第六章抗干扰技术
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智能仪表
第七章
抗干扰技术
第七章 智能仪表的抗干扰技术
第七章 智能仪表的抗干扰技术 7.1干扰源： 带有微机的仪表，不论功能设计得多么完善。如果在复杂的环境中不 能安全可靠的运行，也没有用处。设计正确的仪表，若没有较强的抗干 扰能力，就不能使仪表正常工作。 尤其是用于工业控制现场的智能仪表。由于工业环境特别是工业 过程控制的生产环境干扰严重，不仅会破坏仪表的正常工作。而且严重 时会严重损坏仪表的器件或程序，导致仪表不能正常运行。甚至会引起 误操作或爆炸等严重事故。 因此为了保证仪表能在实际应用中可靠地工作，必须要周密考虑和 解决抗干扰问题。 本章主要从硬件和软件两方面讨论智能仪表的抗干扰问题。
Vs：真信号 Vdm：差模信号
干扰来源：●高压输电线； ●与信号线平行铺设的电源线 ●大电流控制线产生的空间电磁场 ●信号源本身固有的漂移、纹波和噪声 ●电源变压器不良屏蔽或稳压效果不好，也会引入串模干 扰 1．测控系统的信号线较长，通过电磁和静电耦合产生的感应电压有可能 达到与被测信号相同的数量级甚至比真信号大得多。与真信号相串， 影响较大。 2．对测控系统而言，由于采样时间短。工频的缓变电压也相当于缓慢变 化的干扰电压。这种干扰有可能一起被采样，造成严重错误。 如：有传感器来的信号线长达几百米，干扰源通过电磁感应和静电耦合作 用，在如此之长的信号线上产生的空间电磁感应电压数值是相当可观 的。有可能达到几十 mv，甚至更大；传感器信号为μ v、mv 级。
4．共模干扰：输入通道上两输入端共有的干扰 (1)共模干扰的产生: a.可以是直流，也可以是交流 b.幅值可以为几伏甚至更高，取决于现场干扰环 境条件及接地。 c.接底线不会引起接地干扰，以共模信号形式加 入电路。
仪表接地端 G2。 由于检测元件和传感器是分散在生产现场的各个地方。因此，被测信 号 Vs 的参考接地点和仪表接地点间往往存在一定电位差。——造成对 仪表输入通道而言是共同加在两输入端上。 一输入端信号：Vs+Vcm 另输入端信号：Vcm
一．漏电：绝缘在高温下性能变坏，会引起外界干扰(交流、直流干扰)
二．磁场干扰及磁屏蔽： 磁场干扰： 工频交变磁场为主 在大功率变压器、交流电动机、大电流交流线附近均有较强 磁场。若信号线有不合理的环线，交变磁通穿过环线，会产 生感应电动势——干扰(差模干扰)
绞和线路是感应电势相互抵消 2和1’，1和2’抵消
一．干扰源： 干扰的来源：▲外部干扰源 ▲内部干扰源 1.外部干扰：干扰信号主要通过三个途径进入仪表内部。 即:电磁感应、传输通道和电源线。 外部干扰源有： a．电源的工频干扰(漏电或电磁场影响)； b．周围电器设备(包括工厂设备、交通设备、家用电器)； 发出的电磁波、电火花(电焊机、电灯、电机、大开关)； c．空中雷电、湿度、温度变化的影响； d．广播电台或通讯发射台发射的电磁波； e．太阳及天体辐射出的电磁波等； 2.内部干扰源： a．不同信号间的感应； b．经杂散或寄生电容的耦合； c．长线传输造成的波的反射； d．多点接地造成的地线电位差引起的干扰； e．寄生振荡引起的干扰； f．热噪声干扰； g．振铃噪声等；
但实际共模信号会通过输入端存在的不对称电桥形式转化为差模干扰。Байду номын сангаас①经分布参数构成的不对称电桥——差模：
四．放大器复位与浮空： ① 放大器屏蔽 ② 放大器浮空 放大器的地线与屏蔽外壳间绝缘——放大器地线浮空。 外壳接地——屏蔽。
6．1 节 (完)
7.2 干扰信号的种类及其影响 一．干扰信号的种类： 1．直流干扰：干扰信号一直流或缓交信号形式影响存有的真信号。 ●输入电路有寄生接触电势(化学电势、接触电势、极化电势)； ●直流电压漏电； ●大功率直流设备(电解、电焊、电镀)附近也可能有接地点不当而 引入的直流干扰； 直流信号由于与真信号无法区分，而影响是直接的，所以影响较大。 2．交流干扰：交变干扰信号 ●漏电； ●交变磁场、交变电厂等交流干扰感应出交变干扰信号。 交流信号的影响是间接的，可与真信号区分采取有效的去除干扰措施。 3．差模干扰： 差模干扰又称串模干扰，端间干扰。 差模干扰——干扰电压与有效真信号串联叠加后作用到仪表上。
高温下电路的绝缘变差，漏电阻会导致一个干扰 eg 加于电偶 两输入端。显然构成一个供模信号(eg 时同时加在两输入端的) 干扰有时达到几伏、几十伏、上百伏。 影响：①会损坏后级元件，造成元件击穿； ②通过不对称电桥形式，可转为差模干扰直接影响电路工作
(2)共模信号转为差模信号： 对于双端输入电路，例如：运放的两个输入端存在共模干扰不会造成对真 信号的干扰。因为运放放大的是两输入端信号之差。(不考虑共模干扰对元件 的损坏)
高导磁率的屏蔽管。 Φ 集中在屏蔽管壁内流过。在管内 空间无磁通，不会感应出干扰信号。
三．电场干扰与等电位屏蔽： 信号线和高电压交流线平行靠近时，交变信号经分布电容耦合至输 入端，由于两输入端分布电容等参数不同，会出现端间干扰。
显然 C1、C2、C`1、C`2 构成一个交流电桥。若参数不等，则 A、B 两 点间的电流不会相同，则形成对仪表的干扰信号。 解决：①使寄生电容小些； ②最重要的，若是仪表与大地绝缘，则 C`1、C`2 极小，使电流不会形 成通路——仪表对地浮空； ③信号线要远离电力线、交流信号线、大信号线，或不与之平行。 静电屏蔽：——等电位屏蔽。使信号线与屏蔽层之间等电位不形成电场耦合。 信号线：①采用屏蔽线，将外在屏蔽线接地，里面信号线不受外部电场影响， 屏蔽层等电位。 注意：一点接地，否则不恰当接地也会带来干扰。 ②屏蔽层不接地，接至干扰。 当由于漏电或其它原因使输入信号上带有较大共模干扰信号，则 会使信号线与屏蔽层之间经分布电容形成干扰。 电流可能共模→差模，为此可使屏蔽层接共摸干扰处。 在存在对地干扰时，会使信号线带上一定的共模干扰信号而使其 余屏蔽层间形成不等电位，会由电容形成漏电流形成干扰。—— 此时将屏蔽层外部干扰源连接。而使屏蔽层与信号等电位。
第七章
抗干扰技术
第七章 智能仪表的抗干扰技术
第七章 智能仪表的抗干扰技术 7.1干扰源： 带有微机的仪表，不论功能设计得多么完善。如果在复杂的环境中不 能安全可靠的运行，也没有用处。设计正确的仪表，若没有较强的抗干 扰能力，就不能使仪表正常工作。 尤其是用于工业控制现场的智能仪表。由于工业环境特别是工业 过程控制的生产环境干扰严重，不仅会破坏仪表的正常工作。而且严重 时会严重损坏仪表的器件或程序，导致仪表不能正常运行。甚至会引起 误操作或爆炸等严重事故。 因此为了保证仪表能在实际应用中可靠地工作，必须要周密考虑和 解决抗干扰问题。 本章主要从硬件和软件两方面讨论智能仪表的抗干扰问题。
Vs：真信号 Vdm：差模信号
干扰来源：●高压输电线； ●与信号线平行铺设的电源线 ●大电流控制线产生的空间电磁场 ●信号源本身固有的漂移、纹波和噪声 ●电源变压器不良屏蔽或稳压效果不好，也会引入串模干 扰 1．测控系统的信号线较长，通过电磁和静电耦合产生的感应电压有可能 达到与被测信号相同的数量级甚至比真信号大得多。与真信号相串， 影响较大。 2．对测控系统而言，由于采样时间短。工频的缓变电压也相当于缓慢变 化的干扰电压。这种干扰有可能一起被采样，造成严重错误。 如：有传感器来的信号线长达几百米，干扰源通过电磁感应和静电耦合作 用，在如此之长的信号线上产生的空间电磁感应电压数值是相当可观 的。有可能达到几十 mv，甚至更大；传感器信号为μ v、mv 级。
4．共模干扰：输入通道上两输入端共有的干扰 (1)共模干扰的产生: a.可以是直流，也可以是交流 b.幅值可以为几伏甚至更高，取决于现场干扰环 境条件及接地。 c.接底线不会引起接地干扰，以共模信号形式加 入电路。
仪表接地端 G2。 由于检测元件和传感器是分散在生产现场的各个地方。因此，被测信 号 Vs 的参考接地点和仪表接地点间往往存在一定电位差。——造成对 仪表输入通道而言是共同加在两输入端上。 一输入端信号：Vs+Vcm 另输入端信号：Vcm
一．漏电：绝缘在高温下性能变坏，会引起外界干扰(交流、直流干扰)
二．磁场干扰及磁屏蔽： 磁场干扰： 工频交变磁场为主 在大功率变压器、交流电动机、大电流交流线附近均有较强 磁场。若信号线有不合理的环线，交变磁通穿过环线，会产 生感应电动势——干扰(差模干扰)
绞和线路是感应电势相互抵消 2和1’，1和2’抵消
一．干扰源： 干扰的来源：▲外部干扰源 ▲内部干扰源 1.外部干扰：干扰信号主要通过三个途径进入仪表内部。 即:电磁感应、传输通道和电源线。 外部干扰源有： a．电源的工频干扰(漏电或电磁场影响)； b．周围电器设备(包括工厂设备、交通设备、家用电器)； 发出的电磁波、电火花(电焊机、电灯、电机、大开关)； c．空中雷电、湿度、温度变化的影响； d．广播电台或通讯发射台发射的电磁波； e．太阳及天体辐射出的电磁波等； 2.内部干扰源： a．不同信号间的感应； b．经杂散或寄生电容的耦合； c．长线传输造成的波的反射； d．多点接地造成的地线电位差引起的干扰； e．寄生振荡引起的干扰； f．热噪声干扰； g．振铃噪声等；
但实际共模信号会通过输入端存在的不对称电桥形式转化为差模干扰。Байду номын сангаас①经分布参数构成的不对称电桥——差模：
四．放大器复位与浮空： ① 放大器屏蔽 ② 放大器浮空 放大器的地线与屏蔽外壳间绝缘——放大器地线浮空。 外壳接地——屏蔽。
6．1 节 (完)
7.2 干扰信号的种类及其影响 一．干扰信号的种类： 1．直流干扰：干扰信号一直流或缓交信号形式影响存有的真信号。 ●输入电路有寄生接触电势(化学电势、接触电势、极化电势)； ●直流电压漏电； ●大功率直流设备(电解、电焊、电镀)附近也可能有接地点不当而 引入的直流干扰； 直流信号由于与真信号无法区分，而影响是直接的，所以影响较大。 2．交流干扰：交变干扰信号 ●漏电； ●交变磁场、交变电厂等交流干扰感应出交变干扰信号。 交流信号的影响是间接的，可与真信号区分采取有效的去除干扰措施。 3．差模干扰： 差模干扰又称串模干扰，端间干扰。 差模干扰——干扰电压与有效真信号串联叠加后作用到仪表上。
高温下电路的绝缘变差，漏电阻会导致一个干扰 eg 加于电偶 两输入端。显然构成一个供模信号(eg 时同时加在两输入端的) 干扰有时达到几伏、几十伏、上百伏。 影响：①会损坏后级元件，造成元件击穿； ②通过不对称电桥形式，可转为差模干扰直接影响电路工作
(2)共模信号转为差模信号： 对于双端输入电路，例如：运放的两个输入端存在共模干扰不会造成对真 信号的干扰。因为运放放大的是两输入端信号之差。(不考虑共模干扰对元件 的损坏)
高导磁率的屏蔽管。 Φ 集中在屏蔽管壁内流过。在管内 空间无磁通，不会感应出干扰信号。
三．电场干扰与等电位屏蔽： 信号线和高电压交流线平行靠近时，交变信号经分布电容耦合至输 入端，由于两输入端分布电容等参数不同，会出现端间干扰。
显然 C1、C2、C`1、C`2 构成一个交流电桥。若参数不等，则 A、B 两 点间的电流不会相同，则形成对仪表的干扰信号。 解决：①使寄生电容小些； ②最重要的，若是仪表与大地绝缘，则 C`1、C`2 极小，使电流不会形 成通路——仪表对地浮空； ③信号线要远离电力线、交流信号线、大信号线，或不与之平行。 静电屏蔽：——等电位屏蔽。使信号线与屏蔽层之间等电位不形成电场耦合。 信号线：①采用屏蔽线，将外在屏蔽线接地，里面信号线不受外部电场影响， 屏蔽层等电位。 注意：一点接地，否则不恰当接地也会带来干扰。 ②屏蔽层不接地，接至干扰。 当由于漏电或其它原因使输入信号上带有较大共模干扰信号，则 会使信号线与屏蔽层之间经分布电容形成干扰。 电流可能共模→差模，为此可使屏蔽层接共摸干扰处。 在存在对地干扰时，会使信号线带上一定的共模干扰信号而使其 余屏蔽层间形成不等电位，会由电容形成漏电流形成干扰。—— 此时将屏蔽层外部干扰源连接。而使屏蔽层与信号等电位。