电子测量系统工频干扰与接地问题的研究

是很容易得到定 性 验证 的。表 １ 一 组 Ｓ 是 Ｔ—ｌ 示 ６ 波器和 Ｄ Ａ一１ ６晶体管毫伏 表的相关试验 数据。
Ｒ ｏ
１ 工 频 干扰 模 型 的建 立及 相 关 参数 的 测量
１ １ 工 频 干 扰 模 型 ，
图 １
使 用示 波器 时我们 可 观察 到以下 现象 ： 当我们
［］ 谢 慧瑗 ， ． 通 物 理 实验 指 导 （ ５ 等 普 电磁 学） Ｍ］ 北 京 大 ［ ．
学 出版社 ，９ ９ １８ ．
Ｔｈ ｔ ｄ ｆｔ ｅ Ｄｉｔ ｒ ａ ｃ ｏ Ｗ ｏ ｋ ｎ ｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｅ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｓｕ ｂ ｎ ｅ Ｆｒ ｍ ｒ ｉ ｇ Ｆｒ ｑ ｅ ｃ ｎ ｔ ｅ Ｇｒ ｕ ｄ ｎ ｎ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｍ ｅ ｓ ｒｎ ｙ ｔ ｍ ｈ ｏ ｎ ｉ ｇ ｉ ｅ ｔ ｏ ｉ ａ ｕ ｉ ｇ Ｓ ｓｅ
顾 江 ， 季益飞 ： 电子测量系统工频 干扰 与接地 问题 的研究
表 ２
仪 器
１ ７
电压 表指 示 值
Ｒ１ Ｉ ： ＯＭｎ Ｒ２＝４ ｎ ７Ｋ
为了能定量地获 得工频干扰模 型中相关物理量 的大小 ， 以便 能对工频干扰程 度作 出估算 ， 我们 建立 了以下 的测量系统 ， 图通过 它求 出变压器 初次 级 试 间漏 电阻 Ｒ 和等效漏 电压 ０
顾 江 ， 益 飞 季
（ 常熟 高等专科 学校物理 系， 江苏 常熟 ２ ５０ ） １５０
摘 要 ：在 工频干扰模 型基础 上 ， 通过对 示波器和毫伏表 的 电源 变压 器漏 电 阻和 等 效漏 电压典 型
值 的测 量， 算 了工频干扰 电压 的幅度 ， 而说 明电子测量 系统各 设备 间共地 连接 的 必要 性 ， 估 从 并介
扰小 的优点 。测试 原 理 图见 图 ５ 此 时信 号 发生 器 ， 地线与毫伏 表地线 可作共地点连 接而不至破坏桥路
结构 。
图 ６
工频干扰 问题 的。如图 ６ 示 ， 所 显然 ， Ｒ上将通过干
扰 电流。若取 Ｒ为 １ Ｑ， Ｋ 则可估算 出干 扰 电压亦 为 数毫伏 。实 验 中通 常 能 观 察 到 明显 的工 频 干 扰 现 象 。此 时 ， 最好 的办 法 是将 Ｒ与 ｃ调位 ， 使信 号源 与示波器实现共 地连 接 ， 这样 才 可有 效地 减小 工频 干扰 ， 取得满意 的现实效果 。
ＧＵ Ｊａ ｇ ｊ ｉｆｉ ｉｎ ，ｉＹ －ｅ
（ ｅｔｏ Ｐ ｙｉ １Ｃ ａｇｈ ｏｅｅＣ ａｇ ｕ２５０ ，ｈ ａ Ｄ ｐ． ｈｓ ａ．ｈｎｓｕＣｌ ｇ ，ｈｎｓ １５０ Ｃ ｉ ） ｆ ｃ ｌ ｈ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｄｉｔｒ ｉｇＶｏｔｇ ｓ ｅｔ ｔｄ ｅ ｕｖ ｅ ｔ ｃ ｏｄｎ ｏ ｔｅ ｍｅｓ ｒｍｅ ｔｏ ｅｔｐｃ ｕ ｒ ａ ａｕ ｓ ｂ － ｓｒ ｃ ： ｓｕｂｎ ｌ ｅ ｉ ｓｉ ｅ ｑ ｉａ ｎｌ ａ ｃ ｒｉｇ ｔ ｈ ａｕｅ ｎ ｆｔ ｙ ｉａ ｎ ｍｅ ｃ ｌｖ ｅ ｅ ａ ｍａ ｌ ｙ ｈ ｌ ｉ ｌ ｔ ｅ ｎ ｔｅ ｌａ ａ ｅｖ ｌ ｇ ｎ ｅ ｋ ｇ ｅ ｉ ａ ｃ ｒｍ ｈ ｑ ｉｍｅ ｔｏ ｅｏ ｃｌ ｇａ ｈ ａ ｄ ｔｅ ｍｉｉｏ ｍｅｅ ａｅ ｎ ｗ ｅ ｈ ｅ ｋ ｇ ｏｔ ｅａ ｄ ｌａ ａ ｅ ｒｓｓｎ ｅ ｆ ａ ｔ ｏ ｔ ｅｅ ｕｐ ｎ ｆｔ ｓ ｉｏ ｒｐ ｎ ｈ ｌ ｖ ｈ ｔｒｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｌ ｌ ｔ ｅｗ ｒｉｇｆｅｕ ｎ ｙｄ ｓｕｂ ｃ ｄ １ Ｉ ｍａ ｉ ｓｓｔ ｅｃ ｍｍｏ －ｒｕ ｄ ｎ ｃ ｓｉ ｆｔｅｅ ｕｐ ｎ ｍｏ ｇｔ ｅｅｅｔ ｎｃ ｈ ｏｋｎ ｒｑ ｅ ｃ ｉ ｒａ ｅｍｏ ｅ ．ｔ ｎｆ ｔ ｏ ｔ ｎ ｅ ｈ ｎ ｇｏ ｎ ｅ ｅｓｔ ｏ ｑ ｉｍｅ ｔａ ｎ ｌｃｒ ｉ ｙ ｈ ｈ ｏ ｍｅ ｓ ｒ ｇｓ ｓｅ ，ｎ ａ ｄｔ ｎ，ｈ ｐ ｌ ａ ｌ ｘ ｍｐｅ ｒ ｎｒｄ ｃ ｄ ｗ ｔ ｈ ｓｇ ｆｃ ｍｍｏ ａ ｕ ｎ ｙ ｔｍ Ｉ ｄ ｉｏ ｔｅ ａ ｐ ｉ ｂｅ ｅ ａ ｌｓ ａｅ ｉｔ ｕ ｅ ｉ ｔ ｅ ｕ ａ ｅ ｏ ｏ ｉ ｉ ｃ ｏ ｈ ｎ— ｇｏ ｎ ｉｋ ａ ｄ ＡＣ ｒｕ ｄ ｌ ｎ ｎ ｂ ｄ ｅ． ｉ ｒｇ Ｋｅ ｒ ｓ ｅｅ ｔ ｎｃ ｍｅｓ ｒｍｅ ｔ ｗｏｋｎ ｅ ｕ ｎ ｙ； ｉｔｒａ ｃ ｇ ｕ ｄｎ ；ｏ ｏ －ｒｕ ｄ ｌ ｋ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌｃｒ ｉ ａｕｅ ｎ ； ｒ ｉｇｆ ｑ ｅ ｃ ｄｓｕｂ ｎ ｅ；ｒ ｎ ｉｇ ｃ ｍｍ ｎ ｇ ｎ ｉ ｏ ｒ ｏ ｏ ｎ
＝
未给予共地 连 接 ， 用 上述 模 型 ， 到 图 ３所 示 关 运 得
系。
４ Ｋ２ｇ ￣ ７１ ｚ ａＲ
ｍ， 测得 。具体测量数据见表 ２ 。
信 号发生器
示波器
．
…
…
一
一
一
一
一 一 …
一
…
…
一
一
一 一 一 一 一 一 一 一
Ｖ
—
图 ３
ｌ
和 ２ 将通 过 等 器件构 成 回路 ， 在 上
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第 １ 第 ２期 ８卷
常 熟 高专 学报
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｈ ｎ ｓ ｕ Ｃ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｆＣ ａ ｇｈ ｏｌ ｅ ｅ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ． １１ ２
２０ 年 ３ ０４ 月
Ｍａ ． ０ ４ ｒ２ ０
电子测 量 系统 工频 干扰 与接地 问题 的研 究
４Ｖ ０
３．Ｖ Ｏ
仪 器 输 入 档 级 置最 大
显然 ， １中实 验设 备机 壳 与大 地 直接 相连后 图 漏 电流不再通过 Ｒ 而直接 经仪器地线进 入大地 ， 所
以它能有效地减小 干 扰电压幅 度 ， 而抑 制系统 工 从
Ｒ 、 Ｒ阻值相 当时 ， ｏＲ 、 可在 仪器输 入端 产生较 大 压
仪器 仪器 机 壳 不 接大 地 Ｓ Ｔ—ｌ ６ 示波 器 Ｄ Ａ—ｌ ６ 毫伏 表 ８Ｖ ５ 仪 器机 壳 接 大地 １Ｏ ．Ｖ Ｄ ８０ 数 字 Ｔ９ 表 内阻
ＩＭ， Ｏ
备 注
示 ） 当人手 触及示波器输入端 时 ， ， 从交 流电源 出发 ，
经泄漏 电阻 Ｒ 到 仪器 地线 ， 由仪 器输 入 电 阻 Ｒ ｏ 再 经人体 电阻 Ｒ到达 大地 构成 回路 ， 产生 漏 电流 。当
３ 工 频 干 扰处 理 的 例 子
图 ４
我们 以 电磁 学实 验 为例 ， 来研 究两个 容易 引入
工频 干扰的实验 。 ３ １ 交流 电桥 实验 中的工频干扰 ． 且不 能直接 连 通 ， 因而常 会 引 入工 频 干 扰 。在 图 ４ 所示系统 中， ｌ ２ Ｒ ｌＲ ２ Ｒ 构 成 回路 ， ２ 、 、 ０、 ０、 ２ Ｒ 上
图２
２ 电子测 量 系统 共 地 连接 的必 要 性
我们 以信号发生 器与示波器配接 为例叙述 电子
测量机构“ 共地” 消除工 频干扰 的作用 。如果 两者 对
在 图 ２中 ， Ｒ已知 ， 为可测量 ， 有 Ｖ ＝Ｖ １ ０ Ｒ ｏ （ ＋Ｒ ／ ） 取 Ｒ＝Ｒ ＝Ｒ 表 阻 １Ｍ ， ｌ 电 内 （０ Ｑ）测得 电压为 Ｖ ； ｌ再取 Ｒ ２
干 扰≤１ｍ 这个工 频干扰幅度估 算值 与实 际情 况 ０ Ｖ，
非常接近 。
当然 ， 要 的问题是 当必 须采 用两 台带交 流供 重 电的设 备且进行 高灵 敏度 测试 时 ， 必须 设法 使它 们
实现共地连接 。对 于 交流 电桥 实验 ， 用 隔离 变压 采 器方式可很好地 实现 地线 一 点连接 ， 因而其 具有 干
用两 台不 同设备 ， 它们均 以交 流供 电 ， 都使用 电源变
压器 ， 因而都存在漏 电阻和漏 电压 ， 它们 都各具地线
压与其 相当时 ， 能很容易观察 到信号 受 ５ Ｈ 工频 干 ０ｚ
扰的情况 。
不难发 现 ， 如果上 述连线 改为 Ａ ｃ和 Ｂ — —Ｄ相 连 ， ｌＲ ｌ ２ Ｒ２ 产生 的干扰 电流 不再 流 则由 、 ０， 、 ０ 所 经 Ｒ， 因而 测量系统不会产 生工 频干扰 。因而这种 “ 共地 ” 接法是合 理 的。 可见 电子测量 系统 中 ， 共地连接是 十分 必要 的 。
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＇扰 ．
用手触及示 波器 Ｙ轴输 入端 时 ， 示波 器可 显示 幅度 较大 的 ５ Ｈ 工频 干扰 波形 ， 一干扰现象很容易 令 ０ｚ 这
我们联想 到交流 电源 。干扰是如何进入示波器输 入 电路的呢 ？我们 先 作 以下模 型假 设 ： 器交 流 电源 仪 与其 内部地 线 （ 壳 ） 存在 漏 电阻 Ｒ （ 图 １所 机 间 。如
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ｌ ８ 所产生 的工频干扰 电压可进行估算 ：
常熟高专学报
２０ ０４矩
干 了 扰 ＿ ＝
Ｒ ＿ Ｒ ： 一 － ： ＿
设 ｌ ｏ ＝１０ ， ０ ＋Ｒ２ ０ ｇ， ２ Ｋ ， ０ ＋Ｖ２ ０ Ｒｌ ０ ＝１Ｍ ￣ Ｒ ＝１ 贝 Ｖ Ｑ
绍 了共 地方式在 交流 电桥 等 实践 中的应用 实例 。
关 键 词 ：电 子 测 量 ； 频 ； 工 干扰 ； 地 ； 地 接 共
中图分类号 ：Ｔ ９ Ｎ８
文献标识 码 ：Ａ
文章编号 ：１ ８ ２９ （０ ４０ — ０６— ３ ０ — ７４ ２０ ）２ ０ １ ０ ０
在 实践 活动 中 ， 经常 需要 构建 一些 电子 测量 系
由于
Ｖ ＝Ｖ（ ＋Ｒ ／ １ ｏ ｌ１ ０ Ｒ ）
Ｖ ＝ ｖ（ ＋Ｒ ／ ２ ｏ ２１ ０Ｒ ）
代 入表 ２ 数据 ， 可得到下 列测试结果
示波器 ： ０ ．Ｍ Ｖ ＝１０ Ｒ ＝１３ Ｑ， ｏ ２ Ｖ 毫伏表 ： ０ ６ ４ ｆ， ｏ ８ Ｖ Ｒ ＝ ．Ｍ ｌ Ｖ ＝ ５
可见 ， 工频干扰模型具 有可定量估算 的特点。
统， 这些 系统 常 因地线处理不 妥而引入额外 的干扰 ， 因干扰 常与交流 电源 有关 ， 这些 干扰 也被 称作 工 故 频 干扰 。例如交 流 电桥 实验 中 的指零 干扰 、 Ｌ Ｒ Ｃ暂 态过程 观察研究 中波形 “ 发虚 ” 等等 。此类 问题 严重 困扰众 多的实验教 学 工作 者 ， 以很有 必要 进行 工 所 频干 扰原因等 问题 的研究 。
３ ８．
３ ２ Ｒ Ｃ暂 态过程研 究 实验 中的工频干扰 ． Ｌ
［ ］ 汪逸 新 ， ． 波 电桥 法 测磁 致 伸 缩 系数 ［］ 物 理 实 ４ 等 栽 Ｊ．
验 ，９ ６ （ ） １８ １９ ，４ ：４ ．
Ｒ Ｃ暂态过程研 究采 用 串联 电路形 式 ， Ｌ 需用 示 波器观察 电容等元 件两端 电压波形 。该装 置若 不解 决信号源与示波器 共地 问题 ， 也是很容易产生所谓
交 流电桥 实验 由于桥路 电源 与指零机构分别采
产生 ５ Ｈ 工频干扰 ， ０ｚ 若设 Ｒ ／ Ｒ ＾／ 出一１ Ｑ， 据上述 Ｋ 依 模型 的测 量 结 果 ， Ｒ ｌ Ｒ２ ５ Ｑ ｖｌ 取 ０和 ０为 Ｍ ， ｏ、 取 ５Ｖ， ０ 则可得 到 ＶＦ 约 １ｍ 。当信号发生 器输 出电 ：ｔ ０ Ｖ ￣
参考 文献 ：
［ ］ 康 华光 ． １ 电子技 术 基础 （ 拟部 分 ） Ｍ ． 等教 育 出版 模 ［ ］高
社 。９ ８ １８ ．
Ｂ
［ ］ 扬 述武 ． 通 物理 实验 （ ２ 普 电磁 学部 分 ）Ｍ］ 高等 教 育 出 ［ ．
版 社 。 ９ ３ １９ ．
图５
［ ］ 汪逸新 ． ３ 交流 电桥 抗 干扰措 施 ［］ 广 西物理 ， ９ ，２ ： Ｊ． １ １（） ９
降 ， 而形 成相应 的工频 干 扰。 以上模 型在 实践 中 从
收 稿 日期 ：０ ３—１ ２０ ２—１ ５ 作 者 简介 ： 江 （９ ９ ） 男 ， 苏 常熟 人 ， 验师 顾 １６一 ， 江 实
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第２ 期
频干扰 。 １２ 模 型参数的测量 ．