数显仪表干扰的抑制方法

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干扰问题的形成主要是因为有干扰源的存在，并通过一定的耦合渠道对数显仪表产生影响。为减少这些影响，在数显仪表设计过程就应考虑对干扰的抑制问题，尽量提高数显仪表的抗干扰能力。在实际应用中，要找出其干扰源并结合施工过程导线的绞扭、屏蔽、接地、平衡、滤波、隔离的方法。切断耦合通道以抑制干扰，减少被测参数的测量误差。

①数显仪表的抗干扰措施
根据国家相关标准，数显仪表产品应满足下表1、表2中各项性能指标。
表1  GB/T 13639-2008工业过程测量和控制系统用模拟输入数字式指示仪

a、信号输入端
在信号输入方面，由于被测参数提供的电信号均为微弱信号，传导、辐射等干扰信号常耦合在信号传输导线上，在输入电路部分应设有n型LC和双T型RC滤波电路，各级采用不同时间常数的滤波电路，以得到宽频滤波之效果。

b、电源输入端
电源输入：由于传导、辐射等干扰信号常耦合在电源供电导线上，所以在电源电路部分设置压敏电阻或快速钳位二极管、低通LC滤波器和杂讯滤波器，以有效切断干扰信号的进入。
表2  电磁兼容试验和测量技术

注1：对接地端口的试验没有单独规定，因为它们包含在相应的基础标准中：专用的保护接地端口作为交流电源端口进行试验；功能性接地作为I/O端口进行试验。
注2：在进行试验时，设备不应该出现危险和不安全保密性的后果。按上表要求，仪表生产厂家在进行产品设计时应分5个方面来加以考虑。

c、信号输出端
信号输出：为防止继电器动作而产生的反电势，在继电器线圈两端并接一二极管和RC吸收电路，同时设置光电隔离电路；模拟变送信号输出和通讯接口电路均采用光电隔离电路以防止干扰信号的串入。

d、仪表内部电路以及PCB板设计
在设计数显仪表电路时，除设置上述措施外，在元器件选择方面应选择抗干扰性能优的元器件(特别是单片机芯片)，在E2PROM的电源端增设一稳压管、RC电路，以确保调校参数、控制参数不受干扰；在PCB板设计方面，应尽量减少过孔、电源、信号线分区分布、数字地和模拟地分开独立分布后在输入端点汇合；避免走直拐角，应走45°角或弧线；在PCB板四周设置网状屏蔽并直接接地；在信号线间增加飞线并独立接地以消除线间的耦合等措施，以确保辐射、传导干扰不经PCB板耦合而影响仪表的正常工作。

e、仪表软件设计
在软件设计方面，在对输入信号进行数据采集过程中，对其进行数字滤波、中值滤波、加权滤波、工频整形采样等措施，以消除干扰信号带来的测量数值误差；使用定时中断来监视程序运行；在非程序区设置拦截措施；调校参数、控制参数等重要参数采用双备份、定时查询措施；对未用的接口应予以设置并定时刷新等抗干扰措施。

②现场安装、施工的抗干扰措施
a、串模干扰的抑制措施
根据串模干扰是在数显仪表的输入端叠加到被测信号上的干扰信号之特点，串模干扰的产生可能在信号源上，也有可能是从引线上感应或吸收而来的，所以一旦产生了串模干扰之后，它的有害作用往往不大容易消除，因此应该首先防止它的产生。

◆信号线的绞扭
对于电磁感应来说，尽量将导线远离强电设备及动力网，调整走线方向及减小导线回路面积都是必要的，仅调整走线方向及两信号线以短的节距绞合，干扰电压就能降低为原来的1/10~1/100；对于静电感应来说，当把两信号线采用双绞合的形式绞扭且使两根信号线到干扰源的距离大 致相等时(常把导向绞成为直径20倍的节距)，就能使信号回路所包围的面积大为减小，使电场通过在两信号线上的感应耦合进入回路的串模干扰电位差大为减少。

◆屏蔽
为了进一步防止电场的干扰，信号线应直接采用屏蔽电缆，当数显仪表内部模拟放大器接地时，应让靠近检测仪表的屏蔽线一端接地；当仪表内部模拟放大器不接地时，屏蔽层应在靠近显示仪表一侧接地(该接地装置应有良好的接地效果，且接地电阻应小于1Ω)，因非磁性屏蔽层对50Hz的磁场无效果，必要时可把信号线穿入铁管中(铁管应有接地处理)，使信号得以磁屏蔽，而在静电屏蔽后，能使感应电势减小到原来(未采取措施前)的1/100~1/1000。

◆信号线与电源线在沿电缆桥架敷设过程中，应尽量使信号线与电源线分开敷设，在条件不许可情况下，应采用隔板将电源线与信号线分隔开敷设，同时应整齐梳理敷设，切忌绞合敷设布线；在条件允许情况下将导线的电流流向做反方向处理，以减弱相互产生的磁场干扰。不允许把信号线与动力线平行敷设在一起。

◆仪表供电电源的取出应避免与大容量用电设备、变频器同用一配电柜，选择设备负荷变化小、启停次数不频繁的供电电网上。

b、共模干扰的抑制措施
根据共模干扰是在仪器仪表端子与大地之间产生之特点，共模干扰的产生是指信号线上公有的干扰信号，一般是由于被测信号的接地端与控制系统的接地端存在一定的电位差所制，这种干扰在两条信号线上的周期、幅值基本相等，采用上面的方法无法消除或抑制。

数显仪表共模干扰的抑制方法
◆正确的接地方式
接地的意义就是为了得到一个等电位的点或面，它是电路或系统的一个基准电位点或面，但不一定是大地的电位。但当接地的方式处理不好或此地不干净的情况下，将形成地回路把干扰信号引入仪器仪表。

为了提高数显仪表抗干扰能力，通常数显仪表中的数字地和模拟地与仪表外壳(大地)绝缘(即把仪表内部的地做"浮地”处理)，以切断共模干扰电压的漏电途径，使干扰无法进入，在低电平测试中，信号线只应有一点接地且信号线的屏蔽层也只须有一点接地，且接地端在靠近仪表一侧效果较好，无论信号线和电源线等均需加以屏蔽，把接地和屏蔽正确地结合起来使用，往往能解决大部分的干扰问题。当有一个接地电位，可有效切断电位的泄漏电流，提高测量信号的抗干扰能力，这是测量系统常用的方法。

◆应用平衡电路
一个系统的稳定程度取决于信号源、信号引线、负载的平衡以及其它杂散分布参数的平衡，为提高仪器仪表抗共模干扰能力，采用平衡措施可使两线路上所转换的电压相等，以此来降低耦合到负载上的该部分共模电压。

◆电源引入干扰的抑制
在仪器仪表内部主要的干扰来自小功率变压器产生的漏电流。为防止泄漏电流干扰，可将变压器的初级绕组放在屏蔽层之内，并将屏蔽层接地，此时变压器初级绕组上的相电压通过对屏蔽层分布电容，使漏电电流直接流入地，而不再流入放大器、测量电路和信号源中产生干扰，为防止电源变压器引入干扰，采用3层屏蔽结构即电源变压器初级屏蔽层直接与仪表外壳接地，供电装置的次级绕组与所有的屏蔽层相接，放大器电源的次级绕组屏蔽层与放大器地处于等电位状态，由电源引起的脉冲状干扰，对数字电路有较大影响，应在电源电路上加装高频滤波器，滤波器应装在输入和输出引线都经过穿心电容进行滤波的铁制屏蔽盒内。

无论是为了抑制串模干扰还是抑制共模干扰，均应注意做到：输入线路应尽量短；在配线方面应尽量避免和强动力线接近；注意信号间的阻抗匹配。总之干扰的分布参数是很复杂的，因此在抗干扰时，应当采用适当的措施，既要考虑效果，又要考虑价格因素，还要因现场情况而定。采用的措施只要能解决问题就可以。