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、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，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，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，并且隨時會有變 化。因此，地磅的接地裝置若設(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，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)（即磁的稱合）和靜電感應(yīng)（即電 的耦合）兩種途徑，在信號線上引起干擾。

大容量變壓器和大功率電動機(jī)，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)信號及企業(yè)的高頻淬火等原因，均存在者數(shù) 以千計的各種頻率的射頻電磁場。而儀表系統(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M 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。

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，這一電 位差更大。若信號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，這樣就會把兩個不同接 地點(diǎn)的電位差引入稱重儀表。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，從兩對其它單元 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（即為干擾信號謝娥放 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’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、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?yàn)閭鞲衅?/span>外殼本身 就是一個外屏蔽罩，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?/span> 電壓信號很弱，一般為mV級；并要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)的電壓或電流存在，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，可采取下列有效 措施：

（1）信號電纜采用屏蔽電纜。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。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 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。

⑶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(yùn)動。這種運(yùn)動會以電容耦合、電磁耦合方式在 信號線上產(chǎn)生噪聲。為此，必要時可采用同軸電纜加以克 服。一況下’信號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

電源變壓器會對表內(nèi)的信號線路引起兩方面干擾：一是220V50HZ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，鐵心姓有漏測量纖形成 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)u A至數(shù)十uA,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。計對這 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。

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。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，放大器的輸入電路或某些重要元件 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。為抑制外界干擾，通常采用雙端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(dú)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，通過對系統(tǒng)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，使儀表系統(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)的稱量精度和示值的穩(wěn)定可靠。