第3章 过程通道数据采集7.ppt

内容提要 概述 模拟量输入通道: 采样, 多路转换器 D/A与A/D转换技术 A/D转换器及其与微处理器的接口 数据采集系统 D/A转换器及其与微处理器的接口 过程通道的抗干扰措施 小结 过程通道的干扰 计算机控制系统在工业生产的现场使用的条件常常是很复杂的。被测量的参数又往往被转换成微弱的低电平电压信号，并通过长距离传输至二次表或者计算机系统。因此除了有用的信号外，经常会出现一些与被测信号无关的电压或电流存在。这种无关的电压或电流信号我们称之为“干扰”（也叫噪声）。 干扰来源 (1) 干扰的来源 ◆ 从系统电源或电源引线（包括地线）侵入的干扰 ◆ 从系统的信号输入输出传输通道引入的干扰 ◆ 空间电磁干扰 ◆ 静电噪声 ◆ 其它环境因素引起的干扰 干扰源 (2) 干扰来自于干扰源，它们在仪表内外都可能存在。在控制系统外部，一些大功率的用电设备以及电力设备都可能成为干扰源，而在控制系统内部的电源变压器、机电器、开关以及电源线等也均可能成为干扰源 干扰的分类（3） 干扰的分类 ◆ 不论什么样的干扰源，对计算机控制系统的干扰总是通过传导和直接辐射两种途径进入计算机控制系统的，其耦合的方式有静电耦合、互感耦合、共阻抗耦合; 电磁场辐射耦合等 传导耦合（4） 传导耦合传导耦合是干扰源与敏感设备之间的主要耦合途径之一。传导耦合必须在干扰源与敏感设备之间存在有完整的电路连接，电磁干扰沿着这一连接电路从干扰源传输电磁干扰至敏感设备，产生电磁干扰。按其耦合方式可分为电路性耦合、电容性耦合和电感性耦合。在开关电源中，这3种耦合方式同时存在，互相联系。1电路性耦合电路性耦合是最常见、最简单的传导耦合方式。其又有以下几种：1)直接传导耦合导线经过存在干扰的环境时，即拾取干扰能量并沿导线传导至电路而造成对电路的干扰。2)共阻抗耦合由于两个以上电路有公共阻抗，当两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路，这就是共阻抗耦合。形成共阻抗耦合干扰的有电源输出阻抗、接地线的公共阻抗等。2电容性耦合(静电耦合)电容性耦合也称为电耦合，由于两个电路之生的尖峰电压是一种有较大幅度的窄脉冲，其频间存在寄生电容，使一个电路的电荷通过寄生电容影响到另一条支路。3 电感性耦合(电磁耦合 ) 电感性耦合也称为磁耦合，两个电路之间存在互感时，当干扰源是以电源形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。 辐射耦合（5） 辐射耦合通过辐射途径造成的干扰耦合称为辐射耦合。辐射耦合是以电磁场的形式将电磁能量从干扰源经空间传输到接受器。通常存在4种主要耦合途径：天线耦合、导线感应耦合、闭合回路耦合和孔缝耦合。1 天线与天线间的辐射耦合在实际工程中，存在大量的天线电磁耦合。例如，开关电源中长的信号线、控制线、输入和输出引线等具有天线效应，能够接收电磁干扰，形成天线辐射耦合。2 电磁场对导线的感应耦合开关电源的电缆线一般是由信号回路的连接线、功率级回路的供电线以及地线一起构成，其中每一根导线都由输入端阻抗、输出端阻抗和返回导线构成一个回路。因此，电缆线是内部电路暴露在机箱外面的部分，最易受到干扰源辐射场的耦合而感应出干扰电压或干扰电流，沿导线进入设备形成辐射干扰。3 电磁场对闭合回路的耦合电磁场对闭合回路的耦合是指回路受感应最大部分的长度小于波长的1／4。在辐射干扰电磁场的频率比较低的情况下，辐射干扰电磁场与闭合回路的电磁耦合。4 电磁场通过孔缝的耦合电磁场通过孔缝的耦合是指辐射干扰电磁场通过非金属设备外壳、金属设备外壳上的孔缝、电缆的编织金属屏蔽体等对其内部的电磁干扰。 电的耦合与磁耦合（6） 一些大功率的用电设备以及电力设备都可能成为干扰源 2电容性耦合(静电耦合)在相对的两物体中，如其一的电位发生变化，则由于物体间的电容使另一物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰。它是两电场相互作用的结果。如图示  原理 图中，导线1的电位会在导线2上感应出对地的电压ec 消除 当把两根信号线与动力线平行敷设时，由于动力线到两信号线的距离不相等，分布电容也不相等。它在两根信号导线上能产生电位差，有时可达几十毫伏甚至更大。当把信号线扭绞时能使电场在两信号线上产生的电位差大为减小。而在采用静电屏蔽后，能使感应电势减小到1/100~1/1000。 磁耦合（7） 3 电感性耦合(电磁耦合 ) 电感性耦合也称为磁耦合，两个电路之间存在互感时，当干扰源是以电源形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。 en——感应电动势；B————磁通密度；A————闭合回路的面积；