數(shù)顯溫控儀表應(yīng)用中的抗干擾措施
更新時(shí)間：2022-07-08 10:05:02 字號(hào)：T|T
化工顯示儀表與各種傳感器、變送器配套后，可用來(lái)顯示不同的參數(shù)。但是，顯示儀表在石油和化工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用中或試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的條件...
化工顯示儀表與各種傳感器、變送器配套后，可用來(lái)顯示不同的參數(shù)。但是，顯示儀表在石油和化工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用中或試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的條件常常是很復(fù)雜的，周?chē)嬖诖罅繌?qiáng)交變磁場(chǎng)、電場(chǎng)、振動(dòng)、熱噪聲、強(qiáng)輻射、溫度效應(yīng)、動(dòng)力電源等，都有可能影響檢測(cè)數(shù)據(jù)的正確采集和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制而成為干擾源。
這些與被測(cè)信號(hào)無(wú)關(guān)的電壓或電流以多種形式耦合加載到檢測(cè)、控制、顯示設(shè)備，使信號(hào)采集失準(zhǔn)、記錄顯示失真、被測(cè)參數(shù)有用信號(hào)質(zhì)量下降、自動(dòng)控制不能及時(shí)進(jìn)行，甚至操作失控，直接影響正常生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。這些干擾(擾動(dòng))大多很難改變，但設(shè)法加以有效抑制卻十分必要。
一、數(shù)字式顯示儀表的原理及組成概況
數(shù)字顯示儀表一般是由模數(shù)轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償及標(biāo)度變換三大部分組成。它是以電信號(hào)為輸入量，直接用數(shù)字顯示被測(cè)量。實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示的關(guān)鍵是通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換裝置把連續(xù)變化的模擬量變換成斷續(xù)的數(shù)字量。在生產(chǎn)中要求顯示儀表反映的顯示值是被測(cè)參數(shù)的函數(shù)，并且要求能自動(dòng)地補(bǔ)償其它干擾因素，這些函數(shù)關(guān)系有些是線性的，但多數(shù)是非線性的。為了將被測(cè)參數(shù)能以****值的形式顯示出來(lái)，對(duì)于顯示儀表，需要將被測(cè)參數(shù)進(jìn)行一些必要的運(yùn)算、處理及非線性補(bǔ)償，同時(shí)補(bǔ)償其它參數(shù)對(duì)被測(cè)參數(shù)的影響。在A/D轉(zhuǎn)換中，采用一定的計(jì)量單位使連續(xù)變化的模擬量整量化，得到近似的斷續(xù)的數(shù)字量。
計(jì)量單位越小整量化的誤差也**越小，A/D轉(zhuǎn)換裝置的頻率響應(yīng)、前置放大的穩(wěn)定性等也越高，數(shù)字量**越接近于連續(xù)量本身的值。這一過(guò)程是通過(guò)雙積分型、電壓頻率轉(zhuǎn)換型、脈沖寬度調(diào)制型及逐次比較電壓反饋編碼型等A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。非線性補(bǔ)償或標(biāo)度變換是對(duì)檢測(cè)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行必要的運(yùn)算，使數(shù)字式顯示儀表能以被測(cè)參數(shù)的直接數(shù)字表達(dá)出來(lái)。模擬式非線性補(bǔ)償通過(guò)改變運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)來(lái)補(bǔ)償不同范圍的輸入電壓，而數(shù)字式非線性補(bǔ)償則是先把被測(cè)參數(shù)的模擬量經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后再進(jìn)入非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)，具有精度高、通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，隨著電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展，標(biāo)度變換及非線性補(bǔ)償任務(wù)由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。
二、顯示儀表應(yīng)用中的抗干擾措施
(一)干擾的產(chǎn)生
生產(chǎn)中，被測(cè)參數(shù)往往被轉(zhuǎn)換成微弱的低電平電壓信號(hào)，并通過(guò)長(zhǎng)距離(有時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米甚至更遠(yuǎn))傳輸?shù)斤@示儀表，由于顯示儀表應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性(周?chē)嬖诖罅繌?qiáng)交變磁場(chǎng)、電場(chǎng)、振動(dòng)、熱噪聲、強(qiáng)輻射、溫度效應(yīng)、動(dòng)力電源等)，使得電氣干擾也加到顯示儀表的輸入端，加上儀表內(nèi)部的電源變壓器、繼電器、開(kāi)關(guān)以及電源線等干擾源，給測(cè)量帶來(lái)影響。當(dāng)有較大擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)(檢測(cè)信號(hào)的干擾主要有強(qiáng)磁場(chǎng)和電場(chǎng)：當(dāng)干擾源為低電壓大電流時(shí)，則干擾源主要是磁場(chǎng);當(dāng)干擾源為高電壓小電流時(shí)，則干擾源附近主要是電場(chǎng))，常通過(guò)下面一些方式(如串模干擾、共模干擾等)疊加到信號(hào)線上，進(jìn)入儀表。
1.電磁感應(yīng)(指磁的耦合)。在大功率變壓器、交流電機(jī)、強(qiáng)電流電網(wǎng)等的周?chē)臻g都存在很強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，而控制系統(tǒng)(檢測(cè)、變送、轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)、計(jì)算、執(zhí)行、輔助、顯示等單元)線路形成的閉合回路處在這種變化的磁場(chǎng)中將被感應(yīng)出電勢(shì)，使信號(hào)源與儀器儀表之間的連接導(dǎo)線、儀表內(nèi)部的配線通過(guò)磁耦合在電路中形成干擾。這種電磁感應(yīng)電勢(shì)與有用信號(hào)相串聯(lián)，當(dāng)信號(hào)源與顯示儀表相距較遠(yuǎn)時(shí)，干擾較為突出。此外，高頻率發(fā)生器、帶整流子的電機(jī)等設(shè)備，也會(huì)產(chǎn)生高頻率的干擾。
2.靜電感應(yīng)(指電的耦合)。靜電感應(yīng)是兩電場(chǎng)相互作用的結(jié)果。在相對(duì)的兩根導(dǎo)線中，如其一的電位發(fā)生變化，則由于導(dǎo)線間的電容變化使得另一導(dǎo)線的電位也發(fā)生變化，干擾源以電容性的耦合在回路中形成干擾。
3.附加熱電勢(shì)和化學(xué)電勢(shì)。由于不同金屬產(chǎn)生的熱電勢(shì)以及金屬腐蝕等產(chǎn)生的化學(xué)電勢(shì)，在電路回路中形成直流電氣干擾。
4.振動(dòng)。在強(qiáng)振動(dòng)的環(huán)境中，導(dǎo)線由于在磁場(chǎng)中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此干擾與信號(hào)相串聯(lián)，以串模干擾形式進(jìn)入儀器儀表。
5.不同地電位引入的干擾。在大功率的用電設(shè)備附近，當(dāng)設(shè)備的絕緣性能較差時(shí)，不同地電位的電位差的引入形成干擾，而在儀表的使用中往往會(huì)有意無(wú)意地使輸入端存在兩個(gè)以上的連接點(diǎn)，這樣**會(huì)把不同接地點(diǎn)的電位差以共模干擾形式引入到儀器儀表，這種干擾是同時(shí)出現(xiàn)在兩信號(hào)線上的。
6.信號(hào)源是不平衡電橋。當(dāng)橋路電源接地時(shí)，除橋路對(duì)角線的不平衡電壓(即信號(hào)電壓)外，兩信號(hào)線對(duì)地都有一個(gè)公共的共模干擾電壓。雖然共模干擾不和信號(hào)疊加，不直接對(duì)儀表產(chǎn)生影響，但它能通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)形成到地的漏電電流，通過(guò)電阻的耦合**能直接作用于儀表(或放大器)，產(chǎn)生干擾。
7.一些脈沖狀的干擾電壓除能作用于模擬電路外，有時(shí)也能直接進(jìn)入數(shù)字電路中給予干擾，這些干擾電壓的發(fā)生源是開(kāi)關(guān)、電機(jī)、繼電器那樣的感性負(fù)載和產(chǎn)生放電的機(jī)器等。
(二)干擾的抑制
干擾問(wèn)題的形成是因?yàn)橛懈蓴_源的存在，并通過(guò)一定的耦合渠道對(duì)儀器儀表產(chǎn)生影響。為減少這些影響，在設(shè)計(jì)儀表時(shí)**應(yīng)考慮對(duì)干擾的抑制問(wèn)題，盡量提高其抗干擾的能力。在實(shí)際應(yīng)用中，要找出并結(jié)合絞扭、屏蔽、接地、平衡、濾波、隔離等方法，切斷耦合通道以抑制干擾。同時(shí)，要求顯示儀表具有耐高溫、低溫、高壓、腐蝕、高粘度等性能和較好的動(dòng)態(tài)特性，以減少被測(cè)參數(shù)的測(cè)量誤差。
1.串模干擾的抑制方法(串模干擾是在儀器儀表的輸入端疊加到被檢測(cè)信號(hào)上的干擾電壓)
串模干擾可能產(chǎn)生在信號(hào)源，也很可能是從
