)?？梢源蟠蟮奶岣邇x表抗干擾的能力。即便這樣，其實(shí)也是存在一定的泄漏