儀器儀表的干擾來源和抗干擾措施

一、儀器儀表的干擾來源分析
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，安裝在現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表一般會(huì)通過專門的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)將所側(cè)得的信號(hào)傳輸給生產(chǎn)控制主站，而有時(shí)傳輸距離會(huì)非常長(zhǎng)，儀表測(cè)量到的數(shù)據(jù)在傳輸過程中就可能會(huì)遭到無關(guān)信號(hào)的影響。
1.電磁感應(yīng)
現(xiàn)實(shí)中，儀器儀表的工作位置附近可能會(huì)安裝有大功率的變壓器、交流電動(dòng)機(jī)以及高壓電網(wǎng)等，而這會(huì)造成儀器儀表的工作空間內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，這就可能會(huì)使經(jīng)過該空間內(nèi)的儀表連接導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，進(jìn)而給儀表的正常工作造成不利因素。
2. 靜電感應(yīng)
如果在敷設(shè)儀表的信號(hào)導(dǎo)線時(shí)不慎，致使其與動(dòng)力線存在平行敷設(shè)的情況，那么也會(huì)使儀表的兩根信號(hào)線上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，進(jìn)而造成干擾。產(chǎn)生這種干擾的主要原因是動(dòng)力線與儀表兩根信號(hào)線間的距離不等，從而就會(huì)在儀表的兩根信號(hào)線上產(chǎn)生電位差，進(jìn)而通過對(duì)信號(hào)線回路的作用而導(dǎo)致干擾。
3.振動(dòng)
現(xiàn)實(shí)中，很多工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備在工作過程中都伴隨著振動(dòng)，從而會(huì)造成安裝在這些設(shè)備上的儀表或儀表信號(hào)導(dǎo)線也出現(xiàn)振動(dòng)。而導(dǎo)線一旦在磁場(chǎng)中發(fā)生振動(dòng)，那么就勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而對(duì)儀表的正常工作帶來干擾。
4.來自接地系統(tǒng)的干擾
在實(shí)際應(yīng)用中，儀器儀表的輸入回路往往存在多個(gè)接地點(diǎn)，而這些接地點(diǎn)之間的電位可能并不相同，這種現(xiàn)象安裝在大功率用電設(shè)備周圍的儀器儀表上表現(xiàn)得將更為突出。因?yàn)椴煌拥攸c(diǎn)之間存在著電位差（如圖1所示），如果儀表本身的絕緣性能不佳，那么這個(gè)電位差就可能通過信號(hào)導(dǎo)線作用在儀表上，進(jìn)而使得儀器儀表不能夠正常工作。

圖1 地電位差
以上分析的幾種常見干擾產(chǎn)生機(jī)理不同，對(duì)儀器儀表的干擾作用方式也存在差異，只有針對(duì)具體的干擾方式采取有針對(duì)性的抗干擾措施，才能使得干擾得到有效地消除。
二、儀器儀表的抗干擾措施探討
一般而言，抗干擾措施主要包括以下三種：消除或抑制干擾源、破壞干擾的作用途徑以及降低儀器儀表對(duì)干擾信號(hào)的敏感性。在這三種措施中，第一種措施是Z為積極主動(dòng)的措施，而且其效果也往往Z為明顯，但實(shí)際中有很多干擾源是難以消除或者無法消除的，此時(shí)就必須綜合采取后兩種措施來達(dá)到抑制干擾的目的。具體而言，儀器儀表的抗干擾措施主要有以下幾種。
1.信號(hào)導(dǎo)線的扭絞
在實(shí)際工作中，通過將信號(hào)導(dǎo)線扭絞在一起，可以有效削減磁場(chǎng)或電場(chǎng)因?yàn)楦袘?yīng)耦合而給信號(hào)回路造成的串模干擾。這是因?yàn)榕そg在一起的導(dǎo)線與干擾源間的空間距離大致相等，從而就避免了不同導(dǎo)線間可能會(huì)產(chǎn)生的感應(yīng)電位差，同時(shí)這種方式也大大降低了信號(hào)回路包圍的面積，這也對(duì)抵抗干擾具有積極效果。
2.屏蔽
為了對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行有效的屏蔽，可以在信號(hào)導(dǎo)線的外部包裹上一層金屬網(wǎng)或者鐵磁材料。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，儀表的安裝使用環(huán)境內(nèi)經(jīng)常存在著各種“場(chǎng)”的影響，而這些場(chǎng)又無法進(jìn)行消除，此時(shí)往往就需要通過應(yīng)用屏蔽措施來降低干擾的影響。此外，在儀表的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段，還可以直接采用帶屏蔽線，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種“場(chǎng)”的影響的隔斷。
3.濾波
在對(duì)儀器儀表正常工作造成干擾的各種信號(hào)中，對(duì)于一些變化速度很慢的信號(hào)可以采用濾波的方式來進(jìn)行削弱。這種方法從理論上講對(duì)直流等變化速率很慢的干擾信號(hào)具有良好的削弱效果，但在實(shí)際工作中卻應(yīng)用地較少，其主要原因是因?yàn)楫?dāng)前很多儀器儀表在設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)考慮到了這種措施的應(yīng)用，所以在現(xiàn)實(shí)中無需再進(jìn)行二次疊加應(yīng)用。
4.獨(dú)立布線
與以上幾種被動(dòng)式的抗干擾措施不同，通過對(duì)信號(hào)線進(jìn)行獨(dú)立敷設(shè)，使其與動(dòng)力電纜等其他導(dǎo)線之間形成有效的隔離，無疑是一種更為積極主動(dòng)的抗干擾措施。當(dāng)前很多工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合都存在多專業(yè)共用一個(gè)電纜路徑來布線的現(xiàn)象，誠(chéng)然這種方式給工廠設(shè)計(jì)帶來了便利，但同時(shí)也可能給敷設(shè)在該路徑上的儀表信號(hào)導(dǎo)線造成干擾，所以必須引起我們充分的重視。具體而言，可以在工廠設(shè)計(jì)階段就對(duì)這種情況進(jìn)行提前考慮，如可以通過采用信號(hào)導(dǎo)線與其他專業(yè)電纜分層敷設(shè)的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而有效降低信號(hào)導(dǎo)線受到其他專業(yè)電纜干擾的影響。
5.及時(shí)更換老化或損壞的電纜
在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些電纜存在老化或損壞的問題，如果不及時(shí)進(jìn)行更換，那么就可能會(huì)給儀器儀表的信號(hào)線造成影響。因此，對(duì)于老化或損壞的電纜應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行更換。
6.接地
在實(shí)際工作中，為了確保儀表和信號(hào)源的外殼安全，一般都會(huì)將其進(jìn)行接地，但接地方式如果不恰當(dāng)?shù)脑挘涂赡軙?huì)形成回路，進(jìn)而引入干擾。如上文分析，這種干擾情況一般發(fā)生在多點(diǎn)接地時(shí)，因?yàn)椴煌拥攸c(diǎn)之間存在電位差，所以會(huì)導(dǎo)致共模干擾的產(chǎn)生。此時(shí)，為了杜絕這種干擾的影響，可以在儀表的信號(hào)回路處采用單點(diǎn)接地的措施。然而在現(xiàn)實(shí)中，信號(hào)源側(cè)對(duì)地不可能實(shí)現(xiàn)完全的絕緣，所以也難以徹底消除因地電位差而導(dǎo)致的干擾。因此，通常需要將測(cè)量用的儀器儀表進(jìn)行浮空設(shè)置以切除干擾的引入途徑，從而徹底實(shí)現(xiàn)其與大地之間的絕緣，進(jìn)而有效提升儀器儀表的抗干擾能力。