本文對(duì)地磅模擬稱重傳感器干擾源、干擾種類(lèi)及干擾現(xiàn)象及應(yīng)用時(shí)應(yīng)該采取的抗 干擾措施作了分析、說(shuō)明，以便設(shè)計(jì)或使用者對(duì)傳感器、儀器儀表的電路原理、具體布線、屏蔽、 電源的抗擾動(dòng)能力、數(shù)字地或模擬地的處理以及抗干擾型式和技術(shù)不斷改進(jìn)，提高稱重系統(tǒng)的 可靠性和穩(wěn)定性。

1.前言

地磅模擬稱重傳感器的應(yīng)用非常廣泛，不論是在工 業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防建設(shè)，還是在日常生活、教育事業(yè)以 及科學(xué)研究等領(lǐng)域，處處可見(jiàn)模擬稱重傳感器的身 影。但在模擬稱重傳感器的設(shè)計(jì)和使用中，都有一 個(gè)如何使其測(cè)量精度達(dá)到最高的問(wèn)題。而眾多的干 擾一直影響著傳感器的測(cè)量精度，如：現(xiàn)場(chǎng)大耗能 設(shè)備多，特別是大功率感性負(fù)載的啟停往往會(huì)使電 網(wǎng)產(chǎn)生幾百伏甚至幾千伏的浪涌脈沖干擾甚至損 壞；工業(yè)電網(wǎng)欠壓或過(guò)壓龍巖部分煤礦企業(yè)供電 電壓在160VH0V波動(dòng)），常常達(dá)到額定電壓的 35%左右，這種惡劣的供電有時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾分鐘、幾小 時(shí)，甚至幾天；各種信號(hào)線綁扎在一起或走同一根 多芯電纜，信號(hào)會(huì)受到干擾，特別是信號(hào)線與交流 動(dòng)力線同走一個(gè)長(zhǎng)的管道中干擾尤甚；多路開(kāi)關(guān)或 保持器性能不好，也會(huì)引起通道信號(hào)的竄擾；空間 各種電磁、氣象條件、雷電甚至地磁場(chǎng)的變化也會(huì) 干擾傳感器的正常工作。此外，現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度的變 化可能引起電路參數(shù)發(fā)生變化，腐蝕性氣體、酸堿 鹽的作用，野外的風(fēng)沙、雨淋，甚至鼠咬蟲(chóng)蛀等都會(huì) 影響傳感器的可靠性。模擬稱重傳感器輸出的一般 都是mV級(jí)信號(hào)，信號(hào)需要放大、處理、整形以及抗 干擾，也就是將傳感器的微弱信號(hào)精確地放大到A/D 轉(zhuǎn)換所需要的信號(hào)或統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：如040VDC 或440mADg，并達(dá)到所需要的技術(shù)指標(biāo)。這就要 求設(shè)計(jì)制作者，必須注意到模擬稱重傳感器電路圖 上未表示出來(lái)的某些問(wèn)題，即抗干擾問(wèn)題。只有搞清 楚模擬稱重傳感器的干擾源以及干擾作用方式，設(shè) 計(jì)出消除干擾的電路或預(yù)防干擾的措施，才能達(dá)到 應(yīng)用模擬稱重傳感器的最佳狀態(tài)。

2.干擾源、干擾種類(lèi)及干擾現(xiàn)象

傳感器及儀器儀表在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行所受到的干擾多 種多樣，具體情況具體分析，對(duì)不同的干擾采取不同 的措施是抗干擾的原則。這種靈活機(jī)動(dòng)的策略與普 適性無(wú)疑是矛盾的，解決的辦法是采用模塊化的方 法，除了基本構(gòu)件外，針對(duì)不同的運(yùn)行場(chǎng)合，儀器可 裝配不同的選件以有效地抗干擾、提高可靠性。在進(jìn) 一步討論電路元件的選擇、電路和系統(tǒng)應(yīng)用之前，有 必要分析影響模擬稱重傳感器精度的干擾源及干擾種類(lèi)。

2.1主要干擾源

2.1.1靜電感應(yīng)：靜電感應(yīng)是由于兩條支電路或元件之間存在著寄生電容，使一條支路上的電荷 通過(guò)寄生電容傳送到另一條支路上去,因此又稱電 容性耦合。

2.1.2電磁感應(yīng)：當(dāng)兩個(gè)電路之間有互感存在 時(shí),一個(gè)電路中電流的變化就會(huì)通過(guò)磁場(chǎng)耦合到另 一個(gè)電路,這一現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。例如變壓器及 線圈的漏磁、通電平行導(dǎo)線等。

2.1.3漏電流感應(yīng)：由于電子線路內(nèi)部的元件 支架、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)或外殼等 絕緣不良,特別是傳感器的應(yīng)用環(huán)境濕度較大，絕緣 體的絕緣電阻下降，導(dǎo)致漏電電流增加就會(huì)引起干 擾。尤其當(dāng)漏電流流入測(cè)量電路的輸入級(jí)時(shí)，其影 響就特別嚴(yán)重。

2.1.4射頻干擾：主要是大型動(dòng)力設(shè)備的啟動(dòng)、 操作停止的干擾和高次諧波干擾。如可控硅整流系 統(tǒng)的干擾等。

2.1.5其他干擾：現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)除了 易受以上干擾外，由于系統(tǒng)工作環(huán)境較差，還容易受 到機(jī)械干擾、熱干擾及化學(xué)干擾等。

2.2干擾的種類(lèi)

2.2.1常模干擾：常模干擾是指干擾信號(hào)的侵 入在往返2條線上是一致的。常模干擾來(lái)源一般是 周?chē)^強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，使儀器受周?chē)蛔兇艌?chǎng)影響 而產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)形成干擾，這種干擾較難除掉。

2.2.2共模干擾：共模干擾是指干擾信號(hào)在2 條線上各流過(guò)一部分，以地為公共回路，而信號(hào)電流 只在往返2個(gè)線路中流過(guò)。共模干擾的來(lái)源一般是 設(shè)備對(duì)地漏電、地電位差、線路本身具有對(duì)地干擾 等。由于線路的不平衡狀態(tài)，共模干擾會(huì)轉(zhuǎn)換成常模 干擾，這樣干擾就較難除掉了。

2.2.3長(zhǎng)時(shí)干擾：長(zhǎng)時(shí)干擾是指長(zhǎng)期存在的干 擾，此類(lèi)干擾的特點(diǎn)是干擾電壓長(zhǎng)期存在且變化不 大，用檢測(cè)儀表很容易測(cè)出，如電源線或鄰近動(dòng)力線 的電磁干擾都是連續(xù)的交流50Hz工頻干擾。

2.2.4意外的瞬時(shí)干擾：意外瞬時(shí)干擾主要在 電氣設(shè)備操作時(shí)發(fā)生，如合閘或分閘等，有時(shí)也在伴 隨雷電發(fā)生或無(wú)線電設(shè)備工作瞬間產(chǎn)生。

干擾可粗略地分為3個(gè)方面：

（a）局部產(chǎn)生即不需要的熱電偶）；(b)子系統(tǒng)內(nèi)部的耦合(即地線的路徑問(wèn)題)；

(c)外部產(chǎn)生Bp電源頻率的干擾）。

2.3干擾現(xiàn)象：在應(yīng)用中，常會(huì)遇到以下幾種

主要干擾現(xiàn)象。

2.3.1發(fā)指令時(shí)，電機(jī)無(wú)規(guī)則地轉(zhuǎn)動(dòng)；

2.3.2信號(hào)等于零時(shí)，數(shù)字顯示表數(shù)值亂跳； 2.3.3傳感器工作時(shí)，其輸出值與實(shí)際參數(shù)所 對(duì)應(yīng)的信號(hào)值不吻合，且誤差值是隨機(jī)的、無(wú)規(guī)律的； 2.3.4當(dāng)被測(cè)參數(shù)穩(wěn)定的情況下，傳感器輸出 的數(shù)值與被測(cè)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)數(shù)值的差值為一穩(wěn) 定或呈周期性變化的值；

2.3.5與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源的設(shè)備 (如顯示器等）工作不正常。

干擾進(jìn)入定位控制系統(tǒng)的渠道主要有兩類(lèi)：信 號(hào)傳輸通道干擾，干擾通過(guò)與系統(tǒng)相聯(lián)的信號(hào)輸入 通道、輸出通道進(jìn)入；供電系統(tǒng)干擾。

信號(hào)傳輸通道是控制系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)器接收反饋信 號(hào)和發(fā)出控制信號(hào)的途徑。因?yàn)槊}沖波在傳輸線上 會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減與通道干擾，所以在傳輸過(guò) 程中，長(zhǎng)線的干擾是主要因素。任何電源及輸電線路 都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起了電源的噪聲干 擾，如果沒(méi)有內(nèi)阻，無(wú)論何種噪聲都會(huì)被電源短路吸 收，線路中也不會(huì)建立起任何干擾電壓。此外，交流 伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器本身也是較強(qiáng)的干擾源，它可以通 過(guò)電源對(duì)其它設(shè)備進(jìn)行干擾。

3.抗干擾的措施 3.1供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì) 對(duì)傳感器、儀器儀表正常工作危害最嚴(yán)重的是 電網(wǎng)尖峰脈沖干擾，產(chǎn)生尖峰干擾的用電設(shè)備有：電 焊機(jī)、大電機(jī)、可控機(jī)、繼電接觸器、帶鎮(zhèn)流器的充氣 照明燈，甚至電烙鐵等。尖峰干擾可用硬件、軟件結(jié) 合的辦法來(lái)抑制。

3.1.1用硬件線路抑制尖峰干擾的影響 常用辦法主要有三種：

①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原 理設(shè)計(jì)的干擾控制器，將尖峰電壓集中的能量分配 到不同的頻段上，從而減弱其破壞性；

②在儀器交流電源輸入端加超級(jí)隔離變壓器， 利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖；

③在儀器交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻或 TVS，利用尖峰脈沖到來(lái)時(shí)電阻值減小以降低儀器 從電源分得的電壓，從而削弱干擾的影響。

3.1.2利用軟件方法抑制尖峰干擾 對(duì)于周期性干擾，可以采用編程進(jìn)行時(shí)間濾波， 也就是用程序控制可控硅導(dǎo)通瞬間不采樣，從而有效地消除干擾。

3.1.3采用硬、軟件結(jié)合的看門(mén)狗：watchdog)

技術(shù)，抑制尖峰脈沖的影響

軟件：在定時(shí)器定時(shí)到之前，CPU訪問(wèn)一次定 時(shí)器，讓定時(shí)器重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，正常程序運(yùn)行，該定 時(shí)器不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖,watchdog也就不會(huì)起作用。 一旦尖峰干擾出現(xiàn)“飛程序”則CPU就不會(huì)在 定時(shí)到之前訪問(wèn)定時(shí)器，因而定時(shí)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)， 從而引起系統(tǒng)復(fù)位中斷，保證智能儀器回到正常程 序上來(lái)。

3.1.4實(shí)行電源分組供電，例如：將執(zhí)行電機(jī)的 驅(qū)動(dòng)電源與控制電源分開(kāi)，以防止設(shè)備間的干擾。

3.1.5采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流 伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)其它設(shè)備的干擾。該措施對(duì)以上幾種 干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。

3.1.6采用隔離變壓器

考慮到高頻噪聲通過(guò)變壓器主要是靠初、次級(jí) 寄生電容耦合的，因此在隔離變壓器的初、次級(jí)之間 均用屏蔽層隔離，以減少其分布電容，提高抵抗共模 干擾能力。

3.1.7采用高抗干擾性能的電源，如利用頻譜 均衡法設(shè)計(jì)的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機(jī)干 擾非常有效，它能把高尖峰的擾動(dòng)電壓脈沖轉(zhuǎn)換成 低電壓峰值電壓峰值小于TTL電平）的電壓，但干 擾脈沖的能量不變，從而可以提高傳感器、儀器儀表 的抗干擾能力。

3.2局部產(chǎn)生誤差的消除

在低電平測(cè)量中，對(duì)于在信號(hào)路徑中所用的：或 構(gòu)成的）材料必須給予嚴(yán)格的注意，在簡(jiǎn)單的電路中 遇到的焊錫、導(dǎo)線以及接線柱等都可能產(chǎn)生實(shí)際的 熱電勢(shì)。由于它們經(jīng)常是成對(duì)出現(xiàn)，因此盡量使這 些成對(duì)的熱電偶保持在相同的溫度下是很有效的措 施。為此一般用熱屏蔽、散熱器沿等溫線排列或者 將大功率電路和小功率電路分開(kāi)等辦法，使熱梯度 減到最小兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線如鎳鉻一 康銅線）的接點(diǎn)可能產(chǎn)生0.2mV/°C的溫漂，這相當(dāng) 于高精度低漂移的運(yùn)放管OP-27CP)的溫漂，是斬 波放大器:7650CPA)溫漂的兩倍。雖然采用插座開(kāi) 關(guān)、接插件、繼電器等形式能使更換電器元件或組件 方便一些，但缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生接觸電阻?熱電勢(shì)或兩 者兼而有之，其代價(jià)是增加低電平分辨力的不穩(wěn)定 性，也就是說(shuō)它比直接連接系統(tǒng)的分辨力要差、精度 要低、噪聲增加、可靠性降低。因此，在低電平放大中 盡可能地不使用開(kāi)關(guān)、接插件是減少故障、提高精度 的重要措施。

在微伏信號(hào)放大電路中，焊錫也可能成為低電 平的故障，因?yàn)樵诤稿a的焊點(diǎn)上也產(chǎn)生熱電勢(shì)。因 而，在微伏電平的輸入電路中應(yīng)采用特殊的低溫焊 錫，如kesterl544型焊錫。另外還有這樣的例子：必 須在一條線路中仔細(xì)地切斷一處，再用焊錫接起來(lái), 用于補(bǔ)償另一條線路中搭接處或焊錫點(diǎn)所產(chǎn)生的熱 電勢(shì)。

3.3其他抗干擾技術(shù)

3.3.1穩(wěn)壓技術(shù)

目前智能傳感器及儀器儀表開(kāi)發(fā)中常用的穩(wěn)壓 電源有兩種：一種是由集成穩(wěn)壓芯片提供的串聯(lián)調(diào) 整電源，另一種是DC- DC穩(wěn)壓電源，這對(duì)防止電網(wǎng) 電壓波動(dòng)干擾儀器正常工作十分有效。

3.3.2抑制共模干擾技術(shù)

采用差分放大器, 提高差分放大器的輸入阻抗

或降低信號(hào)源內(nèi)阻可大大降低共模干擾的影響。

3.3.3軟件補(bǔ)償技術(shù)

外界因素如：溫濕度變化等也會(huì)引起某些參數(shù) 的變化，造成偏差。我們可以利用軟件，根據(jù)外界因 素的變化和誤差曲線進(jìn)行修正，去掉干擾。

總之，抗干擾是一個(gè)非常復(fù)雜、實(shí)踐性很強(qiáng)的問(wèn) 題，一種干擾現(xiàn)象可能是由若干因素引起的。因此, 在智能傳感器、儀器以及測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們不 僅應(yīng)預(yù)先采取抗干擾的措施，在調(diào)試過(guò)程中還應(yīng)及 時(shí)分析出遇到的現(xiàn)象，對(duì)傳感器、儀器儀表的電路原 理、具體布線、屏蔽、電源的抗擾動(dòng)能力、數(shù)字地或模 擬地的處理以及防護(hù)形式不斷改進(jìn)，提高傳感器的 可靠性和穩(wěn)定性。