电气与电子测量技术——干扰和抑制精选文档.ppt

电气与电子测量技术干扰和抑制本讲稿第一页，共二十四页电磁干扰的三要素电磁干扰的三要素干扰源干扰源向外发送干扰的源向外发送干扰的源干扰（耦合）途径干扰（耦合）途径传播电磁干扰的途径传播电磁干扰的途径受扰设备（对象）受扰设备（对象）承受电磁干扰的客体承受电磁干扰的客体干扰源干扰源受扰设备受扰设备耦合途径耦合途径耦合途径耦合途径本讲稿第二页，共二十四页几种典型的电气干扰本讲稿第三页，共二十四页抗干扰方法抗干扰方法n消除或抑制干扰源的产生消除或抑制干扰源的产生源上消除源上消除n切断干扰（耦合）途径切断干扰（耦合）途径n增强测量电路（对象）的抗干扰能力增强测量电路（对象）的抗干扰能力。本讲稿第四页，共二十四页电容电容(静电静电)耦合及其抗干扰对耦合及其抗干扰对策策本讲稿第五页，共二十四页静电耦合（电容性耦合）静电耦合（电容性耦合）经杂散电容耦合经杂散电容耦合到电路中到电路中受扰电路在受扰电路在c c、d d点间所感受到的干扰信号为点间所感受到的干扰信号为 降低静电耦合的干扰与噪声降低静电耦合的干扰与噪声减小受扰电路的等效输入阻减小受扰电路的等效输入阻抗抗Z2Z2和电路间的寄生电容和电路间的寄生电容C C本讲稿第六页，共二十四页电场分析电场分析-静电场耦合静电场耦合n从空间电场的角度来分析交流电系统和测量系统的耦合。通常，交流高压从空间电场的角度来分析交流电系统和测量系统的耦合。通常，交流高压线在对地电压为线在对地电压为U,在高压线和大地间建立了电场在高压线和大地间建立了电场E，定性分析时，定性分析时，认为认为E等于电压等于电压U和高压线距离地面的高度和高压线距离地面的高度h的比值，即的比值，即E=U/d。处于。处于该电场中的导体的电位该电场中的导体的电位Ux正比于电场正比于电场E和地面间距离的乘积。和地面间距离的乘积。若若U UH H很高，通过局部电容很高，通过局部电容C CAHAH、C CALAL、C CBHBH、C CBLBL耦合到无屏蔽的双耦合到无屏蔽的双输入线上的对地电压输入线上的对地电压U UA A及及U UB B本讲稿第七页，共二十四页电路分析电路分析-静电场耦合静电场耦合输入到测量差分放大电路的差分电压为输入到测量差分放大电路的差分电压为UAB：只有只有 时，时，UAB=0假如：假如：本讲稿第八页，共二十四页采用静电屏蔽层来隔离电场耦合的干扰采用静电屏蔽层来隔离电场耦合的干扰n采用导电性能好的导体作采用导电性能好的导体作为信号电缆的屏蔽层，如为信号电缆的屏蔽层，如铜网或铝网。虽然信号线铜网或铝网。虽然信号线与接地屏蔽层之间有分布与接地屏蔽层之间有分布电容，但整个屏蔽层通过电容，但整个屏蔽层通过固定接地成为一个等电位固定接地成为一个等电位（零电位）体，电缆内部（零电位）体，电缆内部就与外电场隔离。就与外电场隔离。注意图中信号电缆的屏蔽层只在测量仪器一端接地，而传感器不接注意图中信号电缆的屏蔽层只在测量仪器一端接地，而传感器不接地，防止由于两点接地引入额外的接地电位差耦合到测量仪器。地，防止由于两点接地引入额外的接地电位差耦合到测量仪器。本讲稿第九页，共二十四页磁场（互感）耦合及其抗干扰磁场（互感）耦合及其抗干扰对策对策本讲稿第十页，共二十四页互感（磁场）耦合 受扰电路在受扰电路在c c、d d点间所感受到的干扰信号为点间所感受到的干扰信号为 受扰电路所感受到的干扰信号受扰电路所感受到的干扰信号U U2 2随随I I1 1、MM和干扰信号的频率和干扰信号的频率 增大而增大。增大而增大。降低互感耦合的干扰与噪声降低互感耦合的干扰与噪声减小受扰减小受扰电路的寄生互感电路的寄生互感MM本讲稿第十一页，共二十四页n图中测量仪表的输入回路由传感器、连接导线图中测量仪表的输入回路由传感器、连接导线A、B和放大电路的输和放大电路的输入阻抗构成一个闭合回路，附近的交流电流入阻抗构成一个闭合回路，附近的交流电流 产生的交变的磁场穿过该闭产生的交变的磁场穿过该闭合回路而发生交链，根据法拉第电磁感应定律，回路中将有感应电动势合回路而发生交链，根据法拉第电磁感应定律，回路中将有感应电动势e产生。产生。设磁场（互感）耦合磁场（互感）耦合本讲稿第十二页，共二十四页防磁场（互感）耦合的措施防磁场（互感）耦合的措施n尽可能减小感应回路的面积尽可能减小感应回路的面积S（最容易办到）（最容易办到）信号源尽可能靠近测量仪表；导线信号源尽可能靠近测量仪表；导线A、B尽可能短并且尽可能靠近，如双绞尽可能短并且尽可能靠近，如双绞线输入，使用双绞线输入另外的好处则可以使相反交链的磁通量相互抵消。线输入，使用双绞线输入另外的好处则可以使相反交链的磁通量相互抵消。n增加耦合距离增加耦合距离r 测量仪表离干扰源尽可能远测量仪表离干扰源尽可能远n采用磁屏蔽切断磁耦合路径采用磁屏蔽切断磁耦合路径 采用高磁导率的磁性材料：低频（铁、硅钢片等）；高频（坡莫合采用高磁导率的磁性材料：低频（铁、硅钢片等）；高频（坡莫合金、非晶合金、铁氧体）金、非晶合金、铁氧体）本讲稿第十三页，共二十四页防磁场（互感）耦合的措施防磁场（互感）耦合的措施n测量仪器放置在磁场较弱的区域测量仪器放置在磁场较弱的区域 电流进线和回线所围成的区域之外，由于相反方向电流产生的磁场有部分相互抵消，电流进线和回线所围成的区域之外，由于相反方向电流产生的磁场有部分相互抵消，而电流进线和回线所围成的区域内部的磁场同向叠加而被加强。而电流进线和回线所围成的区域内部的磁场同向叠加而被加强。本讲稿第十四页，共二十四页共阻抗耦合及抗干扰对策共阻抗耦合及抗干扰对策本讲稿第十五页，共二十四页 公共阻抗耦合公共阻抗耦合公共阻抗耦合到电路公共阻抗耦合到电路 受扰电路在受扰电路在c c、d d点间所感受到的干扰信号为点间所感受到的干扰信号为 受扰电路所感受到的干扰信号受扰电路所感受到的干扰信号U U2 2随随I I1 1、Z Z1 1的增大而增大。的增大而增大。降低公共阻抗耦合干扰与噪声降低公共阻抗耦合干扰与噪声减小干扰减小干扰电路和受扰电路的公共阻抗电路和受扰电路的公共阻抗Z Z1 1本讲稿第十六页，共二十四页n使用设计完善的稳压电源，减小交流电源电使用设计完善的稳压电源，减小交流电源电压波动对测量仪器造成干扰。压波动对测量仪器造成干扰。n对大功率的电动机，加装软启动装置，减小启对大功率的电动机，加装软启动装置，减小启动电流对配电系统的冲击。动电流对配电系统的冲击。冲击电流负载通过电源内阻抗影响测量仪器冲击电流负载通过电源内阻抗影响测量仪器本讲稿第十七页，共二十四页测量仪器内部不同电路环节间通过直流稳压电源内阻抗的耦合测量电路内部不同环节通过电源测量电路内部不同环节通过电源内阻耦合内阻耦合本讲稿第十八页，共二十四页测量系统输入级的接地测量系统输入级的接地本讲稿第十九页，共二十四页接地接地n传感器和前置放大电路都分别接地，传感器和前置放大电路都分别接地，两个接地点之间的阻抗不可能为零，两个接地点之间的阻抗不可能为零，不同接地点之间就会出现一定的电位不同接地点之间就会出现一定的电位差差Ug。当这个电位差与被测量的小信号相。当这个电位差与被测量的小信号相比，在大小幅度上不能忽略时，它就会以比，在大小幅度上不能忽略时，它就会以共模信号的形式表现出来，并耦合到前置共模信号的形式表现出来，并耦合到前置放大电路的输入端。放大电路的输入端。解决措施：解决措施：为了避免因两点接地而造成不必要的共模输入，传感器和前置放大电为了避免因两点接地而造成不必要的共模输入，传感器和前置放大电路一般都只在一侧接地。如果前置放大电路的输入信号线采用带屏蔽层的电缆路一般都只在一侧接地。如果前置放大电路的输入信号线采用带屏蔽层的电缆连接，屏蔽层也应随传感器或前置放大电路只在一侧接地，这也是图连接，屏蔽层也应随传感器或前置放大电路只在一侧接地，这也是图7-2中为什中为什么只在测量仪器侧接地的原因。么只在测量仪器侧接地的原因。本讲稿第二十页，共二十四页两点接地时屏蔽电缆的接地两点接地时屏蔽电缆的接地本讲稿第二十一页，共二十四页采用浮地设计减小共模干扰采用浮地设计减小共模干扰本讲稿第二十二页，共二十四页本章小结本章小结n干扰源干扰源交流高压：交流高压：ic=U/Xc=U C （C-杂散电容）杂散电容）交流大电流：交流大电流：B=I/2 r大大du/dt：ic=C*du/dt大大di/dt：e=M*di/dtn干扰途径（电场干扰途径（电场/电容，磁场电容，磁场/互感）互感）n被干扰对象（电子线路测量回路）被干扰对象（电子线路测量回路）本讲稿第二十三页，共二十四页抗干扰技术抗干扰技术n消除或抑制干扰源的产生消除或抑制干扰源的产生源上消除源上消除n切断耦合途径切断耦合途径n在允许的条件下远离干扰源，增加耦合距离。在允许的条件下远离干扰源，增加耦合距离。n静电屏蔽静电屏蔽:接地的金属接地的金属n磁场屏蔽磁场屏蔽:导磁材料导磁材料(不用接地不用接地)n测量仪器放置在电场或磁场较弱的区域测量仪器放置在电场或磁场较弱的区域n增强测量电路的抗干扰能力增强测量电路的抗干扰能力。n缩小测量输入回路面积缩小测量输入回路面积n合理接地，测量系统浮地设计合理接地，测量系统浮地设计n对离测量信号频率范围较远的差模干扰采用滤波（软硬件）对离测量信号频率范围较远的差模干扰采用滤波（软硬件）n共模共模:差分输入对称设计、共模驱动屏蔽层对抗输入阻抗不平衡差分输入对称设计、共模驱动屏蔽层对抗输入阻抗不平衡本讲稿第二十四页，共二十四页