化工过程仪表及控制系统简介(抗干扰措施)

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1、化工过程仪表及控制系统简介（6）第六讲仪表应用中抗干扰措施1、有关干扰的概念所谓噪声，就是指对有用信号以外的所有电子信号的总称。当噪声电压大到足够大时，足以在接收中造成骚扰，便称作为干扰。噪声是一种电子信号，而干扰是指某种效应，是由于噪声对电路造成的一种不良反应。所以电路中存在着噪声，但不一定形成干扰。来自于外部的干扰称外部干扰，外部干扰又有横向干扰和纵向干扰：横向干扰——由于各种原因，在仪表的输入端之间出现交流干扰信号eh，又称串摸干扰，这种干扰电压通常有几毫伏到几十毫伏。纵向干扰——出现在仪表输入端正极或负极对地之间

2、的交流干扰信号es，又称共模干扰。图1.横向干扰eh和纵向干扰es示意图2、干扰源的传布途径目前，在自控工程界，无论是模拟信号或数字信号，也无论是(0-5)V、（4-20）mA的大信号或mV级的热电偶小信号，乃至电源电缆均采用带屏蔽的双绞电缆。再则，许多行业规范都规定：不同种类的信号，不应共用一根电缆；信号电缆宜穿金属保护管或敷设在带盖的金属汇线桥架内；当信号电缆与电力电缆交叉敷设时，宜成直角；与电力电缆平行敷设时，两者之间的最小距离应符合一定的要求。诸如此类的规定，目的就是抑制噪声。一个噪声问题，它包括噪声源、噪声的传

3、播途径和感受体三个要素噪声源噪声的传播途径感受体图2.噪声问题的三要素由此可见，处理控制系统的抗干扰问题首先要定义如下的三个问题：11）产生噪声的根源是什么？2）噪声的传播路径有哪些？3）哪些是噪声的感受体？找出了一个噪声系统的三要素，就可以提出处理噪声的实施途径：1）尽量将客观存在的噪声源的强度在发生处进行抑制；2）将噪声在传播的路径上给予很大的衰减，即减少传播路径上的噪声传输量；3）降低感受体对噪声的反应，即提高控制系统的抗干扰能力。其中抑制噪声源强度是最有效的，但许多噪声源往往又是不可控的，如雷击、无线电天线发射等

4、。控制系统的抗干扰能力往往是系统本身的性能，一旦系统选定，也就不能随意改变了。对自动化工程来讲，最重要的是噪声在传播的路径上予以衰减，所以就要求在布线、接地、屏蔽、控制室设计、信号的处理和隔离、供源等多方面采取措施。从物理概念上说，噪声干扰的传播途经大致有：I．电感性耦合II.电容性耦合III.电磁辐射场耦合IV.漏电引起的干扰V.地电流的干扰3、各种干扰来源分析及克服干扰的措施1)电感性耦合(电磁感应,磁场耦合）:主要是雷电对仪表信号线的感应影响。另外动力电缆与信号电缆并行敷设时，其感应的影响也是大的，至于大功率变压器

5、、交流电机、大电流导线等的交变磁场通过空间传布，由于干扰源距离较大，它们的影响是不大的，电感性耦合产生横向干扰，对仪表测量的影响较大。图3I．电感性干扰原理:从物理学可知，线圈切割磁力线会感应出电动势。反之，线圈不动，周围的磁力线发生变化，也同样会在线圈两端感应出电动势。所以一根导线，当流过它的电流大小发生变化，在其周围就会产生出变化的磁场。若在这个交变的磁场中有另一个电路回路，就会在回路中感应出电动势。这两部分通过磁力线形成的耦合，其程度可用互感M来表示。UN图4电感性耦合的原理图2图4是两个回路间的电感性耦合的原理图

6、。噪声源电压为Ui，Ui在导体Z1回路上产生的电流为I，则在Z2回路上产生的感应电压为：由上式可见，电感性耦合的噪声大小正比于：a.噪声源回路的电流I变化率；b.互感M。一般而言，噪声源回路的电流I变化率是不可控的，有效的方法是如何减小互感M。减小互感M的方法有：i.拉开回路之间的耦合距离，包括回路之间的相对位置，减小磁场强度。另外两个回路的平面相互垂直比平行其耦合要小；ii.尽可能减小回路的环路面积，使穿过环路的磁通量减少；回路之间的相对位置与耦合程度关系的例子：（例子1）图5和图6是回路之间的相对位置与耦合程度关系的

7、两个对比例子，由图可知，图九中二个回路是平行、分离的，图十中是干扰回路包围了信号回路，图10的情况比图9更恶劣。UabI5A10A15AUab40mV85mV130mV图5干扰回路与信号回路是并行和分离的，干扰较小，UabI5A10A15AUab100mV190mV280mV图6干扰回路包围了信号回路，干扰较大（例子2）：如某信号线与电压为220VAC、负荷为10kVA输电线的距离为1米，并平行走线10米，两线之间的互感为4.2µH，则信号线上感应的干扰电压为UN=2•3.14•50•0.0000042•10000/22

8、0=59.98mV这个干扰电压给人一个概念：当信号电压为1-5V的信号，将增加1.5%的误差。II)抗干扰措施：i.对作为干扰源的电源电缆进行主动屏蔽：二种方法a．对作为噪声源的导线采用屏蔽层当仪表信号线不可避免的要与动力电源线并行行走时，可以对作为干扰源的动力电源导线采取屏蔽措施，以减小电磁场对外的辐射能量。3b．