文章主要分析了地磅所處工業(yè)環(huán)境中的干擾源及耦合途徑，針對電子 稱(chēng)重系統，詳細介紹了能有效抑制絕大部分類(lèi)型干擾的屏蔽和屏蔽接地措施技術(shù)。

1.概述

隨著(zhù)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(chēng)重技術(shù)中的的廣泛應 用，大大地推動(dòng)了電子稱(chēng)重技術(shù)的向前發(fā)展，使 之邁上了一個(gè)新臺階。特別是大規模集成電路、 超大規模集成電路技術(shù)的日益成熟和微處理器(Mi-croprocessor) 的應用，極大地改善了電子衡器儀表 系統中稱(chēng)重傳感器和稱(chēng)重顯示儀表的性能，促使 稱(chēng)重傳感器和稱(chēng)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(chēng)重系統的稱(chēng)量準確度和 分辨率。

由于大部分地磅所處的工業(yè)環(huán)境條件比 較惡劣，且很復雜，其儀表系統經(jīng)常受電磁輻射、 靜電感應、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(guò) 一定的輔合方式(串模干擾和共模干擾方式)，和一 定的耦合通道進(jìn)入測量系統的信號回路，使有用 信號發(fā)生誤差，歪曲測量結果，從而致使儀表系 統的稱(chēng)量精度、靈敏度和可靠性降低，嚴重時(shí)甚 至使儀表系統完全不能工作。因此必須采用相應 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 證地磅稱(chēng)重的準確可靠和示值的穩定。

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(lèi)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(chǎng)在交織變 化著(zhù)，有的甚至極為強烈，它們嚴重沖擊影響著(zhù) 儀表系統。放置電子衡器的大地表面不一定是理 想的零電位，如各種電氣設備的接地裝置、建筑、 構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(shí)會(huì )有變化。因此，電子衡器 的接地裝置若設置不妥，反而會(huì )由接地導線(xiàn)引入 干擾，這些干擾主要是通過(guò)下列方式和耦合途徑 引入電子稱(chēng)重系統的。

2.1空間中的干擾源及耦合途徑 0)工頻噪聲干擾

a輸電線(xiàn)路周?chē)嬖谥?zhù)50Hz的交變電磁場(chǎng), 假如儀表系統中的信號電纜有一段相當的長(cháng)度與 輸電線(xiàn)平行，則此時(shí)儀表系統與大地之間形成的封閉回路相當于一匝線(xiàn)圈，工頻交變磁場(chǎng)就會(huì )在 信號線(xiàn)上激發(fā)起一個(gè)相當量值的電動(dòng)勢。尤其是 大功率輸電線(xiàn)路，即使遠離信號電纜，由于電流 較大，仍然會(huì )通過(guò)電磁感應(即磁的耦合)和靜電感 應(即電的耦合)兩種途徑，在信號線(xiàn)上引起干擾。

b大容量變壓器和大功率電動(dòng)機，會(huì )產(chǎn)生相 當大的漏磁磁通，致使影響區域內的信號線(xiàn)產(chǎn)生 工頻電磁感應噪聲。

Q電子開(kāi)關(guān)、脈沖發(fā)生器引起的干擾 這類(lèi)電子器件在工作時(shí)，雖然不產(chǎn)生火花放 電，但由于線(xiàn)路內電流產(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 磁感應方式耦合到儀表系統的信號線(xiàn)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(chēng)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、 郵電和雷達等沒(méi)備收發(fā)信號及企業(yè)的高頻淬火等 原因，而存在著(zhù)數以千計的各種頻率的射頻電磁 場(chǎng)，儀表系統的信號線(xiàn)此時(shí)則相當于一根接收天 線(xiàn)，盡管遠離各種發(fā)射臺，但仍會(huì )以電磁輻射耦 合方式(天線(xiàn)效應)引入射頻干擾。

通過(guò)電磁感應、靜電感應所引入的干擾大部 分是50Hz的工頻干擾電壓。對稱(chēng)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 備，會(huì )產(chǎn)生高周波的干擾。雷云相互之間、雷云 與大地之問(wèn)的放電，也能通過(guò)電磁感應途徑，在 信號線(xiàn)上引起40kHz以?xún)鹊牡皖l噪聲。

2.2大地引入的干擾及傳輸途徑 大地電位總的來(lái)說(shuō)是零電位，但事實(shí)上，局 部地區的地電位是經(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V量級。特別是遇到雷擊， 大電流通過(guò)避雷針和其它設備的防雷接地樁疏流， 以及大功率電氣設備漏電、電力線(xiàn)路開(kāi)閉、負載 變化等影響時(shí)，則會(huì )引起被影響區域地電位的較 大變化，這種變化通過(guò)接地導線(xiàn)傳導途徑在儀表 系統中產(chǎn)生干擾。

(D干擾引入的途徑之 共模干擾

地電位的變化可以通過(guò)設備地腳螺栓、設備 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(guò)分布電容耦合到稱(chēng)重傳感器 的應變電橋中，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，但由于內部 元件的參數不可能絕對對稱(chēng)，所以放大后的信號 還會(huì )存在這種共模干擾噪聲。

共模干擾同樣存在于稱(chēng)重顯示儀表內部，在 模擬地與數字地之間同樣會(huì )引入干擾，此時(shí)擬可 采用光電隔離器或變壓器把它們斷開(kāi)，以抑制共 模干擾。

(2干擾引入的途徑之二一兩點(diǎn)接地引入的

干擾

在大地中，各個(gè)不同點(diǎn)之間存在有電位差。尤 其在大功率用電設備附近，當這些設備的絕緣性能 較差時(shí)，這一電位差更大。若信號電纜屏蔽線(xiàn)一端 接傳感器外殼，另一端接稱(chēng)重儀表外殼，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(chēng)重顯示儀表。并同時(shí)產(chǎn)生以大地為連線(xiàn)的回路 電流，從而屏蔽層內的回路電流以電磁感應和電容 耦合兩種途徑在信號線(xiàn)上產(chǎn)生干擾。

(3干擾引入的途徑之三一共接地線(xiàn)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(xiàn)，則會(huì ) 引起共阻抗噪聲。儀表系統中若干個(gè)傳感器與稱(chēng) 重儀表共用一接地線(xiàn)，則稱(chēng)重儀表地線(xiàn)或某一個(gè) 傳感器地線(xiàn)入地電流的變化，就會(huì )在這條公共接 地線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)盡量粗，布置對稱(chēng) 并減少線(xiàn)路電阻，就能保證共接地電位不變。

通過(guò)以上分析，為減少地電位變化引入的干 擾，應采用信號線(xiàn)屏蔽系統單端入地，并加大接地 線(xiàn)截面積(一般應大于6mm2),以減少接地線(xiàn)電阻。

3.抗干擾技術(shù)和措施

干擾問(wèn)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(guò)一定的耦合通道，對儀表系統產(chǎn)生影響。 為了避免和減少干擾的影響，在設計儀表時(shí)就應 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：信號導線(xiàn)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(chǎng)屏蔽兩種)、屏蔽接地技術(shù)和措施是本文 所要重點(diǎn)介紹的。因為盡管日益先進(jìn)的儀表技術(shù) 可采用各種相應的措施來(lái)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 多數類(lèi)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(chēng)重信號一致的干擾信號，儀 表技術(shù)就無(wú)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(chēng)重傳感器的接地 稱(chēng)重傳感器與大地之間可以完全浮地，也可 以通過(guò)外殼上的接地螺釘與接地樁有可靠穩定的 連接，可視具體情況而定。如果不存在由接地導 線(xiàn)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問(wèn)不設置絕緣墊，而是與電 子衡器的預埋鐵板或地腳螺釘直接連接。為滿(mǎn)足 抗共模干擾的要求，傳感器與大地之間應設置專(zhuān) 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(chǎng)、靜電感應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(gè)外屏蔽 罩，可保護傳感器的彈性體內部的應變片的電子 線(xiàn)路。

3.2信號電纜的屏蔽和接地 儀表系統中的信號傳輸應用最普遍的是有線(xiàn) 傳輸，有線(xiàn)傳輸方式中多數為電壓傳輸。由于信 號線(xiàn)上傳輸的低電平電壓信號很弱，一般為mV 級；并要且通過(guò)一定距離傳輸至稱(chēng)重儀表。因此 除有用信號外，因各種原因，經(jīng)常會(huì )有一些與被 測信號無(wú)關(guān)的電壓或電流存存，從而使干擾進(jìn)入 稱(chēng)重儀表。為減降信號傳輸環(huán)節引入的干擾噪聲， 可采取以下有效措施：

(D信號電纜采用屏蔽電纜。在實(shí)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信號電纜應避開(kāi)動(dòng)力線(xiàn)。若現場(chǎng)無(wú)法與動(dòng) 力線(xiàn)遠離，則只能采用電纜金屬防護管道的隔離 式屏蔽措施。應該注意的是，非磁性屏蔽體對 50Hz工頻的磁場(chǎng)無(wú)屏蔽效果。必要時(shí)可將信號線(xiàn) 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，使信號線(xiàn)得到磁屏

蔽。

(3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)生局部的分離和摩擦，以致由 于靜電效應會(huì )在屏蔽層產(chǎn)生電荷運動(dòng)。這種運動(dòng) 會(huì )以電容耦合、電磁耦合方式在信號線(xiàn)上產(chǎn)生噪 聲。必要時(shí)可采用同軸電纜加以克服。

—般情況下，信號電纜屏蔽層可采用圖1所 示的接地線(xiàn)路。

3.3稱(chēng)重顯示儀表的屏蔽接地 稱(chēng)重儀表的抗干擾能力應從兩個(gè)方面考慮： 一是儀表的抗干擾設計，二是儀表內部線(xiàn)路與器 件之間的抗于擾措施。以下主要介紹后者。

(H電源變壓器的屏蔽和接地 電源變壓器會(huì )對表內的信號線(xiàn)路引起兩方面 干擾：一是220V/50Hz的民用電在初級線(xiàn)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(huì )有漏磁通對測量線(xiàn)路形成干擾。二是由于 種種原因，初級線(xiàn)圈引入的異常電壓(如因交流電 源負載突變等影響而進(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 能達數|J A至數十|JA,可引入50Hz且與信號疊 加的工頻干擾)，可通過(guò)與二次線(xiàn)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?chē)粚觾深^焊接成短路的 銅皮或繞一組短路線(xiàn)圈，以抵消漏磁場(chǎng)。

b可在初級次級繞組間另纏一層開(kāi)路線(xiàn)圈或 開(kāi)路銅箔，并把其中一端接地，使干擾由初級繞組 通過(guò)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(chēng)重儀表的前置放大器是一個(gè)弱信號放大器。 放大器周?chē)嬖陔s散電磁場(chǎng)時(shí)，放大器的輸入電 路中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(guò)磁感應和靜電感應產(chǎn)生干擾電壓。為抑 制外界的這種干擾，通常采用對稱(chēng)輸入的差分放 大器和單層浮置技術(shù)，將放大器設置在屏蔽罩內， 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線(xiàn)，作為內屏 蔽層保護端G與信號線(xiàn)屏蔽層連接。在技術(shù)要求 更高的場(chǎng)合，可采用雙層浮置技術(shù)。

4.結束語(yǔ)

總之，屏蔽和屏蔽接地技術(shù)在電子稱(chēng)重系統抗 干擾中的實(shí)際應用，有效地抑制了系統中絕大部分 類(lèi)型的干擾(噪聲)。在具體實(shí)施中，通過(guò)對電子稱(chēng) 重系統中的稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重顯示儀表和信號傳輸 電纜等關(guān)鍵環(huán)節綜合采用抗干擾措施、技術(shù)，大大 提高了系統的抗干擾能力，使系統能在各種惡劣復 雜的工作環(huán)境中長(cháng)期穩定地工作，保證了電子稱(chēng)重 系統的稱(chēng)量準確度和示值的穩定可靠。