电气测量技术-第10章干扰与抑制
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电气干扰与抗干扰PPT课件
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3.4屏蔽 屏蔽是限制内部的电磁能量越出某一区域和防
止外来的能量进入某一区域。一般常用于限制隔离和衰减 辐射干扰，屏蔽的实质是由具有良好导电性能的金属材料 制成的一个全封闭的壳体。 常见的措施有将器件装入软磁材料（如铁板）制成的金属 壳内。 还有广泛采用屏蔽电缆传递电信号。①屏蔽体单端接地， 有时也称为静电屏蔽。②当干扰电场很强而电路灵敏度又 高时，可采用双层屏蔽。注意： 内外屏蔽层之间只能一点 连接，且要加滤波电路，两层之间距离应尽可能大。③传 输线用电缆进行可采用编织、包扎、金属皮屏蔽三种屏蔽 方式。编织电缆柔性好，易弯曲， 寿命长， 直流电阻少， 在低频应用较好，包扎电缆由螺线组成， 适合在视频使用。 缺点是有电感， 金属屏蔽电缆外加料层， 隔离性强， 作 用距离长，柔性小，适用于射频。它们几种也可以组合。
3
我国工频电采用的标准是50Hz，但是在电 网中由于使用各种用电设备带来的各种干 扰源会使电源波形发生畸变，电源中会含 有多种高次谐波，高次谐波容易使电机颤 振、用电设备过热，从而使设备不能正常 运转。直流电源也不是理想的直流电源， 存在纹波，而很多电子器件对需要限制， 纹波超出限定值会使设备不能正常工作。
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屏蔽接地(模拟信号的屏蔽接地)，模拟地是所有的接地中 要求最高的一种，高压变频器要求接地电阻小于0.1Ω，需 在变频器机柜内部安装模拟地汇流排或其他设施。用户在 接线时将屏蔽线分别接到模拟地汇流排上，在机柜底部， 用绝缘多股铜线连接到一点，然后将各机柜的汇流排用绝 缘多股铜导线或铜条以辐射状连接到接地点。注意各机柜 之间的连接电阻需小于1Ω。 本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了可 抑制干扰外，还是使仪表和系统具有本质安全性质的措施 之一。本安接地会因采用的设备不同而不同，安全栅的作 用是使危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。 如果现场端短路，由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作 用，会将导线上的电流限制在安全范围之内，使现场端不 至于产生很高的温度，引起燃烧。如果变频器一端产生故 障，则高压信号加入信号回路，则由于齐纳二极管的作用， 也使电压处于安全范围。
3.4屏蔽 屏蔽是限制内部的电磁能量越出某一区域和防
止外来的能量进入某一区域。一般常用于限制隔离和衰减 辐射干扰，屏蔽的实质是由具有良好导电性能的金属材料 制成的一个全封闭的壳体。 常见的措施有将器件装入软磁材料（如铁板）制成的金属 壳内。 还有广泛采用屏蔽电缆传递电信号。①屏蔽体单端接地， 有时也称为静电屏蔽。②当干扰电场很强而电路灵敏度又 高时，可采用双层屏蔽。注意： 内外屏蔽层之间只能一点 连接，且要加滤波电路，两层之间距离应尽可能大。③传 输线用电缆进行可采用编织、包扎、金属皮屏蔽三种屏蔽 方式。编织电缆柔性好，易弯曲， 寿命长， 直流电阻少， 在低频应用较好，包扎电缆由螺线组成， 适合在视频使用。 缺点是有电感， 金属屏蔽电缆外加料层， 隔离性强， 作 用距离长，柔性小，适用于射频。它们几种也可以组合。
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我国工频电采用的标准是50Hz，但是在电 网中由于使用各种用电设备带来的各种干 扰源会使电源波形发生畸变，电源中会含 有多种高次谐波，高次谐波容易使电机颤 振、用电设备过热，从而使设备不能正常 运转。直流电源也不是理想的直流电源， 存在纹波，而很多电子器件对需要限制， 纹波超出限定值会使设备不能正常工作。
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屏蔽接地(模拟信号的屏蔽接地)，模拟地是所有的接地中 要求最高的一种，高压变频器要求接地电阻小于0.1Ω，需 在变频器机柜内部安装模拟地汇流排或其他设施。用户在 接线时将屏蔽线分别接到模拟地汇流排上，在机柜底部， 用绝缘多股铜线连接到一点，然后将各机柜的汇流排用绝 缘多股铜导线或铜条以辐射状连接到接地点。注意各机柜 之间的连接电阻需小于1Ω。 本安接地，是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了可 抑制干扰外，还是使仪表和系统具有本质安全性质的措施 之一。本安接地会因采用的设备不同而不同，安全栅的作 用是使危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。 如果现场端短路，由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作 用，会将导线上的电流限制在安全范围之内，使现场端不 至于产生很高的温度，引起燃烧。如果变频器一端产生故 障，则高压信号加入信号回路，则由于齐纳二极管的作用， 也使电压处于安全范围。
测试系统的抗干扰技术
共阻抗耦合是由于两个电路共有的阻抗，当一个电路张有电流流 过时，通过共有的阻抗便在另一个电路上产生干扰电压。如几个电路 由同一个电源供电时，会通过电源内阻互相干扰，在放大器中，各级 放大器通过接地线电阻互相干扰。
如图，为共阻抗耦合等效电路。图中: ZC- 两个电路共有的阻抗 ， In-噪声电流源 , UN-被干扰电路感应的电压。
通常200Hz以下时, 差模干扰成分占主要部分。1MHz以上时, 共模 干扰成分占主要成分。
20
2.滤波技术
滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰, 为实现这 两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可把滤波 器分为信号选择滤波器和电磁干扰(EMI)滤波器两大类。
L
E
电 源
滤 波 器
测 量 电 路
滤 波 器
显 示
N
滤波器
传感器
滤波器抑制检测系统干扰的原理框图
21
信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量, 同时是对被选择 信号的幅度相位影响最小的滤波器。
电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁 干扰滤波器常常又分为信号线EMI滤波器、电源EMI滤波器、印刷电路板 EMI滤波器、反射EMI滤波器、隔离EMI滤波器等几类。
L
E
电 源
滤 波 器
测 量 电 路
滤 波 器
显 示
N
滤波器
传感器
滤波器抑制检测系统干扰的原理框图
22
线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线, 由于 导线的存在, 往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。 同时, 这些导线又能接受外部的电磁干扰, 使电路对干 扰很敏感。
C12-导线1.2间的分布电容， C2 、R2 -导线1对地电容、电阻, UN1-导
如图，为共阻抗耦合等效电路。图中: ZC- 两个电路共有的阻抗 ， In-噪声电流源 , UN-被干扰电路感应的电压。
通常200Hz以下时, 差模干扰成分占主要部分。1MHz以上时, 共模 干扰成分占主要成分。
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2.滤波技术
滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰, 为实现这 两大功能而设计的网络都称为滤波器。通常按功用可把滤波 器分为信号选择滤波器和电磁干扰(EMI)滤波器两大类。
L
E
电 源
滤 波 器
测 量 电 路
滤 波 器
显 示
N
滤波器
传感器
滤波器抑制检测系统干扰的原理框图
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信号选择滤波器是以有效去除不需要的信号分量, 同时是对被选择 信号的幅度相位影响最小的滤波器。
电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器。电磁 干扰滤波器常常又分为信号线EMI滤波器、电源EMI滤波器、印刷电路板 EMI滤波器、反射EMI滤波器、隔离EMI滤波器等几类。
L
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电 源
滤 波 器
测 量 电 路
滤 波 器
显 示
N
滤波器
传感器
滤波器抑制检测系统干扰的原理框图
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线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线, 由于 导线的存在, 往往会使线路板上产生过强的电磁辐射。 同时, 这些导线又能接受外部的电磁干扰, 使电路对干 扰很敏感。
C12-导线1.2间的分布电容， C2 、R2 -导线1对地电容、电阻, UN1-导
自动检测过程中的干扰及其抑制方法
在检测过程中,由于各种原因的影响,常会有一些与被测信号无关的电压、电流存在,这样就影响了测量结果,产生测量误差。
这些信号就是干扰,它可分内部干扰和外部干扰。
内部干扰是测量系统内部各部件间的互相干扰。
这种干扰可通过测量装置的正确设计及零部件的合理布局或采取隔离措施,加以消除或减弱。
如仪表中放大器的输入线与输出线、交流电源线,分开走线,不要平行走线,且输入走线尽可能短;又如触发可控硅的脉冲变压器用磁屏蔽,即利用高导磁率材料做成磁屏蔽罩。
外部干扰是测量系统外部的因素对仪器、仪表或系统产生的干扰。
在这里就自动化仪表检测工作中常会遇到的一些干扰及抑制方法归纳如下。
1 机械干扰机械干扰最为严重,也很广泛。
由于振动,会使导线在磁场中运动,产生感应电动势。
抑制这类干扰用减振措施即可,如采用减振弹簧或减振橡胶等。
在有振动的环境中,仪器、仪表信号导线常因松动而影响测量,应定期加以紧固。
在此种环境中,少用动圈仪表。
2 温度干扰由于温度过高,波动且不均匀,在检测中常导致电子元件参数变化或产生热电势,从而对测量结果造成严重干扰。
在工程上,一般采用热屏蔽方法抑制热干扰,而把敏感元件装入恒温箱中。
在电子测量装置中,常采用温度补偿措施,以补偿温度变化时对检测结果的影响。
如:在实际现场使用热电偶时,自由端离热源很近,并随环境温度变化而变化。
所以必须对自由端温度加以补偿。
无论是采用补偿导线还是补偿电桥等,都是为了抑制此种干扰。
又如:本人在修理天津仪表七厂生产的电动执行器位置反馈板时发现,不同的环境温度反应出不同的信号值。
采取的办法是:把反馈回路原有的电阻用普通电阻串联或并联一只热敏电阻代换,在实际应用中,效果相当不错。
再如,热电阻三线制接法,其中两根导线在不同的桥臂上,另一根接电源端,使环境温度变化引起导线阻值的变化。
在不同的桥臂上同时增加或减小,而相互抵消。
四线制接法既可消除连接导线电阻的影响,又可消除线路中寄生电势引起的测量误差。
电气测试技术陈荣保第10章节电气测试安全技术
绝缘材料
（1）绝缘材料分类
①无机绝缘材料有云母、石棉、大理石、电 瓷、玻璃等，主要用作电机、电器的绕组绝 缘，以及开关的底板和绝缘子等。
②有机绝缘材料有虫胶、树脂、橡胶、棉纱、 纸、麻、蚕丝、人造丝等，大多用于制造绝 缘漆、绕组导线的被覆绝缘物等。
③混合绝缘材料是由以上两种材料经加工后 制成的各种成型绝缘材料，用作电器的底座、 外壳等。
第十章 电气测试安全技术
概述
任何测量工作都包括三个元素：测量对象、 测量技术（工具、仪器仪表等）和测量人员。 电气测量工作中存在着两个非常重要的安全 因素：测量对象对测量人员的安全威胁和测 量过程中测量人员对测量对象的影响甚至是 破坏，任何测量方法、测量仪表、测量步骤 及测量人员的不当操作，都可能造成不可估 量的损失。
电气测量安全技术
（2）操作步骤
①在最低能量点进行测量 ②注意所测量的区域，如果情况需要，将双手保持 自由状态 ③在进行单相电路测量时，切记要先连接不带电引 线，然后再连接带电引线。在读取测量数据后， 先断开带电引线，然后断开接地引线。 ④使用三点测试法 ⑤使用最少外露金属的探针 ⑥除非必须使用双手进行测量，否则保持一只手在 口袋中
电气测量安全技术 （3）操作环境分析
①准备如何使用测试仪表？ ②将把仪表放置何处？ ③是否还有些问题影响设备的操作？ ④是否已接受过培训或已具备使用该仪表的相关知 识？ ⑤是否存在某些潜在的环境危险，如树枝或水？ ⑥是否有足够的照明和通风？……
电气测量安全技术 （4）注意事项 ①避免在光线不足的区域作业 ②当在凹槽或较深的测量环境时，请使用探 针延长器和探针灯来照明 ③确保有一名具有相关电气安全知识的助手， 或让其他人知道你的工作地点
（1）不同强度的电流对人体的伤害
010干扰及抑制
1 V i＝ T1
T1
1 ∫ Vi dt＝ T1 0
T1
] ∫ [V ＋ V（ t ） dt＝V ＋V
x n x 0
n
为了抑制串模干扰对测量的影响， 为了抑制串模干扰对测量的影响，应使
Vn＝ 0
1 V n＝ T1
T1
Vn sin （ ω n t ＋ φ） dt ∫
0
V n × Tn π × T1 π × T1 V n＝ × sin × sin( +φ) π × T1 Tn Tn
假设被测电压 Vx 上叠加了一个平 均值为零的正弦波 正弦波干扰信号 均值为零的正弦波干扰信号 Vn （即使是非正弦波电压也可以分的正弦波分量）， 各种频率的正弦波分量）， 即
Vn t）＝Vn sin （ ω n t＋ φ） （
V i＝ Vx＋ Vn t ） （
3.7.2 串模干扰的抑制方法 常见抑制串模干扰的方法有两种： 常见抑制串模干扰的方法有两种： 输入滤波法 积分平均法。 积分平均法。 输入滤波法是利用低通滤波器 低通滤波器滤除 输入滤波法是利用低通滤波器滤除 被测电压中的高频干扰分量， 高频干扰分量 被测电压中的高频干扰分量， 但这主要影响 DVM 对被测信号的 响应速度，降低读数速率。 响应速度，降低读数速率。
中主要采用积分法 在DVM中主要采用积分法来消除串 中主要采用积分法来消除串 模干扰。 模干扰。 1）积分式数字电压表对串模干扰 ） 的平均作用 积分式数字电压表是在某一时间内 对被测信号进行积分，取平均值， 对被测信号进行积分，取平均值， 因此具有优良的抑制串模干扰能力。 因此具有优良的抑制串模干扰能力。
π × T1 sin ＋ φ ＝0 Tn
则
π × T1
T1
1 ∫ Vi dt＝ T1 0
T1
] ∫ [V ＋ V（ t ） dt＝V ＋V
x n x 0
n
为了抑制串模干扰对测量的影响， 为了抑制串模干扰对测量的影响，应使
Vn＝ 0
1 V n＝ T1
T1
Vn sin （ ω n t ＋ φ） dt ∫
0
V n × Tn π × T1 π × T1 V n＝ × sin × sin( +φ) π × T1 Tn Tn
假设被测电压 Vx 上叠加了一个平 均值为零的正弦波 正弦波干扰信号 均值为零的正弦波干扰信号 Vn （即使是非正弦波电压也可以分的正弦波分量）， 各种频率的正弦波分量）， 即
Vn t）＝Vn sin （ ω n t＋ φ） （
V i＝ Vx＋ Vn t ） （
3.7.2 串模干扰的抑制方法 常见抑制串模干扰的方法有两种： 常见抑制串模干扰的方法有两种： 输入滤波法 积分平均法。 积分平均法。 输入滤波法是利用低通滤波器 低通滤波器滤除 输入滤波法是利用低通滤波器滤除 被测电压中的高频干扰分量， 高频干扰分量 被测电压中的高频干扰分量， 但这主要影响 DVM 对被测信号的 响应速度，降低读数速率。 响应速度，降低读数速率。
中主要采用积分法 在DVM中主要采用积分法来消除串 中主要采用积分法来消除串 模干扰。 模干扰。 1）积分式数字电压表对串模干扰 ） 的平均作用 积分式数字电压表是在某一时间内 对被测信号进行积分，取平均值， 对被测信号进行积分，取平均值， 因此具有优良的抑制串模干扰能力。 因此具有优良的抑制串模干扰能力。
π × T1 sin ＋ φ ＝0 Tn
则
π × T1
干扰及抑制
0
为了抑制串模干扰对测量的影响，应使
Vn＝0
1 Vn＝ Vn sin（n t＋）dt T1 0
Vn Tn T1 T1 Vn＝ sin sin( ) T1 Tn Tn
Tn T1 T1 Vn＝Vn sin sin( ) T1 Tn Tn
（1）由此干扰引起的测量误差；
（2）该DVM的串摸抑制比NMRR=？
Vn Tn T1 T1 Vn＝ sin sin( ) T1 Tn Tn
Vn Tn T1 T1 Vn＝ sin sin( ) T1 Tn Tn 20 2 sin 4.9 49
共模干扰的频率范围从直流、低频 直至超高频；
其波形有周期性的正弦波或非正弦波，
也有非周期性的脉冲和随机干扰。
产生共模干扰的原因往往是因为测 量系统的接地问题。
由于被测电压与 DVM 相距较远， 以至两者的地电位不一样， 有时共模电压高达几伏甚至几百伏。
此外，被测信号本身也可能含有共
模电压分量。
上式中最后一项因子的取值在－1和 ＋1之间，考虑最不利的情况取为＋1， 则
Vn Tn T1 Vn＝Vn max＝ sin T1 Tn
以串模抑制比 NMRR （Normal Model Reject Rate ）定量表示DVM 对串模干扰的抑制能力。
串模抑制比 NMRR 的定义：
Vcn r2 Z1 Vcm Z2＋rcm＋r2 Z1＋r1＋rs Vcn r2 Vcm rcm＋r2＋Z2 Vcn r2 Vcm Z2
共模抑制比
Vcm CMRR＝20lg Vcn Z2 CMRR＝20lg r2
CMRR不再为零。
为了抑制串模干扰对测量的影响，应使
Vn＝0
1 Vn＝ Vn sin（n t＋）dt T1 0
Vn Tn T1 T1 Vn＝ sin sin( ) T1 Tn Tn
Tn T1 T1 Vn＝Vn sin sin( ) T1 Tn Tn
（1）由此干扰引起的测量误差；
（2）该DVM的串摸抑制比NMRR=？
Vn Tn T1 T1 Vn＝ sin sin( ) T1 Tn Tn
Vn Tn T1 T1 Vn＝ sin sin( ) T1 Tn Tn 20 2 sin 4.9 49
共模干扰的频率范围从直流、低频 直至超高频；
其波形有周期性的正弦波或非正弦波，
也有非周期性的脉冲和随机干扰。
产生共模干扰的原因往往是因为测 量系统的接地问题。
由于被测电压与 DVM 相距较远， 以至两者的地电位不一样， 有时共模电压高达几伏甚至几百伏。
此外，被测信号本身也可能含有共
模电压分量。
上式中最后一项因子的取值在－1和 ＋1之间，考虑最不利的情况取为＋1， 则
Vn Tn T1 Vn＝Vn max＝ sin T1 Tn
以串模抑制比 NMRR （Normal Model Reject Rate ）定量表示DVM 对串模干扰的抑制能力。
串模抑制比 NMRR 的定义：
Vcn r2 Z1 Vcm Z2＋rcm＋r2 Z1＋r1＋rs Vcn r2 Vcm rcm＋r2＋Z2 Vcn r2 Vcm Z2
共模抑制比
Vcm CMRR＝20lg Vcn Z2 CMRR＝20lg r2
CMRR不再为零。
电气测量技术-电气测试技术（1）
电气测量技术
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绪论
1.5.4 标准电阻
标准电阻是复现和保存电阻单位“欧姆”的实体
通常标准电阻是锰铜丝绕制的， 标准电阻能够准确复现欧姆量值。
Why?
由于锰铜丝电阻系数高，电阻温 度系数小，制作工艺科学，所以锰 铜丝标准电阻的阻值稳定、结构简 单、热电效应&残余电感&寄生电 容小，能够准确复现欧姆量值。
电气测量技术
24
绪论
1.6.2 误差表达形式
; 绝对误差：如果用 Ax 表示测量结果，A0 表示被测量的 真值，则绝对误差 △ 可表示为
Δ = Ax − A0
Δ = Ax − A
; 相对误差：通常以百分数 γ 来表示，即
γ = Δ ×100%
A0
实际相对误差
因为A0难以测得，有时用 Ax 代替 A0 ，则
电气测量技术
11
绪论
1.4-1 测试结果的表示
测量的结果
I=5A
单位
数值
测量单位
基本单位
独立定义的单位
一定物理关系
如米、千克、秒和安培
导出单位
电气测量技术
12
绪论
1.4-1 测试结果的表示
• 测量的前提：
– 被测的量必须有明确的定义； – 测量标准必须事先通过协议确定。
• 没有明确定义 （如：气候的“舒适度”或人的“智 力”等 ）的量，在上述的意义上是不可测的。
电气测量技术
4
绪论
1.0 概述
本章节基本要求
• 掌握误差分析和数据处理的方法； • 正确理解测量和测量单位； • 了解电学基准和电学标准量具。
电气测量技术
5
绪论
1.0 概述
《电磁兼容和测试技术》-电磁干扰抑制技术
3. 原理： • 二次场理论（一次场作用下，产生极化、磁化形成二次场); • 反射衰减理论
1.概 述
4. 屏蔽的分类（按工作原理） • 电场屏蔽：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽（利用良好接地 的金属导体制作）
• 磁场屏蔽：静磁屏蔽、低频交变磁场屏蔽（利用高导磁率 材料构成低磁阻通路）、高频磁场屏蔽
• 电磁屏蔽：用于高频电磁场的屏蔽（利用反射和衰减来隔 离电磁场的耦合）
2.电场屏蔽
• 双层门盖结构
电屏蔽的结构
多了一次衰减
2.电场屏蔽
多级电路共用屏蔽盒
电屏蔽的结构
共盖结构其等效电路 与单盖相同
分盖结构其等效电路 与双层盖相同
因此，分盖性能更好
2.电场屏蔽
电场屏蔽的设计要点及总结 • 屏蔽体的材料以良导体为好，对厚度无什么要求? • 屏蔽体的形状对屏蔽效能有明显的影响 • 屏蔽体要靠近受保护的设备 • 屏蔽体要有良好的接地
3. 磁场屏蔽
分两种情况：
1、低频磁场屏蔽（f < 100kHz）
2、高频磁场屏蔽
反磁场 高频磁场
涡流 金属板
3磁场屏蔽
• 低频磁场屏蔽（f < 100kHz）
利用高导磁率的铁磁材料（如 铁、硅钢片、坡莫合金），对干扰 磁场进行分路。
• 高频磁场屏蔽
利用低电阻的良导体中形 成的涡电流产生反向磁通抑 制入射磁场。
1.0
10
100 kHz
磁屏蔽材料手册上给出的导磁率数据大多是直流情况下的，随着
频率增加，导磁率会下降 ，当频率大于10kHz 时，导磁率更低。
3. 磁场屏蔽
磁导率随场强的变化 磁通密度 B
= B / H
饱和 最大磁导率
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抑制噪声的措施（三个方面）
抑制噪声源，直接消除干扰源头 切断干扰途径，减小噪声的耦合和辐射 加强受扰设备的抗电磁干扰能力，降低其对噪声的敏感度
3
干扰与噪声的来源
内部噪声干扰：在电子装置和设备内部的电路和器 件产生的噪声干扰．
元件的热噪声、晶体管的低频噪声、在外部触发下的自激， 等
外来噪声干扰：从外部侵入电子装置和设备的噪声 干扰．
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接地（5）
双层屏蔽（续）
为消除干扰，常采用双层屏蔽及数字模拟电路互相隔离的浮地结构
I c m2
Rs Rs Z2
Ucm Z1 Z0
U sm Icm2Z0
Rs Z2
Z0 Z1 Z0
U
cm
U sm Rs Z0
U cm Z2 Z1 Z0 1011 设：Z0 1k,
R1 1G,C1 1uF Rs 10, Z2 10M
屏蔽罩：用无孔隙的金属薄板制成 屏蔽栅网：用金属编织网或有孔金属薄板制成 屏蔽铜箔：利用多层印刷电路板的一个铜箔面作为屏蔽板 隔离仓：用金属板将金属箱体分割成多个独立的隔仓 导电涂料：在非金属箱体内、外表面喷一层金属涂层
屏蔽的材料：电场屏蔽材料和磁场屏蔽材料
电场屏蔽材料：一般电导率较高的铜或铝；干扰频率较高时，可采用 银，以反射衰减为主。 磁场屏蔽材料：磁导率较高的磁材料，以透射时的吸收衰减为主。但 干扰频率升高时，磁导率下降，屏蔽作用将减弱。 可采用多种不同方式屏蔽组合
UH
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共模干扰-电磁场的干扰（2）
交流大电流设备的磁场，通过互感感应同时耦合到 输入的两条引线上
E1=E2时，只有共模干扰 E1！=E2时，既有共模干扰，又有差模干扰
E1 jM1I1 E2 jM 2I1
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共模干扰-不同地电位引起的共模干扰
被测信号源与测量仪器相隔较远时，不能在共同的 “大地点”上接地。 或者接地系统导体中流有大电流使各点电位不同。
干扰随I1、Z1、 Z2的增大而增大 应减小公共阻抗Z1
U2
Z1Z 2 Z2 Z1
I1
干扰源和受扰电路间的 公共阻抗
干扰源的 等效电流源
受扰电路的 等效输入阻抗
7
干扰与噪声的耦合方式（4）
漏电流耦合：由电路间漏电流耦合
干扰随U1、Z2的增大而增大，随Z1的减小而增大 应增大漏电阻抗Z1，减小受扰电路等效输入阻抗Z2
以浮地作为参考电平 机壳仍然必须接地：否则机壳容易感应高电压，危及人身安全 优点：不受大地电流影响 缺点：仍然可能通过电路输入端杂散电容耦合形成干扰
电路的单地原则
在中低频电路中，如果存 在两个接地点，地电位不 等，将耦合到电路中形成 干扰。
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接地（2）
电缆屏蔽层的接地：应和电路接地相对应
如电路两端均接地 （如信号源和仪器） 屏蔽线两端也须接地 依靠屏蔽体分流干扰
电气测量技术
第十章 干扰与抑制
1
第十章：干扰与抑制
10.1 电磁干扰
2
基本知识
抗电磁干扰技术，即电磁兼容技术 是测控设备与自动化系统的关键技术之一
电子与电力设备相互结合 弱电和强电相互渗透 一次设备数字化
电磁干扰三要素
噪声源：向外发送干扰的源 噪声的耦合和辐射：传播干扰的途径 受扰设备：承受电磁干扰的客体
仪器的抗共模干扰能力用共模抑制比（CMR）表示：
共模干扰源电压峰值
CMR 20 lg Ucm (dB) U c
共模干扰引起的误差电压有效值
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共模干扰-由被测信号源的特点产生
由不具有对地电位的输出产生
输出的两线中没有任何一个是地线 差分放大电路、不平衡电桥
Ua
1U 2
Uc
Rt Rt
U R
U
Rt
串模干扰可以降到单层 干扰的百万分之一
22
屏蔽（1）
屏蔽的原理：基于屏蔽容器壳体对于干扰信号的反
射和吸收作用。 恰当地选择屏蔽
第一边界的反射波
干扰信号
形式与屏蔽材料，
可使外部进入仪
器内部的干扰明
显减小，也可使
内部干扰逸出减
小。
第二边界的反射波
剩余干扰
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屏蔽（2）
屏蔽的结构形式：屏蔽罩、屏蔽栅网、屏蔽铜箔、隔离仓、 导电涂料，等
24
隔离
由于分布参数无法完全控制 一般系统中，容易形成寄生环路
引入电磁耦合
可采用隔离技术 切断环路，提高抗干扰性能
对于数字系统，通常采用光电耦合。
利用光电耦合，将两个电路的连接隔开。两个电路由各自电源供电， 有各自的地点为基准，相互独立不会造成干扰。
对于模拟系统，常用隔离放大器、变压器耦合等。
25
扼流线圈
滤波电容
外部接地端
29
切断噪声变压器
结构、铁芯材料、形状、线圈位置比较特殊。 可切断高频噪声 既可切断共模干扰、又可切断差模干扰
一次、二次线 圈绕在不同处
高频磁导率低的材料
一次线圈、二 次线圈、铁芯， 分别屏蔽并接
地
30
26
其他抗干扰措施
共模干扰总以串模干扰形式起作用。 采用滤波器
根据干扰信号和被测信号的频率关系，分别用低通、高通、带通、带 阻等滤波器 无源滤波器和有源滤波器 数字滤波器 单级滤波器和多级滤波器
选择器件
如：选择双积分AD转换可以明显抑制工频干扰
要求采样时间T为工频周期整数倍 采用锁相环跟踪系统频率变化
15
第十章：干扰与抑制
10.3 干扰的抑制
16
干扰的抑制方法
接地
地线系统与零线（浮地）系统 电路的单地原则 电缆屏蔽层的接地 双层屏蔽
屏蔽 隔离 灭弧 其他抗干扰措施
采用滤波器 选择器件 对信号进行预处理
17
接地（1）
接地的目的：消除各电路电流流经一个公共地线阻抗产生的 噪声电压以及避免形成回路。 地线系统：设备或仪器的地线系统与大地之间有欧姆相连接 浮地：设备或仪器的地线系统与大地之间无欧姆连接
灭弧
灭弧：在电感性负载上并联各种吸收浪涌电压（电流），并 抑制电弧或火花放电的元器件。
感性负载断开或接通时，磁场能量的突然释放，将产生过电压危害器 件安全，同时产生宽频、高幅值电磁波辐射，干扰其他电路
常用灭弧元件：泄流二极管、硅堆整流器、充气放电管，等。
仅适用直流电感负载
同时适用 直流电感负载 交流电感负载
直流分量、交流分量
抗串模干扰能力的表示：串模抑制比（SMRR） 干扰信号
串模干扰源电压峰值
SMRR 20 lg Unm (dB) U n
串模干扰引起的误差电压有效值
输入信号
10
共模干扰及其分类
共模干扰：以公共地电位为基准点，在仪器两输入 端上同时出现的干扰。可分为三类
由被测信号源的特点产生 电磁场干扰 由不同的地电位引起
U2
Z2 Z2 Z1
U1
干扰源和受扰电路间的 漏电电阻
干扰源的 等效电势
受扰电路的 等效输入阻抗
8
第十章：干扰与抑制
10.2 干扰的表示方法
9
串模干扰
根据干扰进入仪器测量电路的方式不同，将干扰分为：串模 干扰和共模干扰。 串模干扰：由外界条件引起、叠加在被测信号的干扰信号， 并通过测量的输入通道一起进入测量系统的干扰。
模拟地与机 壳间等效阻
抗。
含绝缘电阻 和寄生电容
20
接地（4）
双层屏蔽（续）
I cm2
Ucm Z1 Z0
U sm
I cm2 Z 0
Z0 Z1 Z0
Ucm
U sm Z0 0.03%
Ucm Z1 Z0 104
有共模干扰电压的0.03%
设：Z0 1k,
作为串模干扰电压串入放大器
R1 1G,C1 1uF
R
U R
U U R U 2 2 Rt R
U ac差
Rt
R
U R
-U 2
U ac共
U 212Fra bibliotek共模干扰-电磁场的干扰（1）
高压设备产生的电场，通过分布电容同时耦合到输 入的两条引线
U1=U2时，只有共模干扰 U1！=U2时，既有共模干扰，又有差模干扰
U1
C1 C1 C3
UH
U2
C2 C2 C4
如电路仅一端接地 屏蔽线也同一端接地 屏蔽线另一端和电路地线相连 单点接地，不会形成干扰回路
19
接地（3）
双层屏蔽
高电压强磁场环境下，仪器应采用浮地，而外壳和信号源 （被测信号、传感器）必须接大地
Ucm产生的信号线里串模电流 Ucm产生的屏蔽线里串模电流
Z0上的 压降为模 拟系统的
串模干扰
信号的不平衡阻抗 地电位不等产生的电压
雷电 机器和设备产生的人为噪声：电路通断产生的火花，输电 线路，机动车，超声波设备，等。 太阳磁暴
4
干扰与噪声的耦合方式（1）
一般包括：静电耦合、互感器耦合、公共阻抗耦合、 漏电流耦合
静电耦合：经电路间杂散电容耦合
干扰随U1、C、Z2和干扰信号频率增大而增大
应减少Z2和C
U2
Z2
Z2 1
jC
U1
干扰源和受扰电路间的 寄生电容
干扰源的 等效电势
受扰电路的 等效输入阻抗
5
干扰与噪声的耦合方式（2）
互感器耦合（电感性耦合）：经电路间杂散互感耦 合
干扰随I1、M和干扰信号频率增大而增大
应减小寄生互感
干扰源和受扰电路间的 等效互感
U2 jMI1
干扰源的 等效电流源
受扰电路的 等效输入阻抗
6
干扰与噪声的耦合方式（3）
公共阻抗耦合：由电路间公共阻抗耦合
对信号进行预处理
抑制噪声源，直接消除干扰源头 切断干扰途径，减小噪声的耦合和辐射 加强受扰设备的抗电磁干扰能力，降低其对噪声的敏感度
3
干扰与噪声的来源
内部噪声干扰：在电子装置和设备内部的电路和器 件产生的噪声干扰．
元件的热噪声、晶体管的低频噪声、在外部触发下的自激， 等
外来噪声干扰：从外部侵入电子装置和设备的噪声 干扰．
21
接地（5）
双层屏蔽（续）
为消除干扰，常采用双层屏蔽及数字模拟电路互相隔离的浮地结构
I c m2
Rs Rs Z2
Ucm Z1 Z0
U sm Icm2Z0
Rs Z2
Z0 Z1 Z0
U
cm
U sm Rs Z0
U cm Z2 Z1 Z0 1011 设：Z0 1k,
R1 1G,C1 1uF Rs 10, Z2 10M
屏蔽罩：用无孔隙的金属薄板制成 屏蔽栅网：用金属编织网或有孔金属薄板制成 屏蔽铜箔：利用多层印刷电路板的一个铜箔面作为屏蔽板 隔离仓：用金属板将金属箱体分割成多个独立的隔仓 导电涂料：在非金属箱体内、外表面喷一层金属涂层
屏蔽的材料：电场屏蔽材料和磁场屏蔽材料
电场屏蔽材料：一般电导率较高的铜或铝；干扰频率较高时，可采用 银，以反射衰减为主。 磁场屏蔽材料：磁导率较高的磁材料，以透射时的吸收衰减为主。但 干扰频率升高时，磁导率下降，屏蔽作用将减弱。 可采用多种不同方式屏蔽组合
UH
13
共模干扰-电磁场的干扰（2）
交流大电流设备的磁场，通过互感感应同时耦合到 输入的两条引线上
E1=E2时，只有共模干扰 E1！=E2时，既有共模干扰，又有差模干扰
E1 jM1I1 E2 jM 2I1
14
共模干扰-不同地电位引起的共模干扰
被测信号源与测量仪器相隔较远时，不能在共同的 “大地点”上接地。 或者接地系统导体中流有大电流使各点电位不同。
干扰随I1、Z1、 Z2的增大而增大 应减小公共阻抗Z1
U2
Z1Z 2 Z2 Z1
I1
干扰源和受扰电路间的 公共阻抗
干扰源的 等效电流源
受扰电路的 等效输入阻抗
7
干扰与噪声的耦合方式（4）
漏电流耦合：由电路间漏电流耦合
干扰随U1、Z2的增大而增大，随Z1的减小而增大 应增大漏电阻抗Z1，减小受扰电路等效输入阻抗Z2
以浮地作为参考电平 机壳仍然必须接地：否则机壳容易感应高电压，危及人身安全 优点：不受大地电流影响 缺点：仍然可能通过电路输入端杂散电容耦合形成干扰
电路的单地原则
在中低频电路中，如果存 在两个接地点，地电位不 等，将耦合到电路中形成 干扰。
18
接地（2）
电缆屏蔽层的接地：应和电路接地相对应
如电路两端均接地 （如信号源和仪器） 屏蔽线两端也须接地 依靠屏蔽体分流干扰
电气测量技术
第十章 干扰与抑制
1
第十章：干扰与抑制
10.1 电磁干扰
2
基本知识
抗电磁干扰技术，即电磁兼容技术 是测控设备与自动化系统的关键技术之一
电子与电力设备相互结合 弱电和强电相互渗透 一次设备数字化
电磁干扰三要素
噪声源：向外发送干扰的源 噪声的耦合和辐射：传播干扰的途径 受扰设备：承受电磁干扰的客体
仪器的抗共模干扰能力用共模抑制比（CMR）表示：
共模干扰源电压峰值
CMR 20 lg Ucm (dB) U c
共模干扰引起的误差电压有效值
11
共模干扰-由被测信号源的特点产生
由不具有对地电位的输出产生
输出的两线中没有任何一个是地线 差分放大电路、不平衡电桥
Ua
1U 2
Uc
Rt Rt
U R
U
Rt
串模干扰可以降到单层 干扰的百万分之一
22
屏蔽（1）
屏蔽的原理：基于屏蔽容器壳体对于干扰信号的反
射和吸收作用。 恰当地选择屏蔽
第一边界的反射波
干扰信号
形式与屏蔽材料，
可使外部进入仪
器内部的干扰明
显减小，也可使
内部干扰逸出减
小。
第二边界的反射波
剩余干扰
23
屏蔽（2）
屏蔽的结构形式：屏蔽罩、屏蔽栅网、屏蔽铜箔、隔离仓、 导电涂料，等
24
隔离
由于分布参数无法完全控制 一般系统中，容易形成寄生环路
引入电磁耦合
可采用隔离技术 切断环路，提高抗干扰性能
对于数字系统，通常采用光电耦合。
利用光电耦合，将两个电路的连接隔开。两个电路由各自电源供电， 有各自的地点为基准，相互独立不会造成干扰。
对于模拟系统，常用隔离放大器、变压器耦合等。
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扼流线圈
滤波电容
外部接地端
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切断噪声变压器
结构、铁芯材料、形状、线圈位置比较特殊。 可切断高频噪声 既可切断共模干扰、又可切断差模干扰
一次、二次线 圈绕在不同处
高频磁导率低的材料
一次线圈、二 次线圈、铁芯， 分别屏蔽并接
地
30
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其他抗干扰措施
共模干扰总以串模干扰形式起作用。 采用滤波器
根据干扰信号和被测信号的频率关系，分别用低通、高通、带通、带 阻等滤波器 无源滤波器和有源滤波器 数字滤波器 单级滤波器和多级滤波器
选择器件
如：选择双积分AD转换可以明显抑制工频干扰
要求采样时间T为工频周期整数倍 采用锁相环跟踪系统频率变化
15
第十章：干扰与抑制
10.3 干扰的抑制
16
干扰的抑制方法
接地
地线系统与零线（浮地）系统 电路的单地原则 电缆屏蔽层的接地 双层屏蔽
屏蔽 隔离 灭弧 其他抗干扰措施
采用滤波器 选择器件 对信号进行预处理
17
接地（1）
接地的目的：消除各电路电流流经一个公共地线阻抗产生的 噪声电压以及避免形成回路。 地线系统：设备或仪器的地线系统与大地之间有欧姆相连接 浮地：设备或仪器的地线系统与大地之间无欧姆连接
灭弧
灭弧：在电感性负载上并联各种吸收浪涌电压（电流），并 抑制电弧或火花放电的元器件。
感性负载断开或接通时，磁场能量的突然释放，将产生过电压危害器 件安全，同时产生宽频、高幅值电磁波辐射，干扰其他电路
常用灭弧元件：泄流二极管、硅堆整流器、充气放电管，等。
仅适用直流电感负载
同时适用 直流电感负载 交流电感负载
直流分量、交流分量
抗串模干扰能力的表示：串模抑制比（SMRR） 干扰信号
串模干扰源电压峰值
SMRR 20 lg Unm (dB) U n
串模干扰引起的误差电压有效值
输入信号
10
共模干扰及其分类
共模干扰：以公共地电位为基准点，在仪器两输入 端上同时出现的干扰。可分为三类
由被测信号源的特点产生 电磁场干扰 由不同的地电位引起
U2
Z2 Z2 Z1
U1
干扰源和受扰电路间的 漏电电阻
干扰源的 等效电势
受扰电路的 等效输入阻抗
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第十章：干扰与抑制
10.2 干扰的表示方法
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串模干扰
根据干扰进入仪器测量电路的方式不同，将干扰分为：串模 干扰和共模干扰。 串模干扰：由外界条件引起、叠加在被测信号的干扰信号， 并通过测量的输入通道一起进入测量系统的干扰。
模拟地与机 壳间等效阻
抗。
含绝缘电阻 和寄生电容
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接地（4）
双层屏蔽（续）
I cm2
Ucm Z1 Z0
U sm
I cm2 Z 0
Z0 Z1 Z0
Ucm
U sm Z0 0.03%
Ucm Z1 Z0 104
有共模干扰电压的0.03%
设：Z0 1k,
作为串模干扰电压串入放大器
R1 1G,C1 1uF
R
U R
U U R U 2 2 Rt R
U ac差
Rt
R
U R
-U 2
U ac共
U 212Fra bibliotek共模干扰-电磁场的干扰（1）
高压设备产生的电场，通过分布电容同时耦合到输 入的两条引线
U1=U2时，只有共模干扰 U1！=U2时，既有共模干扰，又有差模干扰
U1
C1 C1 C3
UH
U2
C2 C2 C4
如电路仅一端接地 屏蔽线也同一端接地 屏蔽线另一端和电路地线相连 单点接地，不会形成干扰回路
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接地（3）
双层屏蔽
高电压强磁场环境下，仪器应采用浮地，而外壳和信号源 （被测信号、传感器）必须接大地
Ucm产生的信号线里串模电流 Ucm产生的屏蔽线里串模电流
Z0上的 压降为模 拟系统的
串模干扰
信号的不平衡阻抗 地电位不等产生的电压
雷电 机器和设备产生的人为噪声：电路通断产生的火花，输电 线路，机动车，超声波设备，等。 太阳磁暴
4
干扰与噪声的耦合方式（1）
一般包括：静电耦合、互感器耦合、公共阻抗耦合、 漏电流耦合
静电耦合：经电路间杂散电容耦合
干扰随U1、C、Z2和干扰信号频率增大而增大
应减少Z2和C
U2
Z2
Z2 1
jC
U1
干扰源和受扰电路间的 寄生电容
干扰源的 等效电势
受扰电路的 等效输入阻抗
5
干扰与噪声的耦合方式（2）
互感器耦合（电感性耦合）：经电路间杂散互感耦 合
干扰随I1、M和干扰信号频率增大而增大
应减小寄生互感
干扰源和受扰电路间的 等效互感
U2 jMI1
干扰源的 等效电流源
受扰电路的 等效输入阻抗
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干扰与噪声的耦合方式（3）
公共阻抗耦合：由电路间公共阻抗耦合
对信号进行预处理