第四章仪表的抗干扰2

第四章仪表的抗干扰目前，电磁兼容性已成为工业过程测量和控制仪表的一项重要性能指标。由于测量和控制仪表总是和各类产生电磁干扰的设备工作在一起，因此不可避免地受电磁环境的影响。如何使热工控制仪表在规定的电磁环境中正常工作，这就是仪表的抗干扰问题。所谓干扰，就是出现在仪表传输线上各种影响仪表正常工作的非信号电量。热工控制仪表在现场使用时，各类干扰会通过不同途径与仪表电路耦合，以致使信号发生畸变，造成误差，影响仪表的正常工作。因此，了解干扰来源、耦合方式和研究其消除方法，对热工控制仪表的设计、制造、安装、运行和维护都具有重要意义。第一节干扰的来源一、外部干扰干扰有时来自仪表外部，如高压输电线（变电站）、大功率电器（雷达）、无线电波（电视发射塔）、汽车发动机的火花塞、日光灯、电钻等。外部干扰有以下几种类型。⒈天体和天电的干扰天体干扰是由太阳或其他恒星辐射电磁波所产生的干扰。天电干扰是由雷电、大气的电离作用、火山爆发及地震等自然现象所产生的电磁波和空间电位变化所引起的干扰。图为闪电产生的电磁干扰。⒉机械的干扰机械的干扰是指由于机械的振动或冲击，使控制仪表中的电气元件发生振动、变形，使连接线发生位移，使指针发生抖动、仪表接头松动等。对于机械类的干扰主要是采取减振措施来解决，例如采用减振弹簧、减振软垫、隔板等。⒊热的干扰火电厂热力设备在工作时产生的热量所引起的温度波动和环境温度的变化都会引起控制仪表的电路元器件参数发生变化，影响了控制仪表的正常工作。热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场对控制仪表的干扰主要体现在以下几个方面：元件参数的变化（温漂）、接触热电势干扰、元件长期在高温下工作时，引起寿命和耐压等级降低等。克服热干扰的防护措施有：选用低温漂元件，采用软、硬件温度补偿措施，选用低功耗、低发热元件，提高元件规格余量，仪器的前置输入级远离发热元件，加强散热，采用热屏蔽等。⒋光的干扰在控制仪表中广泛使用着各种半导体元件，这些半导体元件在光的作用下会改变其导电性能，从而影响控制仪表的正常工作。⒌湿度干扰湿度过高会引起绝缘体的绝缘电阻下降，漏电流增加；电介质的介电系数增加，电容量增加；吸潮后骨架膨胀使线圈阻值增加，电感器变化；应变片粘贴后，胶质变软，精度下降等。当环境相对湿度增加时，物体表面就会附着一层水膜，并渗入材料内部，降低了绝缘强度，造成了漏电、击穿和短路现象。潮湿还会产生原电池电化学干扰电压。⒍化学的干扰酸、碱、盐等化学物品以及其他腐蚀性气体，除了具有化学腐蚀性作用将会损坏仪器设备和元器件外，又能与金属导体产生化学电动势，从而影响控制仪表的正常工作。

某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀气体及沿海的盐雾也会造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象，必须采取浸漆、密封、定期通电加热驱潮等保护措施。⒎电和磁的干扰电和磁可以通过电路和磁路对控制仪表产生干扰作用，电场和磁场的变化会在控制仪表的有关电路或导线中感应出干扰电压，从而影响控制仪表的正常工作。电和磁的干扰对于控制仪表来说，是最为普遍和最为严重的干扰。本节介绍的内容，主要是抗电和磁的干扰。控制仪表是由敏感的电子线路构成，它们的工作电流很小，并带有微处理器，故受电磁干扰的影响很大。电磁环境同温度、湿度、尘埃、振动、光、有害气体一样，是控制仪表工作环境的一个部分，只是它不易为人们感受到罢了。为了保证它们能正常工作并有较高的可靠性，控制仪表在设计和制造过程中必须经受再现和模拟其工作现场可能遇到的电磁干扰环境的各种试验，以使它们的技术特性符合电磁兼容性要求，否则便会性能下降，工作不正常或发生故障。控制仪表受电磁环境干扰的干扰源主要来自靠近敷设的动力线、各类开关装置、接触器、继电器、电焊机以及对讲机、广播电台、电视台等产生的电磁辐射。带有静电荷的操作人员也能产生干扰。电吹风机产生的电磁波干扰有两个途径：一是通过共用电源插座；二是以空间电磁场传播的方式由电视机的天线接收。干扰源产生的干扰可以是磁的、电的或电磁的，它们通过仪表的供电线、信号输入输出线和外壳，以电感耦合，电容耦合、电磁辐射等形式串入干扰电压或因本地和远方的地(零)电位不同而直接导入。特别需要注意的是变送器在联校、检查和维护时使用的无线电对讲机。其天线附近会形成很强的电磁场。因为距离变送器近。所以对仪表有很大的干扰。为此，变送器在安装时，应考虑密封屏蔽，使用金属导线管或屏蔽电缆接线。对讲机离仪表不要太近，功率不要太大，且不要在仪表盖打开的情况下使用。二、内部干扰干扰有时也来自仪表内部，如电源变压器、导线、印刷电路、电子元件之间的电感、电容或元器件内部的噪声干扰。内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引入的。内部干扰环境如图所示，有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输造成的波反射；多点接地造成的电位差引入的干扰；装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；甚至元器件产生的噪声等。

内部干扰第二节干扰的途径干扰的途径是指干扰信号的耦合方式，耦合方式主要有下列几种。一、经过漏电电阻耦合理想的绝缘体是不存在的，通常的绝缘材料在较高的电压下都有一定的漏电流，特别是表面潮湿或有酸、碱沾污的情况下，漏电更为严重。像陶瓷之类材料，在常温下是相当优良的绝缘体，但在高温下其电阻就会下降。因此，测电炉温度的热电偶，其瓷套管会在高温下将加热电源的电流漏到测温电路中去，形成很大的干扰信号。当仪表的信号输入端子与220V电源进线端子之间产生漏电、印刷电路板上前置级输入端与较高电压整流电路存在漏电等情况下，噪声源可以通过这些漏电电阻作用电路而造成干扰。被干扰点的等效阻抗越高，由漏电阻产生的干扰越大。漏电是沿表面进行的，如能保持绝缘件表面清洁干燥，则有利于防漏电干扰。用于湿热气候条件下的仪表或室外安装的仪表，其防水防潮能力绝不仅仅是预防锈蚀的必要条件，也是防漏电干扰的措施之一。正因为漏电是沿表面进行的，所以，如果将绝缘件表面做成凹凸曲折的形状，加大漏电传输距离，也能削弱漏电的影响。接线端子之间隆起的绝缘板（挡块），既能防止短路，又有加强绝缘、减少漏电的作用。变压器的不同绕组之间设置金属屏蔽层，并把它接地，虽然主要目的是避免两绕组间的分布电容构成交流干扰的途径，但同时它也兼有防漏电干扰的作用。二、经过公共阻抗耦合两个电路使用同一电源，或有某一段共用导线，或接在同一地线上，这时由于电源具有内阻，导线和地线都有电阻，电流在公共阻抗上所形成的压降将以电信号的形式耦合到另一电路中去。无论仪表内外，都有可能出现这种耦合关系，从而引起干扰。在图4-1所示电路中，当用一个内阻为r的电源U对A、B两部分电路供电时，任何一部分电路的电流变化都会在公共阻抗r上产生干扰电压，造成对其他电路的干扰，图中为干扰电压叠加的结果。

公共地线的阻抗耦合如果系统的模拟信号和数字信号不是分开接地的，如图a和图b所示，则数字信号就会耦合到模拟信号中去。在图c中模拟信号和数字信号是分开接地的，两种信号分别流入大地，这样就可以避免干扰，因为大地是一种无线吸收面。负载（喇叭）的电流较大，它与放大器的负电源线共用了一段地线，在地线的微小电阻上产生了压降，造成了干扰。对于共用导线，应在设计电路或印刷电路板时尽量避免，尤其是对弱电信号和强电信号，切忌它们共用导线。经过公共阻抗耦合而来的干扰，可以是交流的，也可以是直流的，这一点和漏电干扰相似。三、电场耦合交流干扰信号能够经过分布电容进入仪表电路，特别是高频率或高电压的干扰源，这种危害尤其显著。在相距较近的平行导线间，如果导线长度很长，分布（寄生）电容不可忽视，其影响可用图4-4说明。对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号Us串联。目前常采用双绞线与滤波器两种措施。电场耦合的实质是电容性耦合。要减少电源线对信号线的电场耦合干扰，就必须加大信号线与电源线的距离，减小两者间的分布电容，必须尽量保持电路和信号线的对地平衡，布线时，多采用双绞屏蔽线。分布电容为CAG及CBG。设导线A上的交流正弦电压为U1，仪表的输入阻抗为R，导线B上因电场耦合而出现干扰电压，上述电路可等效为图4-2(b)。根据此等效电路,对节点B,由支路电流法（符号法）可求得干扰信号。图4-2(a)中的长导线A和B平行，其间分布电容为CAB，各线对地符号法就是用复数来表示正弦量的振幅或有效值和初相，使描述正弦电流电路的方程转换为复数形式的代数方程，而这些方程在形式上又与直流电路的方程类似，从而使正弦电流电路的计算和分析大为简化。Rω(CAB+CBG)>>1

这种情况下，与频率没有关系，且不再与R的大小有直接关系，但仪表引线对地电容CBG越小，干扰则越严重。可见，当导线B架空但又与A接近时，CBG小，而CAB大，其干扰将格外严重。电场耦合的干扰，只有通过合理设计布线，或采取屏蔽措施，才能削弱或避免。不能寄希望于减小R和加大CBG，因为这将使有用的交流信号衰减。分布电容引起的干扰同样存在于印刷电路板和变压器绕组上，尤其在有高频干扰源的情况下更为突出。但电场耦合只会产生交流干扰，直流干扰不可能通过这一途径产生。四、磁场耦合磁场耦合包括交流电流通过互感作用在平行导线间传递，或者交流电流产生的交变磁场穿过导线环形成感应电势。这两种表现的实质是一样的，都是电能经过磁场交连之后又恢复成电信号的过程，其等效电路如图4-3所示。图4-3(a)中交流电源电压经导线A供给负载，与之平行的导线B为直流电路，在电源的作用下向负载提供有用信号。对直流测量系统而言，E为信号源，为仪表的输入阻抗。在导线A、B之间存在着互感，因此使得上除应有直流信号外，同时会得到由干扰源引起的交流干扰信号。该电路可以等效为图4-3(b)，和代表导线A和B的自感。

由于A、B相互靠近，在互感的作用下A与B相当于变压器的效应，所以上的电压含有交流成分，这个交流成分完全是干扰的结果。在不考虑有用的直流信号时，互感产生的干扰信号为可见磁场耦合引起的干扰是与频率及电流成正比的，而且互感系数越大，干扰越显著。其中：

ω为感应磁场交变角频率

M为两根导线之间的互感

I1为导线1中的电流例题：某信号线，与电压为220V（AC）、负荷为10KVA的输电线的距离为1m，并且平行走线10m，两线之间的互感为4.2μH，按上式计算出信号线上感应的干扰电压Un。Un=ωMI1=2π×50×4.2×（10-6）×10000/220=59.98(mV)可见，这样大的干扰，足以淹没小信号。减少这种干扰的办法，除布线彼此尽量远离，尤其要避免相互平行，除此之外，也可以采用双绞线，同轴电缆或磁屏蔽法。只有交流电流产生的变化磁场有干扰作用，而恒定磁场不会使静止的导线上产生感应电动势。五、差模干扰与共模干扰各种干扰源对控制仪表产生的干扰，必然是通过各种耦合通道进入测量电路，对测量结果产生影响。根据干扰进入测量电路的方式不同，可将干扰分为差模干扰与共模干扰两种。差模干扰也称为常模干扰、常态干扰、横向干扰、差模干扰；共模干扰也称为共态干扰、纵向干扰、对地干扰。⒈差模干扰差模干扰是使信号接收仪表的一个输入端电位相对另一个输入端子电位发生变化，即干扰信号与有用信号是迭加在一起，送至信号接收端。它是一种直接干扰。差模干扰作用在仪表的两个输入端子之间，因此有“横向干扰”之称。其效果如同干扰信号与有用信号串联后送到仪表输入端一样。在图4-4(a)中，干扰源经过导线A分别以漏电阻、公共阻抗、电场、磁场四种耦合方式传播到B1～B4电路中。为了便于区分，图中把有用信号源画成直流E，把仪表画成直流电流表的符号。以上四种干扰途径虽然不同，其效果却是一样的，都可等效为图4-4(b)，即干扰信号和有用信号E相当于串联关系，两者共同施加在仪表上。串模干扰示意图一般来说，有用信号E是缓慢变化的直流信号，差模干扰信号U1多为变化较快的杂乱交变信号和工频干扰（50Hz）。在这种情况下，通过滤波消除干扰是常用的方法。当干扰信号与有用输入信号频率相近时，常规滤波就很难起作用，需要靠消除干扰源或特定的滤波方法来抑制干扰。控制仪表或检测系统对差模干扰的抑制能力常采用差模抑制比来衡量。所谓抑制比，是指系统限制某种不受欢迎的信号进入系统的能力，并且通过系统的输出变化量来判断有多少不受欢迎的信号进入了系统。关于抑制比可以打一个比方：一些次品被堵在工厂的大门口，有多少次品能混出去？可以用抑制比来衡量。假设有1000个次品堵在工厂的大门口，有一个次品混出去，则抑制比=1000︰1，用分贝表示就是20lg（1000︰1）=60dB(也就是说有千分之一混出去)；如果有10个次品混出去，则抑制比=1000︰10，用分贝表示就是20lg（1000︰10）=40dB(也就是说有百分之一混出去)。差模抑制比和共模抑制比的含义与此类似。在控制仪表中，50Hz交流差模信号为不受欢迎的信号，即干扰信号。50Hz交流差模信号直接叠加在被测量的模拟信号上，如果不加处理，将完全反映到测量结果中。差模干扰信号通过图4-5所示的方式叠加到控制仪表的输入端。图中：Ui为被测信号；Uin为50Hz交流差模信号；Uo为被测信号的输出值；Uon为差模干扰的输出值。（Un=Uin,Ud=Uoni）在控制仪表指标中，针对其抑制50Hz交流差模信号的抑制能力，定义了差模抑制比NMRR。式中：Kd为直流差模放大倍数；Kn为50Hz差模信号放大倍数。由NMRR可以计算出有多少成分的50Hz差模信号“混入”了系统。式中：Uin为输入的50Hz差模信号；Ud为衰减后进入系统的差模信号。【例4-1】已知NMRR=60dB，50Hz差模信号（峰值）为5V,试求混入系统的干扰信号值。解：由（4-11）得在控制仪表中，为了获得高的NMRR必须在信号调理环节中采用滤波器，或采用软件滤波算法，滤出50Hz及50Hz的倍频信号。⒉共模干扰共模干扰是相对于公共的电位基准点(通常为接地点)，在信号接收仪表的两个输入端子上同时出现的干扰。共模干扰可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高。共模干扰同时出现在两个信号输入端和地之间，它对两根信号导线的作用完全相同，仪表的两个输入端子之间并无干扰信号，但这两个端子和地之间却出现了干扰信号，因此有“纵向干扰”之称。

共模干扰等效电路和造成共模干扰的原因如图

热电偶引线与220V电源线靠得太近将引起电场耦合干扰。如果UNi对两根信号传输下线的干扰大小相等、相位相同，就属于共模干扰。造成共模干扰的主要原因是被测信号的参考接地点和检测仪表输入信号的参考接地点不同，因此就会产生一定的电压。虽然它不直接影响结果，但是当信号接收仪表的输入电路参数不对称时，它会转化为差模干扰，对测量结果产生影响。共模干扰见图4-6。

图4-6(a)为用热电偶测量电阻器表面温度的示意图。电阻R由交流电源通电加热，热电偶的有用信号是直流电势E。在这种情况下，图R的下段电压降作用在热电偶的焊点上，必然使导线a和b都对地具有相同的交流电压，这就使得仪表的两个输入端子对地出现共模干扰信号。图4-6(b)是交流导线A对信号线a和b具有分布电容的情况。如果分布电容均匀对称，a和b所接受的干扰信号相同，这时信号电路对地形成共模干扰。图4-6(c)是信号源接地点X和仪表外壳接地点Y之间电位不等，具有交流电位差的情况。对仪表来说，信号电路整体和地之间也有共模干扰信号。各种共模干扰的来源尽管不同，等效电路都可以画成图4-6(c)的形式。虽然以上实例都把干扰源假定成交流，但直流干扰也同样有差模、共模两种形式。值得注意的是，差模干扰信号和有用信号相当于串联在一起，它进入仪表后肯定会造成有害影响；共模干扰仅仅是使仪表电路对地电位有变化，似乎不会妨碍仪表工作。

以图4-6(a)为例，当导线a、b及仪表内部电路对地阻抗为无穷大时，共模信号根本不能形成电流，理论上说确实不会影响仪表工作。但是实际导线和仪表电路的对地绝缘不可能十分理想，在电压的作用下是有一定电流的。不过倘若导线a和b对地的阻抗完全对称，则两根导线上的干扰电流大小相等、方向相反，对仪表而言仍然没有影响。倘若导线a和b对地的阻抗不完全对称，则两根导线上的干扰电流大小不相等、由于方向相反，其差值将对仪表造成影响。由此可见，共模干扰只有在它转化为差模干扰之后，才会引起测量误差或对仪表产生影响，也只有经过这种转化之后，共模干扰的危害才充分表现出来。正是因为实际的仪表里很难做到两导线对地阻抗完全对称，所以上述转化的机会很多，这就必须对共模干扰加以防范。对于系统干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰方式表现出来。由Ucm引起系统输入的差模电压为：两种输入方式的共模电压的引入(a)单端输入

(b)双端输入⑴直流共模信号。直流共模信号的加入会直接导致测量结果的偏移，过高的直流共模信号会造成输入信号超过仪表放大器的共模输入范围，造成严重失真，更高直流共模信号会直接损坏系统。⑵50Hz交流共模信号。在过程控制中，不会有输出信号频率为50Hz的变送器，而以50Hz电网频率为特征的工频干扰无处不在，这些信号对测量结果同样造成影响。共模干扰信号通过图4-7所示的方式叠加到控制仪表的输入端。图中：Ui为被测信号；Uic为直流或50Hz交流共模输入；Uo为被测信号的输出值；Uoc为共模干扰的输出值。在控制仪表指标中，针对其抑制直流或50Hz交流共模信号的抑制能力，定义了共模抑制比CMRR。式中：Kd为差模放大倍数。Kc为共模放大倍数。通过仪表放大器，可以有效地衰减掉绝大部分的共模输入信号。但是，有一些仪表放大器的电路结构不对称性，使得共模输入信号转换为微弱的等效差模输入信号，从而“混入”了系统。根据CMRR的定义，可以计算出与共模信号等效的差模信号（即“混入”成分）。式中：Uic为50Hz正弦共模输入峰值信号；Ud为共模输入Uic等效的差模输入信号。【例4-1】已知CMRR=120dB，共模信号为5V,试求混入系统的差模干扰输入信号值。解：由（4-13）得第三节抗干扰的措施要想抗干扰，首先要了解干扰的来源、性质、传播途径和电路接收干扰的敏感性。归纳起来，形成干扰的因素，主要有干扰源、干扰途径和干扰对象三方面的因素。为消除干扰，就要从这三项因素着手，即消除或抑制干扰源；破坏干扰引入的途径；削弱干扰接收对象对干扰的敏感性。抗干扰的具体措施很多，比较有效的办法有以下几种。一、隔离在现场环境中，弱电或低电平的测量信号回路常常会串入或感应产生较强电压。如用热电偶测量温度，信号是“毫伏”级，而周围环境存在的380、440、6000VAC交流电压，它们可能感应或直接串入测量回路，产生数十伏、数百伏的感应电压，如不隔离，这些强电进入测量回路势必会损（烧）坏芯片、卡件。目前常用的隔离方法是变压器隔离和光电隔离。在DCS系统中大多采用光电隔离，光电隔离的能力可达1500V交流峰峰值或1500VDC。⒈变压器隔离变压器的特点是原边与副边之间有较好的绝缘，原边与副边的两个绕组在电路上互相隔离，使交流信号可以经过磁的交连进行传递。利用这一特点变压器能够使有用的交流信号在原边和副边之间通过，而把有害的直流共模干扰信号所形成的地环电流隔断。这种隔离适用于无直流分量信号的通路。变压器只能传送交流信号，对于直流信号，也可通过调制器变换成交流信号，经隔离变压器后，用解调器再变换成直流信号，如图所示。变压器隔离办法在数字控制仪表中也有较多应用，它对于重复接地引起的共模干扰和信号混乱，有明显的抑制作用。如果在变压器的原边和副边之间，增添接地的金属屏蔽层，效果将更好。⒉光电隔离对于数字信号、频率调制或脉宽调制信号，可以用更为简单的隔离办法，即采用光电器件隔离，图4-9所示光电隔离器为光电三极管型光耦合器。光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管（或达林顿管、或晶闸管等）封装在一个管壳内组成，实现以光为媒介的电信号传输。由于光电耦合器是用光传送信号，两端电路无直接电气联系，因此，切断了两端电路之间地线的联系，抑制了共模干扰。发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入端的干扰信号很小。光电耦合器的发光二极管只有在通过一定电流时才能发光，由于许多干扰信号虽幅值较高，但能量较小，不足以使发光二极管发光，从而可以有效地抑制干扰信号。光电隔离器是由发光二极管和光敏晶体管封装在一起构成的。由于发光二极管的亮度和所通过的电流并不是直线关系，光敏晶体管的输出电流和被照射的光强也不是正比关系，所以一般不宜用来传递模拟信号。虽然专门用于直接传递模拟信号的光电隔离器也已研制成功，但价格要贵得多。

通常把光电隔离器用在脉冲信号传递上，或者按图4-9所示那样，把直流信号经过电压／频率(U／f)变换，控制发光二极管亮灭的频率，通过隔离器传递到数字电路中去。光电隔离器的两侧完全没有电的联系，是靠光传递信息的，所以共模干扰将被阻挡在一侧，无法通过。这一性质和变压器隔离相似，但是光电隔离器更小巧紧凑，而且适用于很宽的频率范围，它也不受磁场影响。不过变压器的信息传递方向可以对换，变比可以任意设计。

必须指出，无论是变压器隔离或光电隔离，被隔开的两电路不允许有任何电的联系，不然就前功尽弃了。但通常两电路总是需要电源的，电源又往往由同一个变压器供给，这时就必须分别使用两个独立的副边绕组和两套整流稳压系统分别向被隔离的两个电路供电。⒊隔离放大器隔离放大器是带隔离的放大器，其输入电路、输出电路和电源之间没有直接的电路耦合，信号的传递和电源的传递均通过变压器或光电耦合（多用变压器耦合，因光电耦合线性度较差）实现。隔离放大器不仅具有通用运算放大器的性能，而且输入公共地与输出公共地之间具有良好的绝缘性能。隔离放大器的符号如图4-10所示。普通的差动放大器和测量放大器，虽然也能抑制共模干扰，但却不允许共模电压高于放大器的电源电压。而隔离放大器不仅有很强的共模抑制能力，而且能承受上千伏的高共模电压。因此，隔离放大器一般用于信号回路具有很高（数百伏甚至数千伏）的共模电压的情况下，且要求仍然正常工作、安全使用的场合。二、中和变压器（纵向扼流圈）中和变压器是在同一铁心或磁心上绕两个匝数相等、尺寸相同的线圈构成的，其功用不是变压而是感抗。由于中和变压器对低频信号电流阻抗很小，对纵向的噪声电流却呈现很高的阻抗。因此，这种做法特别适应于超低频。在两根导线上流过的信号电流(实线)是方向相反、大小相等。而流经两根导线的噪声电流（虚线）则是方向相同、大小相等。这种噪声电流叫纵向电流，也叫交流共模电流。

在图4-11中，电路1和电路2之间如因多点接地而出现共模干扰电压Un，它将沿图中虚线方向形成环流，这个环流在中和变压器的两个绕组里都是按相同的方向流过，即都从有黑点的一端流入，从另一端流出，相当于流过一个大感抗元件，所以电流很小。但是，有用信号是沿图中实线箭头方向流动，在其中一个绕组里从有点（同名端）的一端流入，在另一个绕组里却从无点的一端流入，方向相反，而变压器的匝数相等，所以对有用的直流信号而言，这里不存在感抗，相当于纯电阻作用，而且其电阻也很小，因此压降就很小，这样就起了抑制共模交流干扰的作用，但中和变压器对直流共模干扰无抑制作用。三、浮空浮空也是抗共模干扰的有效措施。把信号导线和仪表电路完全用绝缘材料架空起来，不使它们和接地的金属外壳相碰，这就叫做浮空,如图4-12所示。图中：Ur为有用信号源；R为有用信号源内阻；Un为干扰源（共模电压）。双层屏蔽单层屏蔽对空间的电磁耦合干扰敏感，一般采用双层屏蔽一个完全浮空的电路，即使存在共模电压，也无法形成电流。无论两根输入导线对地阻抗是否对称，都不会把共模干扰转化为差模干扰，而纯共模信号是不会妨碍仪表正常工作的(在一定限度内)。这是从防止转化方面采取的抗干扰措施。从本质上看，浮空和变压器隔离、光电隔离的出发点是一样的，都是设法切断共模信号的通路。四、屏蔽利用铜或铝等低电阻材料制成的容器，将需要防护的部分包起来或者利用导磁性良好的铁磁材料制成的容器将需要防护的部分包起来，此种防止静电或电磁的相互感应所采用的技术措施称为屏蔽。屏蔽分为磁场屏蔽和电场屏蔽两种措施，屏蔽的目的就是隔断电场和磁场的耦合通道。变压器的屏蔽未加屏蔽罩时中频变压器线圈易受外界干扰。加屏蔽罩时中频变压器线圈不易受外界干扰。磁场屏蔽用高导磁率的材料制造，它能使干扰磁通旁路，从而避免和被保护的电路交连，而且交变的干扰磁通常会在导电屏蔽层内形成涡流，涡流效应又会削弱外界磁场的强度。铁和铍莫合金之类材料制成的屏蔽层，两种作用都有，可使干扰磁场对电路失去影响。在电源变压器附近的弱信号电路应避免磁场干扰，可用铁或铍莫合金板遮挡起来。电子仪器里为了消除高频电路产生互感干扰，也常用磁屏蔽。理想情况下，把磁屏蔽层做成空心球状，完全封闭，球内空间的磁场强度将比无屏蔽时显著减弱。电场屏蔽亦称“静电屏蔽”，在静电场作用下，导体内部无电力线，即各点电位相等。静电屏蔽就是利用了与大地相连接的导电性良好的金属容器，使其内部的电力线不外传，同时外部的电场也不影响其内部。使用静电屏蔽技术时，应注意屏蔽体必须接地，否则虽然体内无电力线，但导体外仍有电力线，导体仍受到影响，起不到静电屏蔽的作用。多数仪表外壳采用导磁材料（例如铁质机柜）作屏蔽层，让干扰磁力线从磁阻很小的磁屏蔽上通过，使受外壳保护的内部电路免受磁场耦合干扰。（4）信号电缆与电源电缆必须分开，并尽量避免平行敷设。如果现场条件有限，信号电缆与电源电缆不得不敷设在一起时，则应满足以下条件：①电缆沟内要设置隔板，且使隔板与大地连接，如图8-17（a）所示。②电缆沟内用电缆架或在沟底自由敷设时，信号电缆与电源电缆间距一般应在15cm以上，如图8-17（b）（c）所示；如果电源电缆无屏蔽，且为交流电压220VAC、电流10A时，两者间距应在60cm以上。③电源电缆使用屏蔽罩，如图8-17（d）所示。五、接地接地也是抗干扰的重要手段，但是错误的接地不仅起不了抗干扰作用，反而会使干扰加强。例如图4-13(a)所示的三个电路，各自的地线都接到公共地线上，因公共地线有电阻，在线段r1、r4、r3上有不同的地电流，所形成的压降将干扰其他电路，这就是前面所说的公共阻抗耦合提供了干扰途径。若把接地点变成图4-13(b)所示的接法，使三个电路的地线电阻互相独立，不论各自的地电流如何，对别的电路没有任何影响。可见，接地点可以共用而接地线不能共用，这一原则对互相关连的多个电路尤为重要。设电路1的输出信号供给电路2，电路2又将信号送至电路3，这种情况下就必须把接地点合在一处，不能分设在三个不同地点。有人误认为两处接地比单独一个接地点可靠，于是在图4-13(a)所示的公共地线左端也设一个接地点，形成两处接地点用导线相连的方式，把各个电路的地线都接到这根导线上。其实，这种接法同样有公共阻抗耦合作用，而且两接地点之间的电位差在导线上产生电流，使各电路的地线间出现分压，所以共模干扰依然存在。总之，重复接地有害无益。六、信号导线的抗干扰热工控制仪表的电信号都是低电压小电流，从导线电负荷上考虑，并不需要很大的截面积。但因工业现场距离较远，环境恶劣，为使电阻较小，并有足够机械强度，通常都选用截面积不小于的多股导线。多股导线的好处是柔软易弯曲。根据抗干扰的要求，可以用双绞线、平行线、屏蔽线或同轴电缆。信号导线长度大，最容易受电场干扰和磁场干扰，如果附近有和它平行的动力线，仅就电场干扰而论，就有下式的关系：

(4-14)式中：es为电场干扰信号(mV)；L为平行敷设的长度(m)；C为等效分布电容(μF／m)；Re为信号源内阻和负载电阻的并联值(Ω)；K为信号线系数（平行线K=1；双绞线K=0.1；屏蔽双绞线K=0.01）；U为干扰源的电压(V)。当信号线与低电压大电流的动力线(例如电焊、电镀、电加热设备的电源线)平行敷设时，主要干扰是磁场干扰。其干扰信号值可用下式计算：