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锁定横河记录仪，告别测温干扰

2024-04-17 13:58:49·  来源：横河测试测量  
　

随着变频器技术在电源、照明等领域的广泛运用，热电偶作为最常见的温度传感器，却因极易受到外界干扰而导致温度波动成为工程师的“烦恼”。如何有效抑制噪声，成为测温过程中不可忽视的问题。


横河测试测量从噪声的源头及性质入手，结合高性能记录仪与外部处理技巧，为用户带来前所未有的噪声抑制体验。


揭秘干扰之源


摄图网_504051446_电子工程师工人在其测试台的硬件产品中排除缺陷的（企业商用）.jpg


绝大多数干扰由商用电源和高低频信号叠加引发。这些干扰主要分为共模干扰和串模干扰两种。共模干扰是在信号源和测量仪器接地过程中产生的，而串模干扰则是噪声与信号电压串联的结果。（如图1所示）


图1 常见噪声来源和性质


共模干扰是一种在信号源和测量仪器间接地过程中产生的噪声，如图2所示由于该噪声被同相地施加到两个输入端子H和L上，因此又被称为共模电压。


图2 共模干扰示意图


如图3所示当噪声叠加在信号电压V上时，输入端子H和L之间的电压即可被称为线电压，同时由于噪声与信号电压串联因此这种干扰还可被称为串模干扰。

图3 串模干扰示意图


当存在共模噪声时，噪声电流将经过接地阻抗以及ZCO的耦合阻抗，并在输入端子H和L间产生串模噪声ENM。


图4 共模噪声转换为串模噪声的机制图


根据图4的机制转换方式我们可推导出串模噪声ENM的公式。


图片

其中，图片

（注：当测量前提为E=0V时，模块内部的对地阻抗为无穷大）


因此在测试时我们会参照共模噪声转换为串模噪声的转换比率即共模抑制比，并将其作为判定测量仪器抗噪特性的指南针，换句话来说噪声抑制的本质就是防止各种形式的共模干扰转换为串模干扰。


同时我们还可以根据上述公式总结出两条关于抑制串模噪声的经验：即在测试时请尽可能减小接地阻抗ZHO和ZLO并尽可能增大耦合阻抗ZCO。

横河记录仪的抗干扰设计


为将抗干扰的性能发挥到极致，横河记录仪在内部进行了如下配置：


01  光电耦合绝缘


理想状态下记录仪模块内部的接地阻抗无穷大，可实现对地的完全绝缘，但实际上测量输入端子内部的H、L却无法摆脱接线电阻RHI和RLI，以及它们的接地阻抗ZHI和ZLI的干扰，因此在测试过程中我们只有尽可能增大电路的整体接地阻抗ZCI，才能将流入模块的噪声电流抑制在很小的范围内。


图5 隔离电路示意图


横河记录仪模块不仅能通过配置隔离电路增加接地阻抗，还能在高效控制噪声的同时有效预防不慎高压冲击对设备及人身安全的危害。


02  使用抗干扰模块


记录仪模块包含10通道扫描型和4通道独立A/D（H0模块）两个种类，其中扫描型模块中的输入开关元件导通电阻对共模抑制比的影响存在着不小差异。


图6 模拟输入模块输入开关元件示意图


鉴于在扫描型模块的输入端子H和L中接线电阻RHI和RLI包括输入开关元件的导通电阻，因此输入开关元件的导通电阻越小，其共模噪声转换为串模噪声的转换量也越小。


图7 输入开关元件导通电阻及通道间耐压情况


参考图7模块类型的导通电阻值，如果测量受到高频开关等噪声影响，那么高速通用型（H0）和电磁继电器型（T1）模块将在多数情况下有效。


03  一阶滞后滤波器


如图8所示当测量包含噪声的输入信号时，一阶滞后滤波器将提供噪声抑制能力。滤波系数（时间常数）越大，则表示噪声抑制效果越好。但需要注意的是如果滤波系数值设置的过大，其波形可能会失真。


图8 一阶滞后滤波效果对比图


外部处理增强测量准确性的技巧


除记录仪的内部抗干扰配置外，用户还能通过简单便捷的外部处理进一步提升测量的准确性。


01  单点接地


在工作频率低的场合我们需要采用单点接地的方式，以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。


图9 单点接地情况下使用功率计和记录仪示例图


在图9示例中，为防止被测对象中的高频成分回流，用户还可采用将铁氧体磁芯插入记录仪一侧的接地线的方式避免该情况的发生。


02  电磁耦合屏蔽


如图10所示若用户因安装位置的限制难以将设备与噪声源保持足够的距离，那么您还可以借助带屏蔽层的绞线（双绞线）并根据实际情况采取不同接地方法排除干扰。


图10 电磁耦合屏蔽对比图


03  热电偶前端绝缘


为增加耦合阻抗抑制共模干扰，热电偶前端应通过聚酯薄膜等绝缘体来隔绝噪声源。


图11 聚脂薄膜隔绝开关噪声示意图


需要注意的是，绝缘体的厚度会影响测量结果。聚酯薄膜越薄，功率晶体管/FET与热电偶间的电容耦合越强，这是因为当开关噪声为高频波时聚酯薄膜更易受到噪声源的影响。若聚酯薄膜效果不显著，还请用户重新考虑并选择合适的模块类型。

 

 总 结


横河记录仪通过内外结合的抗干扰设计，确保在各种复杂环境下都能提供稳定、准确的温度测量。无论是内部的高科技配置，还是简单易行的外部处理技巧，都彰显了横河对精准测量的不懈追求。选择横河，选择无噪声的测温新体验！

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