隨著變頻器技術(shù)在電源、照明等領(lǐng)域的廣泛運用，熱電偶作為最常見的溫度傳感器，卻因極易受到外界干擾而導致溫度波動成為工程師的“煩惱”。如何有效抑制噪聲，成為測溫過程中不可忽視的問題。

橫河測試測量從噪聲的源頭及性質(zhì)入手，結(jié)合高性能記錄儀與外部處理技巧，為用戶帶來前所未有的噪聲抑制體驗。

揭秘干擾之源

絕大多數(shù)干擾由商用電源和高低頻信號疊加引發(fā)。這些干擾主要分為共模干擾和串模干擾兩種。共模干擾是在信號源和測量儀器接地過程中產(chǎn)生的，而串模干擾則是噪聲與信號電壓串聯(lián)的結(jié)果。（如圖1所示）

圖1 常見噪聲來源和性質(zhì)

共模干擾是一種在信號源和測量儀器間接地過程中產(chǎn)生的噪聲，如圖2所示由于該噪聲被同相地施加到兩個輸入端子H和L上，因此又被稱為共模電壓。

圖2 共模干擾示意圖

如圖3所示當噪聲疊加在信號電壓V上時，輸入端子H和L之間的電壓即可被稱為線電壓，同時由于噪聲與信號電壓串聯(lián)因此這種干擾還可被稱為串模干擾。

圖3 串模干擾示意圖

當存在共模噪聲時，噪聲電流將經(jīng)過接地阻抗以及ZCO的耦合阻抗，并在輸入端子H和L間產(chǎn)生串模噪聲ENM。

圖4 共模噪聲轉(zhuǎn)換為串模噪聲的機制圖

根據(jù)圖4的機制轉(zhuǎn)換方式我們可推導出串模噪聲ENM的公式。

其中，

（注：當測量前提為E=0V時，模塊內(nèi)部的對地阻抗為無窮大）

因此在測試時我們會參照共模噪聲轉(zhuǎn)換為串模噪聲的轉(zhuǎn)換比率即共模抑制比，并將其作為判定測量儀器抗噪特性的指南針，換句話來說噪聲抑制的本質(zhì)就是防止各種形式的共模干擾轉(zhuǎn)換為串模干擾。

同時我們還可以根據(jù)上述公式總結(jié)出兩條關(guān)于抑制串模噪聲的經(jīng)驗：即在測試時請盡可能減小接地阻抗ZHO和ZLO并盡可能增大耦合阻抗ZCO。

橫河記錄儀的抗干擾設(shè)計

為將抗干擾的性能發(fā)揮到極致，橫河記錄儀在內(nèi)部進行了如下配置：

01  光電耦合絕緣

理想狀態(tài)下記錄儀模塊內(nèi)部的接地阻抗無窮大，可實現(xiàn)對地的完全絕緣，但實際上測量輸入端子內(nèi)部的H、L卻無法擺脫接線電阻RHI和RLI，以及它們的接地阻抗ZHI和ZLI的干擾，因此在測試過程中我們只有盡可能增大電路的整體接地阻抗ZCI，才能將流入模塊的噪聲電流抑制在很小的范圍內(nèi)。

圖5 隔離電路示意圖

橫河記錄儀模塊不僅能通過配置隔離電路增加接地阻抗，還能在高效控制噪聲的同時有效預防不慎高壓沖擊對設(shè)備及人身安全的危害。

02  使用抗干擾模塊

記錄儀模塊包含10通道掃描型和4通道獨立A/D（H0模塊）兩個種類，其中掃描型模塊中的輸入開關(guān)元件導通電阻對共模抑制比的影響存在著不小差異。

圖6 模擬輸入模塊輸入開關(guān)元件示意圖

鑒于在掃描型模塊的輸入端子H和L中接線電阻RHI和RLI包括輸入開關(guān)元件的導通電阻，因此輸入開關(guān)元件的導通電阻越小，其共模噪聲轉(zhuǎn)換為串模噪聲的轉(zhuǎn)換量也越小。

圖7 輸入開關(guān)元件導通電阻及通道間耐壓情況

參考圖7模塊類型的導通電阻值，如果測量受到高頻開關(guān)等噪聲影響，那么高速通用型（H0）和電磁繼電器型（T1）模塊將在多數(shù)情況下有效。

03  一階滯后濾波器

如圖8所示當測量包含噪聲的輸入信號時，一階滯后濾波器將提供噪聲抑制能力。濾波系數(shù)（時間常數(shù)）越大，則表示噪聲抑制效果越好。但需要注意的是如果濾波系數(shù)值設(shè)置的過大，其波形可能會失真。

圖8 一階滯后濾波效果對比圖

外部處理增強測量準確性的技巧

除記錄儀的內(nèi)部抗干擾配置外，用戶還能通過簡單便捷的外部處理進一步提升測量的準確性。

01  單點接地

在工作頻率低的場合我們需要采用單點接地的方式，以防兩點接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。

圖9 單點接地情況下使用功率計和記錄儀示例圖

在圖9示例中，為防止被測對象中的高頻成分回流，用戶還可采用將鐵氧體磁芯插入記錄儀一側(cè)的接地線的方式避免該情況的發(fā)生。

02  電磁耦合屏蔽

如圖10所示若用戶因安裝位置的限制難以將設(shè)備與噪聲源保持足夠的距離，那么您還可以借助帶屏蔽層的絞線（雙絞線）并根據(jù)實際情況采取不同接地方法排除干擾。

圖10 電磁耦合屏蔽對比圖

03  熱電偶前端絕緣

為增加耦合阻抗抑制共模干擾，熱電偶前端應(yīng)通過聚酯薄膜等絕緣體來隔絕噪聲源。

圖11 聚脂薄膜隔絕開關(guān)噪聲示意圖

需要注意的是，絕緣體的厚度會影響測量結(jié)果。聚酯薄膜越薄，功率晶體管/FET與熱電偶間的電容耦合越強，這是因為當開關(guān)噪聲為高頻波時聚酯薄膜更易受到噪聲源的影響。若聚酯薄膜效果不顯著，還請用戶重新考慮并選擇合適的模塊類型。

 總 結(jié)

橫河記錄儀通過內(nèi)外結(jié)合的抗干擾設(shè)計，確保在各種復雜環(huán)境下都能提供穩(wěn)定、準確的溫度測量。無論是內(nèi)部的高科技配置，還是簡單易行的外部處理技巧，都彰顯了橫河對精準測量的不懈追求。選擇橫河，選擇無噪聲的測溫新體驗！