对于仪器仪表抑制干扰的措施及应用研究

范立云

[摘    要]在许多情况下，电表在汽车生产中的现场使用非常复杂，并且所测得的参数通常会转换为微弱的低电平电压信号，并长距离发送到二次电表或计算机系统。因此，除了有用的信号外，通常还有与被测信号无关的电压和电流。这种不相关的电压或电流信号称为“干扰”（也称为噪声）。干扰有很多原因，通常称为干扰，但有电气干扰，但从广义上讲，热噪声，温度效应，化学效应，振动等会影响测量并引起干扰。如果在这些测量过程中不能排除这些干扰的影响，则仪表将无法正常工作。根据设备输入端子干扰的工作模式，可以分为串联模式干扰和共模干扰。串行模式干扰是指叠加在测量信号上的干扰，而共模干扰是指设备输入端子与地面之间施加的干扰。本文研究了汽车仪器仪表干扰的产生原因，指出了仪器仪表干扰的抑制，最后提出了仪器仪表抑制干扰的措施及应用。

[关键词]仪器仪表;抑制干扰;串模干扰;共模干扰

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）05–00–03

Research on the Measures and Application of Inhibiting Interference in Instrumentation

Fan Li-yun

[Abstract]In many cases， the field use of electric meters in automobile production is very complex， and the measured parameters are usually converted to weak low level voltage signals and sent to secondary meters or computer systems for long distances.Therefore， in addition to useful signals， there are usually voltages and currents independent of the measured signal.This uncorrelated voltage or current signal is called "interference "（also called noise）.There are many reasons for interference， usually called interference， but there are electrical interference， but in a broad sense， thermal noise， temperature effect， chemical effect， vibration and so on will affect the measurement and cause interference.If the effect of these disturbances can not be excluded during these measurements， the instrument will not work properly.According to the working mode of input terminal interference， it can be divided into series mode interference and common mode interference.Serial mode interference refers to the interference superimposed on the measurement signal， while common mode interference refers to the interference between the input terminal of the device and the ground.In this paper， the causes of automobile instrument interference are studied， the suppression of instrument interference is pointed out， and finally the measures and applications of instrument suppression interference are put forward.

[Keywords]instrumentation; suppression interference; serial mode interference; common mode interference

随着信息技术的进步和發展，社会的许多领域在技术因素的影响下发生了很大的变化，其中设备也在技术因素的影响下向数字化和智能化发展。在仪表的使用领域中，仪表已经建立并被广泛使用。根据有关数据，在新兴的现代化汽车企业和其他过程汽车设施中，仪器仪表消耗了总投资的15%以上。在企业中有效使用仪器仪表不仅可以促进业务活动。保证了公司安全高效的运作，从而提高了产品质量。这使公司在激烈的市场竞争中具有优势。合理使用仪器仪表可以积极促进企业发展，但是自动仪表系统的运行受多种因素的影响，对自动仪表系统的运行影响很大。对于这些干扰因素，必须采取相应的措施来保护仪器仪表，以有效地发挥仪器仪表的作用，从而促进整体进步和发展。

1  仪器仪表干扰的产生原因

1.1  电磁感应

信号源和设备之间的连接线以及设备内部的布线会通过磁耦合对电路造成干扰。在我们实际使用的大功率变压器，AC电动机和高压传输网络等周围空间中，存在一个很强的交变磁场，并且仪表的闭环会引导这种变化的磁场。

感应电势可以通过公式en=jωBAcosθ计算，在等式中，en是感应电动势，B是磁通密度，A是闭环的面积，θ是磁场线与面积A的垂直线之间的角度。这种类型的磁感应电动势与有用信号串联连接，当信号源远离设备时，这一点更加明显。

因此，有必要将电线从这些强大的电气设备和电力网络中移开，调整电线的方向，并减小电线回路的面积。

1.2  静电感应

对于两个相对的物体，当一个电位改变时，物体之间的电容也会改变另一物体的电位。干扰源通过电容耦合在环路内形成干扰，这是两个相互作用的结果。

当平行于电源线铺设两条信号线时，由于电源线与两条信号线之间的距离不相等，因此分配电容不相等。在两条信号线之间可能会出现电位差，该电位差可能高达数十毫伏或更高。通过扭曲信号线，可以显着减小由于电场引起的两条信号线之间的电势差。使用静电屏蔽后，感应电势可以降低到1/100～1/1000。

1.3  附加热电势与化学电势

这主要是由于各种金属产生的热电势以及金属腐蚀引起的化学势，当在电路中时，金属腐蚀会引起干扰，其中大部分以直流的形式表现出来，在接线盒和簧片继电器中容易产生热电势。

1.4  振动

当导线在磁场中移动时，会产生感应电动势。因此，有必要将信号线固定在振动环境中。

上面所有四种类型的干扰均与信号串联，也就是说，它以串行模式干扰的形式表现出来。

1.5  不同的电位引入的干扰

在地球上，不同点之间通常存在潜在差异。特别是在大功率电气设备附近，如果这些设备的绝缘性能低下，则电位差会很大。在使用设备时，输入电路中通常有意或无意地有两个或多个接地点。以此方式，将不同接地点处的电位差引入设备中，并且该接地电位差可以达到1～10V或更高。

静电耦合在两个输入端子上感应出对应于接地的公共电压，该公共电压以共模干扰的形式出现。共模干扰不会与信号重叠，也不会直接影响仪表。但是，通过测量系统可能会发生对地泄漏电流，该泄漏电流会通过电阻耦合直接作用于设备并造成干扰。

除了可能作用于模拟电路的某些脉冲电压外，它们还会干扰数字电路。了解不同的干扰源后，可以采取措施消除或避免不同的情况，通过阻塞干扰耦合通道可以抑制干扰，因为所有干扰源都会通过特定的干扰通道影响设备。

2  仪器仪表干扰的抑制

为了抑制仪器仪表干扰，需要对干扰进行全面的分析和理解。需要采取三种对策：消除或抑制噪声源，破坏干扰通道以及降低接收电路对噪声干扰的敏感性，消除噪声源是一种预防措施，通常应去除噪声源。但实际上，很难或不可能消除许多噪声源，此时需要采取保护措施来抑制干扰。

2.1  串模干扰的抑制

串模模式干扰与测量信号共存，并且在发生串行模式干扰时无法轻易消除。因此，应首先预防，防止串行模式干扰的措施通常包括以下几个方面。

2.1.1  信号线扭曲

将信号线捻在一起会大大减小信号环路所包围的面积，两条信号线与干扰源之间的距离大约相等，并且分布电容大约相同，因此受到磁场的影响。耦合到环路的串联模式干扰会大大降低电场。

2.1.2  防护

信号线可以用金属覆盖以防止电场干扰，通常的方法是用绝缘层在导线上包裹一层金属网（或铁磁体）。屏蔽的目的是分离“场”耦合并抑制各种“场”干扰，屏蔽层应接地以防止干扰。

因此，在实际使用中，屏蔽层必须接地。否则，它不会影响感应电压的。

2.1.3  过滤

对于缓慢变化的直流信号，可以将滤波电路添加到仪器的输入，以最大程度地减少与信号混合的干扰。但实际上，这种方法很少使用。通常在设备电路设计过程中要考虑到这一点。

以上方法主要用于抑制不可避免的干扰的形成，但是在实际过程中应尽量避免干扰场的形成。

2.2  共模干扰的抑制

由于大多数仪器系统信号为低电平，因此共模干扰也会使仪器信号失真并导致各种测量误差。防止共模干扰的通常步骤是：通常出于安全原因，设备和信号源外壳已接地，以将电势保持为零。信号源电路和仪器系统也必须稳定接地。实际上，信号源侧不能与地隔离，因此从这种意义上讲，不可能完全消除由地电位差引起的干扰。因此，为了提高设备的抗干扰能力。通常在低级别仪器上，辅助仪器是“浮动的”，即辅助仪器与地面隔离。由于共模干扰电压的泄漏路径被阻塞，因此不会发生干扰。如果屏蔽层在信号侧和设备侧都接地，则接地电位差会形成穿过屏蔽的回路。由于接地电阻通常远小于屏蔽层的电阻，因此在屏蔽层中会形成一个电位梯度，该电位梯度会穿过屏蔽层。该层和信号线之间的分布电容耦合到信号电路，因此屏蔽层必须在一点处接地。另外，信号线屏蔽层的接地应靠近系统接地点。

3  仪器仪表抑制干扰的措施及应用

3.1  浮空与接地

仪器仪表防干扰措施的第一级出现在浮动和接地中，顾名思义，所谓的浮空是指未连接到仪器或未接地的应用于仪器的输入信号放大器的公共线，测量的重要部分是输入信号放大器具有两层绝缘屏蔽。使用浮动测量后，信号放大器的两个输入端子会识别出机器和地面均未连接，因此屏蔽层与地面之间没有任何关联。通过采用这种方法，阻塞了受系统电势差影响的信道，减少了干扰的影响。其次，从接地措施的概念角度进行理解是一种切断干扰电流路径以减少干扰因素影响的措施。接地比防浮措施更有效，值得注意的是，采取防浮措施以弥补使用防浮措施的缺点后，绝对不可能实现浮起。

3.2  滤波与电磁屏蔽和隔离

测量干扰预防措施的第二个方面在于过滤措施的合理应用，过滤措施也是减少干扰因素影响的有效措施。要将此度量应用于度量，请从度量的概念开始。滤波措施基于信号和噪声的频率分布范围，并将响应通道的滤波器连接到信号传输通道，以尽可能多地消除生成的噪声并将其完全再现。在生活用水中仪器波动的方法通常是过滤器冷凝器方法，但是根据实际情况，发现没有明显的影响。原因是逆变器的电源电路具有较大的频率干扰。导入合成器DCS中的UPS可以完全消除使用中干扰因素的影响，为设备和仪表供电，以达到消除干扰的目的。通过此示例，可以看到滤波措施的应用，但通常，在交流电源线的中间插入了一个抗干扰滤波器，以防止交流电源的噪声从电源进入电氣测量仪器供应线。通过采用这种形式，在某种程度上减小了干扰因素的影响。

3.3  提高工作人員工作能力，坚持具体问题具体分析原则

从以下方面也可以看出防止设备与仪表之间干扰的措施。首先，员工的参与离不开任何业务的发展。因此，一方面，针对设备和仪表的抗干扰措施的实施正在进行外部招聘。需要努力为工作聘请高素质的人才。在人事管理方面，将全面加强对相关员工的培训和学习，进一步提高全体员工防止干扰仪器的能力，并邀请部级名人参加。其次，设备和仪表容易受到外部因素的影响，因此在采取抗干扰措施之前，必须遵守特定问题的特定分析原则，以促进整体发展。

4  结语

仪器仪表在汽车领域都占有重要地位，并且从多个角度出发并采取合理的步骤来确保仪器仪表的正确使用是整体的进步。即使这样，实际上仍然存在一些泄漏电流，但是抑制干扰的措施是将干扰信号的强度降低到相对于实际信号强度可以忽略的水平。另外，常用的抗干扰措施包括通过防止干扰回路的形成来抑制干扰的绝缘。这些方法的好处是附加的，通常使用一种或多种方法来提高信号测量的抗干扰能力。当然，随着理论和工程实践的发展，抗干扰措施很多。

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