設(shè)備接地的測量技巧

1、設(shè)備接地的測量方法在測量系統(tǒng)中，習慣上將地分成三類：電氣接地”原本是電路與大地之間的導(dǎo)電連接。 但是，在電子設(shè)備制 造業(yè)中，這個詞的意義已經(jīng)放寬成用作零電壓參考的一個點或幾個 點。電源地 提供儀器工作所需電源的電流的返回路徑。信號地 所有信號電流的參考點和返回路徑。底盤和屏蔽地 通常是儀器的底盤和金屬外殼以及電纜的屏蔽?；窘拥販蕜t是要求整個系統(tǒng)中每類的地都具有相同電位。然而，在任何實際系統(tǒng)中，這個要求很少完全滿足。電氣設(shè)備接地方法（一）安全保護接地 1、保護接零。三相四線制供電系統(tǒng)中的中性線，即為保護接零線，它是電路環(huán)路的重要 組成部分。在中性點直接接地的三相四線制電網(wǎng)中， 電子電氣設(shè)備應(yīng)

2、保護接零。將電子電氣設(shè)備正常運行時不帶電的金屬外殼與電網(wǎng)的零 線連接起來，當一相發(fā)生漏電或碰殼時，由于金屬外殼與零線相連， 形成單相短路，電流很大，使電路保護裝置迅速動作，切斷電源。在 采用接零保護時，電源中線不允許斷開，如果中線斷開，將會失去保 護作用。通常系統(tǒng)中采用零線重復(fù)接地的方法實現(xiàn)保護作用。2、 保護接地。為防止觸電事故而裝設(shè)的接地，稱之為保護接地。保護接地僅適用于中性點不接地的電網(wǎng)。凡在這個電網(wǎng)中的電氣設(shè)備的金屬 外殼、支架及相連的金屬部分均應(yīng)接地。中性點接地的電路系統(tǒng)不宜 采用保護接地。（二）系統(tǒng)接地系統(tǒng)接地線既是各電路中的靜態(tài)、動態(tài)電流通道，又是各級電路通過共同的接地阻抗而相互

3、耦合 的途徑，從而形成電路間相互干擾的薄弱環(huán)節(jié)。所以，電子電氣儀器 設(shè)備中的一切抗干擾技術(shù)，都和接地有關(guān)。正確的接地是抵制噪聲和 防止干擾的主要途徑，它不僅能保證電子電氣設(shè)備正常、 穩(wěn)定和可靠 地工作，而且能提高電路的工作精度。電子電氣儀器設(shè)備中的系統(tǒng)接 地是否要接大地和如何接大地，與系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性有著密切的關(guān) 系，通常有4種方式。 1、浮地方式。浮地就是不接大地，是一 種懸浮的方式，其目的是將電路或設(shè)備與公共地或可能引起環(huán)流的公 共導(dǎo)線隔離開來，從而抑制來自接地線的干擾。這種接地方式的缺點 是設(shè)備不與大地直接相連，容易出現(xiàn)靜電積累現(xiàn)象，這樣積累起來的 電荷達到一定程度后，在設(shè)備和大地之間會

4、產(chǎn)生具有強大放電電流的 靜電擊穿現(xiàn)象，這是一種破壞性很強的干擾源。為此，在采用浮地方 式時，應(yīng)在設(shè)備與大地之間接一個阻值很大的泄放電阻，以消除靜電積累的影響。 2、單點接地方式。由于2點接地易形成接地環(huán)路， 所以一點接地的功能是消除和防止形成接地環(huán)路。 單點接地有串聯(lián)和 并聯(lián)2種方式。單點接地是為許多接在一起的電路系統(tǒng)提供共同參考 點。電流流過接地導(dǎo)線時，導(dǎo)線中或多或少有阻抗。串聯(lián)接地電路電 流11 , I2IN都經(jīng)過阻抗Z1, Z1是電路1, 2N共有的共同阻抗， 因此，電路1, 2N的電位受11 , I2IN共同影響，它們之間互相牽制。而并聯(lián)接地方式?jīng)]有公共阻抗，電路1,2N互不干擾， 所

5、以并聯(lián)接地最為簡單實用。一點接地方式適合工作頻率低于1MHz以下的低頻電路。 3、多點接地方式。對于高頻電路（信號頻率 為10MHz以上）,由于各元器件的引線和電路本身布局的電感都將增 加接地線的阻抗，一點接地方式已不再適用。為了降低接地線阻抗及 減少地線間的雜散電感和分布電容所造成的電路間的相互耦合，應(yīng)短距離把各元器件接地端子接在此地面上。4、混合接地。電路系統(tǒng)既有低頻電路，又有高頻電路或數(shù)字電路時，在系統(tǒng)中應(yīng)采用混合 接地方式。電路系統(tǒng)中的低頻部分采用單點接地， 而高頻部分則需要 多點接地，這樣的接地方式既包含了單點接地的特性，又包含了多點接地的特性，從而達到最佳抑制干擾的目的。電氣接地原

6、理與測試方法一、交流電源接地交流配電系統(tǒng)是最嚴重的電干擾源之一。 為此，適當了解這類配電系 統(tǒng)中的一些實際接地作法是十分重要的。交流配電系統(tǒng)通常分為三類：以高壓，即34kV以上電壓遠距離傳送電力的輸電線。向測試設(shè)備或范圍不大的城鎮(zhèn)傳送電力的主配電線路，電壓范圍為2.4 25kV。通常工作在120240V的設(shè)備配電線路。在所有這些情況下，電力線都以大地作為參考。這樣作是為了防止由各個接地之間的跳火引起的瞬時電壓，允許使用較低的絕緣電平以及 幫助保護啟動。由于上述電力線全都有大地作為參考， 故電流均流入大地。流入大地 的電流將找到一條電阻最小的路徑并沿其流動， 因而，在大地中產(chǎn)生 電位降并產(chǎn)生磁通

7、。這種電位降使與處在兩個不同位置的兩地相連， 并假定它們?nèi)匀惶幱谙嗤娢怀蔀椴豢赡?。所產(chǎn)生的磁通因變壓器的 作用而耦合進遠距離的電力線或電力線環(huán)路， 從而產(chǎn)生很難消除的低 阻抗環(huán)流。在正常情況下，高壓輸電線只在發(fā)電機一端接地。然而，在遠距離輸 電線情況下，輸電線的對地電容可以使很大的電流流經(jīng)大地。 對于主 配電線路，國家電氣安全規(guī)范要求中線導(dǎo)線每英里至少與大地連接四 次。在配電設(shè)備中，中線在電源接地而不應(yīng)在負載接地。除非某處有故障， 否則由配電設(shè)備引起的地電流應(yīng)很小。因為全世界存在大量的電力系 統(tǒng)，故一般可以認為，幾乎處處都有地電流。這就是人的手指接觸示 波器的輸入端觀察到的市電頻率（50Hz

8、或60Hz）信號或人的耳朵靠 近音頻放大器聽到的哼聲。由于這個信號無處不在，故在所有互連系 統(tǒng)中，特別是在十分靈敏或相隔較遠的系統(tǒng)中必須予以考慮。電氣接地原理與測試方法二、儀器的電源輸入1、交流供電的儀器大多數(shù)高質(zhì)量儀器都有一根三芯電源線。 在這根交流電源線中，一根 是火線，第二根是公共線或電源回線，而第三根是接地線。在一起內(nèi) 部，火線或公共線接到電源變壓器，而接地線則直接連接金屬外殼。第三根線通過使儀器外殼維持在地電位而確保人身安全， 故這根線不 應(yīng)當撤掉。盡管第三根線或接地線對防止電擊和提供總接地屏蔽的安 全性是必要的，但當幾臺儀器全都插入電源線，然后將儀器外殼全部 連接在一起形成一個大環(huán)

9、路時，便可能引發(fā)出問題。那時，環(huán)路變成 一匝短路線圈，對地電流的磁耦合可能產(chǎn)生很大的環(huán)流。 通常稱這個 環(huán)路為“接地環(huán)路”。2、用電池工作的儀器可再充電電池和低功耗的固態(tài)電路允許儀器設(shè)計人員設(shè)計完全隔離 的便攜式儀器。由于進行了隔離，所以，這類儀器在消除接地引起的 許多問題方面有若干優(yōu)點。例如，由于對信號測量的參考點不在大地， 故很容易消除接地環(huán)路。電氣接地原理與測試方法三、儀器接地1、正常輸入地信號地的路徑依據(jù)儀器類型而有所不同。 然而，十分重要的是沒有外 部電流在儀器上流動。常使用的儀器都是測量儀器，如電壓表、示波 器或圖表記錄器。這些儀器拾取某個輸入量并將其對操作者顯示，這類儀器通常都有

10、完整的接地系統(tǒng)。應(yīng)當注意，這些儀器的輸入是以機殼的地作為參考， 儀器機殼的地又 通過交流電源的第三根線與地連接。 只要插入第三根線，輸入地就不 應(yīng)當與相對于大地具有電位的任何點連接， 否則便可能產(chǎn)生災(zāi)難性的 后果?T増人 I b a店號地測量儀器最普通的輸入地和電源地2、差分輸入如下圖所示，某些測量儀器具有差分（懸?。┹斎耄ㄐ盘柣芈放c儀器 機殼隔離），這類儀器中，顯示的信號是兩路信號之間的電壓差。例 如，若5V信號加到相對于機殼地為正的輸入端， 而3V信號加到負輸 入端，則可以檢測到的唯一部分是電壓差（差分電壓）2V。對兩個輸入端共同的電壓部分叫做“共模電壓”， 理想情況下，這部分電壓是 檢測

11、不到的。由于兩個輸入端被隔離，所以，任一個輸入端都可以看 作是信號地。只要不超過儀器的額定電壓，這個參考輸入端對于儀器 的機殼地便可以處于任意電壓。差分輸入設(shè)備的接地系統(tǒng)3、輸出型儀器的正常接地 輸出型儀器是信號源，如待連接到另外儀器上的電源或信號源。 如下 圖所示，對于直流輸出或低頻輸出，一般都有正、負兩個輸出端，以 及需要時可以連接的獨立機殼接線端。對于射頻發(fā)生器或有高頻分量 的情況，輸出將通過一個射頻連接器，連接器的外部或接地側(cè)面連接 到機殼上。ww#J diangoii- com低頻和直流輸出儀器的接地系統(tǒng)（b）射頻輸出儀器的接地系統(tǒng)輸出型儀器的典型接地系統(tǒng)電氣接地原理與測試方法4、測

12、量系統(tǒng)的接地連接將儀器地正確連接在一起并不存在一個絕對通用的方法。根據(jù)環(huán)境的不同，可有若干能給出滿意結(jié)果的方法。接地互連的一般準則是：連接所有的地，使屏蔽地、電源地和信號地的電流不能相混，而只能 在它們各自的回流途徑中流動。盡量使接地路徑縮短，并且使用粗導(dǎo)體以將接地點之間的阻抗減至最 小。避免地電流流經(jīng)多重路徑 設(shè)計每個單獨的接地電路，使高電平地電流不能流入低電平的輸入回 路。在大多數(shù)情況下，同時嚴格遵守上述所有規(guī)則是不切實際的。例如， 為了安全起見，應(yīng)當將所有儀器連接到地，而這個要求往往與多個接 地路徑的規(guī)則相矛盾。在實踐中，上述規(guī)則只用作指南，進行所有接 地時應(yīng)使折中考慮四條規(guī)則所帶來的影

13、響最小。下圖示出一個典型的儀器內(nèi)部連接接地系統(tǒng)的例子。在這個系統(tǒng)中， 電源地與信號地是不隔離的。然而應(yīng)當小心采取適當?shù)慕拥卦O(shè)計將問 題減至最少。該接地系統(tǒng)的地電流在一個連續(xù)的線路流動，依次從高電平級流向低電平級而不往回流動。即使指定一根導(dǎo)線或底盤作為 地，也不能過分強調(diào)在底盤所有的點不可能存在同樣的電位，特別是高頻上更是如此。這一點可以用等效阻抗 Z1、Z2和Z3來說明。 I: -K. iM 才號筍趴 d i HfigurL 肅oin儀器的內(nèi)部接地系統(tǒng)三個等效阻抗是互連導(dǎo)線的電感和電阻。雖然必須通過選擇短的電流途徑與粗導(dǎo)體將Z1、Z2和Z3減至最小，但是流經(jīng)它們的電流仍然可 能產(chǎn)生顯著的壓降，

14、從而導(dǎo)致各個接地點有不同電位。因此，一級電 路或一臺儀器不能與被認為是地的任何點任意連接。為了說明隨意接地的后果，假定將第3級連接到A點而非D點，如上圖虛線所示，這 時，流到第3級的任何信號電流與電源電流都必須通過 Z1、Z2和Z3。 第3級通常是支取在變化的大電流的高電平級。 這些電流將在直接與 第一級的輸入相串連的Z1上產(chǎn)生壓降，而第一級通常是靈敏的低電 平放大器。在同第2級、第3級相串連的Z2和Z3兩端也將出現(xiàn)電位 降。輸入端上的這些外來信號可以引起許多嚴重問題。根據(jù)儀器的不同，系統(tǒng)可能產(chǎn)生振蕩、形成直流偏移、出現(xiàn)尖峰信號或其它虛假響 應(yīng)。還要注意，電源接地應(yīng)像上圖中所示那樣首先連接到高

15、電平級。如果像虛線和Z4表示的那樣將電源連接到 A點，那么第3級的高電平電 流會再次被迫流過 Z1,從而產(chǎn)生虛假響應(yīng)。在正確連接的情況下， 來自第1級的低電平電流將流過Z2和Z3,然而，這個電流的幅度很 小，以致在第2級和第3級引起的信號多半都無關(guān)緊要。一種誤解認為，在哪里接地都相同。如下圖所示，這在一個簡單直流 電源的設(shè)計中就會遇到麻煩。正常情況下，一個精心設(shè)計和精心制作 的直流電源在A和B之間輸出的紋波與噪聲都非常小。 然而，由于某 種原因若將C點而不是D點用作地參考更為方便，則輸出將出現(xiàn)顯著 紋波。發(fā)生這個情況是由于流過整流器對濾波電容充電的電流僅僅在 一個周期的很小的部分流通，結(jié)果產(chǎn)生

16、了幅度比直接輸出電流大許多 倍的端電流脈沖。由于這些電流脈沖一般至少為幾安培，所以，為了 產(chǎn)生與輸出相串聯(lián)的相當大的電壓脈沖， 在C和D之間要使用很小的 電阻。www茁 rrmr trurc u：n:簡單直流電源的參考地應(yīng)用 與測量系統(tǒng)相聯(lián)系的許多問題都是由接地環(huán)路引起的結(jié)果。 接地環(huán)路 的最佳定義是不能在兩個不同的接地點提供相同的電位。 這可能歸因于多點接地、在大導(dǎo)線環(huán)路上的磁感應(yīng)或長導(dǎo)線上的電耦合。每當系 統(tǒng)中出現(xiàn)市電頻率（50Hz或60Hz）哼聲，往往都是由接地環(huán)路造成 為了說明與接地環(huán)路相關(guān)的問題，參考下圖所示系統(tǒng)。儀器內(nèi)部的接地環(huán)路正確的工藝規(guī)程規(guī)定：電源的回接應(yīng)當只連接 B點。如果

17、不是這樣， 而是回接到A和B兩點（虛線），那么，來自第3級的電流會從B點 分成兩路流過。流過每條路徑的電流大小與各路徑的電導(dǎo)率成正比。 此外，兩條路徑的相對電導(dǎo)率大小又可能使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩或錯誤的結(jié) 果。在存在變化磁場的情況下，因接地環(huán)路中的感應(yīng)環(huán)流而使接地環(huán) 路產(chǎn)生附加干擾。出現(xiàn)這種干擾時，由于電纜長和接地間隔遠，很可 能同時在信號接地處和在信號輸入電平上出現(xiàn)干擾。 這種干擾稱之為“共模干擾”，并需特別注意。下圖示出所謂“單點接地”的接地方法， 在這個例子中，為任何一級 所共有的唯一接地電阻是包括連接公共點的導(dǎo)體在內(nèi)的電源輸出阻 抗。通常，這個阻抗可以做得足夠小而可忽略不計。將一臺電子儀器與一

18、個外電源組成的系統(tǒng)正確接地的方法示于下圖。 最好的電源具有三個接線端子：正端、負端和屏蔽地（儀器機殼）。如圖所示，當將這個電源連接到其它儀器上時， 將正輸出和負輸出連 接到相應(yīng)的電源輸入端子，而將屏蔽接地連接到儀器的屏蔽罩上。 這 樣就提供了一個延伸的屏蔽系統(tǒng)使外部干擾最小。4-輸人i電子電胳 rr j J n也了電路h1!，接地jwww, d i礙口九 com連接外部直流電源與單獨電子儀器連接的正確接地系統(tǒng)下圖示出一個典型測量裝置的完整接地系統(tǒng)的例子。 被測電子電路由 一個直流電源供電，并用一臺音頻振蕩器激勵，輸出用一臺示波器觀 察。多重接地路徑維持到最短，并將所有的屏蔽連接在一起以消除外 部干擾。www. di angon. com由音頻振蕩器激勵并用示波器觀察的儀器組成的測量裝置的正確接地系統(tǒng) 由于大部分儀器都具有隔離的輸入與隔離的輸出。 只有一個接地環(huán)路 通過儀器機殼與電源輸入的大地引腳。 在正常環(huán)境下，由于屏蔽同其 它地相隔離，故沒有明顯的電流流動，所以，只要接地環(huán)路的環(huán)流