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 在石油和化工領域的廣泛應用中或試驗現(xiàn)場使用時的條件常常是很復雜的，周圍存在大量強 交變磁場、電場、振動、熱噪聲、強輻射、溫度效應、動力電源等，都有可能彩響檢測數(shù)據(jù) 的正確采集和生產(chǎn)過程的自動控制而成為干擾源。這些與被測信號無關的電壓或電流以多種 形式耦合加載到檢測、控制、顯示設備，使信號采集失準、記錄顯示失真、被測參數(shù)冇用信 號質(zhì)最下降、白動控制不能及時進行，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 效益的提高。這些干擾（擾動）大多很難改變，但設

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、非線性補償及標度變換三人部分纟fl成。它是以電信號 為輸入量，直接用數(shù)字顯示被測量。實現(xiàn)數(shù)字顯示的關鍵是通過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要求能自動地補償其它十擾因素，這些函數(shù)關系冇些是線性的，但多數(shù)是非線性的。為了 將被測參數(shù)能以絕對值的形式顯示出來，對于顯示儀表，需要將被測參數(shù)進行一些必要的運 算、處理及非線性補償，同時補償其它參數(shù)對被測參數(shù)的影響。在a/d轉(zhuǎn)換屮，采用一定 的計雖單位使連續(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、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)換器來實現(xiàn)的。非線性補償或標度變換是對檢測來的信號進行必 要的運算，使數(shù)字式顯示儀表能以被測參數(shù)的總接數(shù)字表達岀來。模擬式非線性補償通過改 變運算放人器的放人倍數(shù)來補償不同范圍的輸入電壓，而數(shù)字式非線性補償則是先把被測參 數(shù)的模擬最經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換成數(shù)字最后再進入非線性補償環(huán)節(jié)，具有精度高、通用性強的優(yōu) 點，隨著電子數(shù)字計算機的發(fā)展，標度變換及非線性補償任務由計算機來完成。二

4、、顯示儀表應用中的抗干擾措施（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，并通過長距離（冇時長達數(shù)百 米甚至更遠）傳輸?shù)斤@示儀表，山于顯示儀表應用環(huán)境的復雜性（周圍存在大量強交變磁場、 電場、振動、熱噪聲、強輻射、溫度效應、動力電源等），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、開關以及電源線等干擾源，給測量帶來影響。 當有較大擾動出現(xiàn)時（檢測信號的t擾主要有強磁場和電場：當干擾源為低電壓大電流時， 則干擾源主耍是磁場;當十擾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）疊加到信號線上，進入儀表。1電

5、磁感應（指磁的耦合）。在人功率變壓器、交流電機、強電流電網(wǎng)等的周囤空間都存 在很強的交變磁場，而控制系統(tǒng)（檢測、變送、轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)、計算、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出電勢，使信號源與儀器儀表z間 的連接導線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。這種電磁感應電勢與冇川信號 相串聯(lián)，當信號源與顯示儀表相距較遠時，干擾較為突出。此外，高頻率發(fā)生器、帶整流子 的電機等設備，也會產(chǎn)生高頻率的干擾。2. 靜電感應（指電的耦合）。靜電感應是兩電場相互作用的結杲。在相對的兩根導線中， 如其一的電位發(fā)生變化，則山于導線間的電容變化使得另一導線的電位也發(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)生的化學電 勢，在電路回路中形成直流電氣干擾。4. 振動。在強振動的壞境中，導線由于在磁場中處于運動狀態(tài)而產(chǎn)生感應電勢，此干擾 與信號相串聯(lián)，以串模干擾形式進入儀器儀表。5. 不同地電位引入的干擾。在大功率的用電設備附近，當設備的絕緣性能較差時，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冇意無意地使輸入端存在兩個以 上的連接點，這樣就會把不同接地點的電位差以共模干擾形式引入到儀器儀表，這種干擾是 同時出現(xiàn)在兩信號線上的。6. 信號源是不平衡電橋。當橋路電源接地吋，除橋路對角

7、線的不平衡電壓（即信號電壓） 外，兩信號線對地都有一個公共的共模干擾電壓。雖然共模t擾不和信號疊加，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，有時也能直接進入數(shù)字電路中給予干 擾，這些干擾電壓的發(fā)生源是開關、電機、繼電器那樣的感性負載和產(chǎn)牛放電的機器等。（二）干擾的抑制干擾問題的形成是因為有干擾源的存在，并通過一定的耦合渠道對儀器儀表產(chǎn)生影響。 為減少這些影響，在設計儀表時就應考慮對干擾的抑制問題，盡量提高其抗t擾的能力。在 實際應川屮，要找出并結合絞扭、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 態(tài)特性，以減少被測參數(shù)的測量誤差。1. 帝模十擾的抑制方法(串模干擾是在儀器儀表的輸入端疊加到被檢測信號上的十擾電 壓)串模干擾可能產(chǎn)生在信號源，也很可能是從引線上感應或接收而來。由于串模干擾與被 測信號所處地位相同，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 以應該首先防止它的產(chǎn)生。(1) 信號線的絞扭：對于電磁感應來說，盡量將導線遠離強電設備及動力網(wǎng)，調(diào)整走線 方向及減小導線回路而積都是必要的，僅調(diào)整走線方向及兩信號線以短的節(jié)距絞合，t擾電 壓就能降為原冇的1

9、/10-1/100;對于靜電感應來說，當把兩信號線采用雙絞介的形式絞扭幾 使兩根信號線到干擾源的距離人致相等時(常把導線絞成為肓徑20倍的節(jié)距)，就能使信號 回路所包圍的面積大為減小，使電場通過在兩信號線上的感應耦合進入回路的串模t擾電位 差大為減少。(2) 屏蔽：為了進一步防止電場的干擾，可把信號線用金屬網(wǎng)(或金屬皮)包起來，再在外 面包上一層絕緣物或信號線直接采用屏蔽電纜，屏蔽層接地。因非磁性屏蔽層對50赫茲的 磁場無效果，必要時可把信號線穿入鐵管中，使信號導線得到磁屏蔽。而在靜電屏蔽后，能 使感應電勢減小到原有的1/1001 /1000c(3) 濾波：對變化速度很慢的直流信號，在儀器儀表

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

11、一接線插件。在不得已時，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等電位點或面，它是電路或系統(tǒng)的基準 電位，但不一定為大地電位。為了安全起見，儀器儀表和信號源外殼都接大地，保持零電位。 但當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，使干擾無法進入。在低電平測試屮，信號線只丿應有一點接地 且信號線的屏蔽層

12、也須有一點接地，無論信號線和儀器儀農(nóng)等均需加以屏蔽，把接地和屏蔽 正確地結合起來使用，往往能解決大部分的干擾問題。當有一個不接地信號源與一個接地放 大器相連時，信號線屏蔽層應接至放大器的公共端。當有一個接地信號源與一個不接地放大 器相連時，即使信號源端接的不是人地，信號線屏蔽層也應接至信號源的公共端，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技術：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，儀器儀表采用雙層屏蔽浮地保護。除利川表殼作一層屏蔽外，在儀器儀表 內(nèi)再用一個內(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，而應單獨引出一根線 作為保護屏蔽端與信號線的屏蔽層相連接，從而使保護屏蔽延仲到信號線全長，而信號線的 屏蔽在信號源處一點接地，這樣使儀器儀表的輸入保護屏蔽及信號屏蔽對信號源穩(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線上的共模電壓。(3) 應用平衡電路：一個系統(tǒng)的穩(wěn)定程度取決于信號源、信號引線、負載的平衡以及其 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，可將變壓器初級繞組放在屏蔽層之內(nèi)，并將屏蔽層接地，此時變壓器 初級繞組上的