干扰源及防护干扰源及防护 在非电量测量过程中，往往会发现总是有一些无用的在非电量测量过程中，往往会发现总是有一些无用的背景信号与被测信号叠加在一起，这称为干扰，有时也采背景信号与被测信号叠加在一起，这称为干扰，有时也采用噪声这一习惯用语。用噪声这一习惯用语。 噪噪声声对对检检测测装装置置的的影影响响必必须须与与有有用用信信号号共共同同分分析析才才有有意意义义。衡衡量量噪噪声声对对有有用用信信号号的的影影响响常常用用信信噪噪比比（S/N）来来表表示示，它它是是指指在在信信号号通通道道中中，有有用用信信号号功功率率PS与与噪噪声声功功率率PN 之之比比，或或有有用用信信号号电电压压US与与噪噪声声电电压压UN 之之比比。信信噪噪比比常常用用对数形式来表示，单位为对数形式来表示，单位为dB，即，即 S/N=10lg（ PS / PN ）=20lg（ US / UN ）（）（dB） 在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量在测量过程中应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量结果的影响。结果的影响。 干扰与噪声干扰与噪声9/22/20241信噪比信噪比（S/N）的）的计算举例计算举例 在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者声音在扩音机输入端测得：话筒输出的做报告者声音的平均电压为的平均电压为50mV， 50Hz干扰干扰“嗡嗡嗡嗡”声的电压声的电压为为mV，求信噪比。，求信噪比。 解解 S/N=20lg（50/0.5） dB =40 dB又问：当又问：当S/N分别为分别为20 dB、0 dB 、 -20 dB 时，时，说明做报告者声音与干扰声音之间各为什么关系说明做报告者声音与干扰声音之间各为什么关系？9/22/20242噪声源及干扰源噪声源及干扰源 一、机械干扰一、机械干扰 机械干扰是指机械振机械干扰是指机械振动或冲击使电子检测装置动或冲击使电子检测装置中的元件发生振动，改变中的元件发生振动，改变了系统的电气参数，造成了系统的电气参数，造成可逆或不可逆的影响。可逆或不可逆的影响。 对机械干扰，可选用对机械干扰，可选用专用减振弹簧专用减振弹簧- -橡胶垫脚橡胶垫脚或吸振橡胶海绵垫来降低或吸振橡胶海绵垫来降低系统的谐振频率，吸收振系统的谐振频率，吸收振动的能量，动的能量， 从而减小系从而减小系统的振幅。统的振幅。 橡胶橡胶 海绵软垫海绵软垫橡胶垫脚及弹簧橡胶垫脚及弹簧9/22/20243振动试验台振动试验台 频率、振幅均可调节频率、振幅均可调节 将被测仪器（如图中的电子天平）固定在将被测仪器（如图中的电子天平）固定在振动台上，逐渐增大振幅，测试在不同频率的振动台上，逐渐增大振幅，测试在不同频率的规定振幅下，产品指标是否变化。规定振幅下，产品指标是否变化。固定固定9/22/20244跌落试验跌落试验 产品在运产品在运输过程中常因输过程中常因为遭受剧烈震为遭受剧烈震动或跌落而损动或跌落而损坏或性能变差，坏或性能变差，因此需要做抗因此需要做抗跌落试验和测跌落试验和测试。试。跌落试验机跌落试验机9/22/20245二、湿度及化学干扰二、湿度及化学干扰 当当环环境境相相对对湿湿度度大大于于65%时时，物物体体表表面面就就会会附附着着一一层层厚厚度度为为um的的水水膜膜，并并渗渗入入材材料料内内部部，降降低低了了绝绝缘缘强强度度，造造成成了了漏漏电电、击击穿穿和和短短路路现现象象；潮潮湿湿还还会会加加速速金金属属材材料料的的腐腐蚀蚀，并并产产生生原原电电池池电电化化学学干干扰扰电电压压；在在较较高高的的温温度度下下，潮潮湿湿还会促使霉菌的生长，并引起有机材料的霉烂。还会促使霉菌的生长，并引起有机材料的霉烂。 某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性某些化学物品如酸、碱、盐、各种腐蚀性气体以及沿海地区由海风带到岸上的盐雾也会气体以及沿海地区由海风带到岸上的盐雾也会造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象。造成与潮湿类似的漏电腐蚀现象。9/22/20246二、湿度及化学干扰二、湿度及化学干扰 对对在在上上述述环环境境中中工工作作的的系系统统必必须须采采取以下措施来加以保护：取以下措施来加以保护：n 1)将变压器等易漏电或击穿的元器将变压器等易漏电或击穿的元器件用绝缘漆或环氧树脂浸渍，将整件用绝缘漆或环氧树脂浸渍，将整个印制电路板用防水硅胶密封个印制电路板用防水硅胶密封(如洗如洗衣机中衣机中)n 2)对设备定期通电加热驱潮，或对设备定期通电加热驱潮，或保持机箱内的微热状态。保持机箱内的微热状态。n 3)将易受潮的电子线路安装在不将易受潮的电子线路安装在不透气的机箱中，箱盖用橡胶圈密封。透气的机箱中，箱盖用橡胶圈密封。用绝缘漆浸用绝缘漆浸渍过的控制渍过的控制变压器变压器浸漆可防止水分浸漆可防止水分进入线圈内部进入线圈内部9/22/20247仪器设备的防潮试验仪器设备的防潮试验喷淋试验喷淋试验9/22/20248仪器设备的防潮试验（续）仪器设备的防潮试验（续）“步入式步入式”恒温恒湿房恒温恒湿房（参考（参考江江苏省省计量量测试技技术研究所研究所资资料）料） 体积：体积：25m3 3 ，温度调节范围：（，温度调节范围：（-40+80）， 湿度调节范围：（湿度调节范围：（3090）%RH 可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、可用于进行大型仪器设备的高低温、恒定湿热、交变湿热试验。交变湿热试验。9/22/20249三、热干扰三、热干扰 热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场对检测热量，特别是温度波动以及不均匀的温度场对检测装置的干扰主要体现在以下几个方面：装置的干扰主要体现在以下几个方面： 1) 温漂：温漂：各种电子元件均有一定的温度系数，温度升高，各种电子元件均有一定的温度系数，温度升高，电路参数会随之改变，引起误差。电路参数会随之改变，引起误差。 2) 接触热电动势：接触热电动势：由于电子元件多由不同金属构成，由于电子元件多由不同金属构成，当它们相互连接组成电路时，如果各点温度不均匀就不当它们相互连接组成电路时，如果各点温度不均匀就不可避免地产生热电势，它叠加在有用信号上引起测量误可避免地产生热电势，它叠加在有用信号上引起测量误差。差。 3) 元元器件长期在高温下工作器件长期在高温下工作时，将降低使用寿命、降时，将降低使用寿命、降低耐压等级，甚至烧毁。低耐压等级，甚至烧毁。9/22/202410三、热干扰三、热干扰 克服热干扰的防护措施有：克服热干扰的防护措施有： 1) 在设计检测电路时，在设计检测电路时，尽量选用低温漂元件尽量选用低温漂元件。例如采用金属膜。例如采用金属膜电阻、低温漂、高精度运放，对电容器容量稳定性要求高的电路电阻、低温漂、高精度运放，对电容器容量稳定性要求高的电路使用聚苯乙烯等温度系数小的电容器等。使用聚苯乙烯等温度系数小的电容器等。 2) 尽量采用低功耗、低发热元件尽量采用低功耗、低发热元件。如电源变压器采用高效率、。如电源变压器采用高效率、低空载电流系列低空载电流系列(例如例如R型、环型型、环型)等。等。 3) 在电路中考虑在电路中考虑采取软、硬件温度补偿措施。采取软、硬件温度补偿措施。 4) 选用的元器件规格要有一定的余量。选用的元器件规格要有一定的余量。例如电阻的瓦数要比估例如电阻的瓦数要比估算值大一倍以上电容器的耐压、晶体管的额定电流、电压均要算值大一倍以上电容器的耐压、晶体管的额定电流、电压均要增加一倍以上、其成本并不与额定值成比例增加，但可靠性却大增加一倍以上、其成本并不与额定值成比例增加，但可靠性却大为提高。必须了解：在一个系统的几千个元器件中，只要有一个为提高。必须了解：在一个系统的几千个元器件中，只要有一个损坏，就可能导致整个系统瘫痪，造成的经济损失可能很大。损坏，就可能导致整个系统瘫痪，造成的经济损失可能很大。 9/22/202411克服热干扰的防护措施克服热干扰的防护措施 5) 仪器的前置级仪器的前置级(通常指输入级通常指输入级)应尽量远离发热元件应尽量远离发热元件，例如电，例如电源变压器、稳压模块、源变压器、稳压模块、 功率放大器等。如果仪器内部采用上下层功率放大器等。如果仪器内部采用上下层结构，结构，前置级应置于最下层。前置级应置于最下层。如果仪器本身有散热风扇，则如果仪器本身有散热风扇，则前置前置级必须处于冷风进风口级必须处于冷风进风口(必须加装过滤灰尘的毛毡必须加装过滤灰尘的毛毡)，功率级置于，功率级置于出风口。出风口。 6) 加强散热。加强散热。 空气的导热系数比金属小几千倍，应给发热元件安装散热片，空气的导热系数比金属小几千倍，应给发热元件安装散热片，应尽量将散热片的热量传导到金属机壳上，通过面积很大的机壳应尽量将散热片的热量传导到金属机壳上，通过面积很大的机壳来散热，元器件与散热片之间还要涂导热硅脂或垫导热薄膜；来散热，元器件与散热片之间还要涂导热硅脂或垫导热薄膜； 如果发热量较大，应考虑强迫对流，采用排风扇或半导体致冷如果发热量较大，应考虑强迫对流，采用排风扇或半导体致冷器件以及热管来有效地降低功率器件的温度；器件以及热管来有效地降低功率器件的温度； 有条件时，将检测仪器放在空调房间里。有条件时，将检测仪器放在空调房间里。 7) 采用热屏蔽。采用热屏蔽。所谓热屏蔽就是用导热性能良好的金属材料做所谓热屏蔽就是用导热性能良好的金属材料做成屏蔽罩，将敏感元件、前置级电路包围起来，使罩内的温度场成屏蔽罩，将敏感元件、前置级电路包围起来，使罩内的温度场趋于均匀，有效地防止热电势的产生。趋于均匀，有效地防止热电势的产生。9/22/202412散热实例散热实例 散热风扇散热风扇9/22/202413四、固有噪声干扰四、固有噪声干扰 在电路中，电子元在电路中，电子元件本身产生的、具有随件本身产生的、具有随机性、宽频带的噪声称机性、宽频带的噪声称为为固有噪声。固有噪声。最重要的最重要的固有噪声源是固有噪声源是电阻热噪电阻热噪声、半导体散粒噪声声、半导体散粒噪声和和接触噪声接触噪声等。固有噪声等。固有噪声可以从喇叭或耳机中反可以从喇叭或耳机中反映出来，但更多的时候映出来，但更多的时候是反映在输出电压的无是反映在输出电压的无规律跳变上。规律跳变上。 9/22/202414四、固有噪声干扰四、固有噪声干扰n电阻热噪声电阻热噪声任何电阻即使不与电源相接，在它任何电阻即使不与电源相接，在它的两端也有一定的交流噪声电压，这是由电阻中电的两端也有一定的交流噪声电压，这是由电阻中电子无规则的热运动引起的。子无规则的热运动引起的。 为减小电阻热噪声，不能片面追求很宽的高频响为减小电阻热噪声，不能片面追求很宽的高频响应和高输入电阻放大电路；电路中尽量不用高阻值应和高输入电阻放大电路；电路中尽量不用高阻值的电阻。的电阻。n半导体散粒噪声半导体散粒噪声半导体中载流子的随机扩散及半导体中载流子的随机扩散及电子空穴对的随机发生及复合形成的噪声。电子空穴对的随机发生及复合形成的噪声。n接触噪声接触噪声由元器件间不完全接触形成电导率的由元器件间不完全接触形成电导率的起伏而引起。发生在两个导体连接的地方。起伏而引起。发生在两个导体连接的地方。 接触噪声是低频电路中的主要噪声，减少流过触接触噪声是低频电路中的主要噪声，减少流过触点的直流电流，采用镀金触点，增加接触压力均可点的直流电流，采用镀金触点，增加接触压力均可减小接触噪声。减小接触噪声。9/22/202415五、电、磁噪声干扰五、电、磁噪声干扰 电磁波可以通过电网以及直接辐射电磁波可以通过电网以及直接辐射的形式传播到离这些噪声源很远的检测装的形式传播到离这些噪声源很远的检测装置中。在工频输电线附近也存在强大的交置中。在工频输电线附近也存在强大的交变电场，在强电流输电线附近存在干扰磁变电场，在强电流输电线附近存在干扰磁场，它们将对十分灵敏的检测装置造成干场，它们将对十分灵敏的检测装置造成干扰。由于这些干扰源功率强大，要消除其扰。由于这些干扰源功率强大，要消除其的影响较为困难，必须采取多种措施来防的影响较为困难，必须采取多种措施来防护。护。 9/22/202416