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第八章 测量系统的抗干扰技术 ▇ 抗干扰技术的重要性 ① 干扰是客观存在的，并且是一种无所不在、随时可能产生的物理现象。 ② 测量系统的工作环境往往是比较复杂和恶劣的。 ③ 干扰可能对测量系统造成以下影响：测量数据不准确，甚至面目全非；控制状态失灵，程序运行失常；仪器失灵、损坏等。 微型计算机在测控技术中的广泛应用以及测控系统组成的复杂化和功能的多样化，使测控系统受干扰影响的概率增大。 因此，测量系统抗干扰技术的研究和应用，已成为测量技术中一个十分重要的课题。 通过抗干扰设计，提高测量系统的信噪比，一般测量系统要求S/N≧80dB。 1．电磁兼容 （1）电磁兼容含义 电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility， 形成“干扰”需具备条件是： ① 有干扰源存在； ② 有被干扰对象（也称“敏感元件”）存在； ③ 在干扰源与敏感元件之间存在干扰传播途径。 （2）基本方法 从分析形成干扰“三要素”入手，在此基础上采取适当措施，设计检测系统使其不受周围环境干扰而能可靠工作。 （3）基本内容 主要包括三方面内容—— ① 对检测系统周围存在的可能对检测系统形成干扰的干扰源的特性（频谱和强度等物理特性）和干扰传播途径，进行估算与测定。 ② 对检测系统低抗干扰的能力以及感受干扰的敏感度（亦称噪声敏感度），进行分析计算或试验测定。 ③ 根据仪表的功能和应用场合，采取适当的方法抑制干扰。 3．干扰的产生和来源 3．1外部干扰 （1）放电干扰 主要是雷电、静电、大功率开关触点断开、电动机的电刷跳动等放电产生的干扰。 （2）高频振荡干扰 主要是开关电源、DC/DC变换器、DC/AC变换器、中频电弧炉、感应加热炉等工作时产生高频振荡形成的干扰。 （3）浪涌干扰 主要是交流系统中电动机、电炉、可控硅整流器等的大功率设备在启动、合闸、通断时产生涌流引起的干扰。 这些干扰有的来自测量系统外部，这些干扰有的来自测量系统内部。 （4）振动干扰 振动干扰对于以某些机械性能为原理设计的仪表或测量速度、加速度、形变等参量的影响尤其突出。 （5）温度、湿度等环境干扰 温度和湿度干扰会使测量仪表的电性能、绝缘性能下降、机械性能变坏、腐蚀速度加快。（零电、满度）国家将仪表使用的环境温度划分为5个级别： 级 别 a b c d e 允许最高环境温度（℃） 350 230 150 100 70 组成测量仪表、线路的电子器件也有其温度适用范围： 级 别 商 用 工 业 军 用 适用温度范围 （℃） 0 ～ +70 －40 ～ +85 －55 ～ +125 3．2内部干扰 内部干扰主要是由于元器件、信号回路、负载回路、电源电路及其它电路引起的干扰。 （1）元器件干扰 电阻、电容、电感、变压器及各种半导体器件是组成测量电路的基本元素。元器件干扰一是由元器件本身固有特性引起，二是由于选择、使用不当造成的。 a．电阻产生干扰的原因：热噪声；电流噪声；滑动噪声；分布参数引起的噪声。 b．电容器产生干扰的原因：电容不仅具有电容值C，还有电阻R和电感量L，由其R、L、C构成的等效电路存在一个固有的谐振频率，这一谐振频率比电容器在交流电路中的工作频率高得多，会对电路产生干扰；另外，当电容的工作电压大于其额定值或电解电容在电路中的极 性接反时都会产生较大的噪声。 c．电感器产生干扰的原因：电感器是根据电磁感应原理制成的器件。它分两类，一类是应用自感作用的电感线圈，另一类是应用互感作用的互感器或变压器。电感器产生干扰的主要原因是由于其除了具有电感量外，还存在一定的分布电容和等效电阻，它们在交流电路中将构成并联谐振回路。 （2）信号回路干扰 在电信号传递时，混入干扰的主要原因有：敏感元件绝缘不良，产生漏电噪声电压；周围空间的电磁场引起信号回路间产生感应电压；外部电源的静电耦合（在信号线附近的大电机可能通过耦合电容影响到信号线）。 它们将在信号回路形成常模干扰和共模干扰。 （3）负载回路干扰 负载回路干扰形成的主要原因是：负载回路常含有一些对仪表干扰很大的器件，如动作性器件（继电器、电磁阀、接触器等）和电力电子器件（可控硅SCR、大功率晶体管GTR、绝缘栅双极晶体管IGBT等）。 ◇ 继电器产生的干扰：继电器是一个开关型动作的执行器件，在触点断开时，线圈会产生感应电压，触点会产生电弧干扰；在触点闭合时，由于触点的机械抖动，会形成脉冲序列干扰。 ◇ 可控硅产生的干扰：可控硅是一种典型的以弱电控制强电的功率半导体器件。以下三点是其形成干扰的主要原因。 可控硅整流装置是电源的非线性负载，它使电源电流中含有许多高次谐波，使电源的端电压波形产生畸变，从而影响仪表工作； 可控硅经常采用相位控制方式，这种控制方式会增加电源电流的无功分量，降低电源电压，使之