【正文】 8 標(biāo)度變換 流量測(cè)量 上式中， Qx：被測(cè)液體的流量值； Qm：流量儀表的上限值； Q0：流量儀表的下限值； Nx：差壓變送器所測(cè)得的差壓值 (數(shù)字量 )； Nm：差壓變送器上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； N0：差壓變送器下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。 對(duì)于流量儀表，一般下限皆為 0，即 Q0=0，所以上式可簡化為 00NNNNmxmx ???99 標(biāo)度變換 流量測(cè)量 若取流量表下限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 N0=0，則上式可進(jìn)一步簡化為 mxmx NN ? 前述三式即為不同初始條件下的流量標(biāo)度變換公式。 與線性刻度標(biāo)度變換公式一樣，由于 Qm， Q0， Nm， N0都是常數(shù)，所以公式就可分別記作： 0010011 ,NNKQNNKQmmxx?????? 其中02022 , NNQKNNKQmmxx???? 其中mmxx NQKNKQ ??333 , 其中 上述三式即為各種不同條件下的流量標(biāo)度變換公式，同樣可以設(shè)計(jì)出流量標(biāo)度變換程序。 100 檢測(cè)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 1） 干擾的類型及產(chǎn)生 2） 常用的抑制干擾措施 3） 其他抑制干擾的措施 101 抗干擾技術(shù) 由于干擾的普遍存在，任何檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果總是達(dá)不到百分之百的準(zhǔn)確，嚴(yán)重的干擾甚至?xí)箼z測(cè)系統(tǒng)不能正常工作。因此，在設(shè)計(jì)、制造和使用檢測(cè)系統(tǒng)的過程中，都不能回避干擾的影響，尤其是高精度的檢測(cè)系統(tǒng)，必須花很大的精力和成本去抑制干擾。 測(cè)量中 ,來自測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部和外部、影響測(cè)量裝置或傳輸環(huán)節(jié)正常工作和測(cè)試結(jié)果的 各種因素的總和 ，稱為 干擾 (噪聲 )。消除或削弱各種干擾影響的全部技術(shù)措施總稱為抗干擾技術(shù)或稱為防護(hù) 。 形成 干擾 有 三個(gè)要素 : 干擾源、干擾通道和受感系統(tǒng) 。 102 干擾的類型 根據(jù)干擾產(chǎn)生的原因，干擾通?？煞譃橐韵聨追N類型。 （ 1）電和磁干擾 電和磁的干擾對(duì)于傳感器或各種檢測(cè)儀表來說是最為普遍和影 響最嚴(yán)重的干擾，必須認(rèn)真對(duì)待這種干擾。 （ 2）機(jī)械干擾 對(duì)于機(jī)械干擾主要是采取減振措施來解決，例如采用彈簧減振、減振軟墊及隔板等措施。 （ 3）熱干擾 對(duì)于熱干擾，工程上通常采取熱屏蔽、恒溫法、對(duì)稱平衡結(jié)構(gòu)和溫度補(bǔ)償元件等方法進(jìn)行抑制。 103 （ 4） 光干擾 對(duì)于具有光敏作用的元件，要注意光的屏蔽問題 。 （ 5） 濕度干擾 通常采取的措施是避免將檢測(cè)裝置放置在潮濕處，儀器裝置定時(shí)通電加熱去潮，電子器件和印刷電路浸漆或用環(huán)氧樹脂封灌等。 （ 6） 化學(xué)干擾 必須根據(jù)使用環(huán)境對(duì)儀器設(shè)備采取必要的防腐措施，將關(guān)鍵的 元器件密封并保持儀器設(shè)備清潔。 （ 7） 射線輻射干擾 干擾的類型 104 干擾的來源 （ 1） 自然干擾 由大氣層發(fā)生的自然現(xiàn)象所引起的干擾以及來自宇宙的電磁輻射干擾統(tǒng)稱為自然干擾，如雷電、大氣低層電場的變化，電離層變化，太陽黑子的電磁輻射等。 （ 2） 電氣設(shè)備干擾 電氣設(shè)備所產(chǎn)生的干擾包括放電干擾、工頻干擾、開關(guān)干擾及射頻干擾等。 （ 3） 內(nèi)部干擾 設(shè)備內(nèi)部由于設(shè)計(jì)不良或某些器件工作會(huì)形成干擾。內(nèi)部干擾有長期干擾和瞬時(shí)干擾之分。熱電動(dòng)勢(shì)、熱噪聲、信號(hào)耦合、工頻紋波等造成的干擾屬于長期干擾，而轉(zhuǎn)接過程、微音干擾、壓電效應(yīng)等干擾屬于瞬時(shí)干擾。 105 電子測(cè)量裝置的兩種干擾類型 根據(jù)干擾進(jìn)入測(cè)量電路的方式不同，干擾可分為串模干擾與共模干擾。 （ 1） 串模干擾 串模干擾：干擾電壓與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用到系統(tǒng)上。 常見串?dāng)_：外部交變磁場對(duì)傳感器的一端進(jìn)行電磁耦合；外部高壓交變電磁場對(duì)傳感器的一端進(jìn)行漏電流耦合。 （ 2） 共模干擾 共模干擾：相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)點(diǎn) (通常為接地點(diǎn) )，在信號(hào)接收器的兩個(gè)端子上同時(shí)出現(xiàn)的干擾。 它不直接影響結(jié)果，但是，當(dāng)信號(hào)接收器的輸入電路不對(duì)稱時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)為串模干擾，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。 106 常用的抑制干擾措施 為保證檢測(cè)系統(tǒng)正常工作，必須削弱和防止干擾影響，例如消除或抑制干擾源、破壞干擾途徑以及削弱被擾對(duì)象 (接收電路 )對(duì)干擾的敏感性。通過采取各種抗干擾措施，使系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠工作，從而提高檢測(cè)精度。 （ 1）屏蔽技術(shù) 利用銅或鋁等低電阻值材料制成容器，將需要防護(hù)的部分包起來或者利用導(dǎo)磁性良好的鐵磁材料制成的容器將需要防護(hù)的部分包起來，這種 防靜電或電磁的相互感應(yīng) 所采用的技術(shù)措施稱為 屏蔽 。 屏蔽的目的就是隔斷電、磁場的耦合通道。 107 屏蔽技術(shù) 靜電屏蔽 靜電屏蔽就是利用與大地相連接的導(dǎo)電性良好的金屬容器，內(nèi)部無電力線，即各點(diǎn)電位相等。同時(shí)外部的電場也不影響其內(nèi)部。 電磁屏蔽 電磁屏蔽是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽層，利用高頻干擾電磁場在屏蔽金屬內(nèi)產(chǎn)生渦流，再利用渦流磁場抵消高頻干擾磁場的影響，從而達(dá)到抗高頻電磁場干擾的效果。 低頻磁屏蔽 對(duì)低頻磁場干擾，要采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層，以便將干擾限制在磁阻很小的磁屏蔽體內(nèi)，起到抗干擾的作用。 驅(qū)動(dòng)屏蔽 驅(qū)動(dòng)屏蔽就是用被屏蔽導(dǎo)體的電位，通過 1： 1電壓跟隨器來驅(qū)動(dòng)屏蔽層導(dǎo)體的電位，實(shí)現(xiàn)等電位。 108 接地技術(shù) ? 合理的接地方式是抑制電容性、電感性以及電阻耦合，減小或削弱干擾的重要措施； ? 電測(cè)裝置的地線 ： ? 保安接地 ：以安全防護(hù)為目的，將電測(cè)裝置的機(jī)殼、底盤等接地； ? 信號(hào)接地 ：信號(hào)接地是指電測(cè)裝置中的零電位 (基準(zhǔn)電位 )接地線，但不一定真正接大地。信號(hào)地線分為 模擬信號(hào)地線 和 數(shù)字信號(hào)地線 。前者是指模擬信號(hào)的零電平公共線，后者是指數(shù)字信號(hào)的零電平公共線，兩種地線應(yīng) 分別設(shè)置 。 ? 信號(hào)源接地 ：信號(hào)源地線是傳感器本身的零電位電平基準(zhǔn)公共線。 ? 負(fù)載接地 109 電路一點(diǎn)接地準(zhǔn)則 (1)單級(jí)電路的一點(diǎn)接地 例如，單級(jí)選頻放大器的原理電路上有 7條線需接地，如果只從原理圖的要求接線，則這 7個(gè)線端可任意接在接地母線的不同位置上。這樣，不同點(diǎn)間的電位差就有可能成為這級(jí)電路的干擾信號(hào)，所以，這 7個(gè)線端要接在接地母線的同一點(diǎn)上。 (2)多級(jí)電路的一點(diǎn)接地 多級(jí)電路的一點(diǎn)接地 a)多級(jí)電路的串聯(lián)接地 b)多級(jí)電路的并聯(lián)接地 110 電路一點(diǎn)接地準(zhǔn)則 (3) 測(cè)量裝置的兩點(diǎn)接地 若一個(gè)系統(tǒng)在兩個(gè)不同點(diǎn)接地，例如傳感器在現(xiàn)場接地而檢測(cè) 部分在主控室接地，是把大地看作等電位體。實(shí)際上大地各處電位 不同，對(duì)兩點(diǎn)接地電路造成干擾。此時(shí)地電位差是一個(gè)共模干擾源。 下圖為兩點(diǎn)接地對(duì)測(cè)量裝置的影響。圖中 VS、 RS為信號(hào)電壓及其 內(nèi)阻， R R2為外傳輸線等效電阻， Ri為放大器的輸入電阻， VG、 RG 為兩接地點(diǎn)之間的地電位差和地電阻。設(shè) VG=100mV， RG=， RS=1kΩ， Rl=R2=1Ω， Ri=10kΩ，可計(jì)算出干擾 電壓 VN=90mV，即 100mV的地電壓幾乎都加到 放大器輸入端，這可能使系統(tǒng)無法正常工作。 若改為只在放大器輸入處一點(diǎn)接地，并保持信 號(hào)源與地隔離，上述干擾將下降到微伏級(jí) 。 一點(diǎn)接地可使干擾得到顯著抑制 。 111 檢測(cè)系統(tǒng)的接地與浮置 通常檢測(cè)系統(tǒng)至少有三個(gè)分開的地線，即 信號(hào)地線 、 保護(hù)地線 和 電源地線 。這三種地線應(yīng) 分開設(shè)置 ，并通過 一點(diǎn)接地 。如右圖所示，這三種地線最后要匯集在一點(diǎn)，再通過專用地線與大地相連，構(gòu)成系統(tǒng)地線。這是消除共阻抗耦合干擾的重要方法。 各種地線的分開設(shè)置 浮置 浮置又稱浮空、浮接，是指測(cè)量儀表的輸入信號(hào)放大器公共線不接機(jī)殼，也不接大地的一種抑制干擾的措施。 112 其他抑制干擾的措施 隔離 抑制干擾的技術(shù)除經(jīng)常使用的屏蔽、接地、浮置外，還有隔離、濾波、平衡電路等方法。 隔離是破壞干擾途徑、切斷噪聲耦合通道，從而達(dá)到抑制干擾目的的一種技術(shù)措施。常用的電路方法有變壓器隔離和光電耦合器方法。 變壓器隔離 在信號(hào)傳輸通道中接入一個(gè)變壓器，使信號(hào)源和放大器在電氣上相互絕緣，斷開地環(huán)回路，從而切斷了噪聲電路傳輸通道，有效地抑制了干擾。 如右圖所示 。 變壓器隔離法適用于一定頻率范圍內(nèi)的傳輸交變信號(hào)的電路噪聲抑制，但不能傳輸直流信號(hào)或接近直流的低頻信號(hào)。 隔離變壓器 113 光電耦合器隔離 光電耦合器隔離方法如下圖所示。它是在電路上接入一個(gè)光耦合器，即用一個(gè) 光耦合器 代替變壓器，用光作為信號(hào)傳輸?shù)拿浇椋瑒t兩個(gè)電路之間既沒有電耦合，也沒有磁耦合，切斷了電和磁的干擾耦合通道，從而抑制了干擾。 光電耦合傳輸信號(hào)的精度較差，非線性強(qiáng)，在模擬系統(tǒng)中很少采用。對(duì)于數(shù)字信號(hào)，因?yàn)橹豢紤]邏輯電平，其電平精度無關(guān)緊要，因此在數(shù)字系統(tǒng)中普遍采用。 光電耦合隔離器 114 隔離放大器 隔離放大器使輸入電路、輸出電路、電源電路三者無公共地線，工作原理如下圖所示。這里，輸入電路、輸出電路、供電電路之間無共地連接，既傳輸了信號(hào)，又避免了接地干擾。 隔離放大器原理圖 115 抗干擾技術(shù) 濾波 采用濾波器抑制干擾是 最有效手段之一 ，特別是對(duì)抑制經(jīng)導(dǎo)線耦合到電路中的干擾。它是根據(jù)信號(hào)及噪聲頻率分布范圍，將相應(yīng)頻帶的濾波器接入信號(hào)傳輸通道中，濾去或盡可能衰減噪聲，達(dá)到提高信噪比、抑制干擾的目的。 （ 1）交流電源進(jìn)線的對(duì)稱濾波器 高頻干擾電壓對(duì)稱濾波電路 低頻干擾電壓濾波電路 116 抗干擾技術(shù) 濾波器 （ 2） 直流電源輸出的濾波器 高、低頻干擾電壓濾波器 （ 3） 去耦濾波器 當(dāng)一個(gè)直流電源同時(shí)為幾個(gè)電路供電時(shí)，為避免由電源內(nèi)阻造成幾個(gè)電路之間互相干擾，可在每個(gè)電路的直流電源進(jìn)線與地之間加 ∏型 RC或 LC濾波器 。 對(duì)于一臺(tái)多級(jí)放大器，各放大器之間會(huì)通過電源的內(nèi)阻產(chǎn)生耦合干擾，故多級(jí)放大器各級(jí)供電必須加 RC濾波器 。 117 抗干擾技術(shù) 平衡電路 平衡電路： 電橋平衡電路 平衡電路又稱 對(duì)稱電路 ，它是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這根導(dǎo)線的所有電路，對(duì)地或?qū)ζ渌麑?dǎo)線、電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，對(duì)應(yīng)阻抗相等，從而使對(duì)稱電路所檢測(cè)到的噪聲信號(hào)大小相等，方向相反，在負(fù)載上自行抵消。 118 脈沖電路的噪聲抑制技術(shù) 整形 整形分為削波器整形和平滑器整形兩種。 （ 1）削波器整形 當(dāng)噪聲電壓小于脈沖波峰值，且二者時(shí)間上又不重合時(shí)，可使混有這種噪聲的脈沖波通過削波器。如下圖所示，使只有高于電壓V1(稍高于干擾電壓的最大值 )的電壓信號(hào)通過，結(jié)果削波器的輸出僅保留了脈沖波的峰值部分，濾除了干擾信號(hào)。 (a)混有噪聲的脈沖波 (b)輸入信號(hào)經(jīng)削波器整形 (c)整形后的脈沖波 削波器整形 119 脈沖電路的噪聲抑制技術(shù) 平滑器整形 （ 2）平滑器整形 當(dāng)幅值比脈沖波小的噪聲與脈沖波在時(shí)間上發(fā)生一定的重合，即噪聲在脈沖的波谷、波峰都出現(xiàn)時(shí)，如下圖所示，可使混有這種噪聲的脈沖通過平滑器，截出了不受噪聲影響的脈沖部分，結(jié)果平滑器輸出一個(gè)與脈沖波完全相似而不含有噪聲的波。 (a)輸入信號(hào) (b)輸入信號(hào)經(jīng)平滑器整形 (c)輸出信號(hào) 平滑器整形 120 THE END