隨著變頻器技術在電源、照明等領域的廣泛運用，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入手，結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)的結果。（如圖1所示）

圖1 常見噪聲來源和性質

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 共模噪聲轉換為串模噪聲的機制圖

根據(jù)圖4的機制轉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換為串模噪聲的轉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就是防止各種形式的共模干擾轉換為串模干擾。

同時我們還可以根據(jù)上述公式總結出兩條關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計

為將抗干擾的性能發(fā)揮到極致，橫河記錄儀在內部進行了如下配置：

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。

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包括輸入開關元件的導通電阻，因此輸入開關元件的導通電阻越小，其共模噪聲轉換為串模噪聲的轉換量也越小。

圖7 輸入開關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 聚脂薄膜隔絕開關噪聲示意圖

需要注意的是，絕緣體的厚度會影響測量結果。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

橫河記錄儀通過內外結合的抗干擾設計，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！