测量仪器的防干扰技术

测量仪器的防干扰技术大家都知道测量的质量与测量仪器、测量标准和测量人员有关，这些方面仪器使用人员都很重视，但是测量的质量与测量环境也关系很大，各种可能存在的自然干扰和人为干扰是影响测量质量的重要因素。

因此，防干扰技术的研究和应用，越来越受到重视。

各计量测试专业都大量、普遍地使用各种测量仪器和测量标准，因此，营造和保持良好的测量环境，掌握和应用基本的、必要的干扰防护技术，对提高测量质量和保护测量设备是十分必要的。

第一节电磁干扰和干扰源一、电磁环境一切电、磁设备包括测量仪器、测量系统，控制、测量（校准/检定或测试）工作，使用设备进行控制、测量工作的人员，都处于一定的环境之中。

温度、湿度、尘埃、振动、声、光等是被人们直接感觉、受到容易重视的环境，而电磁环境时常被忽视。

可是，电、磁设备包括使用人员本身的健康对电磁环境却十分敏感。

电磁环境的定义是在给定场所存在的有意产生或无意产生的所有电磁现象的总和。

从事计量测试的计量人员自然关心实验室的电磁环境条件。

在我国，各种技术标准包括检定规程，都对实验室的电磁环境加以限制，规定除地磁场外，应“不存在影响测量结果的电磁干扰”。

但目前，我国还没有对各类实验室给出电磁干扰允许值的定量标准。

必要时，应采取专门的屏蔽和滤波措施，以获得安全的电磁环境，保证测量的质量。

二、电磁干扰源电磁干扰源种类繁多，可按不同的方法进行分类。

产生的原因，产生的性质、波形、持续时间，干扰的传波途径、频率分布等各种表现或特点进行分类。

对测量环境中直接影响测量及测量设备的干扰来源可分为自然干扰源（大气、太阳、宇宙噪声干扰，静电放电）和人为干扰源（无线电发射设备、电力设备、电子设备）。

第二节接地技术任何测量仪器其电子电路均有接地点。

为保证信号正常传输，接地点的选择和接地方式是十分重要的。

从电路的观点看，“地”是电位的参考点。

不同系统参考点可以不同，电力系统把大地表面作为参考点，因此电力系统接地多数把电路中的某一点与大地相连。

便携式仪器仪表往往选择直流电源的某一极作为参考点，如选择电源正极为“地”则为负电源，反之为正电源。

测量中选择合适的接地点，是防止电磁干扰的重要手段。

正确认识“地”的概念、接地目的、方法和正确测量接地电阻是十分必要的。

一、接地目的和类型接地目的，一是为了安全，把电气、电子仪器设备外壳接大地，防止人身触电。

二是电路正常工作需要，选择系统参考点作为“地”，多数情况这一参考点是电源的某一极。

三是防止电磁干扰采取的技术措施，如仪器外壳接大地防止静电干扰就是一个典型例子。

为防止电磁干扰采取的屏蔽保护措施实施起来比较复杂，要针对不同的干扰源采取不同的接地方式。

“地”的类型可根据其应用的特点和信号的性质有多种名称：安全地、静电地、电源地、电路地、信号地、模拟地、数字地等。

安全地指的是为了保护电子设备及工作人员不受突发性的电磁环境的侵害从而保证电子设备和人身安全而设置的。

静电地主要指的是在电子设备的生产和操作中，保护电子设备和元器件不被静电的积累而击穿损坏或影响其性能。

如实验室或生产车间的静电工作台和工作服等都要用到静电接地。

电源地也就是电源的地线，其电位和大地等电位。

信号地是指在测量仪器及装置构成的线路中，信号参考电位的基准点。

在实际测量中，测量系统的信号可以和电源地相连，也可不接地（浮地）。

电路地是测量仪器内部信号变换和处理过程中局部信号的参考点。

一般情况下有统一的电路地，并和信号地相连。

屏蔽地一般指静电屏蔽地，也就是被保护体外的屏蔽体的接地。

数字地和模拟地分别是测量设备（或信号源）内部数字线路和模拟线路的接地点。

虽然接地的名称繁多，但从安全的目的，地只有一个就是大地；保证电路正常工作的目的，地也只有一个即系统的电位参考点，此参考点可以是大地也可以不是大地。

归纳起来接地只有两种：安全接地和工作接地（或技术接地），前者是保证设备和人身安全的需要，后者主要是信号接地，为了电路的正常工作和用于电磁干扰的控制。

二、电子设备接地技术在测量过程中，一定要注意地线的正确接法。

常用接地方式主要有：浮地、单点接地、多点接地、混合接地。

1、浮地：将电路或设备与公共地以及可能引起回路环流的共用连接线完全隔离开而采用的一种接地方式。

采用浮地的连接方式，可使公共地中存在的干扰电流不致耦合到信号电路。

对高频而言，实现真正的浮地是做不到的。

这种接地方式可能堆积静电荷，形成危害，或引起静电放电，形成干扰电流。

除防止公共地线或附近导体有干扰大电流流动影响信号系统外，一般不采用浮地的接地方式。

2、单点接地：在测试或测量系统中只存在一个物理接地点。

在这种接地方式下，各测量设备或分系统有各自独立的连接地线接到公共的物理参考点。

根据连接方式的不同，单点串联接地和单点并联接地两种。

3、多点接地：单点接地的缺点是接地线太长，地线阻抗大。

为降低地线阻抗，可采用多点接地方式，使地线尽可能短，将需要接地的电路按最小距离原则就近接入低阻抗接地平面。

与单点接地比较，多点接地的构成和接法比较简单。

各分系统（具有独立接地连接线）因接地连接线而引起的高频驻波显著减小。

因此，这种多点接地连接方式是高频电测量系统及高频电路常采用的接地方式。

采用多点接地方式以后，由于各分系统内部可以通过不同的接地点形成回路，因此对接地体的质量和要求大大提高；需要接地体具有等电位。

这样各分系统的干扰电源就不会影响到其它系统。

4、混合接地：当使用频率范围为宽频带时，可采用低频下一点接地，而在高频下多点接地的混合接地方式。

三、接地电阻的测量1、接地电阻的概念接地是把设备的某一部分通过接地装置同大地连接起来。

直接与大地接触的金属导体称为接地体，用来连接接地体与接地设备接地点的导线叫接地线，接地体和接地线的总合为接地装置。

接地电阻R E 是指当接地极上流过电流I 时，此电流在大地土壤中向四周流散，于是接地极相对无穷远处大地电位产生电位升E 。

IE R E 虽然，人们规定无穷远处大地的电位为零，实验证明，距离接地极或接地短路点20m 左右的地方，电位已趋于零。

我们把电器的接地部分（仪器外壳、接地线、接地体等）与零电位之间的电位差，叫做电器设备接地部分的对地电压。

接地电阻也就是接地极对地电压与流过电流的比值，如等效电路图所示。

接地电阻的大小与接地线、接地极电阻、接地极与大地接触电阻有关，因为接地电阻实际上是入地电流从接地体向四周土壤流散时的流散电阻，因此与土壤电阻率密切相关。

2、接地电阻的一般要求为了保证安全，发挥接地装置应有的效能，各种接地装置都需要进行定期检测。

检测内容包括外观检查和必要的测量。

外观检查主要查看接地装置是否正常，螺栓连接的部位是否牢固可靠，焊接头有无脱焊、锈蚀现象等（如变压器等大设备外壳接地应运用螺栓拧紧,尽量不用焊接直接焊牢,以便检修）。

测量主要是指接地电阻的测量。

衡量接地装置性能好坏的关键指标是接地电阻。

前面已经指出接地电阻与土壤电阻率密切相关。

由于土壤内所含的水分、盐分解量以及地下温度等在一年四季会发生变化，所以土壤电阻率也会随着变化。

根据季节变化规律，应在春季降雨量最少或冬季气温最低时期（土壤最干燥时期）安排测量接地电阻。

如这些季节测得接地电阻合格，则其它季节一般来说也能保证在合格范围内。

接地电阻要求进行定期测量，车间内接地装置的接地电阻根据运行情况一般规定每年进行测量一次。

（1）大电流接地系统：接地装置的接地电阻值在一年内任何时候都不应超过0.5Ω。

（2）小电流接地系统：接地装置的接地电阻值一般不宜超过10Ω。

（3）独立避雷针的接地电阻值一般不大于25Ω。

安装在架构上的避雷针其接地电阻值一般不大于10Ω。

（4）对10kV配电变压器：容量在100kV A及以下，其接地电阻不应大于10Ω；容量在100kV A以上，其接地电阻不应大于4Ω。

3、接地电阻的测量方法接地电阻通常采用接地电阻测试仪进行测量。

测量前，首先将电位探测针P和电流探测针C分别插入地中，使它们与接地极E成一条直线，E、P、C三点间距离为20m。

随后将E、P、C用专用导线接到摇表相应的接线柱上。

测量时，以2r/s 的速度摇动并对指示数逐渐进行调节，便可以直接从刻度盘上读出被测的接地电阻值。

如图所示。

四、降低接地电阻的措施（1）接地装置是否符合规程要求，主要指标为接地电阻接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾、防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。

因此良好的接地装置应是也是防雷的重要技术措施。

接地电阻实际是两部分电阻之和，一部分是接地体金属物的电阻，另一部分是整个大地的电阻也称流散电阻。

由于金属接地体的电阻很小，因此接地电阻主要决定于流散电阻的大小。

流散电阻主要由接地装置的结构和土壤电阻率决定，土壤的电阻率越低，流散电阻也就越低。

一些地区土壤电阻率较大，致使接地电阻值超出规程要求。

（2）接地材料的选择接地材料一般选用结构钢制成，选用时必须对材料进行检查，材料不应存在严重的锈蚀、厚薄或粗细不均匀等现象。

垂直安装的接地体通常用钢管制成。

接地装置要考虑季节因数。

因为，土壤电阻率是随季节变化的，规范所要求的接地电阻实际是接地电阻的最大许可值，为了满足这个要求，接地网的接地电阻要求达到：R=Rmax/ω式中：Rmax--接地电阻最大值，就是我们说的10Ω、4Ω的接地电阻值。

ω--是季节因数，根据地区和工程性质取值，常用值为1.45。

所以，我们所说的接地电阻实际是R=6.9Ω（Rmax=10Ω），R=2.75Ω（Rmax=4Ω）这样，接地网才是合乎规范要求的，在土壤电阻率最高的时候(常为冬季)也满足设计要求（3）降低接地装置的技术措施有以下几个方面(a)更换土壤。

这种方法是采用电阻率较低的土壤(如粘土、黑土及砂质粘土等)替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内。

这种方法可用在多岩石的地区，如高山、坡地等，但这种取土置换方法对人力和工时耗费都较大。

(b)人工处理土壤。

在接地体周围土壤中加入化学物，如食盐、木炭、炉灰、氮肥渣、电石渣、石灰等，提高接地体周围土壤的导电性。

这种方法虽然工程造价较低且效果明显，但土壤经人工处理后，会降低接地的热稳定性、加速接地体的腐蚀、减少接地体的使用年限。

因此，通常是在万不得以的条件下才建议采用。

(c)深埋接地极。

在不能用增大接地网水平尺寸的方法来降低流散电阻的情况下，如果周围土壤电阻率不均匀，地下深处的土壤或水的电阻率较低时，可采取深埋接地极来降低接地电阻值。

这种方法对含砂土壤最有效果。

据有关资料记载，在3m深处的土壤电阻系数为100％，4m深处为75％，5m深处为60％，6.5m深处为50％，9m深处为20％，这种方法可不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数，但施工困难，土方量大，造价高，在岩石地带困难更大。