1.前言本文将工业控制柜连接外部传感器的情况分成三种进行详细分析以了解干扰路径和分析处理手段2.第一种情况传感器线缆屏蔽层接机壳如图所示传感器线缆的屏蔽层连接到线缆金属接头当金属接头接插到机壳上的接口上时将屏蔽层接到机壳地上。此时又分两种情况1.机壳接地则屏蔽层的干扰通过机壳流入大地然后通过大地与干扰源之间的寄生电容返回到干扰源该方法最佳。2.机壳悬空则会导致流入到机壳地上的干扰需通过寄生电容流入到大地和相邻的其他设备再进而返回到干扰源。此时控制柜对外电磁干扰导致控制柜EMC超标。信号进入机柜我们就假设先进入变送器变送器的地相较于大地和机壳地一般是浮空的如果是被电源隔离出来的地那就更是浮空了此时该部分电路的地要进行软连接接机壳地的处理软连接就是将浮地和机壳地之间并联上1MΩ1nF2kV也可以再并联一个TVS管做ESD防护。此时这个软连接的作用是给电路板上的静电荷通过泄放通道同时将电路板耦合到的其他地方的干扰泄放出去跟上面泄放线缆屏蔽层的干扰类似。此时如果把软接地改为直接接地可能会导致机壳上的噪声流入到PCB地中不建议这样操作。3.第二种情况传感器线缆直接进入机柜如图所示传感器线缆直接进入机柜此时除了直接将屏蔽层在机柜内部接到机壳地上外还能通过端子接入到PCB上然后这部分PCB的地通过软接地接入机壳地。同上一种情况机壳地分两种情况1.机壳接地则屏蔽层的干扰通过软接机壳地再流入大地然后通过大地与干扰源之间的寄生电容返回到干扰源该方法最佳。2.机壳悬空则会导致流入到机壳地上的干扰需通过寄生电容流入到大地和相邻的其他设备再进而返回到干扰源。此时控制柜对外电磁干扰导致控制柜EMC超标。在这种情况下软连接的作用有两个1.给电路板上的静电荷通过泄放通道同时将电路板耦合到的其他地方的干扰泄放出去2.给屏蔽层流入的干扰信号一个返回路径该路径对高频的阻抗低对低频的阻抗高为什么要提高对低频的阻抗下面在接地详解里进行详细解释。此时如果把软接地改为直接接地不仅可能会导致机壳上的噪声流入到PCB地中特殊情况下甚至可能增强干扰。也在下面在接地详解里进行详细解释。4.第三种情况特殊传感器屏蔽层为其参比线REF该情况下线缆屏蔽层会做为信号的负极接到PCB上如ph电极所以其框架与“第二种情况传感器线缆直接进入机柜”一致。不同的是该电极对干扰更加敏感屏蔽层吸收的干扰都会直接影响信号详细的解释和举例放在接地详解里。5.接地详解在 “第二种情况传感器线缆直接进入机柜”中提到了 “软接地是给屏蔽层流入的干扰信号一个返回路径该路径对高频的阻抗低对低频的阻抗高。”这里我们做个假设假设传感器所在的远地端的地电压比机柜所在的地的电压高2v通常包含50HZ工频再假设屏蔽层的电阻是50mΩ总回路电阻10Ω如果硬接地就是将前情况2里PCB的地直接接到机壳上那么环路电流I2v/10Ω200mA屏蔽层上的电压200mA*50mΩ10mV1.若电极为屏蔽层为其参比线的电极那么这个屏蔽层电压会全部作用到信号里来像PH电极59mv对应1PH来说对其精度影响是十分巨大。2.若电极的屏蔽层是独立的那么屏蔽层上的环路电流比如200mA50Hz会产生交变磁场普通编织屏蔽层对低频磁场50Hz的屏蔽效能很差需要高磁导率材料。这个磁场可以穿透屏蔽层在内部信号线环路上感应出电动势。感应电压 -dΦ/dt和环路面积成正比。如果信号线对绞得好环路面积小感应小如果环路面积大感应可能到mV级。而软接地时并联上的1MΩ1nF2kV对直流就是1MΩ阻抗对低频比如工频的并联阻抗也是很大从而让环路电流极小所以对上面两种电极的干扰情况都不会发生。上方的干扰假设是基于远地端电位相较于近地端有压差这也是噪声耦合机制中的传导耦合产生上面这种干扰的原因就是两点接地导致的这也是为什么都在说要单点接地避免产生环路的原因。如果电极那边没有接地就可以不注意这些了吗并非如此传感器外壳大都是金属的容易和远端设备直接连接而远端设备可能就会通过某种方式接地。即使没有接地也会通过容性耦合使其电位相近。