本文分析了地磅的工業(yè)環(huán)境中干擾源及耦合途徑。針對(duì)儀表系統(tǒng)，介紹了能有效抑制絕大部分類型干擾 的屏蔽和屏蔽接地措施和技術(shù)。

1.概述

隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā) 展，及其在稱重技術(shù)中的的廣泛應(yīng)用，大大地推動(dòng)了電子稱 重技術(shù)的向前發(fā)展，使之邁上了一個(gè)新臺(tái)階。特別是大規(guī)模 集成電路、趄大規(guī)模集成電路技術(shù)的日益成熟和微處理器 (Microprocessor)的應(yīng)用，極大地改善了地磅儀表系 統(tǒng)中一次儀表一稱重傳感器和二次儀表一稱重顯示儀表的性 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(jìn)了一大步，從而 提高了電子稱重系統(tǒng)的稱量準(zhǔn)確度和分辨率。

在近五年中，淮北礦業(yè)集團(tuán)公司所使用的SCS系列全 電子地磅和我們自己成功進(jìn)行電子化改造后的ZGT A-30型、GGTA-100型機(jī)電結(jié)合式地中衡1靜態(tài)軌道 衡巳接近20臺(tái)，在這些地磅的儀表系統(tǒng)中，我們多采SB型剪切梁式1 TS型拉式稱重傳感 器及8142系列稱重顯示儀表和BM-LS型橋式、T-BXB型拉式稱重傳感器及AD —4322A型稱重顯示儀表。

由于地磅所處的工業(yè)環(huán)境條件惡劣，且很復(fù)雜， 其儀表系統(tǒng)經(jīng)常受電磁輻射、靜電感應(yīng)、電磁脈沖、雷電放 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(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)的信號(hào)回路，使有用信號(hào)發(fā) 生誤差，歪曲測(cè)量結(jié)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(yán)重時(shí)甚至使儀表系統(tǒng)完全不能工作。 因此必須采用相應(yīng)的抗干擾技術(shù)和措施，有效地抑制各種干 擾，最大限度地降減干擾的危害，以保證地磅稱重的準(zhǔn) 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(chǎn)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(fù)雜干 擾。地磅所處的空間環(huán)境，有各種不同的頻率和幅值的 電磁場(chǎng)在交織變化著，有的甚至極為強(qiáng)烈，它們嚴(yán)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(shè)備的接地裝置、建筑、構(gòu)架的避雷針接 地粧等，都能使地面電位產(chǎn)生很大的差別，并且隨時(shí)會(huì)有變 化。因此，地磅的接地裝置若設(shè)置不妥，反而會(huì)由接地 導(dǎo)線引入干擾。這些干擾主要是通過下列方式和耦合途徑引 入儀表系統(tǒng)的。

2.1空間中的干擾源及耦合途徑

（1）工頻噪聲干擾

輸電線路周圍存在著50Hz的交變電磁場(chǎng)，假如儀 表系統(tǒng)中的信號(hào)電纜有一段相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度與輸電線平行，則此 時(shí)儀表系統(tǒng)與大地之間形成的封閉回路相當(dāng)于一匝線圈，工 頻交變磁場(chǎng)就會(huì)在信號(hào)線上激發(fā)起一個(gè)相當(dāng)量值的電動(dòng)勢(shì)。 尤其是大功率輸電線路，即使遠(yuǎn)離信號(hào)電纜，由于電流較 大,仍然會(huì)通過電磁感應(yīng)（即磁的稱合）和靜電感應(yīng)（即電 的耦合）兩種途徑，在信號(hào)線上引起干擾。

大容量變壓器和大功率電動(dòng)機(jī)，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的漏 磁磁通，致使影響區(qū)域內(nèi)的信號(hào)線產(chǎn)生工頻電磁感應(yīng)噪聲。

（2）電子開關(guān)、脈沖發(fā)生器引起的干擾

這類電子器件在工作時(shí)，雖然不產(chǎn)生火花放電，但由 于線路內(nèi)電流產(chǎn)生急劇變化，引起很高的前沿，以致產(chǎn)生高 能量的脈沖電磁場(chǎng)。它以電磁感應(yīng)方式耦合到儀表系統(tǒng)的信 號(hào)線路，激發(fā)出高次諧波，產(chǎn)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100u f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(chǎng)的干擾

地球表面的任何空間，因廣播、電視、通信、郵電和雷達(dá)等設(shè)備收發(fā)信號(hào)及企業(yè)的高頻淬火等原因，均存在者數(shù) 以千計(jì)的各種頻率的射頻電磁場(chǎng)。而儀表系統(tǒng)的信號(hào)線此時(shí) 則相當(dāng)于一根接收天線，盡管遠(yuǎn)離各種發(fā)射臺(tái)’但仍會(huì)以電 磁輻射耦合方式（天線效應(yīng)）引入射頻干擾。

通過電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)所引入的干擾大部分是50Hz 的工頻干擾電壓。對(duì)稱重儀表的干擾4要是50周的工頻干 擾。另外帶整彘子的電機(jī)等設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生高周波的干擾。雷 云相互之間、雷云與大地之間的放電，也能通過電磁感應(yīng)途 徑，在信號(hào)線上引起40kHz以內(nèi)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，但亊實(shí)上，局部地區(qū)的 地電位是經(jīng)常變化波動(dòng)的，其變化的頻率大約在幾百赫茲， 但也會(huì)產(chǎn)生上千赫茲的變化脈沖，其峰值在mV或M V量 級(jí)。特別是遇到雷擊，大電流通過避雷針和其它設(shè)備的防雷 接地樁疏流，以及大功率電氣設(shè)備漏電、電力線路開閉、負(fù) 載變化等影響時(shí)，則會(huì)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(dǎo)線傳導(dǎo)途徑在儀表系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾。

⑴干擾引入的途徑 共模干擾

地電位的變化可以通過設(shè)備地腳螺釘、設(shè)備本身和傳 感器的安裝底座，傳入傳感器夕晴，帶電夕隋通過分布電容 稱合到稱重傳感器的應(yīng)變電橋中，使傳感器的信號(hào)電纜產(chǎn)生 干擾。盡管采用的前置放大器為差分輸入，但由于內(nèi)部元件 的參數(shù)不可能絕對(duì)對(duì)稱，所以放大后的信號(hào)還會(huì)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(nèi)部，在模擬地與 數(shù)字地之間同樣會(huì)引入干擾。此時(shí)擬采用光電隔離器或變壓 器把它們斷開，以抑制共模干擾。

⑵干擾引入的途徑二——兩點(diǎn)接地引入的干擾

在大地中，各各不同點(diǎn)之間存在有電位差。尤其在大 功率用電設(shè)備附近，當(dāng)這些設(shè)備的絕緣性能較差時(shí)，這一電 位差更大。若信號(hào)電纜屏蔽線一端接傳感器夕晴，另一端接 稱重儀表^隋，并且兩端分別接地，這樣就會(huì)把兩個(gè)不同接 地點(diǎn)的電位差引入稱重儀表。并同時(shí)產(chǎn)生以大地為連線的回 路電流，從而屏蔽層內(nèi)的回路電流以電磁感應(yīng)和電容耦合兩 種途徑在信號(hào)線上產(chǎn)生干擾。

(3)干擾引入的途徑三——共接地線的對(duì)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(huì)引起共阻 抗噪聲。儀表系統(tǒng)中若干個(gè)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(gè)傳感器地線入地電流的變化， 就會(huì)在這條公共接地線始端產(chǎn)生電位變化，從兩對(duì)其它單元 產(chǎn)生干擾，為提高接地的可靠性，避免對(duì)地電流弓丨入的阻抗 噪聲，接地線不能串聯(lián)使用，可采用共用一組接地裝置的并 聯(lián)方法?如圖1所示，為SCS系列全電子汽車衡的一種信號(hào)線屏蔽層共用一組接地裝置的方法（可在稱重儀表處接 地，也可在傳感器處接地）。只要接地線盡量粗’布置對(duì)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，為減少地點(diǎn)位變化引入的干擾，應(yīng)采 用信號(hào)線屏蔽系統(tǒng)單端入地，并加大接地線截面積（一般應(yīng)大于4mm2),以減少接地線電阻。

3.抗干擾技術(shù)獅施

干擾問題的形成是因?yàn)楦蓴_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，而對(duì)儀表系統(tǒng)產(chǎn)生影響。為了避免和減少干擾的影 響，在設(shè)計(jì)儀表時(shí)就應(yīng)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(hào)導(dǎo)線的扭絞、屏蔽、接地（即為干擾信號(hào)謝娥放 通路）、浮置（即阻斷干擾信號(hào)的通路）、平衡、濾波和 隔離等。其中，屏蔽（即靜電屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽兩種）、屏蔽 接地技術(shù)和措施是本文所要介紹的。因?yàn)楸M管日益先進(jìn)的儀 表技術(shù)可采用各種相應(yīng)A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脈對(duì)絕大多數(shù)類型的干擾 信號(hào)，都是一種有效的抑制手段，尤其對(duì)變化頻率與稱重信 號(hào)一致的干擾信號(hào)’上述儀表技術(shù)就無法抑制，只有強(qiáng)雌 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或者完全浮地，或者通過外殼 上的接地螺釘與接地粧有可靠穩(wěn)定的連接，可視具體情況而 定。如果不存在由接地導(dǎo)線傳播途徑引入的干擾，則對(duì)于一 般地磅，傳感器與安裝底座之間不設(shè)置絕緣墊，而與地磅的預(yù)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(yīng)設(shè)置專用接地粧’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 地共模干擾，而且還能消除因空間電磁場(chǎng)、靜電感應(yīng)等影響因素而在橋路網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的干擾信號(hào)。因?yàn)閭鞲衅?/span>外殼本身 就是一個(gè)外屏蔽罩，可保護(hù)彈性體內(nèi)部的應(yīng)變片的連接線 路。

3.2信號(hào)電纜的屏蔽和接地

儀表系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸應(yīng)用最普遍的是有線傳輸，有 線傳輸方式中多數(shù)為電壓傳輸。由于信號(hào)線上傳輸?shù)牡碗娖?/span> 電壓信號(hào)很弱，一般為mV級(jí)；并要通過一定距離傳輸至稱 重儀表。因此除有用信號(hào)外，因各種原因，經(jīng)常會(huì)有一些與 被測(cè)信號(hào)無關(guān)的電壓或電流存在，從而使干擾進(jìn)入稱重儀 表。為減降信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)引入的干擾噪聲，可采取下列有效 措施：

（1）信號(hào)電纜采用屏蔽電纜。實(shí)踐工作中，我們多將 屏蔽層在條處單端接地’也可在傳感器處接地。

（2）信號(hào)電纜應(yīng)避開動(dòng)力線。若現(xiàn)場(chǎng)無法與動(dòng)力線遠(yuǎn) 離’則只能采用電纜金屬防護(hù)管道的隔離式屏蔽措施。其磁 屏蔽原理如圖2所示。應(yīng)該注意的是，非磁性屏蔽體對(duì) 50HZ工頻的磁場(chǎng)無屏蔽效果。必要時(shí)可將信號(hào)線穿入鐵管 中，并把鐵管接地。由于鐵管磁阻很小，進(jìn)入鐵管的磁場(chǎng)會(huì) 大大降低，使信號(hào)線得到磁屏蔽。

⑶電纜受到?jīng)_擊、振動(dòng)、彎曲時(shí)，其絕緣層與屏蔽 層之間會(huì)產(chǎn)生局部分離和摩擦，以致由于靜電效應(yīng)會(huì)在屏蔽 層產(chǎn)生電荷運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)會(huì)以電容耦合、電磁耦合方式在 信號(hào)線上產(chǎn)生噪聲。為此，必要時(shí)可采用同軸電纜加以克 服。一況下’信號(hào)電纜屏蔽層可采用圖3所示的“電子 衡器的屏蔽接地系統(tǒng)示意圖”中的接地線路。

3.3稱重顯示儀表的屏蔽接地

稱重儀表的抗能力應(yīng)從兩個(gè)方面考慮：一是儀表的抗 干擾設(shè)計(jì)，二是儀表內(nèi)部線路與器件之間的抗干擾措施。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(huì)對(duì)表內(nèi)的信號(hào)線路引起兩方面干擾：一是220V50HZ的民用電在初級(jí)線圈產(chǎn)生的磁通，不可能全部 被有效地用于電壓變換，鐵心姓有漏測(cè)量纖形成 干擾。二是由于種種原因，初級(jí)線圈引入的異常電壓（如 因交流電源負(fù)載突變等影響而進(jìn)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(chǎn)生的泄漏電流能達(dá)數(shù)u A至數(shù)十uA,可引入50Hz且與信號(hào)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(jí)輸出電壓發(fā)生 變化’從而對(duì)各器件的工作電壓產(chǎn)生變化或異常。計(jì)對(duì)這 兩種干擾途徑，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(chǎng)。

b)可在初級(jí)次級(jí)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(jí)繞組通過對(duì)屏蔽層的 分布電容直接流入地，以隔離初級(jí)端引入的異常電壓和噪聲 電壓對(duì)次級(jí)繞組的影響。如圖4所示。

(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(gè)弱信號(hào)放大器。放大器 周圍存在雜散電磁場(chǎng)時(shí)，放大器的輸入電路或某些重要元件 處在這種變動(dòng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，就會(huì)通過磁感應(yīng)和靜電感應(yīng) 產(chǎn)生干擾電壓。為抑制外界干擾，通常采用雙端對(duì)稱輸入的差分放大器和單層浮置技術(shù)。將放大器設(shè)置在屏蔽罩內(nèi)，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(dú)引出一根導(dǎo)線，作為內(nèi)屏蔽層保護(hù)端G與信號(hào)線 屏蔽層連接。在要求更高的場(chǎng)合，可采用雙層浮置技術(shù)。

4.結(jié)束語(yǔ)

總之，屏蔽和屏蔽接地技術(shù)在地磅抗干擾中的實(shí) 際應(yīng)用，有效地抑制了儀表系統(tǒng)中絕大部分類型的干擾（噪 聲）。具體實(shí)施中，通過對(duì)系統(tǒng)的稱重傳感器、稱重顯示儀 表和信號(hào)傳輸電纜等關(guān)鍵環(huán)節(jié)綜合采用抗干擾措施（技 術(shù)），大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，使儀表系統(tǒng)能在各種 惡劣復(fù)雜的工作環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，保證了電子稱重系 統(tǒng)的稱量精度和示值的穩(wěn)定可靠。