电工量计及检测技术第八章精品

RS
Z1 Z2
ES
电源内阻对电路的影响
（4）辐射耦合
易产生辐射干扰场合— ① 电能变换频繁的地方； ② 高频电能变换装置； ③ 脉冲电源； ④ 电源线、信号线。
由辐射产生的干扰电压为 U=EH
E—电场强度（V/cm） H—产生辐射干扰的“天线”的长度
（5）漏电流耦合
U1—干扰电压 R—绝缘电阻 Z2—仪表的等效阻抗 U2—干扰耦合电压
D2
R2
GO1-1
RW K1
A
C1
U1
J1
D3
R3 J1-3
T1
图 8.12 高压接地保护电路
U1
J2-1
K2
C3 1 6
3
8 IC2
C5
C4
5
24
R9
R4 C2
R5 2
1 9
R7
6 IC1
R6
3 J1-3 15
LED R8
J2
R10
图 8.13 高压接地保护的语音报警电路
■ 一种具有接地保护功能的半导体开关模块
1 阶RC滤波器
R
输入Vi
C
输出Vo
截止频率： fc= 1/( 2πRC )
RS ES
R
C
CL
图 实际使用的滤波器
RL
fc

2π
1
RS RRL
RS R RL
C

CL

增益/VdB
0 -10 -20 -30 -40
-50 -60
100Hz
6dB 20dB
10kHz 20kHz 100kHz 1.0MHz
测量仪表侧接地时
b. 变压器的屏蔽层接地
接地方式: 一般情况下接保护地(接大地)
保护地
屏蔽地
5．2屏蔽技术
（1）基本原理 （2）方法和材料
① 电场屏蔽
材料— 导电率良好的材料。 方法— 在电容耦合通道上插入一个接地良好的金属屏蔽导体。
② 磁场屏蔽 高频磁场屏蔽 材料— 高导电率的良导电材料。 方法— 用高导电率的良导电材料做成薄屏蔽壳，将仪表置于其内。 低频磁场屏蔽 材料— 高导磁率材料。 方法— 用高导磁率材料做成屏蔽壳，将仪表或感扰源置于其内。
② 对测量系统低抗干扰的能力以及感受干扰的敏感度，进行分析计 算或试验测定；
③ 根据仪表的功能和应用场合，采取适当的方法抑制干扰。
3．干扰的来源
3.1 外部干扰
放电干扰 高频干扰 浪涌干扰 振动干扰 环境干扰
3.2 内部干扰
元器件干扰 信号回路干扰 负载回路干扰 电源电路干扰
数字电路干扰
4．干扰的耦合方式和传导模式
功能电路之间的合理布局。
（2）器件性隔离
光电隔离 继电器隔离 放大器隔离 变压器隔离
VCC 机壳
R2
+
电源变压器
AC插头
U in(out)
电子 线路
R1
接地端
图 仪器接地输出（输入）
+ U in(out)
机壳
电源变压器
电子 线路
AC插头
接地端
图 仪器浮地输出（输入）
+ U in(out)
机壳
电源变压器
第八章 测量系统的抗干扰技术
1．电磁兼容
（1）电磁兼容含义
电磁兼容（ 简称 EMC ）是指电子装置能在规定的电磁环境 中，既不受周围电磁场的影响能正常工作，也不对该环境或其它 设备造成不允许的扰动的能力。
（2）电磁兼容设计的主要内容
2．研究抗干扰技术的基本方法
（1）形成“干扰”的必要条件（三要素）
4.1 干扰的耦合（传递）方式
静电耦合 电磁感应耦合 公共阻抗耦合 辐射耦合 漏电流耦合
工程中研究干扰传递的方法—— 简化电路模型
用集中参数电容C、电感 L 及互感 M 表示耦合通道
（1）静电耦合 干扰电压通过分布电容使其它导体上的电位受到影响.
U1—干扰电压 C—分布电容
Z2—仪表的等效阻抗 U2—静电感应干扰电压 ω—U1的角频率
双绞线的节距与噪声衰减率
导线
节距 噪声 抑制噪声效果
(cm) 衰减率
(dB)
空气中平行导线 — 1：1 0
双绞线
10 14：1 23
双绞线
7.5 71：1 37
双绞线
5
112：1 41
双绞线
2.5 141：1 43
钢管中平行导线 — 22：1 27
（3）双绞线的使用
① 抑制静电感应干扰应选用屏蔽网双绞线； 抑制电磁感应干扰可选用无屏蔽网双绞线。
4、干扰的耦合方式主要有（
（
）、（
）等。
）、（
）、
UN1 UN2
Z1 IN2 Z2
Z1—导线1对地阻抗 Z2—导线2对地阻抗
图8.7(c) 共模干扰转化为常模干扰
当Z1=Z2时 当Z1≠Z2时
IN=0 IN≠0
① 安全接地方式
■一种 高压接地保护装置（ZL 94228640.5 ）
~220 V
~220V D1 R1 GO1-1
J1-1
J1-2 J1-2
图 1 阶RC滤波器的幅频特性 （ -20dB/dec的衰减陡度）
RS
1.3k
13k
130k
ES
0.56μ
5600p
560p
RL
RS<<1.3k
图 滤波器的串联
RL>>130k
一级
三级 级
5．6 仪表电路的设计与制作 （1）元器件的选择 （2）电路的设计 （3）印刷线路板的制作
6．本章要求
（1）掌握电磁兼容的含义和产生电磁干扰的“三要素”； （2）掌握干扰的耦和方式； （3）理解串模干扰和共模干扰的特点； （4）掌握接地目的、接地类型，屏蔽技术采用的材料，
● 浮地方式、直接接地方式、电容接地方式— 按系统地与大地的连接关系
a.一点接地
适用于低频线路
电 电电
路 路路
A
BC
电 电电
路 路路
A
B
C
放射式接地
母线式接地
b.多点接地（平面式接地）
适用于高频线路
电 电电
路 路路
A
B
C
c.浮地方式
平面式接地 适用于浮地系统对地分布电容很小
பைடு நூலகம்
d.直接接地方式
适用于系统有很大的对地分布电容
③ 电磁屏蔽 材料— 高导电率材料。 方法— 用高导电率材料做成屏蔽壳，将仪表或感扰源置于其
内。
（3）屏蔽的结构形式
① 屏蔽罩—— 一般用无孔金属板制成； ② 屏蔽栅网— 一般用金属编制网或有孔金属薄板制成； ③ 屏蔽铜箔— 一般是利用多层线路板的一个铜箔面作为屏蔽板； ④ 隔离仓—— 是将整机金属箱体用金属板分隔成多个独立的单
（ZL 03284623.1 ）
三个功能电路：检测电路 + 驱动电路 + 开关电路
检测及驱动 电路元件
功率开关元件 绝缘层
金属底板
电力电子集成模块封装结构
A C
B D
电力电子集成模块的封装外形
~220V
电气设备
RL
A
C 外壳
B D
电力电子集成模块的应用
② 工作接地方式
● 一点接地、多点接地— 按各功能电路的地与系统地连接形式
干扰电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而
信号电流只在往返两条线路中流过。
从本质上讲，这种干扰能够消除 .
② 原 因:
信号源的“地”与信号放大电路的“地”之间存在一个电位 差；
电场或磁场耦合等。
③ 影 响: 由于线路和器件的不平衡性，共模干扰→串模干扰 。
1
N
2
UN IN1
IN
ZL
N—干扰源 ZL—为负载阻抗
② 原 因： 信号线分布电容的静电耦合； 信号线传输距离较长引起的互感； 空间电磁场的电磁感应等。
③ 影 响： 常使运放饱和、灵敏度下降和零点漂移 .
（2）共模干扰
IS
IN/2
N
~ US
R
~ UNIS IN/2
IN
图8.7(b) 共模干扰
① 特 点: 干扰侵入传输线路和地线间，两条传输线路上共同存在着 对地干扰电压;
基本思想：增大共模回路阻抗；静电保护
交流 输入
机壳 浮地屏蔽层
辅助电源 （隔离）
控制 电路
功率地
屏蔽层
屏蔽层 控制地
功率变 换电路
高频 变压器
图 脉冲电源的屏蔽与接地示意图
脉冲 输出
② 双绞线的接地
接地方式——用作屏蔽线的一根应采用双端接地方式，为 感应电流提供流动回路.
5．4 隔离技术
（1）空间隔离
● 干扰源； ● 被干扰对象; ● 干扰传播途径.
干扰源
敏感元件 （测量对象、测量仪表）
图8.1 形成干扰的示意图
（2）基本方法
分析 测量
发现干扰
干扰特点
电路及其 工作环境
找出干扰源
建立电路模型
抑制干扰
分析干扰 电路理论 屏蔽
隔离 滤波
图8.2 抗干扰技术研究简化图
（3）基本内容
① 对测量系统周围存在的可能对测量系统形成干扰的干扰源的特性和 干扰传播途径，进行估算与测定；
电子 线路
AC插头
接地端
图 仪器接地输出（输入）
隔离变压器
输入 ~220V
│A（ f ）│
│A（ f ）│
O
fc2
(a) 低通滤波器
│A（ f ）│
f
O
fc1
f
(b) 高通滤波器
│A（ f ）│
O
fc1 f0 fc2
f
(c) 带通滤波器
O
fc1 f0 fc2
f
(d) 带阻滤波器
图 常用滤波器的幅频特性
② 屏蔽层起静电屏蔽的作用，它必须正确接地。
屏蔽层
屏蔽层
信 号～ 源
测控 装置
信
号～ 源
测控 装置
现场地
～ UCM
分布电容
工作地
充电电流
分布电容
工作地
图8.10 屏蔽层接地点在信号源侧 图8.11 屏蔽层接地点在信号接收侧
仪表使用的环境温度划分—5个级别 电子器件使用温度适用范围的划分
▲ 浮地屏蔽方式
U2

Z2 Z2
R U1
R
～ U1
U2 Z2
图8.6 漏电流耦合等效电路
4.1 干扰的传导模式
（1）串模干扰
N
IS IN
~ US
R
~ UN
IS IN
图8.7(a) 串模干扰
① 特 点： 干扰串联于信号回路，往返于两条线路间，使两条传输线路 之间存在一个电位差 ; 干扰电流 IN 和信号电流 IS 的路径往返两条线上是一致的； 难以消除 .
隔离技术采用的器件； （5）掌握提高测量系统抗干扰的主要措施。
思考题
1、研究电磁干扰问题主要应从抓住三个基本要素，它们是
（
）、（
）和（
）。
2、电器系统接地的目的主要有（为了安全）、（为电路工作提 供公共基准电位）、（为了抑制干扰）。 3、（导电率高）的材料，用于静电屏蔽的效果好，（导磁率高） 的材料，用于磁屏蔽的效果好。
C
～ U１
U2
Z2
图8.3 静电耦合等效电路
U2

Z2 ZC Z2
U1

Z2 ZC
U1

jCU1Z 2
（2）电磁感应耦合
I1—干扰电流 ω—I1的角频率 M—两导体间互感
U 2 jMI1
I１ ～
M U2 Z2
图8.4 电磁感应耦合等效电路
（3）公共阻抗耦合
U
Z1
Z2
G
RC
图8.5 公共阻抗耦合等效电路
e.电容接地方式
适用于工作地与大地间存在直流或低频电位差
③ 屏蔽接地方式
a. 电缆屏蔽层的接地方式
屏蔽层
屏蔽层
信 号～ 源
测控 装置
信
号～ 源
测控 装置
现场地
～ UCM
分布电容
工作地
充电电流
分布电容
工作地
图8.10 屏蔽层接地点在信号源侧 图8.11 屏蔽层接地点在信号接收侧
原始（无干扰）信号 信号源侧接地时
元，从而屏蔽各部分之间的电磁干扰； ⑤ 导电涂料— 是在非金属的箱体内、外表面喷漆一层金属涂层。
5．3 双绞线技术
（1）双绞线类型
无屏蔽网双绞线；有屏蔽网双绞线；有屏蔽网的单芯或多芯导线。
（2）双绞线抗干扰原理
Ri
～
iS1
1
2
R2
R2
ic
I
M
R1
iS2
R3
R3
图8.9 双绞线间电磁感应干扰情况