万用电桥也称万用交流电桥或交流电桥，是一种用来测量交流等效阻抗、电容及其介质损耗、电感及其品质因数的精密测量仪器。
1.交流电桥的基本原理
交流电桥的结构和直流单臂电桥基本一样，只是以交流电源代替了直流电源，4个桥臂是阻抗元件，在电桥的一条对角线上接入检流计指零仪，另一条对角线上接入交流电源。通过调节各桥臂参数，可使检流计上的电流为零，此时电桥4个桥臂达到平衡。
用交流电桥测量交流等效阻抗、电感和电容，要比直流电桥测量电阻复杂一些，这是因为阻抗Z是一个复数，除了要求相对臂的大小相等之外，还必须性质相同，才能使检流计指零仪指针指零。另外，交流电桥的平衡调节需反复进行，即交流电桥的平衡调节要比直流电桥的调节困难一些。
2.QS18A型万用电桥
（1）组成
将几种类型的电桥组合起来，成为能够测量电阻、电感和电容元件参数的仪器，称为万用电桥。万用电桥主要由电桥主体、音频振荡器、交流放大器和指示检流计等组成，如图1-1所示。QS18A型万用电桥由惠斯登电桥、交流电容电桥和电感电桥组合而成。
图1-1 万用电桥基本组成方框图
（2）电容电桥
电容电桥主要用于测量电容器的电容量C及介质损耗角。
① 被测电容并非理想元件，而是存在一定的介质损耗。有损耗的电容器可用两种理想电子元件组成的等效电路来描述：一种是理想电容元件与一个理想电阻元件相串联；另一种为理想电容与一个理想电阻元件相并联。为方便起见，通常采用损耗因数 D 来描述电容器的损耗。
QS18A 型万用电桥中测量电容采用了如图 1-2 所示的串联电阻式电容电桥。
图1-2 串联电阻式电容电桥
② 串联电阻式电桥也称维纳电桥，主要用于测量损耗小的电容器的电容量和介质损耗。被测电容器等效为 CX和RX串联，接入电桥的一个臂，与被测电容相比较的标准电容Cn接入相邻的桥臂，同时与Cn串联一可变电阻Rn，桥的另外两臂接入同轴联动的可变标准电阻R2和R3。当电桥平衡时
被测电容的损耗因数
交流电桥的平衡调节需反复进行。要使电桥平衡，至少应调节两个参数。通常标准电容是做成固定的，因此Cn是不能连续变动的，这样就必须同时调节 R3/R2的比值以及 Rn，同时兼顾上述两式。
（3）电感电桥
电感电桥测量电感器的电感量及其品质因数。由于制造工艺上的原因，标准电容器可达到的准确度常常高于标准电感，加上标准电容器不受外界磁场的影响，对温度的变化也不敏感，所以电感电桥也常用标准电容作为比较元件，而且这个标准电容应接入与被测电感相对的桥臂上。
实际应用中的电感器用电感量和品质因数Q来描述
QS18A型万用电桥中测量电感采用了并联电阻式电桥。并联电阻式电桥又称麦克斯韦电桥，简称麦氏电桥。它主要适用于测量 Q＜10 的电感元件，电路如图1-3所示。当电桥平衡时有
图1-3 并联电阻式电感电桥
麦氏电桥的平衡条件与频率无关。电源为任何频率或非正弦时，电桥都能平衡。
（4）电阻电桥
QS18A型万用电桥测量电阻采用的是惠斯登电桥，原理同直流单臂电桥。
图 1-4 为 QS18A型万用电桥的结构示意图。图中的电桥主体为电桥的核心结构，它由标准电阻和标准电容以及转换开关组成。交流电源为晶体管正弦波音频振荡器，其输出频率为 1kHz，输出电压为1.5V和0.3V，供测量电容、电感以及0.1～10Ω电阻之用。当测量大于10Ω的电阻时可使用电桥内部的9V直流电源。电桥还备有外接电源插孔。交流检流计指零仪由交流放大器、二极管整流器和检流计组成，称为晶体管检测放大器。
图1-4 QS18A型万用电桥的结构示意图
3.万用电桥的使用与维护
（1）技术特性
QS18A型万用电桥的主要技术特性如表1-1所示。
表1-1 QS18A型万用电桥的主要技术特性
注：表中的⊿为滑线盘最小分格的1/2。
（2）面板布置
QS18A型万用电桥的面板布置如图1-5所示，各旋钮作用如下。
图1-5 QS18A型万用电桥的面板布置图
① 被测接线柱和外接插孔：连接被测元件；使用外接音频电源时，由外接孔引入。
② 电源转换开关和量程开关：转换电桥电源，分内1kHz和外接两挡；量程开关用来选择测量范围，上面各挡的标示值是指读数在满度时的最大值。
③ 测量读数盘：由一个步进式测量盘和一个连续可调的测量盘组成。
④ 测量选择：转换测量功能，进行电感、电容或电阻的测量。它又兼电源开关，测量完毕后应置于“关”的位置。
⑤ 平衡指示表：指示电桥是否平衡，调节损耗平衡和读数旋钮时，应使指针向零位偏转，当指针接近零点时，可认为电桥近于平衡状态。
⑥ 灵敏度调节：调节电桥放大器的放大倍数，开始测量时，应降低灵敏度使平衡指示表指示小于满刻度，当电桥接近平衡时，再逐渐增大灵敏度。
⑦ 损耗倍率：选择损耗平衡的读数范围，分Q×1、D×0.01、D×1这3个挡。测量电感线圈时，此开关放在Q×1处；测量小损耗电容时，放在D×0.01处；测量大损耗电容时，放在D×1处；测量电阻时，此开关不起作用，可放在任何位置。
⑧ 损耗微调：微调平衡时的损耗值，一般情况下应放在“0”的位置。
⑨ 损耗平衡：被测电感或电容元件的损耗读数由此旋钮指示，此读数盘上的指示值再乘以倍率开关的示值，即为测得的损耗示值。
⑩ 接地接线柱：接地点，与仪器的外壳相连。使用时应接地，以减小外干扰的影响。
（3）万用电桥的使用方法
① 把被测元件接在测量接线柱上，根据被测元件的性质，将测量选择旋钮转至相应的位置。
② 估计被测元件的大小，将量程开关置于合适的挡位。
③ 根据被测元件的性质，合理选择损耗倍率的挡位。
④ 调节灵敏度调节旋钮，使平衡指示表指针略小于满度。
⑤ 测量电感和电容时，应反复调节测量读数盘旋钮和损耗平衡，使平衡指示表指针最接近于零点。测量电阻时，只调节测量读数盘旋钮即可。
⑥ 读取测量值。
被测Lx、Cx、Rx的值=“量程开关”读数×两个“测量读数盘”读数之和。
Dx、Qx的值=“损耗倍率”读数ד损耗平衡”读数。
例：用QS18A型万用电桥测量标称值为470pF的电容。
问：（a）量程选择和损耗倍率开关应放在何位置？
（b）若两读数盘示值分别为 0.4 和 0.056，损耗平衡示值为1.2，其电容量和损耗值各为多少？
解：（a）量程选择开关应放在 1000pF 处，损耗倍率开关应放在D×0.01处。
（4）使用万用电桥的注意事项
① 按照电桥说明书选择交流电桥电源。
② 为获取精确的测量结果，仪表的外壳应妥善接地。
③ 合理布置各种仪器，连接导线应尽可能短，以减少外界干扰。
④ 测量前各调节旋钮均应置于“0”位置。
⑤ 每次更换被测元件或变更电桥内电路之前，都应断开电桥电源。
（5）万用电桥的维护
① 电桥每次使用前，应将各旋钮来回旋转几次，使各接触点工作良好。
② 工作之前应检查各连线接头的接触情况，使用完毕应及时拆除所有连线。
③ 定期清洗电桥的开关和接触点。
④ 电桥应避免受阳光的直接照射并远离发热体；也不能置于潮湿处，以免受潮后机内元件霉变受损。
⑤ 每次使用后应把电桥擦拭干净，并用布遮盖好，以免细小的金属物或其他污物落入机内，造成短路或降低绝缘性能。
二、数字示波器
数字存储示波器（DSO）是现代示波器发展的一个重要方向，具有频带宽、波形触发、能自动测试、可存储波形、精度高等突出特点，还能利用 GPIB 或 RS-232 等接口和计算机连接成测试分析系统，对波形数据进行进一步地分析和处理。随着现代电子信息技术的高速发展，数字存储示波器也日益发展并得到广泛应用。图 1-6 是 GDS-820数字彩色示波器的外形图。
1.GDS-800系列双通道数字存储示波器的特点
GDS-800系列双通道数字存储示波器的频宽最高达250MHz，每一通道的取样率均为100MSa/s；最快可观测到10ns的短时脉冲；单色或彩色LCD显示；两个输入通道，每一通道的记录长度为125K点和 8 个字节的垂直分辨率，两个通道可同时采集波形；时基为1ns/DIV～10s/DIV；具有6位触发计频器；自动快速调整和手动操作；4种采集模式为取样、峰值侦测、平均和累加；游标和15种连续可调，自动测量以下15种参数为Vhi、Vio、Vmax、Vmin、Vpp、Vaverage、Vrms、Vamp、上升时间、下降时间、工作周期、频率、周期、正脉宽和负脉宽；15组储存器用于前面板设置存取；2组存储器可用于波形轨迹记录；FFT 频谱分析；具备“program mode”和“Go/No Go”功能；视频和脉冲宽度触发；8×12格波形显示（关闭菜单）；具有打印机接口， RS-232和USB输出接口，GPIB界面模块；可储存高达100组的自动编辑程序。
图1-6 GDS-820 数字彩色示波器的外形图
32 位微处理器控制的 GDS-800 系列数字存储示波器可以满足大多数工业应用要求。易于操作的“Autoset”功能可自动调整测量参数；屏幕读出和电压、频率的游标测量功能使操作变得很方便；可存储15组不同用户在仪器上的设置并可不受约束的调出使用；利用内置的RS-232系列接口可以用PC远程控制操作；6位计频器提供用户较精确的频率值；标准USB接口可用特殊软件将示波器LCD的屏幕转移至计算机；“Program”模式可帮助用户记录所有必要的测量指令和重放所有指令；“Go/No Go”功能用来判断新采集的波形是否与先前的存储波形一致，以决定如何输出。
2.GDS-800系列双通道数字存储示波器的前后面板
GDS-820前面板如图1-7所示，主要分为显示区、垂直控制、水平控制、触发控制、其他控制及BNC控制几个部分。
图1-7 GDS-820 前面板
后面板如图1-8所示，主要有电源开关及插孔、GPIB接口、“Go/No Go”输出端、USB连接器、打印机和RS-232接口等。
图1-8 GDS-820 后面板
图1-8中的（1）～（9）所代表的功能依次如下：
主电源开关；
AC电源插座；
GPIB接口；
熔丝座；
自校正输出端；
“Go/No Go”输出端；
USB连接器；
打印机接口；
RS-232接口。
3.应用举例
数字存储示波器可以实现对被测波形上任意两点之间的电位差、时间差的测量，也可以观测波形的平均值、峰-峰值、有效值以及波形的周期、频率、脉宽及前后沿时间，实现对波形的叠加运算等，还可以对信号进行分析。（如快速傅里叶变换、对被测信号波形进行失真度分析、调制特性分析等。）
数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测量和手动测量。一般参数测量为自动测量，即示波器自动完成测量工作，并将测量结果以数字形式显示在屏幕上；特殊值的测量使用手动光标进行，即在示波管的屏幕上设置两条水平光标线和两条垂直光标线，这4条光标线可在测量程序控制下，根据光标位置来完成测量工作，并将测量结果以数字的形式显示在显示屏上。
（1）使用前的检查与校准
① 仪器的初始化。
（a）打开主电源（见图1-8），合上电源（见图1-7）。
（b）按Utility（功能）键，见图1-9，显示副菜单。
（c）连接探头到校准信号，并将校准信号接到CH1连接器接口。
（d）按 AUTOSET（自动设置）键，见图 1-9，观测校准输出的方波信号。
图1-9 前面板其他控制部分按钮
② 显示区功能介绍。
图1-10所示为常见的显示区功能。
图1-10 常见显示区功能
图中的（1）～（16）所代表的功能依次如下：
波形记录指示条；
触发位置（T）指示；
显示波形的记录片段；
Run/Stop指示；
触发状态；
触发准位指示；
信道位置指示；
延迟触发指示；
CH1和CH2的状态显示；
取样速率读出；
水平状态读出；
触发源和状态读出；
触发类型和模式读出；
采集状态；
界面类型指示；
触发计频器。
③ 垂直部分、水平部分、触发部分旋钮的操作。
（a）VERTICAL（垂直部分），面板见图1-11。
图1-11 垂直控制面板
按 CH1（或 CH2）钮，显示副菜单，设定耦合方式、带宽、探棒衰减；使用POSITION位置钮和VOLTS/DIV钮，调节垂直标尺和位置；按MATH（数学值功能）钮，显示副菜单，选择数学处理功能。
图1-12所示为POSITION旋钮操作时的示意图，图中的“（1）”表示如果信道1或2的位置改变，垂直位置的读数在此处显示。
图1-13为MATH功能操作示意图，图中给出了CH1 CH2的波形图。数学处理设定键MATH功能被选择时，可用F1选择CH1 CH2、CH1−CH2或FFT（快速傅里叶变换）功能。
图1-12 POSITION 旋钮的操作
图1-13 MATH 功能操作
（b）HORIZONTAL（水平部分），面板见图1-14。
图1-14 水平控制面板
按HORIMENU（水平功能）钮，显示副菜单，选择主时基，触发钮设定为电平；使用POSITION位置钮和TIME/DIV钮，调节水平标尺位置；按HORIMENU钮，控制所选波形的时基、水平位置和水平值。
图1-15 波形缩放功能操作
图 1-15 所示为波形缩放功能操作示意图，其中的Main显示主时基、Window选择正常显示或缩放（按下F2）、Window Zoom显示缩放后的波形（按F3）、Roll选择滚动方式显示波形（按F4）、XY模式让CH1和CH2信号分别显示在水平和垂直方向，如图1-16所示。
图1-16 X-Y 功能操作
（c）TRIGGER（触发部分），面板见图1-17。触发功能分为视频触发、脉冲宽度触发和近阶触发等。
图1-17 触发控制面板
（2）用 GDS-820 数字存储示波器测量1Hz的低频信号
数字示波器可以连续更新慢变化波形的轨迹，而模拟示波器只能显示慢速移动的光点。
① 先将信号源提供输出的 1Hz 正弦信号（幅值任意，探头衰减1×）送至CH1连接器，并关闭CH2；
② 将CH1的垂直标尺设为1V/DIV，水平标尺设为1s/DIV，调节相关旋钮，观测波形。
（3）振幅变化的快前沿信号的测试
数字示波器可以观测到脉冲信号的上升沿或下降沿，能提供快速变化信号的有用信息。
① 将信号源提供输出的10Hz方波信号送至CH1连接器，并关闭CH2；
② 将CH1的垂直标尺设为1V/DIV，水平标尺设为50ns/DIV（或25ns/DIV）；
③ 按仪器初始化的步骤调节相关旋钮，使显示的波形稳定；
④ 按 HORI MENU（水平功能）钮，设定上升沿为视窗区域，并将视窗扩展，观测波形。
（4）带毛刺信号的测试
数字示波器具有峰值检测功能，可以在峰值检测模式中捕获信号波形。
① 将信号源提供输出的 200Hz 窄脉冲方波信号送至 CH1 连接器，并关闭CH2；
② 将CH1的垂直标度设为500mV/DIV，水平标度设为1ms/DIV；
③ 按MENU（触发功能）钮，在副菜单中选择边沿触发、斜率下降、自动触发方式，调节触发电平，使波形稳定；
④ 按ACQUIRE（获取）钮，在副菜单中选择峰值检测，即可检测到毛刺；
⑤ 调节时基旋钮（将时基扩展），将毛刺展宽。
（5）单次信号的捕捉
数字示波器能在示波器的全带宽内精确地捕获单次信号。
① 将垂直标度设为 500mV/DIV，时基设为 5ns/DIV，触发电平设为1.5V左右；
② 按MENU（触发功能）钮，在副菜单触发方式中选择单次触发；按冻结键，进入预触发准备；
③ 将探头连接到单次信号上，按一下按键以生成单脉冲信号。
三、电子测量装置的防干扰技术
所谓干扰是指有用信号因噪声或受恶劣环境影响而使信号变化部分的总称。在测量元件中，混入干扰信号会使测量值产生误差；在控制系统中，干扰信号可能导致误操作。因此，为使测控系统正常、可靠地工作，必须研究系统的抗干扰技术。
1.干扰信号源和侵入的途径
干扰信号来自于干扰源。干扰有的来自设备内部，有的来自设备外部。外部干扰与系统结构无关，取决于使用条件和外部环境；内部干扰则取决于系统结构布局、生产工艺及电路设计等因素。
（1）设备内部干扰
① 热动干扰。
热动干扰是电阻元件在不合适的温度下，导体内部原子由于受热运动产生的干扰，它随温度的升高而增大。一般来说，传感器输出的电压信号是很微弱的，因此必须把它放大到所需的电量等级。在传感器和放大器之间距离很长的情况下，可以通过电缆传送信号。由于传感器有内阻，在电缆中有等效串联电阻，所以传感器信号经过这些电阻至放大器时就可能产生热动干扰。
② 元器件的物理噪声干扰。
如元器件的噪声、散粒噪声、触点热电势等。包括晶体内部产生的动态噪声，元器件质量或特性不良产生的噪声干扰以及插接件和开关的接触不良等所产生的干扰。
③ 由于电路参数及工作点选择不适当引起的振荡或波形畸变。
在具有放大功能的电路中，由于不恰当的耦合而产生的正反馈所引起的振荡。
④ 尖峰或振铃干扰。
在有电感元件的电路中，由于电流突变而产生的冲击或衰减振荡形成的干扰。
⑤ 交流电源纹波干扰。
整流及滤波电路不佳所形成的干扰。
⑥ 感应干扰。
由于电路中布线和元器件安放位置不合理所引起的相互间的静电感应和电磁感应干扰。
（2）设备外部干扰
设备外部干扰可分为工业电网瞬变所引起的干扰以及自然界干扰。
① 工业电网瞬变干扰。
（a）由高压回路及强电场产生的静电感应噪声。如图1-18所示，如果信号线1靠近高压变流输电线2平行敷设时，在交变电场的作用下，通过线间分布电容（C1、C2）会使控制装置受到相应分布电容产生的干扰。
图1-18 交变电场干扰
（b）大电流回路及强磁场形成的电磁感应噪声。如图1-19所示，在大功率变压器、交流电动机和大电流的交流电源线2附近均有较强的磁场。若信号线1敷设不合理，形成线环，则交变磁通穿过线环形成端间干扰。
图1-19 交变磁场干扰
（c）由于继电器、接触器、断路器、电磁阀等电气设备的吸合与释放所产生的开关噪声。
（d）由电焊机以及大功率设备启动和跳闸所引起的电流脉冲的干扰。
（e）由高频振荡设备及火花放电所致的电磁波引起的干扰。
（f）大功率晶闸管的导通与截止所致的噪声。
（g）高压电器的高压飞弧所致的干扰。
② 自然界干扰。
（a）雷击造成的过电压和过电流所产生的干扰。
（b）宇宙辐射的自由电磁波所致的噪声。
此外，还有光干扰、湿度干扰以及化学干扰等随机干扰。下面主要分析传感器以及电路元器件产生噪声的原因。
2.传感器噪声的产生原因
（1）外部噪声
最大的外部噪声源有连接在交流电源上的电动机、焊机等产生火花的机器以及脉冲电动机、继电器等。这些噪声源和传感器电路之间通过静电干扰或电磁耦合干扰产生了噪声，如图1-20所示。
图1-20 考虑了噪声感应的等效电路
（2）数字电路噪声
在传感器电路中，模拟电路和数字电路混在一起，数字电路工作时，其电流的变化影响模拟电路而产生噪声。有以下两种情况：
① 模拟系统和数字系统的地线连在一起；
② 模拟系统和数字系统共用一个电源。
（3）共用一个电源时的噪声
如图 1-21 所示，外部噪声源和传感器电路共用一个交流电源，这时，噪声通过电源线进入传感器电路。另外，无线机器也会成为噪声源。
图1-21 共用一个电源时的噪声传播情况
3.噪声的耦合方式
在测量装置中获得噪声或干扰的途径叫噪声耦合方式。噪声耦合方式归纳如下。
（1）静电耦合
图 1-22 给出了两根导线之间电容性耦合的表示方法及等效电路。图中C12是导线1和导线2之间分布电容的总和，Clg和C2g是导线1和导线2分别对地的总电容，R是导线2的对地电阻。干扰源V1使导线2和地之间产生的噪声干扰电压Vn为：
图1-22 两导线间的电容性耦合及其等效电路
当 jωR（Clg C2g）<<1 时，上式可近似为：
由此式可以得出如下结论：干扰电压与频率、幅值、输入阻抗以及耦合电容C1g成正比。因此，低电平信号放大器输入阻抗应尽可能小，一般希望在几百欧以下。
当导线2对地电阻R很大时，即jωR（Clg C2g）远远大于1时即可简化为：
在这种情况下，导线2 与地之间产生的噪声电压由 Clg和 C2g决定，与频率无关。
（2）电磁耦合
在任何载流电路周围空间中都会产生磁场。交变磁场则对其周围闭合电路产生感应电势。在设备内部，线圈或变压器的漏磁是一个很大的干扰；在设备外部，当两根导线在很长一段区间平行架设时，也会产生电磁干扰。这是由感应电磁场引起的耦合，其感应电压为：
式中，ω为电流噪声源Ing的角频率，如图1-23所示。
图1-23 两个电路间的电感性耦合
（3）共阻抗耦合
公共阻抗的耦合一般发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路，如图 1-24所示。
图1-24 经供电电源或控制电路的耦合
常见的共阻抗耦合有公共地和公共电阻两种。图 1-24 是经公共电源或控制设备工作线路的内阻和连线而产生的耦合。这里干扰源的电流流过供电电源电路，这些电流在电源、电路所有阻抗上产生电压降。这些阻抗的一部分Zc接在接收器电路中，在Zc上的压降将为接收器接收。阻抗 Zc的值与感应电压频率有关。低频时它基本上等于连接线的电阻和电源滤波器输出电容的容抗；在高频时，它基本上等于连接导线的感抗和电源滤波器输出电容的容抗。
为了防止由电源输出阻抗引起的干扰电压的耦合，一般应减小电源输出阻抗或在电路中采用去耦电路。
（4）电磁场辐射耦合
电磁场辐射也会造成干扰耦合。当高频电流流过导体时，在该导体周围产生的电力线和磁力线，将随导体各部分瞬时电荷的变化而变化。这就成为一种在空间传播的电磁波，处于电磁波中的导体，由于电磁波的作用便会感应出相应频率的电动势。
电磁场干扰是一种无规则的干扰，这种干扰极易通过电源耦合到系统中来。另外，较长的信号输入线、输出线和控制线也具有天线效应，也就是能辐射干扰波和接收干扰波。
各种干扰信号侵入途径所占百分比如图1-25所示。
4.消除干扰的方法
在检测和控制装置中，为保证正常工作，采用抗干扰措施是非常必要的。干扰信号的形成原因多种多样，故对不同的系统及不同的工作环境所采用的措施不尽相同。通常从以下几个方面去考虑。
（1）装置配线技术与信号电缆的选择
正确设计布线系统，正确选择传感器和正确设计信号处理装置是一个重要的问题。目前国内外工业控制技术发展动向主要有3方面：①趋向计算机化，即智能化；②工业控制系统体积小型化；③采用标准化、通用化的组合系统。但是，干扰信号通过各种线缆侵入电控装置所占的比例可达90%以上，因而控制装置的配线技术是首先应该考虑的。对于静电噪声，可在信号线上包一层导体屏蔽层，若将屏蔽层两端接地则效果更好。各种电缆的静电屏蔽效果见表1-2。
图1-25 干扰信号的各种侵入途径所占的比重
表1-2 各种电缆的静电屏蔽效果（1kHz）
对于电磁感应噪声，配线应尽量使信号线远离强电线，以便减小互感和电磁感应噪声。信号电缆还可用导磁体来屏蔽，并使屏蔽的两端接地。各种电缆的电磁屏蔽效果见表1-3。
表1-3 各种电缆的电磁屏蔽效果（50Hz）
除此之外，采用双绞信号线对抑制噪声也很有效，因为噪声信号在双绞线上所产生的磁通相互抵消。
一般说来，从传感器输出的微弱信号需用放大器先进行放大，理想的方法是将这些放大器用双屏蔽层加以防护，即让输入信号的模拟地“浮空”，不与任何点连接，而在它们的外面套上一个屏蔽盒，外屏蔽盒并不与屏蔽线的屏蔽层连接。
降低外部噪声或混入噪声的方法举例：降低外部噪声和传感器电路噪声的方法是在它们之间施行静电屏蔽，具体做法如图1-26所示，把传感器的输出信号线拧在一起，这样，可以减小磁力线耦合感应的影响。
图1-26 降低外部噪声方法的例子
下面主要讨论设备内部抗干扰的布线问题。
布线包括印制电路板的布线和电气控制箱走线。合理的走线就是要设法减小电路的分布电容、杂散的电磁场所引起的干扰。
① 强弱信号线分开，高低压电路分开。
强电信号与弱电信号线捆扎在一起或互相平行且走线距离过长，都可能把50Hz的干扰信号传给回路。在一般仪器或设备中都将交流220V 电源通过面板开关又返回变压器。在这种情况下采用如图1-27所示的双绞线结构，或用屏蔽线将电源线屏蔽。这时一般采用双芯屏蔽线，且金属网一端接地，如图1-28所示。
图1-27 双绞线结构
图1-28 双芯屏蔽线
② 大、小电流分开。
电路中有电流流过就会产生磁场，流过电流越大，产生的电磁场越强。有大电流工作的回路，必将是一个大的电磁干扰源，特别是在频率较高时，这种影响更为显著。因此在设计电路时，应注意将大电流回路与弱电流回路分开走线，以避免强信号对弱信号产生干扰。在无法完全分开的情况下，应尽量缩短大电流回路的长度和减小环路的面积。从图1-29中可知，对于同样的电路，图1-29（b）要比图1-29（a）优越。
图1-29 大、小电流分开布线
③ 印制线路板的走线。
印制板是整个电路设计的重要环节。一般而言，对于信号回路，印制铜箔条的相互距离要有足够的尺寸，而且这个尺寸要随信号频率或者电压的升高而增大，尤其是频率极高或前沿十分陡的脉冲电路更要注意，这是由于印制板铜箔条之间有分布电容的存在。设计线路时，有时布线要平行走线，从抗干扰的角度要注意如下工艺。
（a）采用隔离走线。在许多不得不平行走线的电路中可先考虑采用图1-30所示的方法，即两条信号线中加一条接地的隔离走线。
（b）短接线。在线路无法排列或只有绕大圈才能走通的情况下，干脆用绝缘“飞线”连接而不用印制线，或采用双面板印制飞线，或用阻容元件引线直接跨接，如图1-31所示。
图1-30 采用隔离走线
图1-31 短接线
（c）拐角采用钝角斜线如图 1-30所示。由于干扰信号的尖端效应，连线拐角采用锐角或直角容易引入干扰信号，将拐角改成钝角后可大大降低电路板导线的尖端效应，从而达到隔离干扰信号的目的。
（d）采用屏蔽线。如前所述，也可采用将信号回路屏蔽或将干线屏蔽的方法，将屏蔽线外的金属网接地而截断电力线，从而达到抑制干扰的目的。
（2）接地技术
在测量仪器和控制装置中，接地技术是抗干扰性能优劣的关键。接地有两种目的：一种是保护和工作性接地，另一种则用于防止噪声的干扰。在控制系统中，地线的种类可分为：模拟地、信号地、电源地、屏蔽地（也叫机壳地）、直流地、计算机地等。这些不同的地线如何处理，是浮地还是接地，是一点接地还是多点接地等，都是值得研究的问题。
若把信号地、模拟地、计算机地、各机架的电源地隔离开，且使它们在系统接地网络中呈放射状排列，最后汇总到系统基准地，就能防止干扰。系统基准地的接地电阻应尽量小于 2.5Ω，各系统内部的各个地要采用并联形式，以免形成回路，如图1-32所示。
图1-32 系统内部各地并联接法
理想情况下一个系统的所有接地与大地之间应具有零电阻抗。但实际上系统与大地之间总有一定阻抗而产生电压降。加之，电容及电感耦合干扰等使系统各接地点电位不同，如图1-33所示。图1-33 （a）是信号源（热电偶、应变片等传感器）的现场地与系统地处于不同电位。两个地之间的共模噪声电压 VCM产生的地回路电流对系统构成干扰。图 1-33（b）中即使信号源外壳接地，地电位差 VCM仍会通过信号源与其外壳之间分布电容 C1及外壳对地分布电容 C2耦合而影响系统。因此，系统良好的接地是抑制外部噪声最重要的措施之一。
图1-33 接地电位差影响
在测量装置中，由信号源（或传感器）发出的几十毫伏的微弱信号，经放大器与变换器到控制装置（或计算机）模拟地的接法极为重要。测量装置的信号放大器公共地线不接外壳或大地则称浮置。测量线路被浮置后，明显加大了系统信号放大器公共地与地（或外壳）之间的阻抗，短接干扰电流流经自己的通路，如图 1-34 所示。图中信号线屏蔽外皮A点接保护屏蔽端G，不接机壳B。信号源的信号用双花信号屏蔽线传输，R1、R2为信号传输线电阻，R3为屏蔽外皮电阻。Z1、Z2为信号传输线对地阻抗（包括传输线漏电阻、对地分布电容等）， Z3为新加保护屏蔽层相对机壳的绝缘阻抗。
图1-34 测量线路浮置
（3）广泛使用光电耦合隔离器
光电耦合隔离器的输入/输出绝缘电阻很高，而且输出阻抗也比较高，使“模拟地”与“数字地”分开，共模干扰电压无法在输入地和输出地之间形成回路。光电耦合隔离对数字信号、开关信号更为有效，如图 1-35 所示。从图中可以看出，在光电耦合器件里，信息的传送介质是光。由于信息的转换和传送过程是在不透明的密闭环境下进行，因此它既不会受到通常的电磁信号干扰，也不会受到外界光的干扰，于是它能有效地在外界现场与控制系统或微机之间实现电隔离，去掉两部分间的公共地线和一切电气联系。加之，光电耦合隔离器的输入与输出之间分布电容极小，一般为0.5～1pF，而绝缘电阻大，一般为1012～1013Ω，因此各种现场干扰都很难通过。
图1-35 光电耦合隔离
（4）抗干扰的特殊对策
以上介绍的几条抗干扰措施是工程中常用的方法。下面主要讨论电子装置抗干扰措施。
① 电源回路抗干扰措施。
噪声通过电源线侵入时，因电流大可能产生浪涌冲击干扰，并有可能在其他回路中产生感应噪声，其抗干扰措施如下。
电源变压器的一次和二次绕组间加静电屏蔽，屏蔽层和二次绕组的一端同时接地，到电源变压器的配线要短，并要独立配线。把电源的往复线用绞线做成最短的配线，用配线槽与其他控制回路的配线完全分开。
② 信号的输入、输出回路抗干扰措施。
在工业自动化装置中，从信号输入输出回路侵入的电涌噪声造成的故障最多，因此必须采用如下的措施。
在输入电路中不使用微分电路而使用积分电路，如图 1-36（a）所示；图 1-36（b）为传感器激励源的波形，显然其供电采取了脉动直流方式。
图1-36 改进后的电路
正半周时，传感器输入端有激励源，相应地传感器有信号输出；负半周时，传感器输入端无激励源，因此传感器的输出信号为零。电子模拟开关S对应激励源的负半周接通，正半周断开。Vo是放大电路的输出信号。负半周时，传感器无输出信号，此时放大电路的输出Vo即为噪声电平。积分电路输出接到放大电路的Vz端。积分电路的设计思路如下。
负半周时，S接通，积分电路对噪声电平Vo进行积分，积分电路的输出信号反馈到放大电路的Vz端，使Vo逐步降低至零。当Vo降为零时，积分电路停止工作，此时的Vz将被记录下来并保持不变。正半周时，由于S断开，所以在负半周积分得到的Vz值仍将保持不变。因为噪声电平Vo已被Vz抵消，所以正半周时放大电路的输出信号已无噪声电平成分，仅和传感器的输出信号成正比，达到了自动消除噪声电平的目的。
③ 合理选择滤波器。
模拟滤波器主要用于滤去模拟干扰信号。由于干扰信号表现形式不一，测量信号在性质上各异，因而需要选用不同的滤波器。
（a）若串模干扰信号频率fn大于被测信号频率fs，选用低通滤波器。因低通滤波器常采用电感元件，所以常在较大的设备中采用。
（b）若串模干扰信号频率fn小于被测信号频率fs，选用输入高通滤波器。在电源进线中加接电容元件，可有效地滤去信号源中的高频干扰信号。
（c）若串模干扰信号频率fn超出被测信号频谱范围，选用带通滤波器。
（d）若串模干扰信号频率fn与被测信号频率fs相当，可不使用模拟滤波器。
在控制装置的输入端加滤波电路，可使混杂在有用信号中的交流干扰信号大幅衰减。目前已生产出商用线路滤波器供选择使用，如图1-37所示，图1-37（a）为T形滤波器，图1-37（b）为R形滤波器，图1-37 （c）为E形滤波器。合理选择滤波器可使噪声电压衰减10dB。
图1-37 商用线路滤波器
在由多块印制板组成的仪器和设备中，应在每块印制板的电源进线端加一大电解电容和小容量电容并联的滤波网络，这对于消除直流电源在箱内传输过程中所感应的干扰信号是有利的。小容量电容一般在 4700～20000pF，根据对干扰的有效抑制作用合理选取。
在有放大器的电路中，放大器的第一级增加一个稳压滤波网络，可使干扰信号进一步衰减，同时改进一般放大器的设计方法，把供给放大器正端的电压同时也提供给负输入端，如图 1-38所示。
图1-38 改进放大器供电的方法
在有雷击等浪涌冲击侵害的场合，在线路滤波器与电源间应接入压敏电阻及ZNR等浪涌吸收器，如图1-39所示。
图1-39 接入ZNR的线路滤波器
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来源：《电工从业技能深入精通》，作者：张志远
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