电工量计及检测技术第八章

第八章测量系统的抗干扰技术,1电磁兼容,（1）电磁兼容含义电磁兼容（简称EMC）是指电子装置能在规定的电磁环境中，既不受周围电磁场的影响能正常工作，也不对该环境或其它设备造成不允许的扰动的能力。,（2）电磁兼容设计的主要内容,2研究抗干扰技术的基本方法,（1）形成“干扰”的必要条件（三要素）,干扰源；被干扰对象;干扰传播途径.,（2）基本方法,（3）基本内容,对测量系统周围存在的可能对测量系统形成干扰的干扰源的特性和干扰传播途径，进行估算与测定；,根据仪表的功能和应用场合，采取适当的方法抑制干扰。,对测量系统低抗干扰的能力以及感受干扰的敏感度，进行分析计算或试验测定；,3干扰的来源,3.1外部干扰,3.2内部干扰,放电干扰,高频干扰,浪涌干扰,振动干扰,环境干扰,数字电路干扰,元器件干扰,信号回路干扰,负载回路干扰,电源电路干扰,4干扰的耦合方式和传导模式,4.1干扰的耦合（传递）方式,静电耦合电磁感应耦合公共阻抗耦合辐射耦合漏电流耦合,工程中研究干扰传递的方法,用集中参数电容C、电感L及互感M表示耦合通道,简化电路模型,（1）静电耦合,干扰电压通过分布电容使其它导体上的电位受到影响.,U1干扰电压C分布电容Z2仪表的等效阻抗U2静电感应干扰电压U1的角频率,（2）电磁感应耦合,I1干扰电流I1的角频率M两导体间互感,（3）公共阻抗耦合,（4）辐射耦合,电能变换频繁的地方；高频电能变换装置；脉冲电源；电源线、信号线。,E电场强度（V/cm）H产生辐射干扰的“天线”的长度,由辐射产生的干扰电压为U=EH,易产生辐射干扰场合,（5）漏电流耦合,U1干扰电压R绝缘电阻Z2仪表的等效阻抗U2干扰耦合电压,信号线分布电容的静电耦合；信号线传输距离较长引起的互感；空间电磁场的电磁感应等。,（1）串模干扰,干扰串联于信号回路，往返于两条线路间，使两条传输线路之间存在一个电位差;干扰电流IN和信号电流IS的路径往返两条线上是一致的；难以消除.,常使运放饱和、灵敏度下降和零点漂移.,特点：,原因：,影响：,R,N,US,UN,IS,IN,IS,IN,图8.7(a)串模干扰,4.1干扰的传导模式,（2）共模干扰,干扰侵入传输线路和地线间，两条传输线路上共同存在着对地干扰电压;干扰电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返两条线路中流过。从本质上讲，这种干扰能够消除.,由于线路和器件的不平衡性，共模干扰串模干扰。,信号源的“地”与信号放大电路的“地”之间存在一个电位差；电场或磁场耦合等。,IN,图8.7(b)共模干扰,R,N,US,UN,IS,IN/2,IS,IN/2,N干扰源ZL为负载阻抗Z1导线1对地阻抗Z2导线2对地阻抗,N,UN1,UN2,UN,ZL,Z1,Z2,IN1,IN2,IN,1,2,图8.7(c)共模干扰转化为常模干扰,当Z1=Z2时,IN=0,当Z1Z2时,IN0,J1-2,A,D1,R1,K1,GO1-1,D2,J1-1,RW,J1,R2,T1,U1,R3,D3,C1,图8.12高压接地保护电路,GO1-1,一种高压接地保护装置（ZL94228640.5）,安全接地方式,J1-3,J1-2,220V,220V,K2,J2,C3,J2-1,IC1,U1,R9,J1-3,C2,LED,图8.13高压接地保护的语音报警电路,1,2,6,3,8,5,4,2,1,9,6,3,15,C4,C5,IC2,R4,R5,R6,R7,R8,R10,一种具有接地保护功能的半导体开关模块,三个功能电路：检测电路+驱动电路+开关电路,（ZL03284623.1）,工作接地方式,a.一点接地,一点接地、多点接地按各功能电路的地与系统地连接形式,浮地方式、直接接地方式、电容接地方式按系统地与大地的连接关系,放射式接地,电路A,电路B,电路C,母线式接地,电路A,电路B,电路C,适用于低频线路,b.多点接地（平面式接地）,c.浮地方式,适用于高频线路,适用于浮地系统对地分布电容很小,d.直接接地方式,e.电容接地方式,适用于系统有很大的对地分布电容,适用于工作地与大地间存在直流或低频电位差,屏蔽接地方式,a.电缆屏蔽层的接地方式,原始（无干扰）信号,信号源侧接地时,测量仪表侧接地时,b.变压器的屏蔽层接地,接地方式:,一般情况下接保护地(接大地),保护地,屏蔽地,52屏蔽技术,（1）基本原理,（2）方法和材料,方法在电容耦合通道上插入一个接地良好的金属屏蔽导体。,电场屏蔽,材料导电率良好的材料。,方法用高导电率材料做成屏蔽壳，将仪表或感扰源置于其内。,电磁屏蔽,材料高导电率材料。,磁场屏蔽,高频磁场屏蔽,低频磁场屏蔽,材料高导电率的良导电材料。方法用高导电率的良导电材料做成薄屏蔽壳，将仪表置于其内。,材料高导磁率材料。方法用高导磁率材料做成屏蔽壳，将仪表或感扰源置于其内。,屏蔽罩一般用无孔金属板制成；屏蔽栅网一般用金属编制网或有孔金属薄板制成；屏蔽铜箔一般是利用多层线路板的一个铜箔面作为屏蔽板；隔离仓是将整机金属箱体用金属板分隔成多个独立的单元，从而屏蔽各部分之间的电磁干扰；导电涂料是在非金属的箱体内、外表面喷漆一层金属涂层。,（3）屏蔽的结构形式,53双绞线技术,（1）双绞线类型无屏蔽网双绞线；有屏蔽网双绞线；有屏蔽网的单芯或多芯导线。,（2）双绞线抗干扰原理,R1,R2,R3,R2,R3,Ri,ic,I,iS1,iS2,1,2,图8.9双绞线间电磁感应干扰情况,M,双绞线的节距与噪声衰减率,（3）双绞线的使用,抑制静电感应干扰应选用屏蔽网双绞线；抑制电磁感应干扰可选用无屏蔽网双绞线。,屏蔽层起静电屏蔽的作用，它必须正确接地。,仪表使用的环境温度划分5个级别,电子器件使用温度适用范围的划分,图脉冲电源的屏蔽与接地示意图,脉冲输出,辅助电源（隔离）,控制电路,高频变压器,机壳,屏蔽层,屏蔽层,交流输入,功率地,控制地,浮地屏蔽层,功率变换电路,浮地屏蔽方式,基本思想：增大共模回路阻抗；静电保护,双绞线的接地,接地方式用作屏蔽线的一根应采用双端接地方式，为感应电流提供流动回路.,54隔离技术,（1）空间隔离,（2）器件性隔离,功能电路之间的合理布局。,光电隔离继电器隔离放大器隔离变压器隔离,R1,R2,Uin(out),AC插头,电源变压器,机壳,图仪器接地输出（输入）,电子线路,+,接地端,VCC,隔离变压器,Uin(out),AC插头,电源变压器,机壳,图仪器接地输出（输入）,电子线路,+,接地端,输入220V,5.5滤波技术,(1)滤波器的作用,(2)滤波器的分类,选出有用的频率信号，抑制杂散无用的频率信号，使一定范围内的信号通过，且衰减很小；而在此范围以外的信号衰减很大，从而提高系统的信噪比.,抑制串模干扰的常用方法之一,只阻止规定的某频段信号通过，但允许高于或低于该频段的信号通过,允许低频信号通过，但阻止高频信号通过,允许高频信号通过，但阻止低频信号通过,允许规定的某频段信号通过，但阻止高于或低于该频段的信号通过,C,R,输入Vi,输出Vo,1阶RC滤波器,截止频率：fc=1/(2RC),图实际使用的滤波器,（-20dB/dec的衰减陡度）,图1阶RC滤波器的幅频特性,56仪表电路的设计与制作,（1）元器件的选择,（2）电路的设计,（3）印刷线路板的制作,（1）掌握电磁兼容的含义和产生电磁干扰的“三要素”；（2）掌握干扰的耦和方式；（3）理解串模干扰和共模干扰的特点；（4）掌握接地目的、接地类型，屏蔽技术采用的材料，隔离技术采用的器件；（5）掌握提高测量系统抗干扰的主要措