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1概述

隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，及其在電子稱重技術(shù)中的的廣泛應(yīng)用，大大地推動了電子稱重技術(shù)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(shù)的日益成熟和微處理器(Microprocessor)的應(yīng)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(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。

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(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(jìn)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(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（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(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。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(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)架的避雷針接地樁等，都能使地面電位產(chǎn)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(shè)置不妥，反而會由接地導(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(dāng)?shù)拈L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(dāng)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(dāng)量值的電動勢。尤其是大功率輸電線路，即使遠(yuǎn)離信號電纜，由于電流較大，仍然會通過電磁感應(yīng)(即磁的耦合)和靜電感應(yīng)(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(chǎn)生相當(dāng)大的漏磁磁通，致使影響區(qū)域內(nèi)的信號線產(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，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。它以電磁感應(yīng)方式耦合到儀表系統(tǒng)的信號線路，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(dá)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(shù)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(dāng)于一根接收天線，盡管遠(yuǎn)離各種發(fā)射臺，但仍會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(shè)備，會產(chǎn)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(yīng)途徑，在信號線上引起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，但事實上，局部地區(qū)的地電位是經(jīng)常變化波動的，其變化的頻率大約在幾百赫茲，但也會產(chǎn)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(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，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(dǎo)線傳導(dǎo)途徑在儀表系統(tǒng)中產(chǎn)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(shè)備地腳螺栓、設(shè)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(yīng)變電橋中，使傳感器的信號電纜產(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(nèi)部，在模擬地與數(shù)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(shè)備附近，當(dāng)這些設(shè)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(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線上產(chǎn)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(chǎn)生電位變化，從而對其它單元產(chǎn)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(yīng)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(yīng)大于6mm2)，以減少接地線電阻。

3抗干擾技術(shù)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(chǎn)生影響。為了避免和減少干擾的影響，在設(shè)計儀表時就應(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：信號導(dǎo)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(shù)和措施是本文所要重點介紹的。因為盡管日益先進(jìn)的儀表技術(shù)可采用各種相應(yīng)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(shù)，對絕大多數(shù)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(shù)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(dǎo)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(shè)置絕緣墊，而是與電子衡器的預(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(yīng)等影響因素而在橋路網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)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(hù)傳感器的彈性體內(nèi)部的應(yīng)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(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。由于信號線上傳輸?shù)牡碗娖诫妷盒盘柡苋?，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(jīng)常會有一些與被測信號無關(guān)的電壓或電流存存，從而使干擾進(jìn)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(yīng)避開動力線。若現(xiàn)場無法與動力線遠(yuǎn)離，則只能采用電纜金屬防護(hù)管道的隔離式屏蔽措施。應(yīng)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(jìn)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?jīng)_擊、振動、彎曲時，其絕緣層與屏蔽層之間會產(chǎn)生局部的分離和摩擦，以致由于靜電效應(yīng)會在屏蔽層產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)從兩個方面考慮：一是儀表的抗干擾設(shè)計，二是儀表內(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(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)μA至數(shù)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(chǎn)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(yīng)和靜電感應(yīng)產(chǎn)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(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，而只單獨引出一根導(dǎo)線，作為內(nèi)屏蔽層保護(hù)端G與信號線屏蔽層連接。在技術(shù)要求更高的場合，可采用雙層浮置技術(shù)。

4結(jié)束語

總之，屏蔽和屏蔽接地技術(shù)在電子稱重系統(tǒng)抗干擾中的實際應(yīng)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(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，使系統(tǒng)能在各種惡劣復(fù)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(zhǔn)確度和示值的穩(wěn)定可靠。

 

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