论文部分内容阅读
摘要：本文对仪器产生干扰的来自电磁感、静电感应等几个来源进行了介绍，分析了干扰来自化学电势跟附加热点电势的特点，指出相关的减低干扰可以采取接地方式及屏蔽技术。
关键词：测控仪器；干扰源；抗干扰技术
基于仪器使用范围的广泛性，例如野外矿山的自然环境或者工业相关检测与控制的现场等，这些复杂的应用环境要求对仪器的开发要求考虑到仪器的普遍适应能力如抗干扰能力和可靠性等。仪器研制单位技术人员应该做到认真考虑以上因素。不仅仅在仪器硬件设计方面考虑环境适应性，在软件研发上也能够采取相关措施提高仪器的抗干扰能力。测控仪器在工矿企业使用时，外部环境比较影响运行的质量，很多大功率能耗也同样高的大型设备存在于这个环境中。大功率特别是大感生负载的启停往往会使电网产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰。工业电网欠压或过压， 常常达到额定电压的16%， 这种恶劣的供电有时长达几小时、甚至几天。在工矿现场， 各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电缆， 由于导线间存在电容性祸合、电感性祸合和电场磁场组合祸合， 也是仪器通道出现干扰的主要原因之一， 特别是信号线与交流动力线同走一个长的管道中干扰尤甚， 多路开关或保持器性能不好， 也会引起仪器临近通道信号的窜扰。野外天气情况的变化：如雷电、风雨等容让空间电磁场产生了变化，这些因素都会让仪器受到干扰不能正常运行。仪器使用现场对温度和湿度也有一定的要求，因为这些条件变化也会让仪器電路的参数产生改变。具有腐蚀性的气体、酸碱盐的作用， 野外的风沙、雨淋、甚至鼠咬虫蛀等都会影响仪器的可靠性。仪器在现场运行所受到的干扰各种各样， 对不同的干扰采取不同的措施。
1.对仪器产生干扰的几个来源
电力网络的运行状态发生短暂的改变、电气设备的运行情况变化、空间雷电天气现象发生过程中引起的辐射干扰和系统电源线、信号引线、接地等引起的系统外引线干扰。这些干扰总体上分为两大类： 这些内部和外部干扰，大致有下文叙述的几类：
1.1干扰来自电磁感应
这种电磁感应干扰被归类在磁耦合现象中。磁耦合让测控仪表中的各类线路如配线，让连接信号源与测控仪表的导线在整个电路中形成了干扰。高压电网和大功率交流电机以及各种大功率变压器周围都有很强的交变磁场， 而仪表的闭合回路处在这种变化的磁场中将会产生感应电势。这种感应电动势与有用信号串联， 当信号源与仪表较远时， 此情况就较为突出。将导线远离强用电设备及动力网， 调整走线方向以及减小导线回路面积可以有效地减小电磁感应产生的干扰。
1.2干扰来自静电感应
这种电磁感应干扰被归类在电耦合现象中。两个物体相对，会有物体间的电容存在，当一个物体电位改变，这种电容会让第二个物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰。它是两电场相互作用的结果。当把两根信号线与动力线平行敷设时， 由于动力线到两根信号线的距离不相等， 分布电容也不相等， 它便在两根信号导线上产生电位差， 产生的干扰信号有时可达几十毫伏甚至更大。把信号线扭绞在一起敷设， 可使电场在两信号线上产生的电位差大为减小。采用静电屏蔽的方法可使因干扰产生的感应电势减小1 /100～ 1 /1000。
1.3干扰来自化学电势跟附加热点电势
电回路中的金属腐蚀和一些其他原因发生的化学电势以及不同金属之间产出的热电势对测控仪器产生了干扰， 这种干扰大多以直流的形式出现， 在接线端子板或干簧继电器等处容易产生热电势。
2.减低干扰可以采取接地方式
接地的定义是让仪器仪表的某个点连接另个相等电位的点或者相等电位面，主要连接的材质要选用低电阻导线，这一套装置可以形成基准电位。为了减少干扰，仪器设备接地是很有效的措施。接地的目的在于消除公共地线阻抗所产生的共阻抗耦合干扰，并避免受磁场和电位差的影响，防止形成地电流环路与其它电路产生磁耦合干扰。但是值得注意的是地线也是引入干扰的重要通道。
2.1接地方式之一：串联单点
使用者容易对公共地线的属性忽视，公共地线都有一定的电阻所以并不是理想的纯导线。即使是导线的电阻很小，也会在电路间形成干扰。各电路接地电压都受到其它电路电流的影响。采用这种接地方式时，弱信号电路放在最近处接地。但从抑制电阻耦合角度看，这种接地方式最不可
取。
2.2接地方式之一：并联单点
根据电路的接地电位只受到自身电流不受其它电路电流影响的特点，并联单点接地可以对电阻耦合干扰进行有效的降低。这种接地方式最适用于低频。
3.屏蔽技术的相关介绍
电场磁场以及电磁场耦合在空间中被引入通过金属隔离的原理被隔离，使得存在于空间场的耦合通道被切断的技术就是屏蔽技术。这个被隔离的部分既可以是干扰源，也可以是易受干扰的测试仪器。这样，既屏蔽了被隔离部分向外施加干扰，也屏蔽了被隔离部分接收外来的干扰。
3.1屏蔽方式之一：电场屏蔽
容性电场耦合在干扰源与测控仪器之间出现电压形式干扰时发生。在这种情况下，最有效的抗干扰办法是施行电场屏蔽。
3.2屏蔽方式之二：屏蔽连接
较大额电流将在屏蔽接地体发生电荷泄放时流过该接地体，涡流磁场由此产生。从而形成对屏蔽导体的电磁干扰。当测试仪器的信号源（ 如传感器） 与仪器本身有一定的物理距离时，若其间用屏蔽电缆线连接起来，成为一个完整的电屏蔽，这时就出现了屏蔽应该在哪一点与信号地相连的问题。综上所述，干扰不仅影响测控仪器的正常使用，也影响测控仪器的正常寿命。对于仪器内部干扰，由于距离比较近，通常采取合适的接地。
4.关于隔离的介绍
为了保证漏电电流在导线之间产生一定要做到绝缘性可靠，这种可靠性依赖于电阻绝缘性和导线的材质耐压等级是否达标。这是做到隔离的首要方面。配线方式合理是做到隔离的另外一个方面。 即要求信号线尽量避开干扰源， 如当动力线和信号线平行敷设时， 两者必须保持一定的间距； 两者交叉时要尽可能垂直； 导线穿管敷设时， 电源线和信号线应在不同导线管内； 不同强度等级信号的信号线不宜穿在同一导线管内； 在采用金属汇线槽敷设时， 信号的导线（或电缆）与电力线需用金属隔板隔开； 同一多芯电缆内不宜有不同强度等级的信号线等。
从各种可靠的研究实例中可以得知，电子测控装置设备的抗干扰性能至关重要。这种性能的优劣对系统整体运行的可靠性很关键， 正确掌握仪表测量及控制系统的抗干扰技术和在现场的应用技巧， 有效地排除和抑制各种干扰， 可以让企业生产设备的运行效率大幅度提升。基于此。在技术人员设计和安装以及维修测控仪器仪表系统时，必须将抗干扰性作为考虑的重要方面。
参考文献：
[1] 李峻峰.测控仪器中抗干扰技术的应用思考[J].数字化用户 ，2013，（16）：58-58.
[2] 沈晓红，李凯，张艳婷等.测控仪器通讯扩展模块的研制[J].制造业自动化，2011，33（12）：1-5.
3] 郎建国.真空热试验测控仪器驱动器的设计与应用[J].科技致富向导，2013，（17）：201.
[4] 孙彬，张斌.基于PLC的小型测控系统的设计与实现[J].工具技术，2011，45（10）：73-75.
关键词：测控仪器；干扰源；抗干扰技术
基于仪器使用范围的广泛性，例如野外矿山的自然环境或者工业相关检测与控制的现场等，这些复杂的应用环境要求对仪器的开发要求考虑到仪器的普遍适应能力如抗干扰能力和可靠性等。仪器研制单位技术人员应该做到认真考虑以上因素。不仅仅在仪器硬件设计方面考虑环境适应性，在软件研发上也能够采取相关措施提高仪器的抗干扰能力。测控仪器在工矿企业使用时，外部环境比较影响运行的质量，很多大功率能耗也同样高的大型设备存在于这个环境中。大功率特别是大感生负载的启停往往会使电网产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰。工业电网欠压或过压， 常常达到额定电压的16%， 这种恶劣的供电有时长达几小时、甚至几天。在工矿现场， 各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电缆， 由于导线间存在电容性祸合、电感性祸合和电场磁场组合祸合， 也是仪器通道出现干扰的主要原因之一， 特别是信号线与交流动力线同走一个长的管道中干扰尤甚， 多路开关或保持器性能不好， 也会引起仪器临近通道信号的窜扰。野外天气情况的变化：如雷电、风雨等容让空间电磁场产生了变化，这些因素都会让仪器受到干扰不能正常运行。仪器使用现场对温度和湿度也有一定的要求，因为这些条件变化也会让仪器電路的参数产生改变。具有腐蚀性的气体、酸碱盐的作用， 野外的风沙、雨淋、甚至鼠咬虫蛀等都会影响仪器的可靠性。仪器在现场运行所受到的干扰各种各样， 对不同的干扰采取不同的措施。
1.对仪器产生干扰的几个来源
电力网络的运行状态发生短暂的改变、电气设备的运行情况变化、空间雷电天气现象发生过程中引起的辐射干扰和系统电源线、信号引线、接地等引起的系统外引线干扰。这些干扰总体上分为两大类： 这些内部和外部干扰，大致有下文叙述的几类：
1.1干扰来自电磁感应
这种电磁感应干扰被归类在磁耦合现象中。磁耦合让测控仪表中的各类线路如配线，让连接信号源与测控仪表的导线在整个电路中形成了干扰。高压电网和大功率交流电机以及各种大功率变压器周围都有很强的交变磁场， 而仪表的闭合回路处在这种变化的磁场中将会产生感应电势。这种感应电动势与有用信号串联， 当信号源与仪表较远时， 此情况就较为突出。将导线远离强用电设备及动力网， 调整走线方向以及减小导线回路面积可以有效地减小电磁感应产生的干扰。
1.2干扰来自静电感应
这种电磁感应干扰被归类在电耦合现象中。两个物体相对，会有物体间的电容存在，当一个物体电位改变，这种电容会让第二个物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰。它是两电场相互作用的结果。当把两根信号线与动力线平行敷设时， 由于动力线到两根信号线的距离不相等， 分布电容也不相等， 它便在两根信号导线上产生电位差， 产生的干扰信号有时可达几十毫伏甚至更大。把信号线扭绞在一起敷设， 可使电场在两信号线上产生的电位差大为减小。采用静电屏蔽的方法可使因干扰产生的感应电势减小1 /100～ 1 /1000。
1.3干扰来自化学电势跟附加热点电势
电回路中的金属腐蚀和一些其他原因发生的化学电势以及不同金属之间产出的热电势对测控仪器产生了干扰， 这种干扰大多以直流的形式出现， 在接线端子板或干簧继电器等处容易产生热电势。
2.减低干扰可以采取接地方式
接地的定义是让仪器仪表的某个点连接另个相等电位的点或者相等电位面，主要连接的材质要选用低电阻导线，这一套装置可以形成基准电位。为了减少干扰，仪器设备接地是很有效的措施。接地的目的在于消除公共地线阻抗所产生的共阻抗耦合干扰，并避免受磁场和电位差的影响，防止形成地电流环路与其它电路产生磁耦合干扰。但是值得注意的是地线也是引入干扰的重要通道。
2.1接地方式之一：串联单点
使用者容易对公共地线的属性忽视，公共地线都有一定的电阻所以并不是理想的纯导线。即使是导线的电阻很小，也会在电路间形成干扰。各电路接地电压都受到其它电路电流的影响。采用这种接地方式时，弱信号电路放在最近处接地。但从抑制电阻耦合角度看，这种接地方式最不可
取。
2.2接地方式之一：并联单点
根据电路的接地电位只受到自身电流不受其它电路电流影响的特点，并联单点接地可以对电阻耦合干扰进行有效的降低。这种接地方式最适用于低频。
3.屏蔽技术的相关介绍
电场磁场以及电磁场耦合在空间中被引入通过金属隔离的原理被隔离，使得存在于空间场的耦合通道被切断的技术就是屏蔽技术。这个被隔离的部分既可以是干扰源，也可以是易受干扰的测试仪器。这样，既屏蔽了被隔离部分向外施加干扰，也屏蔽了被隔离部分接收外来的干扰。
3.1屏蔽方式之一：电场屏蔽
容性电场耦合在干扰源与测控仪器之间出现电压形式干扰时发生。在这种情况下，最有效的抗干扰办法是施行电场屏蔽。
3.2屏蔽方式之二：屏蔽连接
较大额电流将在屏蔽接地体发生电荷泄放时流过该接地体，涡流磁场由此产生。从而形成对屏蔽导体的电磁干扰。当测试仪器的信号源（ 如传感器） 与仪器本身有一定的物理距离时，若其间用屏蔽电缆线连接起来，成为一个完整的电屏蔽，这时就出现了屏蔽应该在哪一点与信号地相连的问题。综上所述，干扰不仅影响测控仪器的正常使用，也影响测控仪器的正常寿命。对于仪器内部干扰，由于距离比较近，通常采取合适的接地。
4.关于隔离的介绍
为了保证漏电电流在导线之间产生一定要做到绝缘性可靠，这种可靠性依赖于电阻绝缘性和导线的材质耐压等级是否达标。这是做到隔离的首要方面。配线方式合理是做到隔离的另外一个方面。 即要求信号线尽量避开干扰源， 如当动力线和信号线平行敷设时， 两者必须保持一定的间距； 两者交叉时要尽可能垂直； 导线穿管敷设时， 电源线和信号线应在不同导线管内； 不同强度等级信号的信号线不宜穿在同一导线管内； 在采用金属汇线槽敷设时， 信号的导线（或电缆）与电力线需用金属隔板隔开； 同一多芯电缆内不宜有不同强度等级的信号线等。
从各种可靠的研究实例中可以得知，电子测控装置设备的抗干扰性能至关重要。这种性能的优劣对系统整体运行的可靠性很关键， 正确掌握仪表测量及控制系统的抗干扰技术和在现场的应用技巧， 有效地排除和抑制各种干扰， 可以让企业生产设备的运行效率大幅度提升。基于此。在技术人员设计和安装以及维修测控仪器仪表系统时，必须将抗干扰性作为考虑的重要方面。
参考文献：
[1] 李峻峰.测控仪器中抗干扰技术的应用思考[J].数字化用户 ，2013，（16）：58-58.
[2] 沈晓红，李凯，张艳婷等.测控仪器通讯扩展模块的研制[J].制造业自动化，2011，33（12）：1-5.
3] 郎建国.真空热试验测控仪器驱动器的设计与应用[J].科技致富向导，2013，（17）：201.
[4] 孙彬，张斌.基于PLC的小型测控系统的设计与实现[J].工具技术，2011，45（10）：73-75.