仪表的干扰来源及抗干扰措施

　　仪表在工业生产的现场使用条件常常是很复杂的,被测量的参数又往往被转换成微弱的低电平电压信号,并通过长距离传输至二次表或者计算机系统。因此除了有用的信号外,经常会出现一些与被测信号无关的电压或电流存在。这种无关的电压或电流信号我们称之为“干扰”(也叫噪声)。干扰的来源有很多种,通常我们所说的干扰是电气的干扰,但是在广义上热噪声、温度效应、化学效应、振动等都可能给测量带来影响,产生干扰。在这些测量过程中,如果不能排除这些干扰的影响,仪表就不能够正常的工作。根据仪表输入端干扰的作用方式,可分为串模干扰和共模干扰。串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰,共模干扰是加在仪表任一输入端与地之间的干扰。

　　1 干扰的产生

　　在仪表外部,一些大功率的用电设备以及电力设备都可能成为干扰源,而在仪表内部的电源变压器、继电器、开关以及电源线等也均可能成为干扰源,干扰的引入方式主要如下。

　　1.1 电磁感应,也就是磁耦合

　　信号源与仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。像我们在实际生产中使用的大功率的变压器、交流电机、高压电网等的周围空间中都存在有很强的交变磁场,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。感应电势可用下式计算:en=jωBAcosθ。式中:en 为感应电动势;B 为磁通密度;A 为闭合回路的面积;θ为磁力线与面积 A 的垂线的夹角。这种磁感应电动势与有用信号串联,当信号源与仪表相距较远时,此情况较为突出。如图 1(a)和 1(b)所示,图 1 中数据为实验数据为了降低感应电动势,B、A 或 cos θ等项必须减小。所以将导线远离这些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都是必要的。仅把两根信号线以短的节距绞合,磁感应电动势就能降为原有的 1/10～1/100。

　　1.2 静电感应,也就是电的耦合

　　在相对的两物体中,如其一的电位发生变化,则由于物体间的电容使另一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。它是两场相互作用的结果,如图 2 中所示。

　　导线 1 的电位会在导线 2 上感应出对地的电压ec:ec=jωc12R/1+jωR(c12+c2)﹡e1。当把两根信号线与动力线平行敷设时,由于动力线到两信号线的距离不相等,分布电容也不相等。它在两根信号导线上能产生电位差,有时可达几十毫伏甚至更大。当把信号线扭绞时能使电场在两信号线上产生的电位差大为减小。而在采用静电屏蔽后,能使感应电势减小到 1/100～1/1000。