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共創(chuàng)健康安全的生活環(huán)境18151076640
一、干擾問(wèn)題的產(chǎn)生
模擬傳感器的應(yīng)用非常廣泛,不論是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防建設(shè),還是在日常生活、教育事業(yè)以及科學(xué)研究等領(lǐng)域,處處可見(jiàn)模擬傳感器的身影。但在模擬傳感器的設(shè)計(jì)和使用中,都有一個(gè)如何使其測(cè)量精度達(dá)到zui高的問(wèn)題。
而眾多的干擾一直影響著傳感器的測(cè)量精度,如:現(xiàn)場(chǎng)大耗能設(shè)備多,特別是大功率感性負(fù)載的啟停往往會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干擾;工業(yè)電網(wǎng)欠壓或過(guò)壓,常常達(dá)到額定電壓的35%左右,這種惡劣的情況有時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾分鐘、幾小時(shí),甚至幾天;各種信號(hào)線(xiàn)綁扎在一起或走同一根多芯電纜,信號(hào)會(huì)受到干擾,特別是信號(hào)線(xiàn)與交流動(dòng)力線(xiàn)同走一個(gè)長(zhǎng)的管道中干擾尤甚;多路開(kāi)關(guān)或保持器性能不好,也會(huì)引起通道信號(hào)的竄擾;空間各種電磁、氣象條件、雷電甚至地磁場(chǎng)的變化也會(huì)干擾傳感器的正常工作;此外,現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度的變化可能引起電路參數(shù)發(fā)生變化,腐蝕性氣體、酸堿鹽的作用,野外的風(fēng)沙、雨淋,甚至鼠咬蟲(chóng)蛀等都會(huì)影響傳感器的可靠性。
模擬傳感器輸出的一般都是小信號(hào),都存在小信號(hào)放大、處理、整形以及抗干擾問(wèn)題,也就是將傳感器的微弱信號(hào)地放大到所需要的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(如1VDC~5VDC或4mADC~20mADC),并達(dá)到所需要的技術(shù)指標(biāo)。這就要求設(shè)計(jì)制作者必須注意到抗干擾問(wèn)題。只有搞清楚模擬傳感器的干擾源以及干擾作用方式,設(shè)計(jì)出消除干擾的電路或預(yù)防干擾的措施,才能達(dá)到應(yīng)用模擬傳感器的*狀態(tài)。
二、干擾源、干擾的種類(lèi)及干擾現(xiàn)象
傳感器及儀器儀表在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行所受到的干擾多種多樣,具體情況具體分析,對(duì)不同的干擾采取不同的措施是抗干擾的原則。這種靈活機(jī)動(dòng)的策略與普適性無(wú)疑是矛盾的,解決的辦法是采用模塊化的方法,除了基本構(gòu)件外,針對(duì)不同的運(yùn)行場(chǎng)合,儀器可裝配不同的選件以有效地抗干擾、提高可靠性。在進(jìn)一步討論電路元件的選擇、電路和系統(tǒng)應(yīng)用之前,有必要分析影響模擬傳感器精度的干擾源及干擾種類(lèi)。
1、主要干擾源
(1)靜電感應(yīng)
靜電感應(yīng)是由于兩條支電路或元件之間存在著寄生電容,使一條支路上的電荷通過(guò)寄生電容傳送到另一條支路上去,因此又稱(chēng)電容性耦合。
(2)電磁感應(yīng)
當(dāng)兩個(gè)電路之間有互感存在時(shí),一個(gè)電路中電流的變化就會(huì)通過(guò)磁場(chǎng)耦合到另一個(gè)電路,這一現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)。例如變壓器及線(xiàn)圈的漏磁、通電平行導(dǎo)線(xiàn)等。
(3)漏電流感應(yīng)
由于電子線(xiàn)路內(nèi)部的元件支架、接線(xiàn)柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)或外殼等絕緣不良,特別是傳感器的應(yīng)用環(huán)境濕度較大,絕緣體的絕緣電阻下降,導(dǎo)致漏電電流增加就會(huì)引起干擾。尤其當(dāng)漏電流流入測(cè)量電路的輸入級(jí)時(shí),其影響就特別嚴(yán)重。
(4)射頻干擾
主要是大型動(dòng)力設(shè)備的啟動(dòng)、操作停止的干擾和高次諧波干擾。如可控硅整流系統(tǒng)的干擾等。
(5)其他干擾
現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)除了易受以上干擾外,由于系統(tǒng)工作環(huán)境較差,還容易受到機(jī)械干擾、熱干擾及化學(xué)干擾等。
2、干擾的種類(lèi)
(1)常模干擾
常模干擾是指干擾信號(hào)的侵入在往返2條線(xiàn)上是一致的。常模干擾來(lái)源一般是周?chē)^強(qiáng)的交變磁場(chǎng),使儀器受周?chē)蛔兇艌?chǎng)影響而產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)形成干擾,這種干擾較難除掉。
(2)共模干擾
共模干擾是指干擾信號(hào)在2條線(xiàn)上各流過(guò)一部分,以地為公共回路,而信號(hào)電流只在往返2個(gè)線(xiàn)路中流過(guò)。共模干擾的來(lái)源一般是設(shè)備對(duì)地漏電、地電位差、線(xiàn)路本身具有對(duì)地干擾等。由于線(xiàn)路的不平衡狀態(tài),共模干擾會(huì)轉(zhuǎn)換成常模干擾,就較難除掉了。
(3)長(zhǎng)時(shí)干擾
長(zhǎng)時(shí)干擾是指長(zhǎng)期存在的干擾,此類(lèi)干擾的特點(diǎn)是干擾電壓長(zhǎng)期存在且變化不大,用檢測(cè)儀表很容易測(cè)出,如電源線(xiàn)或鄰近動(dòng)力線(xiàn)的電磁干擾都是連續(xù)的交流50Hz工頻干擾。
(4)意外的瞬時(shí)干擾
意外瞬時(shí)干擾主要在電氣設(shè)備操作時(shí)發(fā)生,如合閘或分閘等,有時(shí)也在伴隨雷電發(fā)生或無(wú)線(xiàn)電設(shè)備工作瞬間產(chǎn)生。
干擾可粗略地分為3個(gè)方面:
(a)局部產(chǎn)生(即不需要的熱電偶);
(b)子系統(tǒng)內(nèi)部的耦合(即地線(xiàn)的路徑問(wèn)題);
©外部產(chǎn)生(Bp電源頻率的干擾)。
3、干擾現(xiàn)象
在應(yīng)用中,常會(huì)遇到以下幾種主要干擾現(xiàn)象:
(1)發(fā)指令時(shí),電機(jī)無(wú)規(guī)則地轉(zhuǎn)動(dòng);
(2)信號(hào)等于零時(shí),數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳;
(3)傳感器工作時(shí),其輸出值與實(shí)際參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)值不吻合,且誤差值是隨機(jī)的、無(wú)規(guī)律的;
(4)當(dāng)被測(cè)參數(shù)穩(wěn)定的情況下,傳感器輸出的數(shù)值與被測(cè)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)數(shù)值的差值為一穩(wěn)定或呈周期性變化的值;
(5)與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源的設(shè)備(如顯示器等)工作不正常。
干擾進(jìn)入定位控制系統(tǒng)的渠道主要有兩類(lèi):信號(hào)傳輸通道干擾,干擾通過(guò)與系統(tǒng)相聯(lián)的信號(hào)輸入通道、輸出通道進(jìn)入;供電系統(tǒng)干擾。信號(hào)傳輸通道是控制系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)器接收反饋信號(hào)和發(fā)出控制信號(hào)的途徑,因?yàn)槊}沖波在傳輸線(xiàn)上會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減與通道干擾,所以在傳輸過(guò)程中,長(zhǎng)線(xiàn)的干擾是主要因素。任何電源及輸電線(xiàn)路都存在內(nèi)阻,正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾,如果沒(méi)有內(nèi)阻,無(wú)論何種噪聲都會(huì)被電源短路吸收,線(xiàn)路中也不會(huì)建立起任何干擾電壓;此外,交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器本身也是較強(qiáng)的干擾源,它可以通過(guò)電源對(duì)其它設(shè)備進(jìn)行干擾。
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