如何防止干扰信号对测温的影响？

1.干扰的来源

干扰有时来自仪表外部，如高压输电线、大功率电器、无线电波、汽车发动机的火花塞、荧光灯；有时是仪表内部产生的，如电源变压器、导线、电子元器件之间的电感、电容或元器件内部的噪声干扰。从干扰信号传输的途径上分，干扰来源主要有以下几种。

（1）经过漏电电阻耦合

理想的绝缘体是不存在的，通常的绝缘材料在较高的电压下都有一定的漏电流，特别是表面潮湿或有酸、碱污染的情况下，漏电更为严重。像陶瓷之类材料，在常温下是相当优良的绝缘体，但在高温下其电阻就会下降。因此，测量电炉温度的热电偶，其瓷套管会在高温下将加热电源的电流漏到测温电路中去，形成很大的干扰信号。为避免漏电干扰影响测温，电炉上的热电偶瓷套管应悬空安装，不可与炉壁的耐火砖接触。

设计印制电路板时，应使弱电信号的走线远离电源线，或在其间布置一条接地线，这样，即使有漏电流，也会漏往地线，不致进入弱电信号电路。

不论直流还是交流，都同样会产生漏电干扰。漏电是沿表面进行的，如能保持绝缘件表面清洁干燥，则有助于防漏电干扰。用于湿热气候条件下的仪表或室外安装的仪表，其防水防潮能力决不仅仅是预防锈蚀的必要条件，也是防漏电干扰的措施之一。

变压器的不同绕组之间设置金属屏蔽层，并把它接地，虽然主要目的是避免两绕组间的分布电容构成交流干扰的途径，但同时它也兼有防漏电干扰的作用。

（2）经过公共阻抗耦合

两个电路使用同一电源，或有某一段共用导线，或接在同一地线上，这时由于电源具有内阻，导线和地线都有电阻，电流在公共阻抗上所形成的压降将以电信号的形式耦合到另一电路中去。无论仪表内外，都有可能出现这种耦合关系，从而引起干扰。

对于共用电源的电路，可采用去耦合滤波的办法抑制干扰；对于共用导线，应在设计电路或印制电路板时尽量避免，尤其是对弱电信号和强电信号，切忌它们共用导线。

理想情况下地线是零电位，但实际地线具有电阻，不仅地面以上部分，即使在大地里也有一定的电阻，因此地中电流会在各处形成不等的电位。特别是大功率的电气设备在三相不完全平衡时，地电流相当可观，它使处于不同地点的两根地线电位不等，越靠近大电流电气设备，接地线处的电位变化梯度越大。重复接地会引起干扰就是这个道理。如果把仪表地线和电动机、变压器等设备接在一起，势必将剧烈变动的地电位引入仪表，将导致损坏仪表的严重后果。所以仪表地线决不可与一般电气设备共用，而且不宜相距过近，仪表要求有专用地线即源于此。经过公共阻抗耦合而来的干扰，可以是交流的，也可以是直流的，这一点和漏电干扰相似。

（3）电场耦合

交流干扰信号能够经过分布电容进入仪表电路，特别是高频率或高电压的干扰源，这种危害尤其显著。在相距较近的平行导线间，如果导线长度很大，分布电容不可忽视，其影响可用图2-3-1说明。

图2-3-1 电场耦合引起干扰的等效电路

a）电场耦合 b）等效电路

图2-3-1a中的长导线A和B平行，其间分布电容为C_AB，两线对地分布电容分别为C_AG和C_BG。设导线A上的交流电压为U₁，仪表的输入阻抗为R，导线B上因电场耦合而出现干扰电压U₂，上述电路可等效为图2-3-1b。根据此等效电路不难求出干扰信号U₂为

当仪表对地输入阻抗R很小时，即R_jω（C_AB+C_BG）≪1时，U₂可近似为

U₂≈R_jωC_ABU₁ （2-3-2）

这表明干扰信号与干扰源的频率、电压和两导线间的分布电容成正比，而且仪表的输入阻抗越高，干扰越严重。

当仪表的输入阻抗R很大时，即R_jω（C_AB+C_BG）≫1时，U₂可近似为

这种情况下，U₂与频率没有关系，且不再与R的大小有直接关系，但仪表引线对地电容C_BG越小，干扰则越严重。可见，当导线B架空但又与A接近时，C_BG小，而C_AB大，其干扰将格外严重。

电场耦合的干扰，只有通过合理设计布线，或采取屏蔽措施，才能削弱或避免。不能寄希望于减小R和加大C_BG，因为这将使有用的交流信号衰减。

（4）磁场耦合

磁场耦合包括交流电流通过互感作用在平行导线间传递，或者交流电流产生的交变磁场穿过导线环形成感应电动势。这两种表现的实质是一样的，都是电能经过磁场交连之后又恢复成电信号的过程，其等效电路如图2-3-2所示。(www.xing528.com)

图2-3-2 磁场耦合干扰等效电路

a）磁场耦合 b）等效电路

图2-3-2a中交流电源电压U₁经导线A供给负载R₁，与之平行的导线B为直流电路，在电源的作用下向负载R₂提供有用信号。对直流测量系统而言，E为信号源，R₂为仪表的输入阻抗。在导线A、B之间存在着互感M_AB，因此使得R₂上除应有直流信号外，同时会得到由干扰源U₁引起的交流干扰信号。该电路可以等效为图2-3-2b，L_A和L_B代表导线A和B的自感。由于A、B相互靠近，在互感M_AB的作用下A与B形成变压器效应，导致R₂上的电压U₂含有交流成分，该交流成分完全是干扰形成的结果。在不考虑有用的直流信号时，互感产生的干扰信号为

U₂=jωM_ABI_A （2-3-4）

可见磁场耦合引起的干扰是与频率及电流成正比的，而且互感系数M_AB越大，干扰越显著。

减少这种干扰的办法，除布线彼此尽量远离，尤其要避免相互平行之外，也可以采用双绞线、同轴电缆或磁屏蔽法。只有交流电流产生的变化磁场有干扰作用，而恒定磁场不会使静止的导线上产生感应电动势。

2.干扰的形式

从干扰信号作用于仪表的形式上分，电磁场耦合引起的干扰有串模干扰（也称常模干扰、常态干扰、横向干扰、差模干扰）和共模干扰（也称共态干扰、纵向干扰、对地干扰）两种。

（1）串模干扰

串模干扰作用在仪表的两个输入端子之间，因此有“横向干扰”之称。其效果如同干扰信号与有用信号串联后送到仪表输入端一样，串模干扰如图2-3-3所示。在图2-3-3a中，干扰源U₁经过导线A分别以漏电阻、公共阻抗、电场、磁场四种耦合方式传播到B₁～B₄电路中。为了便于区分，图中把有用信号源画成直流E，把仪表画成直流电流表的符号。

以上四种干扰途径虽然不同，其效果却是一样的，都可等效为图2-3-3b，即干扰信号U₁和有用信号E相当于串联关系，两者共同施加在仪表上。

（2）共模干扰

共模干扰出现于信号电路和地之间，它对两根信号导线的作用完全相同，仪表的两个输入端子之间并无干扰信号，但这两个端子和地之间却出现了干扰信号，因此有“纵向干扰”之称。共模干扰如图2-3-4所示。

图2-3-3 串模干扰等效电路

a）串模干扰 b）等效电路

图2-3-4 共模干扰的形成

a）热电偶测温 b）分布电容 c）接地点电位差

图2-3-4a为用热电偶测量电阻器表面温度的示意图。电阻R由交流电源U₁通电加热，热电偶的有用信号是直流电势E。在这种情况下，R的下段电压降U′₁作用在热电偶的焊点上，必然使导线a和b都对地具有相同的交流电压U′₁，这就使得仪表的两个输入端子对地出现共模干扰信号。

图2-3-4b是交流导线A对信号线a和b具有分布电容的情况。如果分布电容均匀对称，a和b所接受的干扰信号相同，这时信号电路对地形成共模干扰。

图2-3-4c是信号源接地点X和仪表外壳接地点Y之间电位不等，具有交流电位差U₁的情况。对仪表来说，信号电路整体和地之间也有共模干扰信号。

各种共模干扰的来源尽管不同，等效电路都可以画成图2-3-4c的形式。虽然以上实例都把干扰源假定成交流，但直流干扰也同样有串模和共模两种形式。

值得注意的是，串模干扰信号和有用信号相当于串联在一起，它进入仪表后肯定会造成有害影响；共模干扰仅仅是使仪表电路对地电位有变化，似乎不会妨碍仪表工作。以图2-3-4a为例，当导线a、b及仪表内部电路对地阻抗为无穷大时，共模信号U₁′根本不能形成电流，理论上说确实不会影响仪表工作。但是实际导线和仪表电路的对地绝缘不可能十分理想，在电压U₁′的作用下是有一定电流的。不过倘若导线a和b对地的阻抗完全对称，则两根导线上的干扰电流大小相等，干扰电流在两根导线上所形成的压降也是相等的，由于与有用信号E相叠加时其压降方向是相反的，所以对于有用信号E的测量全然没有妨碍。但是，一般来说，对称关系在实际情况下很难满足，一旦对称被破坏，干扰电流在导线上的压降就不能抵消，就会在仪表上形成附加的干扰电压。这时的干扰电压存在于测量电路之中，和串模干扰一样，也相当于和有用信号E串联作用在仪表两个输入端子之间。

由此可见，共模干扰只有在它转化为串模干扰之后，才会引起测量误差或对仪表产生影响，也只有经过这种转化之后，共模干扰的危害才充分表现出来。正是因为实际仪表里很难做到两导线对地阻抗完全对称，所以上述转化的机会很多，这就必须对共模干扰加以防范。