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1概述

隨著傳感器技術、微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，及其在電子稱重技術中的的廣泛應用，大大地推動了電子稱重技術的向前發(fā)展，使之邁上了一個新臺階。特別是大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路技術的日益成熟和微處理器(Microprocessor)的應用，極大地改善了電子衡器儀表系統(tǒng)中稱重傳感器和稱重顯示儀表的性能，促使稱重傳感器和稱重顯示儀表在智能化、多功能化、集成化、高精度和高分辨率等方面向前邁進了一大步，從而提高了電子稱重系統(tǒng)的稱量準確度和分辨率。

由于大部分電子衡器所處的工業(yè)環(huán)境條件比較惡劣，且很復雜，其儀表系統(tǒng)經常受電磁輻射、靜電感應、電磁脈沖、雷擊放電、高頻噪聲和地電位不平衡等有害因素影響，這些干擾(噪聲)通過一定的耦合方式(串模干擾和共模干擾方式)，和一定的耦合通道進入測量系統(tǒng)的信號回路，使有用信號發(fā)生誤差，歪曲測量結果，從而致使儀表系統(tǒng)的稱量精度、靈敏度和可靠性降低，嚴重時甚至使儀表系統(tǒng)完全不能工作。因此必須采用相應的抗干擾技術和措施，有效地抑制各種干擾（噪聲），最大限度地降減干擾的影響和危害，從而保證電子衡器稱重的準確可靠和示值的穩(wěn)定。

2工業(yè)環(huán)境中干擾源及耦合通道

干擾產生于干擾源，其種類及引入的原因、途徑多種多樣。有單一干擾，也有多種原因造成的相互疊加的復雜干擾。電子衡器所處的空間環(huán)境，有各種不同的頻率和幅值的電磁場在交織變化著，有的甚至極為強烈，它們嚴重沖擊影響著儀表系統(tǒng)。放置電子衡器的大地表面不一定是理想的零電位，如各種電氣設備的接地裝置、建筑、構架的避雷針接地樁等，都能使地面電位產生很大的差別，并且隨時會有變化。因此，電子衡器的接地裝置若設置不妥，反而會由接地導線引入干擾，這些干擾主要是通過下列方式和耦合途徑引入電子稱重系統(tǒng)的。

2.1空間中的干擾源及耦合途徑

（1）工頻噪聲干擾

a）輸電線路周圍存在著50Hz的交變電磁場，假如儀表系統(tǒng)中的信號電纜有一段相當的長度與輸電線平行，則此時儀表系統(tǒng)與大地之間形成的封閉回路相當于一匝線圈，工頻交變磁場就會在信號線上激發(fā)起一個相當量值的電動勢。尤其是大功率輸電線路，即使遠離信號電纜，由于電流較大，仍然會通過電磁感應(即磁的耦合)和靜電感應(即電的耦合)兩種途徑，在信號線上引起干擾。b）大容量變壓器和大功率電動機，會產生相當大的漏磁磁通，致使影響區(qū)域內的信號線產生工頻電磁感應噪聲。

（2）電子開關、脈沖發(fā)生器引起的干擾

這類電子器件在工作時，雖然不產生火花放電，但由于線路內電流產生急劇變化，引起很高的前沿，以致產生高能量的脈沖電磁場。它以電磁感應方式耦合到儀表系統(tǒng)的信號線路，激發(fā)出高次諧波，產生很大的噪聲。這種高頻干擾，除采用屏蔽和屏蔽接地措施外，還可用100f的電容接在稱重顯示儀表的濾波電路上使其入地。

（3）射頻電磁場的干擾

地球表面的任何空間，因廣播、電視、通信、郵電和雷達等沒備收發(fā)信號及企業(yè)的高頻淬火等原因，而存在著數以千計的各種頻率的射頻電磁場，儀表系統(tǒng)的信號線此時則相當于一根接收天線，盡管遠離各種發(fā)射臺，但仍會以電磁輻射耦合方式(天線效應)引入射頻干擾。

通過電磁感應、靜電感應所引入的干擾大部分是50Hz的工頻干擾電壓。對稱重儀表的干擾主要是50周的工頻干擾。另外帶整流子的電機等設備，會產生高周波的干擾。雷云相互之間、雷云與大地之問的放電，也能通過電磁感應途徑，在信號線上引起40kHz以內的低頻噪聲。

2.2大地引入的干擾及傳輸途徑

大地電位總的來說是零電位，但事實上，局部地區(qū)的地電位是經常變化波動的，其變化的頻率大約在幾百赫茲，但也會產生上千赫茲的變化脈沖，其峰值在mV或V量級。特別是遇到雷擊，大電流通過避雷針和其它設備的防雷接地樁疏流，以及大功率電氣設備漏電、電力線路開閉、負載變化等影響時，則會引起被影響區(qū)域地電位的較大變化，這種變化通過接地導線傳導途徑在儀表系統(tǒng)中產生干擾。

（1）干擾引入的途徑之一———共模干擾地電位的變化可以通過設備地腳螺栓、設備本身和傳感器的安裝底座（承重板），傳入傳感器外殼，帶電外殼通過分布電容耦合到稱重傳感器的應變電橋中，使傳感器的信號電纜產生干擾。盡管采用的前置放大器為差分輸入，但由于內部元件的參數不可能絕對對稱，所以放大后的信號還會存在這種共模干擾噪聲。

共模干擾同樣存在于稱重顯示儀表內部，在模擬地與數字地之間同樣會引入干擾，此時擬可采用光電隔離器或變壓器把它們斷開，以抑制共模干擾。

（2）干擾引入的途徑之二———兩點接地引入的干擾

在大地中，各個不同點之間存在有電位差。尤其在大功率用電設備附近，當這些設備的絕緣性能較差時，這一電位差更大。若信號電纜屏蔽線一端接傳感器外殼，另一端接稱重儀表外殼，并且兩端分別接地，這樣就會把兩個不同接地點的電位差引入稱重顯示儀表。并同時產生以大地為連線的回路電流，從而屏蔽層內的回路電流以電磁感應和電容耦合兩種途徑在信號線上產生干擾。

（3）干擾引入的途徑之三———共接地線的對地電流引入的阻抗干擾

干擾電路和被干擾電路共用一接地線，則會引起共阻抗噪聲。儀表系統(tǒng)中若干個傳感器與稱重儀表共用一接地線，則稱重儀表地線或某一個傳感器地線入地電流的變化，就會在這條公共接地線始端產生電位變化，從而對其它單元產生干擾。為提高接地的可靠性，避免對地電流引入的阻抗噪聲，接地線不能串聯(lián)使用，可采朋共用一組接地裝置的并聯(lián)方法。只要接地線盡量粗，布置對稱并減少線路電阻，就能保證共接地電位不變。通過以上分析，為減少地電位變化引入的干擾，應采用信號線屏蔽系統(tǒng)單端入地，并加大接地線截面積(一般應大于6mm2)，以減少接地線電阻。

3抗干擾技術和措施

干擾問題的形成是因為干擾源的存在，抗干擾的原則就是抑制干擾源。這些干擾源發(fā)出的噪聲通過一定的耦合通道，對儀表系統(tǒng)產生影響。為了避免和減少干擾的影響，在設計儀表時就應考慮其抗干擾能力，而找出并采取措施消除干擾源，也是同等的重要。

為防止干擾的傳播和耦合，常用抑制干擾源的措施有：信號導線的扭絞、屏蔽、接地(即為干擾信號提供泄放通路)、浮置(即阻斷干擾信號的通路)、平衡、濾波和隔離等。其中，屏蔽(即靜電屏蔽和磁場屏蔽兩種)、屏蔽接地技術和措施是本文所要重點介紹的。因為盡管日益先進的儀表技術可采用各種相應的措施來抑制各種噪聲，但以消除干擾源為目的的屏蔽和屏蔽接地技術，對絕大多數類型的干擾信號，都是一種有效的抑制手段，尤其對變化頻率與稱重信號一致的干擾信號，儀表技術就無法抑制，只有強化屏蔽措施，如雙層屏蔽或同軸電纜等措施予以克服。

3.1稱重傳感器的接地

稱重傳感器與大地之間可以完全浮地，也可以通過外殼上的接地螺釘與接地樁有可靠穩(wěn)定的連接，可視具體情況而定。如果不存在由接地導線傳播途徑引入的干擾，則對于一般電子衡器，傳感器與安裝底座之問不設置絕緣墊，而是與電子衡器的預埋鐵板或地腳螺釘直接連接。為滿足抗共模干擾的要求，傳感器與大地之間應設置專用接地樁，并與傳感器外殼可靠連接。

傳感器妥善接地后，不但有效地抑制地電位變化引入的共模干擾，而且還能消除因空間電磁場、靜電感應等影響因素而在橋路網絡上產生的干擾信號，因為傳感器外殼本身就是一個外屏蔽罩，可保護傳感器的彈性體內部的應變片的電子線路。

3.2信號電纜的屏蔽和接地

儀表系統(tǒng)中的信號傳輸應用最普遍的是有線傳輸，有線傳輸方式中多數為電壓傳輸。由于信號線上傳輸的低電平電壓信號很弱，一般為mV級；并要且通過一定距離傳輸至稱重儀表。因此除有用信號外，因各種原因，經常會有一些與被測信號無關的電壓或電流存存，從而使干擾進入稱重儀表。為減降信號傳輸環(huán)節(jié)引入的干擾噪聲，可采取以下有效措施：

（1）信號電纜采用屏蔽電纜。在實踐中，我們多將屏蔽層在儀表處單端接地，也可在傳感器處接地。

（2）信號電纜應避開動力線。若現場無法與動力線遠離，則只能采用電纜金屬防護管道的隔離式屏蔽措施。應該注意的是，非磁性屏蔽體對50Hz工頻的磁場無屏蔽效果。必要時可將信號線穿入鐵管中，并把鐵管接地。由于鐵管磁阻很小，進入鐵管的磁場會大大降低，使信號線得到磁屏蔽。

（3）電纜受到沖擊、振動、彎曲時，其絕緣層與屏蔽層之間會產生局部的分離和摩擦，以致由于靜電效應會在屏蔽層產生電荷運動。這種運動會以電容耦合、電磁耦合方式在信號線上產生噪聲。必要時可采用同軸電纜加以克服。

一般情況下，信號電纜屏蔽層可采用圖1所示的接地線路。

3.3稱重顯示儀表的屏蔽接地

稱重儀表的抗干擾能力應從兩個方面考慮：一是儀表的抗干擾設計，二是儀表內部線路與器件之間的抗于擾措施。以下主要介紹后者。

（1）電源變壓器的屏蔽和接地

電源變壓器會對表內的信號線路引起兩方面干擾：一是220V/50Hz的民用電在初級線圈產生的磁通，不可能全部被有效地用于電壓變換，鐵心外會有漏磁通對測量線路形成干擾。二是由于種種原因，初級線圈引入的異常電壓(如因交流電源負載突變等影響而進入儀表的高頻干擾電壓)、噪聲電壓(如因小功率電源變壓器產生的泄漏電流能達數μA至數十μA，可引入50Hz且與信號疊加的工頻干擾)，可通過與二次線圈間的分布電容耦合，使次級輸出電壓發(fā)生變化，從而對各器件的工作電壓產生變化或異常。針對這兩種下擾途徑，可分別采用以下措施：

a）可在變壓器周圍包一層兩頭焊接成短路的銅皮或繞一組短路線圈，以抵消漏磁場。

b）可在初級次級繞組間另纏一層開路線圈或開路銅箔，并把其中一端接地，使干擾由初級繞組通過對屏蔽層的分布電容直接流入地，以隔離初級端引入的異常電壓和噪聲電壓對次級繞組的影響。（2）放大器的屏蔽和屏蔽接地

稱重儀表的前置放大器是一個弱信號放大器。放大器周圍存在雜散電磁場時，放大器的輸入電路中某些重要元件處在這種變動的電場和磁場中，就會通過磁感應和靜電感應產生干擾電壓。為抑制外界的這種干擾，通常采用對稱輸入的差分放大器和單層浮置技術，將放大器設置在屏蔽罩內，屏蔽層與儀表外殼、放大器輸入部分之間不作電氣上的連接，而只單獨引出一根導線，作為內屏蔽層保護端G與信號線屏蔽層連接。在技術要求更高的場合，可采用雙層浮置技術。

4結束語

總之，屏蔽和屏蔽接地技術在電子稱重系統(tǒng)抗干擾中的實際應用，有效地抑制了系統(tǒng)中絕大部分類型的干擾(噪聲)。在具體實施中，通過對電子稱重系統(tǒng)中的稱重傳感器、稱重顯示儀表和信號傳輸電纜等關鍵環(huán)節(jié)綜合采用抗干擾措施、技術，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，使系統(tǒng)能在各種惡劣復雜的工作環(huán)境中長期穩(wěn)定地工作，保證了電子稱重系統(tǒng)的稱量準確度和示值的穩(wěn)定可靠。

 

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