顯示儀表使用中的干擾分析

1、顯示儀表使用中的干擾分析顯示儀表使用屮的干擾分析及對(duì)策措施分析如門化工顯示儀表l各種傳感器、變送器配套后，可用來顯示不同的參數(shù)。但是，顯示儀表 在石油和化工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用中或試驗(yàn)現(xiàn)場使用時(shí)的條件常常是很復(fù)雜的，周圍存在大量強(qiáng) 交變磁場、電場、振動(dòng)、熱噪聲、強(qiáng)輻射、溫度效應(yīng)、動(dòng)力電源等，都有可能彩響檢測數(shù)據(jù) 的正確采集和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制而成為干擾源。這些與被測信號(hào)無關(guān)的電壓或電流以多種 形式耦合加載到檢測、控制、顯示設(shè)備，使信號(hào)采集失準(zhǔn)、記錄顯示失真、被測參數(shù)冇用信 號(hào)質(zhì)最下降、白動(dòng)控制不能及時(shí)進(jìn)行，英至操作失控，直接影響正常生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì) 效益的提高。這些干擾（擾動(dòng)）大多很難改變，但設(shè)

2、法加以有效抑制卻十分必要。一、數(shù)了式顯示儀表的原理及組成概況數(shù)字顯示儀表一般是由模數(shù)轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償及標(biāo)度變換三人部分纟fl成。它是以電信號(hào) 為輸入量，直接用數(shù)字顯示被測量。實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示的關(guān)鍵是通過a/d轉(zhuǎn)換裝置把連續(xù)變化 的模擬量變換成斷續(xù)的數(shù)字量。在生產(chǎn)中要求顯示儀表反映的顯示值是被測參數(shù)的函數(shù)，并 r要求能自動(dòng)地補(bǔ)償其它十?dāng)_因素，這些函數(shù)關(guān)系冇些是線性的，但多數(shù)是非線性的。為了 將被測參數(shù)能以絕對(duì)值的形式顯示出來，對(duì)于顯示儀表，需要將被測參數(shù)進(jìn)行一些必要的運(yùn) 算、處理及非線性補(bǔ)償，同時(shí)補(bǔ)償其它參數(shù)對(duì)被測參數(shù)的影響。在a/d轉(zhuǎn)換屮，采用一定 的計(jì)雖單位使連續(xù)變化的模擬量整雖化，得到近似的斷

3、續(xù)的數(shù)字量。計(jì)量單位越小整量化的 誤差也就越小，a/d轉(zhuǎn)換裝置的頻率響應(yīng)、前置放大的穩(wěn)定性等也越高，數(shù)字量就越接近丁 連續(xù)量本身的值。這一過程是通過雙積分型、電壓頻率轉(zhuǎn)換型、脈沖寬度調(diào)制型及逐次比較 電壓反饋編碼型等a/d轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的。非線性補(bǔ)償或標(biāo)度變換是對(duì)檢測來的信號(hào)進(jìn)行必 要的運(yùn)算，使數(shù)字式顯示儀表能以被測參數(shù)的總接數(shù)字表達(dá)岀來。模擬式非線性補(bǔ)償通過改 變運(yùn)算放人器的放人倍數(shù)來補(bǔ)償不同范圍的輸入電壓，而數(shù)字式非線性補(bǔ)償則是先把被測參 數(shù)的模擬最經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換成數(shù)字最后再進(jìn)入非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)，具有精度高、通用性強(qiáng)的優(yōu) 點(diǎn)，隨著電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展，標(biāo)度變換及非線性補(bǔ)償任務(wù)由計(jì)算機(jī)來完成。二

4、、顯示儀表應(yīng)用中的抗干擾措施（一）干擾的產(chǎn)生生產(chǎn)中，被測參數(shù)往往彼轉(zhuǎn)換成微弱的低電平電壓信號(hào)，并通過長距離（冇時(shí)長達(dá)數(shù)百 米甚至更遠(yuǎn)）傳輸?shù)斤@示儀表，山于顯示儀表應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性（周圍存在大量強(qiáng)交變磁場、 電場、振動(dòng)、熱噪聲、強(qiáng)輻射、溫度效應(yīng)、動(dòng)力電源等），使得電氣干擾也加到顯示儀表的 輸入端，加上儀表內(nèi)部的電源變壓器、繼電器、開關(guān)以及電源線等干擾源，給測量帶來影響。 當(dāng)有較大擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)（檢測信號(hào)的t擾主要有強(qiáng)磁場和電場：當(dāng)干擾源為低電壓大電流時(shí)， 則干擾源主耍是磁場;當(dāng)十?dāng)_源為高電壓小電流吋，則干擾源附近主婆是電場），常通過下面 些方式（如串模干擾、共模干擾等）疊加到信號(hào)線上，進(jìn)入儀表。1電

5、磁感應(yīng)（指磁的耦合）。在人功率變壓器、交流電機(jī)、強(qiáng)電流電網(wǎng)等的周囤空間都存 在很強(qiáng)的交變磁場，而控制系統(tǒng)（檢測、變送、轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)、計(jì)算、執(zhí)行、輔助、顯示等單 元）線路形成的閉合回路處在這種變化的磁場中將被感應(yīng)出電勢，使信號(hào)源與儀器儀表z間 的連接導(dǎo)線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。這種電磁感應(yīng)電勢與冇川信號(hào) 相串聯(lián)，當(dāng)信號(hào)源與顯示儀表相距較遠(yuǎn)時(shí)，干擾較為突出。此外，高頻率發(fā)生器、帶整流子 的電機(jī)等設(shè)備，也會(huì)產(chǎn)生高頻率的干擾。2. 靜電感應(yīng)（指電的耦合）。靜電感應(yīng)是兩電場相互作用的結(jié)杲。在相對(duì)的兩根導(dǎo)線中， 如其一的電位發(fā)生變化，則山于導(dǎo)線間的電容變化使得另一導(dǎo)線的電位也發(fā)牛變化，t

6、擾源 以電容性的耦合在回路中形成干擾。3. 附加熱電勢和化學(xué)電勢。由于不同金屬產(chǎn)生的熱電勢以及金屬腐蝕等產(chǎn)生的化學(xué)電 勢，在電路回路中形成直流電氣干擾。4. 振動(dòng)。在強(qiáng)振動(dòng)的壞境中，導(dǎo)線由于在磁場中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此干擾 與信號(hào)相串聯(lián)，以串模干擾形式進(jìn)入儀器儀表。5. 不同地電位引入的干擾。在大功率的用電設(shè)備附近，當(dāng)設(shè)備的絕緣性能較差時(shí)，不同 地電位的電位差的引入形成干擾，而在儀表的使川中往往會(huì)冇意無意地使輸入端存在兩個(gè)以 上的連接點(diǎn)，這樣就會(huì)把不同接地點(diǎn)的電位差以共模干擾形式引入到儀器儀表，這種干擾是 同時(shí)出現(xiàn)在兩信號(hào)線上的。6. 信號(hào)源是不平衡電橋。當(dāng)橋路電源接地吋，除橋路對(duì)角

7、線的不平衡電壓（即信號(hào)電壓） 外，兩信號(hào)線對(duì)地都有一個(gè)公共的共模干擾電壓。雖然共模t擾不和信號(hào)疊加，不直接対儀 表產(chǎn)住影響，但它能通過測量系統(tǒng)形成到地的漏電電流，通過電阻的耦合就能直接作川于儀 表（或放大器），產(chǎn)生t擾。7些脈沖狀的干擾電壓除能作用于模擬電路外，有時(shí)也能直接進(jìn)入數(shù)字電路中給予干 擾，這些干擾電壓的發(fā)生源是開關(guān)、電機(jī)、繼電器那樣的感性負(fù)載和產(chǎn)牛放電的機(jī)器等。（二）干擾的抑制干擾問題的形成是因?yàn)橛懈蓴_源的存在，并通過一定的耦合渠道對(duì)儀器儀表產(chǎn)生影響。 為減少這些影響，在設(shè)計(jì)儀表時(shí)就應(yīng)考慮對(duì)干擾的抑制問題，盡量提高其抗t擾的能力。在 實(shí)際應(yīng)川屮，要找出并結(jié)合絞扭、屏蔽、接地、平衡、濾

8、波、隔離等方法，切斷耦合通道以 抑制干擾。同吋，要求顯示儀表具有耐高溫、低溫、高壓、腐蝕、高粘度等性能和較好的動(dòng) 態(tài)特性，以減少被測參數(shù)的測量誤差。1. 帝模十?dāng)_的抑制方法(串模干擾是在儀器儀表的輸入端疊加到被檢測信號(hào)上的十?dāng)_電 壓)串模干擾可能產(chǎn)生在信號(hào)源，也很可能是從引線上感應(yīng)或接收而來。由于串模干擾與被 測信號(hào)所處地位相同，所以一旦產(chǎn)生了串模干擾z后，它的冇害作用往往不大容易消除，所 以應(yīng)該首先防止它的產(chǎn)生。(1) 信號(hào)線的絞扭：對(duì)于電磁感應(yīng)來說，盡量將導(dǎo)線遠(yuǎn)離強(qiáng)電設(shè)備及動(dòng)力網(wǎng)，調(diào)整走線 方向及減小導(dǎo)線回路而積都是必要的，僅調(diào)整走線方向及兩信號(hào)線以短的節(jié)距絞合，t擾電 壓就能降為原冇的1

9、/10-1/100;對(duì)于靜電感應(yīng)來說，當(dāng)把兩信號(hào)線采用雙絞介的形式絞扭幾 使兩根信號(hào)線到干擾源的距離人致相等時(shí)(常把導(dǎo)線絞成為肓徑20倍的節(jié)距)，就能使信號(hào) 回路所包圍的面積大為減小，使電場通過在兩信號(hào)線上的感應(yīng)耦合進(jìn)入回路的串模t擾電位 差大為減少。(2) 屏蔽：為了進(jìn)一步防止電場的干擾，可把信號(hào)線用金屬網(wǎng)(或金屬皮)包起來，再在外 面包上一層絕緣物或信號(hào)線直接采用屏蔽電纜，屏蔽層接地。因非磁性屏蔽層對(duì)50赫茲的 磁場無效果，必要時(shí)可把信號(hào)線穿入鐵管中，使信號(hào)導(dǎo)線得到磁屏蔽。而在靜電屏蔽后，能 使感應(yīng)電勢減小到原有的1/1001 /1000c(3) 濾波：對(duì)變化速度很慢的直流信號(hào)，在儀器儀表

10、輸入端加入濾波電路，以使混雜于 有效信號(hào)的干擾衰減到最小。常在輸入級(jí)前加二至三級(jí)r-c濾波電路，而以釆用內(nèi)阻較低 的雙t型濾波器效果更好。(4) 對(duì)消：雙積分型和脈沖調(diào)寬型等數(shù)字儀表，對(duì)輸入信號(hào)的平均值而不是瞬時(shí)值進(jìn)行 a/d轉(zhuǎn)換，能把一些串模干擾平均掉。(5) 盡量使信號(hào)線與電源線分開敷設(shè)。合理布線，在允許的條件下將導(dǎo)線的電流流向作 反方向處理，以減弱相互產(chǎn)生的磁場的干擾;不允許把信號(hào)線與動(dòng)力線平行敷設(shè)在一起，亦 不應(yīng)山同一穿線孔洞進(jìn)入儀器儀表內(nèi)。低電平信號(hào)線應(yīng)以盡量短的不絞扭線接至信號(hào)端子的 相鄰位置上，以減少感應(yīng)干擾的面積，絕對(duì)禁止電源線、信號(hào)線用同一根電纜。高電平和低 電平線也不要用同

11、一接線插件。在不得已時(shí)，把高電平和低電平線分開放在接插件旁邊，屮 間隔以地線端子和備用端子。2. 共模t擾的抑制(共模t擾是加在儀器儀表任一輸入端與大地之間的t擾)(1) 正確接地。接地的意義町以理解為得到一個(gè)等電位點(diǎn)或面，它是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn) 電位，但不一定為大地電位。為了安全起見，儀器儀表和信號(hào)源外殼都接大地，保持零電位。 但當(dāng)接地的方式處理不好,將形成地回路把干擾引入儀器儀表。為提高儀器儀表抗干擾能力, 通常在低電平測量儀表中都把放大器與儀器儀表外殼(大地)絕緣(即把放大器“浮地”)，以 切斷共模干擾電壓的泄漏途徑，使干擾無法進(jìn)入。在低電平測試屮，信號(hào)線只丿應(yīng)有一點(diǎn)接地 且信號(hào)線的屏蔽層

12、也須有一點(diǎn)接地，無論信號(hào)線和儀器儀農(nóng)等均需加以屏蔽，把接地和屏蔽 正確地結(jié)合起來使用，往往能解決大部分的干擾問題。當(dāng)有一個(gè)不接地信號(hào)源與一個(gè)接地放 大器相連時(shí)，信號(hào)線屏蔽層應(yīng)接至放大器的公共端。當(dāng)有一個(gè)接地信號(hào)源與一個(gè)不接地放大 器相連時(shí)，即使信號(hào)源端接的不是人地，信號(hào)線屏蔽層也應(yīng)接至信號(hào)源的公共端，使之保持 零電位，可有效切斷電位的泄漏電流，提高測量信號(hào)的抗干擾能力，這是測量系統(tǒng)屮常用的 方法。(2) 儀表采用雙層屛蔽浮地保護(hù)技術(shù)：為提高儀器儀表抗共模干擾能力，在放大器輸入 部分浮地的同時(shí)，儀器儀表采用雙層屏蔽浮地保護(hù)。除利川表殼作一層屏蔽外，在儀器儀表 內(nèi)再用一個(gè)內(nèi)屏蔽罩將放大器輸入部分屏

13、蔽起來。在兩屏蔽層之間、在放大器輸入部分和內(nèi) 屏蔽層之間都不作電氣上的連接。內(nèi)屏蔽層不要與儀器儀表外殼相接，而應(yīng)單獨(dú)引出一根線 作為保護(hù)屏蔽端與信號(hào)線的屏蔽層相連接，從而使保護(hù)屏蔽延仲到信號(hào)線全長，而信號(hào)線的 屏蔽在信號(hào)源處一點(diǎn)接地，這樣使儀器儀表的輸入保護(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)。所以，屏蔽能用來降低耦合到導(dǎo)線上的共模電壓。(3) 應(yīng)用平衡電路：一個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度取決于信號(hào)源、信號(hào)引線、負(fù)載的平衡以及其 它雜散分布參數(shù)的平衡。為提高儀器儀表抗共模干擾能力，采用平衡措施使兩線路上所轉(zhuǎn)換 的電壓相等，以此來降低耦合到負(fù)載上的該部分共模電壓。(4) 電源引入干擾的抑制：在儀器儀表內(nèi)部主耍的干擾來口小功率變壓器產(chǎn)生的漏電流。 為防止泄漏電流干擾，可將變壓器初級(jí)繞組放在屏蔽層之內(nèi)，并將屏蔽層接地，此時(shí)變壓器 初級(jí)繞組上的