探讨自动化仪表中的干扰和控制措施

【摘要】随着工业生产的迅速发展，仪表在工作环境中的干扰源也会越来越多样化，那就需要在不同的工作环境下，对干扰源进行正确的探讨，并找出其控制措施，是非常有必要的。

【关键词】自动化仪表；干扰；控制

【中图分类号】C623.58

【文献标识码】A

【文章编号】1672-5158（2012）12-0417-01

1 关于检测过程中的干扰和控制

下面所介绍的是广义上的干扰源。在测量过程中，如果不能排除这些干扰的影响，仪表就不能够正常的工作。其次，对仪表的选型上来说，也是非常重要的，不仅要从经济因素考虑，还要从使用方面，尤其是选用的一次仪表线性度一定要好，精度要高。只有零点漂移越小、品质越好，才会保证工艺参数检测的准确性和快速性，减少故障的发生率，从而满足安全的生产要求。

1.1 光线干扰

半导体元件在检测过程中被广泛使用，但是光线对其导电性有巨大的影响，在光线干扰的场合会激发出电子，从而产生电势引起阻值的变化，进而影响检测仪表正常工作。因此，对于像半导体这种具有光敏作用的元器件，应该注意光线的屏蔽，封装在不透光的壳体内。

1.2 湿度干扰

湿度增加后对仪表内部元器件中的电阻、电容、电感均有影响。会引起绝缘体的电阻下降，漏电流增加；电容的介电系数增加，电容增大；电感受潮后骨架膨胀，使线圈阻值增加，从而引起电感变化。因此，对于潮湿环境中电气元件和电路板，一般要注意做防潮处理。

1.3 化学干扰

具有酸、碱腐蚀性的场合，仪器设备和元器件容易被腐蚀损坏，并且与金属导体产生化学电动势，影响仪器设备的正常工作。因此，对仪表良好的密封和防腐处理，是重要的措施。

2 信号传输中的干扰和控制

2.1 电磁干扰的干扰源

自动化仪表的测量信号，一般被转换成微弱的低电平电压信号，通过远传至二次仪表、PLC或者DCS系统。在测量信号传输的过程中，除了需要的测量信号外，还有与被测信号无关的电压或电流信号，这种无关的电压或电流信号就是干扰。工业生产中的大功率用电设备、强交变磁场、无线电波、动力电源、电机、变压器、继电器开关、分布电容电感引起的耦合效应，都是可能产生电磁干扰信号的干扰源。电磁干扰对于传感器或各种检测仪表及自控系统来说，是最为普遍、影响最严重的干扰。电磁干扰一般有辐射干扰和传导干扰两种形式。

2.2 电磁干扰的传播途径

（1）磁场耦合。磁场耦合是指工业中使用的变压器、交流电机、高压电网等设备的周围空间中，都存在有很强的交变磁场，而检测对象与仪表问的连接导线、仪表内部的线路闭合回路处在这种变化的磁场中，通过磁耦合将会产生感应电势，产生干扰。

（2）静电耦合。静电耦合是指当把两根信号线与动力电源线平行敷设时，两根导线之间就会产生电容，由于动力电源线到两信号线的距离不相等，分布电容也不相等，因此两根导线上会产生电位差。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰，它是两电场相互作用的结果。

（3）热电势和化学电势。主要是由于不同金属产生的热电势，以及金属腐蚀等原因产生的化学电势，当其处于电回路时会成为干扰，这种干扰大多以直流的形式出现。

（4）振动产生感应电势。由于导线在磁场中运动时，会产生感应电动势，因此在振动的环境中，信号导线会产生感应电动势从而产生干扰。

2.3 降低电磁干扰的措施

降低电磁干扰的基本措施，一般是控制干扰源、切断传输途径及改善易受干扰的敏感设备本身的抗干扰能力。因为所有的干扰源，都是通过一定的耦合通道而对仪表产生影响，因此也可以通过切断干扰的耦合通道，来降低电磁干扰的影响。通常采用的方式有信号导线的屏蔽、滤波、隔离、接地等各种方法，一般会同时采取多种措施。

（1）屏蔽。屏蔽是一种通过阻断电磁干扰传播途径，而达到降低电磁干扰的手段，一般利用金属材料对电磁波具有较好的吸收和反射能力来进行干扰控制，可以把信号导线用金属包起来，通常的做法是在导线外包一层金属网（或者铁磁材料），外套绝缘层。

在工厂尤其是存在强电磁场干扰的环境中，通常选用带屏蔽层的信号电缆即双绞线，用双绞线代替两根平行导线，每个双绞线小绞纽环中会通过交变的磁通，而这些变化磁通会在周围的导体中产生电动势。相邻绞纽环中在同一导体上产生的电动势方向相反，相互抵消。此外在干扰源周围加上屏蔽体并且将屏蔽体一点接地，就可以把电场形成的干扰源屏蔽掉，即可控制磁场对弱电信号回路可能造成的干扰，并且使之对邻近导线或回路不产生干扰。

（2）滤波。用电设备的电源从交流端而来，对于交流端的滤波器，应简单可靠并能同时控制共模和差模两种干扰信号，可采用电容电感滤波器。

由于电源交流侧线引入的高频干扰，一股晴况下频带很宽，交流侧的抗干扰措施只能控制其不向外界传播，但还是很容易对系统的工作进行干扰。因此对于变化速度很慢的直流信号，可以在仪表的输入端加入滤波电路，以使混杂于信号的干扰衰减到最小，一般采用电容滤波，用来控制开关电路所产生的高频干扰、衰减脉冲噪声、谐波与其他杂波信号。对于共模噪声，滤波器在信号线和地线问构成通路，把噪声电流引入大地，所以在直流测也要采取一定的抗干扰措施。对于差模干扰，滤波器应根据干扰频率范围、对衰减的要求和网络阻抗等条件进行选择，在线路之间构成通路，使噪声电流在线间形成短路，从而消除干扰。

（3）隔离。隔离一般有两个方面的内容：

其一是一般在信号传输的路径进行电气隔离，即隔离前后两部分线路之间无电气上的连接，在电气上依靠其他方式而非直接通过电气的方式来传送信息，同时保证导线之间不会产生漏电流，隔离可以有效防止不等电位干扰，采用的隔离器通常有光电耦合器、隔离变压器等。

其二是在电缆敷设的时候需要合理布线，使信号线尽量避开干扰源，如当动力电缆和信号电缆平行敷设时，两者必须保持一定的距离，两种电缆交叉时要尽可能垂直。导线穿套管或者钢管敷设时，电源线和信号线应该分别放在不同的管内，不同信号强度的信号，例如数字信号电缆和模拟信号电缆也不能穿在同一个管敷设。在采用电缆托盘敷设时，信号电缆与动力电缆需用金属隔板隔开，同一多芯电缆内，不宜有不同强度等级的信号线等。对于智能仪器，一般还有用数字滤波程序实现软件滤波。

（4）接地。接地的作用总的来说有两种：一种用在仪表用电的电源端，将用电仪表或者设备不带电的金属部分与接地体之间做金属连接，使其保持零电位保护其不受损害，称为保护接地；另一种是降低干扰，保证仪表精确可靠的工作，称作为工作接地。下面分析一下工作接地的部分。

其主要分为信号回路接地和屏蔽体接地。在一般情况下，仪表系统信号绝大多数是低频信号，假如信号源和仪表两点接地，由于存在地电位差，可能会产生共模干扰，因此在低电平测量仪表中接地的原则，是信号线只应有一点接地且信号线的屏蔽层也只须有一点接地，并且接地端在靠近仪表一侧效果较好，把二次仪表与地绝缘，从而避免形成接地回路，以切断共模干扰电压的漏电途径，使干扰不能进入信号回路中。如果一条线路上的信号源和二次仪表都不可避免接地，则应采用隔离器将两点接地隔离开。并且无论信号线和电源线等均需加屏蔽，把接地和屏蔽正确地结合起来使用，可以解决大部分的干扰问题。

3 结束语

自动化仪表在日常生产中的应用也越来越广泛，规模也越来越大，而且自动化仪表的发展水平也会不断迈向新的台阶，实现更高的要求和控制功能。工业活动影响国家的经济命脉，影响人们的生活质量水平，能够为社会创造很高的经济价值和利益，工业自动化仪表广泛在生产中应用也会发挥不可小觑的影响和作用。

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