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淺析串模和共模干擾的成因及解決方式

aIpM_gongkongwo ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-10-29 16:17 ? 次閱讀

電壓電流的變化通過導線傳輸時有二種形態(tài),我們將此稱做“共模”和“差模”。設備的電源線、電話等的通信線、與其它設備或外圍設備相互交換的通訊線路,至少有兩根導線,這兩根導線作為往返線路輸送電力或信號。但在這兩根導線之外通常還有第三導體,這就是“地線”。干擾電壓和電流分為兩種:一種是兩根導線分別做為往返線路傳輸;另一種是兩根導線做去路,地線做返回路傳輸。前者叫“差模”,后者叫“共模”。??????????

現(xiàn)場使用的顯示儀表由于環(huán)境條件復雜,加之被測參數(shù)大多被轉(zhuǎn)換成微弱的低電平電壓信號,并經(jīng)長距離傳送到顯示儀表,因此除有用的信號外,還會有一些與被測信號無關(guān)的干擾信號夾雜其中,它將影響測量結(jié)果的正確性,嚴重時會使儀表無法正常工作。現(xiàn)對產(chǎn)生干擾的途徑及消除干擾的措施作一介紹。

常見干擾途徑

干擾源在儀表內(nèi)、外部都有可能存在。如在儀表外部,大功率用電設備、大功率變壓器、電力網(wǎng)都可能成為干擾源。而在儀表內(nèi)部,電源變壓器、線圈、繼電器、開關(guān)以及電源線等都可能成為干擾源。干擾源常通過以下途徑進入儀表。

1、信號源與儀表之間的連接導線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。在大功率變壓器、交流電機、電力線和周圍空間都存在有很強的交流磁場,而閉合回路處在這種變化的磁場中將感應出電勢。這種感應電勢與有用信號相串聯(lián),當傳感器與顯示儀表距離較遠時,這種串模干擾尤為突出。

2、干擾源通過電容的耦合在回路中形成干擾,它是兩電場相互作用的結(jié)果。通過靜電耦合的方式,能在兩輸入端感應出對地的共同電壓,以共模干擾的形式出現(xiàn),由于共模干擾不和信號相疊加,它不直接對儀表產(chǎn)生影響。但它能通過測量系統(tǒng)形成到地的泄漏電流,該泄漏電流通過電阻的耦合就能直接作用于儀表而產(chǎn)生干擾。電磁感應、靜電感應所形成的干擾大多是工頻干擾電壓,但變頻器、帶整流子的電機等會產(chǎn)生諧波干擾。由于雷電的作用在電力線上也會感應出干擾電壓。

3、在一些測溫場合,當將熱電偶電極直接焊于通電加熱的金屬件上,由于金屬件在平行于電流方向的各點存在電位差,這時引入的干擾電壓也是很大的。在高溫狀態(tài)下,耐火材料的絕緣電阻急劇下降,熱電偶的瓷保護管、瓷珠的絕緣性能也會下降,則電爐電源電壓通過耐火磚、熱電偶套管、瓷珠等泄漏到熱電偶絲上,在熱電偶電極與地之間產(chǎn)生干擾電壓。

4、大地中各個不同點之間往往存在電位差,尤其在大功率用電設備附近,當這些設備的絕緣性能下降時,電位差更大。而現(xiàn)場儀表在使用中,有時不注意會使回路存在兩個以上的接地點,就會把不同接地點的電位差引入到顯示儀表中而形成共模干擾。

5、當儀表的橋路電源接地時,除橋路輸出不平衡信號電壓以外,信號線對地還有一公共電壓,該公共電壓不是所要測量的信號電壓,而是共模干擾的一種表現(xiàn)。

串模干擾共模干擾

串模干擾(差模干擾)與共模干擾(接地干擾)。以主板上的兩條PCB走線(連接主板各元件的導線)為例,所謂串模干擾,指的是兩條走線之間的干擾;而共模干擾則是兩條走線和PCB地線之間的電位差引起的干擾。

1、串模干擾

串模干擾(差模干擾)與共模干擾(接地干擾)。以主板上的兩條PCB走線(連接主板各元件的導線)為例,所謂串模干擾,指的是兩條走線之間的干擾;而共模干擾則是兩條走線和PCB地線之間的電位差引起的干擾。

測量串模干擾電壓,以往推薦電子管電壓表,在現(xiàn)場可使用有交流毫伏擋的數(shù)字萬用表進行測量。如上圖所示,把電壓表跨接在儀表輸人的正、負端之間測量,通常串模干擾電壓大多在幾毫伏到幾十毫伏范圍內(nèi)。

2、共模干擾

共模干擾是指干擾電壓出現(xiàn)在儀表任一輸入端(正端或負端)對地之間的交流信號,這種干擾又稱為“對地干擾”和“縱向干擾”。

測量共模干擾電壓,可以用高阻電壓表測量,也可使用數(shù)字萬用表的交流電壓擋進行測量。如上圖所示,先把電壓表接在儀表輸人的正端與地之間測量,然后再把電壓表接在儀表輸人的負端與地之間測量,通常共模干擾電壓大多在幾伏到幾十伏范圍之內(nèi)。

抗干擾來源抗干擾措施

在現(xiàn)場要克服和消除串模干擾及共模干擾,首先要搞清楚干擾的來源,才有可能采取措施來克服干擾。

串模干擾的來源:大功率變壓器、交流電動機、變頻器等都有較強的交變磁場,如果儀表測量及控制的連接導線通過交變磁場,就會受到這些交變磁場的作用,在儀表的輸入回路中感應出交流電壓,而成為干擾信號。

在現(xiàn)場為了克服串模干擾對儀表、控制系統(tǒng)的影響,可采取以下措施:

1、如熱電偶、分析儀表的信號線要運離強電磁場,不要離動力線太近;

2、不要把儀表信號線、控制信號線與動力線平行放在同一個橋架托盤內(nèi),或穿在同一根穿線管內(nèi)必要時信號線應使用屏蔽電線或屏蔽電纜,線的屏蔽層要采取一端接地的方式;

3、在儀表輸入端加濾波電路;

4、對于智能儀表要根據(jù)現(xiàn)場情況設置數(shù)字濾波常數(shù)必要時再增加濾波電路的級數(shù)。

共模干擾的來源:高壓電場的干擾;測量電爐溫度時引入的干擾,如在高溫下,電加爐的電源通過耐火磚、熱電偶的瓷保護套管泄漏到熱電偶上,使熱電偶與地之間產(chǎn)生干擾電壓;由于地電位不同而引入的干擾;還有氨合成塔用電加熱器升溫時也會對熱電偶造成干擾。其干擾源大多是交流電壓也有可能是直流電壓。

在現(xiàn)場為了克服共模干擾對儀表、控制系統(tǒng)的影響,所以可采取以下措施:

1、把測量熱電偶浮空;

2、儀表放大器也采取浮空;

3、如果測量對象允許則不要用露端式熱電偶以避免熱電極接地;

4、熱電偶保護套管要可靠接地;

5、使用屏蔽線時采用等電位屏蔽方式;

6、在信號線上加裝旁路電容器

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原文標題:兩張圖搞懂:串模干擾和共模干擾成因及解決辦法!

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