显示仪表使用中的干扰分析与对策措施.PDF

显示仪表使用中的干扰分析及对策措施 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，数字 力表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 ，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 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，并通过长距离叠加到信号线上， 进入仪表。 1.电磁感应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。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，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。 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 、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。 就能使信号回路所包围的面积大为减小，使电场通过