淺析串模和共模干擾的成因及解決方式

電壓電流的變化通過導(dǎo)線傳輸時(shí)有二種形態(tài)，我們將此稱做“共模”和“差?！?。設(shè)備的電源線、電話等的通信線、與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路，至少有兩根導(dǎo)線，這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號。但在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體，這就是“地線”。干擾電壓和電流分為兩種：一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸；另一種是兩根導(dǎo)線做去路，地線做返回路傳輸。前者叫“差?！保笳呓小肮材！薄??????????

現(xiàn)場使用的顯示儀表由于環(huán)境條件復(fù)雜，加之被測參數(shù)大多被轉(zhuǎn)換成微弱的低電平電壓信號，并經(jīng)長距離傳送到顯示儀表，因此除有用的信號外，還會有一些與被測信號無關(guān)的干擾信號夾雜其中，它將影響測量結(jié)果的正確性，嚴(yán)重時(shí)會使儀表無法正常工作。現(xiàn)對產(chǎn)生干擾的途徑及消除干擾的措施作一介紹。

常見干擾途徑

干擾源在儀表內(nèi)、外部都有可能存在。如在儀表外部，大功率用電設(shè)備、大功率變壓器、電力網(wǎng)都可能成為干擾源。而在儀表內(nèi)部，電源變壓器、線圈、繼電器、開關(guān)以及電源線等都可能成為干擾源。干擾源常通過以下途徑進(jìn)入儀表。

1、信號源與儀表之間的連接導(dǎo)線、儀表內(nèi)部的配線通過磁耦合在電路中形成干擾。在大功率變壓器、交流電機(jī)、電力線和周圍空間都存在有很強(qiáng)的交流磁場，而閉合回路處在這種變化的磁場中將感應(yīng)出電勢。這種感應(yīng)電勢與有用信號相串聯(lián)，當(dāng)傳感器與顯示儀表距離較遠(yuǎn)時(shí)，這種串模干擾尤為突出。

2、干擾源通過電容的耦合在回路中形成干擾，它是兩電場相互作用的結(jié)果。通過靜電耦合的方式，能在兩輸入端感應(yīng)出對地的共同電壓，以共模干擾的形式出現(xiàn)，由于共模干擾不和信號相疊加，它不直接對儀表產(chǎn)生影響。但它能通過測量系統(tǒng)形成到地的泄漏電流，該泄漏電流通過電阻的耦合就能直接作用于儀表而產(chǎn)生干擾。電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)所形成的干擾大多是工頻干擾電壓，但變頻器、帶整流子的電機(jī)等會產(chǎn)生諧波干擾。由于雷電的作用在電力線上也會感應(yīng)出干擾電壓。

3、在一些測溫場合，當(dāng)將熱電偶電極直接焊于通電加熱的金屬件上，由于金屬件在平行于電流方向的各點(diǎn)存在電位差，這時(shí)引入的干擾電壓也是很大的。在高溫狀態(tài)下，耐火材料的絕緣電阻急劇下降，熱電偶的瓷保護(hù)管、瓷珠的絕緣性能也會下降，則電爐電源電壓通過耐火磚、熱電偶套管、瓷珠等泄漏到熱電偶絲上，在熱電偶電極與地之間產(chǎn)生干擾電壓。

4、大地中各個(gè)不同點(diǎn)之間往往存在電位差，尤其在大功率用電設(shè)備附近，當(dāng)這些設(shè)備的絕緣性能下降時(shí)，電位差更大。而現(xiàn)場儀表在使用中，有時(shí)不注意會使回路存在兩個(gè)以上的接地點(diǎn)，就會把不同接地點(diǎn)的電位差引入到顯示儀表中而形成共模干擾。

5、當(dāng)儀表的橋路電源接地時(shí)，除橋路輸出不平衡信號電壓以外，信號線對地還有一公共電壓，該公共電壓不是所要測量的信號電壓，而是共模干擾的一種表現(xiàn)。

串模干擾共模干擾

串模干擾（差模干擾）與共模干擾（接地干擾）。以主板上的兩條PCB走線（連接主板各元件的導(dǎo)線）為例，所謂串模干擾，指的是兩條走線之間的干擾；而共模干擾則是兩條走線和PCB地線之間的電位差引起的干擾。

1、串模干擾

串模干擾（差模干擾）與共模干擾（接地干擾）。以主板上的兩條PCB走線（連接主板各元件的導(dǎo)線）為例，所謂串模干擾，指的是兩條走線之間的干擾；而共模干擾則是兩條走線和PCB地線之間的電位差引起的干擾。

測量串模干擾電壓，以往推薦用電子管電壓表，在現(xiàn)場可使用有交流毫伏擋的數(shù)字萬用表進(jìn)行測量。如上圖所示，把電壓表跨接在儀表輸人的正、負(fù)端之間測量，通常串模干擾電壓大多在幾毫伏到幾十毫伏范圍內(nèi)。

2、共模干擾

共模干擾是指干擾電壓出現(xiàn)在儀表任一輸入端（正端或負(fù)端）對地之間的交流信號，這種干擾又稱為“對地干擾”和“縱向干擾”。

測量共模干擾電壓，可以用高阻電壓表測量，也可使用數(shù)字萬用表的交流電壓擋進(jìn)行測量。如上圖所示，先把電壓表接在儀表輸人的正端與地之間測量，然后再把電壓表接在儀表輸人的負(fù)端與地之間測量，通常共模干擾電壓大多在幾伏到幾十伏范圍之內(nèi)。

抗干擾來源抗干擾措施

在現(xiàn)場要克服和消除串模干擾及共模干擾，首先要搞清楚干擾的來源，才有可能采取措施來克服干擾。

串模干擾的來源：大功率變壓器、交流電動機(jī)、變頻器等都有較強(qiáng)的交變磁場，如果儀表測量及控制的連接導(dǎo)線通過交變磁場，就會受到這些交變磁場的作用，在儀表的輸入回路中感應(yīng)出交流電壓，而成為干擾信號。

在現(xiàn)場為了克服串模干擾對儀表、控制系統(tǒng)的影響，可采取以下措施：

1、如熱電偶、分析儀表的信號線要運(yùn)離強(qiáng)電磁場，不要離動力線太近；

2、不要把儀表信號線、控制信號線與動力線平行放在同一個(gè)橋架托盤內(nèi)，或穿在同一根穿線管內(nèi)必要時(shí)信號線應(yīng)使用屏蔽電線或屏蔽電纜，線的屏蔽層要采取一端接地的方式；

3、在儀表輸入端加濾波電路；

4、對于智能儀表要根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置數(shù)字濾波常數(shù)必要時(shí)再增加濾波電路的級數(shù)。

共模干擾的來源：高壓電場的干擾；測量電爐溫度時(shí)引入的干擾，如在高溫下，電加爐的電源通過耐火磚、熱電偶的瓷保護(hù)套管泄漏到熱電偶上，使熱電偶與地之間產(chǎn)生干擾電壓；由于地電位不同而引入的干擾；還有氨合成塔用電加熱器升溫時(shí)也會對熱電偶造成干擾。其干擾源大多是交流電壓也有可能是直流電壓。

在現(xiàn)場為了克服共模干擾對儀表、控制系統(tǒng)的影響，所以可采取以下措施：

1、把測量熱電偶浮空；

2、儀表放大器也采取浮空；

3、如果測量對象允許則不要用露端式熱電偶以避免熱電極接地；

4、熱電偶保護(hù)套管要可靠接地；

5、使用屏蔽線時(shí)采用等電位屏蔽方式；

6、在信號線上加裝旁路電容器。