智能數顯儀表應用中的干擾與抑制（一）

智能數顯儀表與各種傳感器、變送器配套后，可用來顯示不同的參數。但是，顯示儀表在石油和化工領域的廣泛應用中或試驗現場使用時的條件常常是很復雜的，周圍存在大量強交變磁場、電場、振動、熱噪聲、強輻射、溫度效應、動力電源等，都有可能影響檢測數據的正確采集和生產過程的自動控制而成為干擾源。這些與被測信號無關的電壓或電流以多種形式耦合加載到檢測、控制、顯示設備，使信號采集失準、記錄顯示失真、被測參數有用信號質量下降、自動控制不能及時進行，甚至操作失控，直接影響正常生產、產品質量和經濟效益的提高。這些干擾（擾動）大多很難改變，但設法加以有效抑制卻十分必要。

　　一、數字式顯示儀表的原理及組成概況

       數字顯示儀表一般是由模數轉換、非線性補償及標度變換三大部分組成。它是以電信號為輸入量，直接用數字顯示被測量。實現數字顯示的關鍵是通過A/D轉換裝置把連續變化的模擬量變換成斷續的數字量。在生產中要求顯示儀表反映的顯示值是被測參數的函數，并且要求能自動地補償其它干擾因素，這些函數關系有些是線性的，但多數是非線性的。為了將被測參數能以**值的形式顯示出來，對于顯示儀表，需要將被測參數進行一些必要的運算、處理及非線性補償，同時補償其它參數對被測參數的影響。在A/D轉換中，采用一定的計量單位使連續變化的模擬量整量化，得到近似的斷續的數字量。計量單位越小整量化的誤差也就越小，A/D 轉換裝置的頻率響應、前置放大的穩定性等也越高，數字量就越接近于連續量本身的值。這一過程是通過雙積分型、電壓頻率轉換型、脈沖寬度調制型及逐次比較電壓反饋編碼型等A/D轉換器來實現的。非線性補償或標度變換是對檢測來的信號進行必要的運算，使數字式顯示儀表能以被測參數的直接數字表達出來。模擬式非線性補償通過改變運算放大器的放大倍數來補償不同范圍的輸入電壓，而數字式非線性補償則是先把被測參數的模擬量經過A/D轉換成數字量后再進入非線性補償環節，具有精度高、通用性強的優點，隨著電子數字計算機的發展，標度變換及非線性補償任務由計算機來完成。

　　二、顯示儀表應用中的抗干擾措施

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       生產中，被測參數往往被轉換成微弱的低電平電壓信號，并通過長距離（有時長達數百米甚至更遠）傳輸到顯示儀表，由于顯示儀表應用環境的復雜性（周圍存在大量強交變磁場、電場、振動、熱噪聲、強輻射、溫度效應、動力電源等），使得電氣干擾也加到顯示儀表的輸入端，加上儀表內部的電源變壓器、繼電器、開關以及電源線等干擾源，給測量帶來影響。當有較大擾動出現時（檢測信號的干擾主要有強磁場和電場：當干擾源為低電壓大電流時，則干擾源主要是磁場；當干擾源為高電壓小電流時，則干擾源附近主要是電場），常通過下面一些方式（如串模干擾、共模干擾等）疊加到信號線上，進入儀表。

　　1．電磁感應（指磁的耦合）。在大功率變壓器、交流電機、強電流電網等的周圍空間都存在很強的交變磁場，而控制系統（檢測、變送、轉換、調節、計算、執行、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中將被感應出電勢，使信號源與儀器儀表之間的連接導線、儀表內部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。這種電磁感應電勢與有用信號相串聯，當信號源與顯示儀表相距較遠時，干擾較為突出。此外，高頻率發生器、帶整流子的電機等設備，也會產生高頻率的干擾。

　　2．靜電感應（指電的耦合）。靜電感應是兩電場相互作用的結果。在相對的兩根導線中，如其一的電位發生變化，則由于導線間的電容變化使得另一導線的電位也發生變化，干擾源以電容性的耦合在回路中形成干擾。

　　3．附加熱電勢和化學電勢。由于不同金屬產生的熱電勢以及金屬腐蝕等產生的化學電勢，在電路回路中形成直流電氣干擾。

　4．振動。在強振動的環境中，導線由于在磁場中處于運動狀態而產生感應電勢，此干擾與信號相串聯，以串模干擾形式進入儀器儀表。

　　5．不同地電位引入的干擾。在大功率的用電設備附近，當設備的絕緣性能較差時，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有意無意地使輸入端存在兩個以上的連接點，這樣就會把不同接地點的電位差以共模干擾形式引入到儀器儀表，這種干擾是同時出現在兩信號線上的。

　　6．信號源是不平衡電橋。當橋路電源接地時，除橋路對角線的不平衡電壓（即信號電壓）外，兩信號線對地都有一個公共的共模干擾電壓。雖然共模干擾不和信號疊加，不直接對儀表產生影響，但它能通過測量系統形成到地的漏電電流，通過電阻的耦合就能直接作用于儀表（或放大器），產生干擾。

　　7．一些脈沖狀的干擾電壓除能作用于模擬電路外，有時也能直接進入數字電路中給予干擾，這些干擾電壓的發生源是開關、電機、繼電器那樣的感性負載和產生放電的機器等。