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显示仪表在应用中的干扰分析-网络转载-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2008-12-24  浏览次数:100

  显示仪表应用中的干扰分析及对策措施分析如下:
  化工显示仪表与各种传感器、变送器配套后,可用来显示不同的参数。但是,显示仪表在石油和化工领域的广泛应用中或试验现场使用时的条件常常是很复杂的,周围存在大量强交变磁场、电场、振动、热噪声、强辐射、温度效应、动力电源等,都有可能影响检测数据的正确采集和生产过程的自动控制而成为干扰源。这些与被测信号无关的电压或电流以多种形式耦合加载到检测、控制、显示设备,使信号采集失准、记录显示失真、被测参数有用信号质量下降、自动控制不能及时进行,甚至操作失控,直接影响正常生产、产品质量和经济效益的提高。这些干扰(扰动)大多很难改变,但设法加以有效抑制却十分必要。
  一、数字式显示仪表的原理及组成概况
  数字显示仪表一般是由模数转换、非线性补偿及标度变换三大部分组成。它是以电信号为输入量,直接用数字显示被测量。实现数字显示的关键是通过A/D转换装置把连续变化的模拟量变换成断续的数字量。在生产中要求显示仪表反映的显示值是被测参数的函数,并且要求能自动地补偿其它干扰因素,这些函数关系有些是线性的,但多数是非线性的。为了将被测参数能以绝对值的形式显示出来,对于显示仪表,需要将被测参数进行一些必要的运算、处理及非线性补偿,同时补偿其它参数对被测参数的影响。在A/D转换中,采用一定的计量单位使连续变化的模拟量整量化,得到近似的断续的数字量。计量单位越小整量化的误差也就越小,A/D转换装置的频率响应、前置放大的稳定性等也越高,数字量就越接近于连续量本身的值。这一过程是通过双积分型、电压频率转换型、脉冲宽度调制型及逐次比较电压反馈编码型等A/D转换器来实现的。非线性补偿或标度变换是对检测来的信号进行必要的运算,使数字式显示仪表能以被测参数的直接数字表达出来。模拟式非线性补偿通过改变运算放大器的放大倍数来补偿不同范围的输入电压,而数字式非线性补偿则是先把被测参数的模拟量经过A/D转换成数字量后再进入非线性补偿环节,具有精度高、通用性强的优点,随着电子数字计算机的发展,标度变换及非线性补偿任务由计算机来完成。
  二、显示仪表应用中的抗干扰措施
  (一)干扰的产生
  生产中,被测参数往往被转换成微弱的低电平电压信号,并通过长距离(有时长达数百米甚至更远)传输到显示仪表,由于显示仪表应用环境的复杂性(周围存在大量强交变磁场、电场、振动、热噪声、强辐射、温度效应、动力电源等),使得电气干扰也加到显示仪表的输入端,加上仪表内部的电源变压器、继电器、开关以及电源线等干扰源,给测量带来影响。当有较大扰动出现时(检测信号的干扰主要有强磁场和电场:当干扰源为低电压大电流时,则干扰源主要是磁场;当干扰源为高电压小电流时,则干扰源附近主要是电场),常通过下面一些方式(如串模干扰、共模干扰等)叠加到信号线上,进入仪表。
  1.电磁感应(指磁的耦合)。在大功率变压器、交流电机、强电流电网等的周围空间都存在很强的交变磁场,而控制系统(检测、变送、转换、调节、计算、执行、辅助、显示等单元)线路形成的闭合回路处在这种变化的磁场中将被感应出电势,使信号源与仪器仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。这种电磁感应电势与有用信号相串联,当信号源与显示仪表相距较远时,干扰较为突出。此外,高频率发生器、带整流子的电机等设备,也会产生高频率的干扰。
  2.静电感应(指电的耦合)。静电感应是两电场相互作用的结果。在相对的两根导线中,如其一的电位发生变化,则由于导线间的电容变化使得另一导线的电位也发生变化,干扰源以电容性的耦合在回路中形成干扰。
  3.附加热电势和化学电势。由于不同金属产生的热电势以及金属腐蚀等产生的化学电势,在电路回路中形成直流电气干扰。
  4.振动。在强振动的环境中,导线由于在磁场中处于运动状态而产生感应电势,此干扰与信号相串联,以串模干扰形式进入仪器仪表。
  5.不同地电位引入的干扰。在大功率的用电设备附近,当设备的绝缘性能较差时,不同地电位的电位差的引入形成干扰,而在仪表的使用中往往会有意无意地使输入端存在两个以上的连接点,这样就会把不同接地点的电位差以共模干扰形式引入到仪器仪表,这种干扰是同时出现在两信号线上的。
  6.信号源是不平衡电桥。当桥路电源接地时,除桥路对角线的不平衡电压(即信号电压)外,两信号线对地都有一个公共的共模干扰电压。虽然共模干扰不和信号叠加,不直接对仪表产生影响,但它能通过测量系统形成到地的漏电电流,通过电阻的耦合就能直接作用于仪表(或放大器),产生干扰。
  7.一些脉冲状的干扰电压除能作用于模拟电路外,有时也能直接进入数字电路中给予干扰,这些干扰电压的发生源是开关、电机、继电器那样的感性负载和产生放电的机器等。
  (二)干扰的抑制
  干扰问题的形成是因为有干扰源的存在,并通过一定的耦合渠道对仪器仪表产生影响。为减少这些影响,在设计仪表时就应考虑对干扰的抑制问题,尽量提高其抗干扰的能力。在实际应用中,要找出并结合绞扭、屏蔽、接地、平衡、滤波、隔离等方法,切断耦合通道以抑制干扰。同时,要求显示仪表具有耐高温、低温、高压、腐蚀、高粘度等性能和较好的动态特性,以减少被测参数的测量误差。
  1.串模干扰的抑制方法(串模干扰是在仪器仪表的输入端叠加到被检测信号上的干扰电压)
  串模干扰可能产生在信号源,也很可能是从引线上感应或接收而来。由于串模干扰与被测信号所处地位相同,所以一旦产生了串模干扰之后,它的有害作用往往不大容易消除,所以应该首先防止它的产生。
  (1)信号线的绞扭:对于电磁感应来说,尽量将导线远离强电设备及动力网,调整走线方向及减小导线回路面积都是必要的,仅调整走线方向及两信号线以短的节距绞合,干扰电压就能降为原有的1/10~1/100;对于静电感应来说,当把两信号线采用双绞合的形式绞扭且使两根信号线到干扰源的距离大致相等时(常把导线绞成为直径20倍的节距),就能使信号回路所包围的面积大为减小,使电场通过在两信号线上的感应耦合进入回路的串模干扰电位差大为减少。
  (2)屏蔽:为了进一步防止电