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(duì)電子 稱(chēng)重系統(tǒng)，詳細(xì)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

隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(yīng) 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(tái)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(Mi-croprocessor) 的應(yīng)用，極大地改善了電子衡器儀表 系統(tǒng)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(tǒng)的稱(chēng)量準(zhǔn)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(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(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(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(chēng)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(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(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(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(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(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(guò)下列方式和耦合途徑 引入電子稱(chēng)重系統(tǒng)的。

2.1空間中的干擾源及耦合途徑 0)工頻噪聲干擾

a輸電線路周?chē)嬖谥?/span>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(guò)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(hào)線上引起干擾。

b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。

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(dá)等沒(méi)備收發(fā)信號(hào)及企業(yè)的高頻淬火等 原因，而存在著數(shù)以千計(jì)的各種頻率的射頻電磁 場(chǎng)，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(guò)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(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(jī)等設(shè) 備，會(huì)產(chǎn)生高周波的干擾。雷云相互之間、雷云 與大地之問(wèn)的放電，也能通過(guò)電磁感應(yīng)途徑，在 信號(hào)線上引起40kHz以?xún)?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(lái)說(shuō)是零電位，但事實(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V量級(jí)。特別是遇到雷擊， 大電流通過(guò)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(kāi)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(guò)接地導(dǎo)線傳導(dǎo)途徑在儀表 系統(tǒng)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(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(guò)分布電容耦合到稱(chēng)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(chēng)，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(chēng)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(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干擾引入的途徑之三一共接地線的對(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(chēng) 重儀表共用一接地線，則稱(chēng)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，從而對(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(duì)稱(chēng) 并減少線路電阻，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(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6mm2),以減少接地線電阻。

3.抗干擾技術(shù)和措施

干擾問(wèn)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(guò)一定的耦合通道，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)提供泄放通路)、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 所要重點(diǎn)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)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(duì)絕大 多數(shù)類(lèi)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(chēng)重信號(hào)一致的干擾信號(hào)，儀 表技術(shù)就無(wú)法抑制，只有強(qiáng)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(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問(wèn)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(mǎn)足 抗共模干擾的要求，傳感器與大地之間應(yīng)設(shè)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(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)閭鞲衅魍鈿け旧砭褪且粋€(gè)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(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)牡碗娖诫妷盒盘?hào)很弱，一般為mV 級(jí)；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(hào)外，因各種原因，經(jīng)常會(huì)有一些與被 測(cè)信號(hào)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(hào)傳輸環(huán)節(jié)引入的干擾噪聲， 可采取以下有效措施：

(D信號(hào)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(hào)電纜應(yīng)避開(kāi)動(dòng)力線。若現(xiàn)場(chǎng)無(wú)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。應(yīng)該注意的是，非磁性屏蔽體對(duì) 50Hz工頻的磁場(chǎng)無(wú)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。

(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(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。必要時(shí)可采用同軸電纜加以克服。

—般情況下，信號(hào)電纜屏蔽層可采用圖1所 示的接地線路。

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(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(duì)表內(nèi)的信號(hào)線路引起兩方面 干擾：一是220V/50Hz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 心外會(huì)有漏磁通對(duì)測(cè)量線路形成干擾。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)|J A至數(shù)十|JA,可引入50Hz且與信號(hào)疊 加的工頻干擾)，可通過(guò)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。針對(duì)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(kāi)路線圈或 開(kāi)路銅箔，并把其中一端接地，使干擾由初級(jí)繞組 通過(guò)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。

(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(hào)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(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(duì)稱(chēng)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。在技術(shù)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)在電子稱(chēng)重系統(tǒng)抗 干擾中的實(shí)際應(yīng)用，有效地抑制了系統(tǒng)中絕大部分 類(lèi)型的干擾(噪聲)。在具體實(shí)施中，通過(guò)對(duì)電子稱(chēng) 重系統(tǒng)中的稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)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(chēng)重 系統(tǒng)的稱(chēng)量準(zhǔn)確度和示值的穩(wěn)定可靠。