解决仪表干扰问题,我有一套!

1、解决仪表干扰问题，我有一套！导读我们知道，如果现场测量的数据不准，将会直接影 响接下来的施工措施，而针对测量，环境需求又比较高。然 而现场使用的显示仪表由于环境条件复杂，加之被测参数大 多被转换成微弱的低电平电压信号，并经长期距离传送到显 示仪表，因此除有用的信号外，还会有一些与被测信号无关 的干扰信号夹杂其中，它将影响测量结果的正确性，严重时 会使仪表无法工作。本文重点讲解引起仪表干扰的因素，以 及解决干扰的办法，帮助仪表人稳定有序的开展工作。 传感器及仪器仪表在现场运行所受到的干扰多种多样，具体 情况具体分析，对不同的干扰采取不同的措施是抗干扰的原 则。这种灵活机动的策略与普适性无疑是矛盾

2、的，解决的办 法是采用模块化的方法，除了基本同的运行场合，针对不同 的运行场合，仪器可装配不同的选件以有效地抗干扰、提高 可靠性。仪表被干扰的主要因素干扰源在仪表内、外部都有 可能存在。在仪表外部，大功率用电设备、大功率变压器、 电力网都可能成为干扰源。而在仪表内部，电源变压器、线 圈、继电器、开关以及电源线等都可能成为干扰源。1、主要干扰源（1）静电感应 静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容，使 一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去，因 此又称电容性耦合。 （ 2）电磁感应当两个电路之间有互感存 在时，一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电 路，这一现象称为电

3、磁感应。例如变压器及线圈的漏磁、通 电平行导线等。 （3）漏电流感应由于电子线路内部的元件支 架、接线柱、印刷电路板、 电容内部介质或外壳等绝缘不良， 特别是传感器的应用环境湿度较大，绝缘体的绝缘电阻下降， 导致漏电电流增加就会引起干扰。尤其当漏电流流入测量电 路的输入级时，其影响就特别严重。 （ 4）射频干扰主要是大 型动力设备的启动、操作停止的干扰和高次谐波干扰。如可 控硅整流系统的干扰等。 （5 ）其他干扰现场安全生产监控系 统除了易受以上干扰外，由于系统工作环境差，还容易受到 机械干扰、热干扰及化学干扰等。2、干扰的种类（1 ）常模干扰常模干扰是指干扰信号的侵入在往返2 条线上是一致的

4、。常模干扰来源一般是周围较强的交变磁场，使 仪器受周围交变磁场影响而产生交流电动势形成干扰，这种 干扰较难除掉。 （2）共模干扰共模干扰是指干扰信号在 2 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 2 个线路中流过。共模干扰的来源一般是设备对地漏电、地 电位差、 线路本身具有对地干扰等。 由于线路的不平衡状态， 共模干扰会转换成常模干扰，就较难除掉了。 （ 3）长时干扰长时干扰是指长期存在的干扰，此类干扰的特点是干扰电压 长期存在且变化不大，用检测仪表很容易测出，如电源线或 邻近动力线的电磁干扰都是连续的交流 50Hz 的工频干扰。 （4）意外的瞬时干扰意外瞬时干扰主要在电气设

5、备操作时 发生，如合闸或分闸等，有时也在伴随雷电发生或无线电设 备工作瞬间产生。干扰可粗略地分为3个方面：（a）局部产生（即不需要的热电偶）；（b）子系统内部的耦合（即地线 的路径问题）（c ）外部产生（电源频率的干扰）。3、干扰现象在应用中，常会遇到以下几种主要干扰现象：（1）发指令时，电机无规则地转动； （ 2）信号等于零时， 数字显示表数值乱跳； （ 3）传感器工作时，其输出值与实际 参数所对应的信号值不吻合， 且误差值是随机的、 无规律的；（ 4 ）当被参数稳定的情况下，传感器输出的数值与被测参 数所对应的信号数值的差值为一稳定或呈周期性变化的值；（5）与交流伺服系统共用同一电源的设备

6、示器等不正常。（ 6）其他干扰现象在一些测温场合，当将热电偶电机直接焊接与 通电加热的金属件上，由于金属件在平行于电流方向的各点 存在电位差，这时引入的干扰电压也是很大的。在高温状态 下，耐火材料的绝缘电阻急剧下降，热电偶和磁保护管、磁 珠的绝颜性能也会下降，则电炉电源电压通过耐火砖、热电 偶套管、磁珠等泄漏到热电偶丝上，在热电偶电极之间产生 干扰电压。大地中各个不同点之间往往存在电位差，尤其在 大功率用电设备附近，当这些设备的绝缘性能下降时，电位 差更大。而现场仪表在使用中，有时不注意会使回路存在两 个以上的接地点，就会把不同接地点的电位差引入到显示仪 表中而形成共模干扰。当仪表的桥路电源接

7、地时，除桥路输 出不平衡电压以外，信号线对地还有一公共电压，该公共电 压不是所要测量的信号电压，而是共模干扰的一种表现。信 号源于显示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。在大功率变压器、交流电机、电力线 的周围空间都存在很强的交流磁场，而闭合回路处在这种变 化的磁场中将感应出电势。这种感应电势与有用信号相串联， 当传感器与显示仪表距离较远时，这种串模干扰尤为突出。 干扰源通过电容的耦合在回路总形成干扰，它是两电场相互 作用的结果。通过静电耦合的方式，能在两输入端感应出对 地的共同电压，以共模干扰的形式出现，由于共模干扰不和 信号叠加，它不直接对仪表产生影响。但它能通

8、过测量系统 形成到地的泄漏电流，该泄漏电流通过电阻的耦合就能直接 作用于仪表而产生干扰。电磁感应、静电感应所形成的干扰 大多是工频干扰电压，但变频器、带整流子的电机等会产生 谐波干扰。由于雷电的作用在电力线上也会感应出干扰电压。4、仪表输出外界干扰因素 我们在调试仪器仪表的时候，有时会碰到这种情况：仪器仪 表出厂的时候明明好好的，一到现场就没有信号输出，或者 产生无序的信号。通过以上概述，我们了解仪器仪表的干扰 来源主要有两种途径： 一是由电路感应产生干扰 ;二是由外围 设备以及通信线路的感应引入干扰。我们得仔细分析外界干 扰的来源，信号传输线路以及敏感程度，做好接地处理和仪 器仪表信号线屏蔽

9、措施，有可能的话远离干扰源。我们检查 发现安装和接线都是没有问题的，到底这又是什么情况呢 ? 出现这种情况，你可能需要查看下仪器仪表附近有没有感应 干扰了。影响仪器仪表输出的外界感应干扰主要有以下几种： （ 1 ）电磁感应干扰当两个电路之间有互感存在时，一个电 路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路，这一现象 称为电磁感应。这种情况在仪器仪表使用的时候经常遇到， 尤为注意。 （ 2）射频干扰干扰主要是大型动力设备的启动、 操作停止时产生的干扰以及高次谐波干扰。 （3）静电感应干 扰静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容， 使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去， 有时

10、候也被称为电容性耦合。 （ 4）漏电流感应干扰由于电子 线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质 或外壳等绝缘不良，特别是传感器的应用环境湿度增大，导 致绝缘体的绝缘电阻下降，这时漏电电流会增加，由此引发 干扰。尤其当漏电流流入到测量电路的输入级时，其影响就 特别严重。（5）其他干扰主要指的是系统工作环境差，还容 易受到机械干扰、热干扰和化学干扰等等。干扰进入定位控 制系统的渠道主要有两类：信号传输通道干扰，干扰通过与 系统相联的信号输入通道、输出通道进入；供电系统干扰。 信号传输通道是控制系统或驱动器接收反馈信号和发出控 制信号的途径，因为脉冲波在传输线上会出现延时、畸变、 衰减

11、与通道干扰，所以在传输过程中，长线的干扰是主要因 素。任何电源及输电线路都存在内阻，正是这些内阻才引起 了电源的噪声干扰，如果没有内阻，无论何种噪声都会被电 源短路吸收，线路中也不会建立起任何干扰电压；此外，交 流伺服系统驱动器本身也是较强的干扰源，它可以通过电源 对其他设备进行干扰。5、系统产生干扰的原因 在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪 表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到 毫伏级、微安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百 安培的大信号； 既有低频直流信号， 也有高频脉冲信号等等， 构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰， 造成系统不稳定甚

12、至误操作。出现这种情况除了每个仪表、 设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重 要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在 电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因 此，要保证系统稳定和可靠的运行，“接地环路”问题是在系 统信号处理过程中必须解决的问题。影响 PLC 控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干 扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电 荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的 波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为 放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性

13、质不同， 分为持续噪声、 偶发噪声等； 按声音干扰模式不同， 分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较 常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由 电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态 （同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采 用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普 遍较高，有的可高达 130V 以上。共模电压通过不对称电路 可转换成差模电压， 直接影响测控信号， 造成元器件损坏 （这 就是一些系统 I/O 模件损坏率较高的原因） ，这种共模干扰 可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间得干 扰电压，主要由空间电磁场在信号

14、间耦合感应及由不平衡电 路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上， 直接影响测量与控制精度。仪表抗干扰措施 1、从供电设计本身解决干扰问题对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲 干扰，产生尖峰干扰的用电设备有：电焊机、大电机、可控 机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯，甚至电烙铁等。 尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。（1）用硬件线路抑制尖峰干扰的影响常用办法主要有三种： 在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干 扰控制器，将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上，从 而减弱其破坏性；在仪器交流电源输入端加超级隔离变压 器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲；在仪

15、器交流电源的 输入端并联压敏电阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降 低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰的影响。（2）利用软件方法抑制尖峰干扰对于周期性干扰，可以采 用编程进行时间滤波，也就是用程序控制可控硅导通瞬间不 采样，从而有效地消除干扰。（3）采用硬、软件结合的看门狗（ Watchdog ）技术抑制尖 峰脉冲的影响软件： 在定时器定时到之前， CPU 访问一次定 时器，让定时器重新开始计时，正常程序运行，该定时器不 会产生溢出脉冲， Watchdog 也就不会起作用。一旦尖峰干 扰出现了“飞程序”，则 CPU 就不会在定时到之前访问定时器。 因而定时信号就会出现，从而引起系统复位中断，

16、保证智能 仪器回到正常程序上来。4 ）实行电源分组供电，例如：将执行电机的驱动电源与 控制电源分开，以防止设备间的干扰。（5）采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流伺服驱动器对 其它设备的干扰。该措施对以上几种干扰现象都可以有效地 抑制。（6）采用离变压器考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠 初、次级线圈的互感耦合， 而是靠初、 次级寄生电容耦合的， 因此隔离变压器的初、次级之间均用屏蔽层隔离，减少其分 布电容，以提高抵抗共模干扰能力。（7）采用高抗干扰性能的电源，如利用频谱均衡法设计的 高抗干扰电源。这种电源抵抗随机干扰非常有效，它能把高 尖峰的扰动电压脉冲转换成低电压峰值（电压峰值小于 TTL

17、电平）的电压，但干扰脉冲的能量不变，从而可以提高传感 器、仪器仪表的抗干扰能力。2、显示仪表抗干扰的措施 串模干扰可能产生在信号源上，也可能是信号线上感应或接 受的，由于它与测量信号是叠加的，所以较难消除，因此应 该防止它的产生。 可采取以下措施。 信号传输导线使用绞线， 能使信号回路所包围的面积大为减少，能两根信号线到干扰 源的距离大致相等，分布电容也大致相同，所以能使进入显 示仪表的串模干扰大大减小。为了防止电场的干扰，可把信号线穿入铁管中，或者使用屏 蔽线，并对屏蔽层采取一点接地。对于直流信号，可在显示 仪表输入端加滤波电路，把杂散信号干扰衰减至最小。信号 线要远离动力线，不能把信号线与

18、动力线平行敷设在一起， 信号线与电源线不要由同一孔进入仪表内，信号线应尽量短 的绞线接至信号端子的相邻位置上。显示仪表和变送器的外壳都应接地，以保持零电位；为提高 仪表的抗干扰能力，可把仪表的放大器“浮地”，即将放大器 与仪表外壳绝缘，以切断共模干扰电压的泄漏途径。要求高 时，还可采取双屏蔽、浮地技术，进一步提高仪表的抗共模 干扰能力。3、热电偶抗干扰措施 随着工业的自动化的发展，现在的传感器在工业中的应用是 非常的多了。而我们经常使用到的热电偶就是属于传感器的 一种，热电偶是根据热电效应测量温度的传感器，是常用的 测温元件之一。但是我们在使用热电偶进行测量的时候有时 会遇到一些干扰的情况。（

19、1 ）隔离法隔离法就是将热电偶悬空安装 ,使热电偶不与炉 壁的耐火砖接触 ,热电偶与支架之间也采用绝缘物进行隔离。 这种方法可以很好地预防高温漏电干扰。（ 2）屏蔽法屏蔽法就是将热电偶的补偿导线 ,穿在铁管或其他金属屏蔽 物内进行屏蔽。这样可以防止电磁干扰和高压电场的干扰。 使用此种方法时应该将铁管和屏蔽物进行良好接地,并且将补偿导线绞起来。（3 ）接地法这种方法是将测量回路 进行接地处理 ,把干扰引入大地从而保证仪表的测量准确性。 这种方法有两种地形式 :第一是热电偶参考端接地 , 第二种是 热电偶测量端接地。采用参考端接地法时 ,是将热电偶 （或补偿导线 ）输出端的 一端 ,通过一个足够大的电容接地 （条件许可时电容越大越好 ） 测量端接地法是将热电偶测量端接地 ,就是从热电偶的测量 端引出一根金属丝接地。这种方法对高温漏电干扰有很好的 预防效果。选用金属丝时应该选用耐高温且对热电偶电极无 害的金属丝。 我们在使用热电偶的时候，应该做好预防 干扰的准备。这样才能使我们的热电偶的测量更为精确，从 而让我们的工作更加的便捷有效。4、信号抗干扰措施