淺談測控儀器的干擾源問題與抗干擾技術

【摘 要】本文對儀器產生干擾的來自電磁感、靜電感應等幾個來源進行了介紹，分析了干擾來自化學電勢跟附加熱點電勢的特點，指出相關的減低干擾可以采取接地方式及屏蔽技術。

【關鍵詞】測控儀器；干擾源；抗干擾技術

基于儀器使用范圍的廣泛性，例如野外礦山的自然環境或者工業相關檢測與控制的現場等，這些復雜的應用環境要求對儀器的開發要求考慮到儀器的普遍適應能力如抗干擾能力和可靠性等。儀器研制單位技術人員應該做到認真考慮以上因素。不僅僅在儀器硬件設計方面考慮環境適應性，在軟件研發上也能夠采取相關措施提高儀器的抗干擾能力。測控儀器在工礦企業使用時，外部環境比較影響運行的質量，很多大功率能耗也同樣高的大型設備存在于這個環境中。大功率特別是大感生負載的啟停往往會使電網產生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干擾。工業電網欠壓或過壓，常常達到額定電壓的16%，這種惡劣的供電有時長達幾小時、甚至幾天。在工礦現場，各種信號線綁扎在一起或走同一根多芯電纜，由于導線間存在電容性禍合、電感性禍合和電場磁場組合禍合，也是儀器通道出現干擾的主要原因之一，特別是信號線與交流動力線同走一個長的管道中干擾尤甚，多路開關或保持器性能不好，也會引起儀器臨近通道信號的竄擾。野外天氣情況的變化：如雷電、風雨等容讓空間電磁場產生了變化，這些因素都會讓儀器受到干擾不能正常運行。儀器使用現場對溫度和濕度也有一定的要求，因為這些條件變化也會讓儀器電路的參數產生改變。具有腐蝕性的氣體、酸堿鹽的作用，野外的風沙、雨淋、甚至鼠咬蟲蛀等都會影響儀器的可靠性。儀器在現場運行所受到的干擾各種各樣，對不同的干擾采取不同的措施。

1.對儀器產生干擾的幾個來源

電力網絡的運行狀態發生短暫的改變、電氣設備的運行情況變化、空間雷電天氣現象發生過程中引起的輻射干擾和系統電源線、信號引線、接地等引起的系統外引線干擾。這些干擾總體上分為兩大類： 這些內部和外部干擾，大致有下文敘述的幾類：

1.1干擾來自電磁感應

這種電磁感應干擾被歸類在磁耦合現象中。磁耦合讓測控儀表中的各類線路如配線，讓連接信號源與測控儀表的導線在整個電路中形成了干擾。高壓電網和大功率交流電機以及各種大功率變壓器周圍都有很強的交變磁場，而儀表的閉合回路處在這種變化的磁場中將會產生感應電勢。這種感應電動勢與有用信號串聯，當信號源與儀表較遠時，此情況就較為突出。將導線遠離強用電設備及動力網，調整走線方向以及減小導線回路面積可以有效地減小電磁感應產生的干擾。

1.2干擾來自靜電感應

這種電磁感應干擾被歸類在電耦合現象中。兩個物體相對，會有物體間的電容存在，當一個物體電位改變，這種電容會讓第二個物體的電位也發生變化。干擾源是通過電容性的耦合在回路中形成干擾。它是兩電場相互作用的結果。當把兩根信號線與動力線平行敷設時，由于動力線到兩根信號線的距離不相等，分布電容也不相等，它便在兩根信號導線上產生電位差，產生的干擾信號有時可達幾十毫伏甚至更大。把信號線扭絞在一起敷設，可使電場在兩信號線上產生的電位差大為減小。采用靜電屏蔽的方法可使因干擾產生的感應電勢減小1/100～1/1000。

1.3干擾來自化學電勢跟附加熱點電勢

電回路中的金屬腐蝕和一些其他原因發生的化學電勢以及不同金屬之間產出的熱電勢對測控儀器產生了干擾，這種干擾大多以直流的形式出現，在接線端子板或干簧繼電器等處容易產生熱電勢。

2.減低干擾可以采取接地方式

接地的定義是讓儀器儀表的某個點連接另個相等電位的點或者相等電位面，主要連接的材質要選用低電阻導線，這一套裝置可以形成基準電位。為了減少干擾，儀器設備接地是很有效的措施。接地的目的在于消除公共地線阻抗所產生的共阻抗耦合干擾，并避免受磁場和電位差的影響，防止形成地電流環路與其它電路產生磁耦合干擾。但是值得注意的是地線也是引入干擾的重要通道。

2.1接地方式之一：串聯單點

使用者容易對公共地線的屬性忽視，公共地線都有一定的電阻所以并不是理想的純導線。即使是導線的電阻很小，也會在電路間形成干擾。各電路接地電壓都受到其它電路電流的影響。采用這種接地方式時，弱信號電路放在最近處接地。但從抑制電阻耦合角度看，這種接地方式最不可取。

2.2接地方式之一：并聯單點

根據電路的接地電位只受到自身電流不受其它電路電流影響的特點，并聯單點接地可以對電阻耦合干擾進行有效的降低。這種接地方式最適用于低頻。

3.屏蔽技術的相關介紹

電場磁場以及電磁場耦合在空間中被引入通過金屬隔離的原理被隔離，使得存在于空間場的耦合通道被切斷的技術就是屏蔽技術。這個被隔離的部分既可以是干擾源，也可以是易受干擾的測試儀器。這樣，既屏蔽了被隔離部分向外施加干擾，也屏蔽了被隔離部分接收外來的干擾。

3.1屏蔽方式之一：電場屏蔽

容性電場耦合在干擾源與測控儀器之間出現電壓形式干擾時發生。在這種情況下，最有效的抗干擾辦法是施行電場屏蔽。

3.2屏蔽方式之二：屏蔽連接

較大額電流將在屏蔽接地體發生電荷泄放時流過該接地體，渦流磁場由此產生。從而形成對屏蔽導體的電磁干擾。當測試儀器的信號源（ 如傳感器） 與儀器本身有一定的物理距離時，若其間用屏蔽電纜線連接起來，成為一個完整的電屏蔽，這時就出現了屏蔽應該在哪一點與信號地相連的問題。綜上所述，干擾不僅影響測控儀器的正常使用，也影響測控儀器的正常壽命。對于儀器內部干擾，由于距離比較近，通常采取合適的接地。

4.關于隔離的介紹

為了保證漏電電流在導線之間產生一定要做到絕緣性可靠，這種可靠性依賴于電阻絕緣性和導線的材質耐壓等級是否達標。這是做到隔離的首要方面。配線方式合理是做到隔離的另外一個方面。即要求信號線盡量避開干擾源，如當動力線和信號線平行敷設時，兩者必須保持一定的間距；兩者交叉時要盡可能垂直；導線穿管敷設時，電源線和信號線應在不同導線管內；不同強度等級信號的信號線不宜穿在同一導線管內；在采用金屬匯線槽敷設時，信號的導線（或電纜）與電力線需用金屬隔板隔開；同一多芯電纜內不宜有不同強度等級的信號線等。

從各種可靠的研究實例中可以得知，電子測控裝置設備的抗干擾性能至關重要。這種性能的優劣對系統整體運行的可靠性很關鍵，正確掌握儀表測量及控制系統的抗干擾技術和在現場的應用技巧，有效地排除和抑制各種干擾，可以讓企業生產設備的運行效率大幅度提升。基于此。在技術人員設計和安裝以及維修測控儀器儀表系統時，必須將抗干擾性作為考慮的重要方面。

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