过程参数检测及仪表课件第11章抗干扰技术.ppt

工业生产中检测装置的使用条件很复杂，被工业生产中检测装置的使用条件很复杂，被测量往往被转换为微弱的低电平信号，并远距离测量往往被转换为微弱的低电平信号，并远距离传输送至显示仪表，这时经常会有一些与被测量传输送至显示仪表，这时经常会有一些与被测量无关的电量（电压或电流）与有用的信号一起进无关的电量（电压或电流）与有用的信号一起进入检测装置之中。这些与被测量无关的影响检测入检测装置之中。这些与被测量无关的影响检测装置正常工作的非信号电量（电压或电流）就称装置正常工作的非信号电量（电压或电流）就称为为“干扰干扰”。第第11章章 检测装置的干扰抑制技术检测装置的干扰抑制技术 2干扰源、耦合通道和接收电路是形成干扰的三个干扰源、耦合通道和接收电路是形成干扰的三个要素要素。第第11章章 检测装置的干扰抑制技术检测装置的干扰抑制技术 常见的干扰耦合方式常见的干扰耦合方式：（一）电磁耦合 （二）静电耦合 （三）公共阻抗耦合第第11章章 检测装置的干扰抑制技术检测装置的干扰抑制技术 电磁感应，也就是磁耦合。电磁感应，也就是磁耦合。信号源与仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。像我们在工程中使用的大功率的变压器、交流电机、高压电网等的周围空间中都存在有很强的交变磁场，而仪表的闭合回路处在这种变化的磁场中将会产生感应电势。在大功率变压器、交流电机、强电流电力线等周围存在较强的交变磁场，如果仪表信号线在其附近通过，就会受到交变磁场影响而产生交变电动势，形成工频干扰。6电磁耦合及等效电路 为降低感应电动势，将导线远离这些强用电设备及动力网，调整走线方向以及减小导线回路面积都是必要的。仅由于把两根信号线以短的节距绞合以短的节距绞合，磁感应电动势就能降为原有的1/101/100。静电静电耦合耦合，也就是电的耦合，也就是电的耦合。在相对的两物体中，如其一的电位发生变化，则由于物体间的电容使另一物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰。它是两电场相互作用的结果。当把两根信号线与动力线平行敷设时，由于动力线到两信号线的距离不相等，分布电容也不相等。它在两根信号导线上能产生电位差，有时可达几十毫伏甚至更大。当把信号线扭绞时扭绞时能使电场在两信号线上产生的电位差大为减小。而在采用静电屏蔽后静电屏蔽后，能使感应电势减小到1/1001/1000。公共阻抗耦合干扰公共阻抗耦合干扰。公共阻抗耦合就是多个电路通过共有阻抗造成的耦合。当某一电路的电流通过共有阻抗时，会在共有阻抗上产生电压，该电压就可能成为其他电路的干扰。干扰电压正比于公共阻抗和噪声源电流。11 接地线阻抗耦合干扰12 电源内阻抗耦合干扰 13输出阻抗引起的共阻抗干扰 14公共阻抗耦合等效电路 15漏电流耦合漏电流耦合当信号线路与动力线路之间绝缘低劣，或信号线路之间绝缘低劣，就可能出现导电性接触，给信号线路引入共模干扰电压 16不等电位接地 同一信号回路多点接地，“大地”成为信号回路的一部分。由于实际大地电阻不为零，因此当大地中流过电流时，在不同点上就会产生不等电位的现象 17差模干扰与共模干扰差模干扰与共模干扰 各种噪声源产生的干扰是通过各种耦合方式及传输途径进入检测装置的。根据干扰进入信号测量电路的方式以及与有用信号的关系，可将干扰分为差模干扰与共模干扰。18 差模干扰又称横向干扰、正态干扰或串模干扰等。它使测量装置的两个信号输入端子的电位差发生变化，即干扰信号与有用信号是按电压源形式串联起来作用于输入端的。由于它和有用信号叠加起来直接作用于输入端，因此它直接影响测量结果。19常用的消除差模干扰的方法有：用低通输入滤波器滤除交流干扰；尽可能早地对被测信号进行前置放大，以提高回路中的信噪比；在选取组成检测系统的元器件时，可以采用高抗扰度的逻辑器件，通过提高阈值电平来抑制低噪声的干扰，或采用低速逻辑部件来抑制高频干扰；信号线应选用带屏蔽层的双绞线或电缆线，并有良好的接地系统 由于共模干扰共模干扰它不和信号相叠加，它不直接对仪表产生影响。但它能通过测量系统形成到地的泄漏电流，这漏电流通过电阻的耦合就能直接作用于仪表，产生干扰。*接地。接地。通常仪表和信号源外壳为安全起见都接大地都接大地，保持零电位。为了提高仪表的抗干扰能力，通常在低电平测量仪表中都把二次仪表“浮地”，也就是将二次仪表与地绝缘。以切断共模干扰电压的泄漏途径，使干扰无法进入。21共模干扰共模干扰 共模干扰又称纵向干扰、对地干扰、同相干扰、共态干扰等。它是相对于公共的基准地（接地点），在测量系统的两个输入端子上同时出现的干扰，22减小干扰的措施：隔离隔离 屏蔽屏蔽 双绞线双绞线 实现正确接地实现正确接地 浮置技术浮置技术 加装滤波器加装滤波器 软件抗干扰技术软件抗干扰技术 23隔离：隔离：隔离的方法主要是采用隔离变压器或光电耦合。隔离的方法主要是采用隔离变压器或光电耦合。24屏蔽：屏蔽：屏蔽一般分为静电屏蔽、电磁屏蔽、低频磁屏蔽、驱动屏蔽一般分为静电屏蔽、电磁屏蔽、低频磁屏蔽、驱动屏蔽屏蔽。静电屏蔽静电屏蔽 在实际应用中，我们通常将屏蔽和接地结合起来应用将屏蔽和接地结合起来应用，往往能够解决大部分的干扰问题。如果将屏蔽层在信号侧与仪表侧均接地，则地电位差会通过屏蔽层形成回路，由于地电阻通常比屏蔽层的电阻小的多地电阻通常比屏蔽层的电阻小的多，所以在屏蔽层上就会形成电位梯度，并通过屏蔽层与信号导线间的分布电容耦合到信号电路中去，因此屏蔽层也必须一点接地屏蔽层也必须一点接地。并且，信号导线屏蔽层接地应与系统接地同侧信号导线屏蔽层接地应与系统接地同侧。电磁屏蔽 主要防止交变电场的影响。其基本原理是采用导电良好的金属屏蔽罩、屏蔽盒等，将被保护的电路包围在其中，屏蔽体良好接地。利用高频电磁场对屏蔽金属的电磁感应作用，在屏蔽金属内产生涡流，用涡流产生的磁场抵消或减弱干扰磁场的影响，从而得到屏蔽的效果。必要的时候，通常采用的是双层屏蔽浮双层屏蔽浮地保护地保护。也就是在仪表的外壳内部再套一个内屏蔽罩，内屏蔽罩与信号输入端与外壳之间均不做电气连接，内屏蔽层引出一条导线与信号导线的屏蔽层相连接，而信号线的屏蔽在信号源处一点接地，这样使仪表的输入保护屏蔽及信号屏蔽对信号源稳定起来，处于等电位状态。可以大大的提高仪表抗干扰的能力 28驱动屏蔽 驱动屏蔽又称“电位跟踪屏蔽”，就是用被屏蔽导体的电位通过1:1电压跟随器来驱动屏蔽导体的电位 29n双绞线双绞线n 两根导线的位置反复交替，纵观全线路，其与干扰源间的分布电容几乎相等，因交变磁场感应或静电感应产生的干扰电势几乎可以相互抵消（线路电阻对称情况下）。30实现正确接地实现正确接地 接地是保证人身安全、抗噪声干扰的一种技术方法。在设计中若能把接地和屏蔽正确地结合，就能很好地消除外界干扰的影响。