浅议接地回路对测量精度的影响

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1、浅议接地回路对测量精度的影响：本文简要地介绍了弱信号电压测量过程中误差产生的原因，特别详述了接地回路对测量精度的影响。　　关键词：接地回路测量精度　　：TH8：A：1007-9416(2011)11-0189-01　　　　在测量传感器的弱信号电压测量过程中经常遇到难以忍受的巨大误差和测量不确定度，特别是现场和产线上，有时甚至影响大批产品的质量。　　如果出现这种情况，你务必关注一下测试设备、被测件和测量夹具的接地状况。根据以往的经验，出现这些测量问题最多的原因，就是接地出问题了。我们来看下面这张图。(如图1)　　在图中，虚线框中的部分就

2、是我们的数字万用表测量电路。Vtest是被测电压，RL是测量线上的电阻。通常这个电阻很小。Ri是万用表的对地阻抗，这个阻抗可以大于10G欧姆.Ci是万用表与地之间的隔离电容。Vground是万用表的接地点与被测件接地点之间的地噪声电压。理想状态下，如果Vground仅是直流电压，由于万用表Ri的阻值非常高，Vground造成的电流（有时我们称之为共模电流）很小，Vtest产生的误差可以忽略不计。安捷伦的34401A和34410A，在相对湿度小于80%的时候，都能确保该隔离电阻的阻值不小于10G欧姆。在通常的实验室环境中，该电阻还远大于

3、10G欧姆。因此，要降低这种DC地环干扰，尽量缩短被测件和万用表之间的地线长度，是非常好的办法，特别是将其短路。我们称之为“共地”。　　但在实际测量过程中，更多地环路的噪声源和测量误差是来自交流。由于数字表内部电容型器件的存在，即Ci的存在，与Ri是并联的，导致数字表对地的交流阻抗要低得多。Ci是由数字表内部变压器的线圈造成的。Ci的典型值是250pF.因此，如果工作在50Hz公频的供电电源状态下，阻抗大约为10M欧姆，要远小于10G欧姆的直流阻抗。为了抑制这个噪声，我们通常要把数字电压表的积分时间设置在公频的整倍数。　　但如果在供电

4、电源中有其他更高频的噪声，例如马达或其它大功率继电器造成的地线上的噪声，数字万用表就很难对此进行有效的抑制。这就需要对测试系统的接地进行认真的考虑。也就是说，不要将一些大型设备的地，如空气压缩机，贴片机，波峰焊等大型设备的地和测试系统共地。如果周围又这些设备，就需要单独为测试系统拉一条干净的地线来。　　总之，对于一些小信号电压的测量，例如利用热电偶测量温度，其电压基本是在微伏级。温度变化1度时，电压也就变化50微伏左右。如果我们在测量过程中，如果不考虑地回路的干扰，将有可能带来很大的误差。所以，良好的接地是确保高精度测量的前提。　　建

5、立良好接地的最基本原则是：　　(1)要尽量减少被测件和测试设备之间的地线长度，最好是单点接地。　　(2)地线上的噪声必须尽量小，也就是我们常说的要“尽量干净”。　　(3)浮地可以减少地环路的影响，但易产生静电积累而导致静电放电，可能造成静电击穿或强烈的干扰。　　对高精度测量来说，不仅是数字万用表，其它的测试系统同样需要良好的接地。实际上，良好的接地不仅是高精度测量的前提，更重要的是它可以避免仪器、附件、测试件及测试夹具的损坏。为了电磁兼容的需要，绝大部分电子测试仪表都安装了电源滤波器。电源滤波器的工作原理如图2。　　由图可见，电源波器

6、的共模抑制CY1和CY2(CY1=CY2)连接到了仪表的外壳和电源的保护地上。如果没有接上电源保护地，则由于CY1和CY2的分压作用，仪表的外壳将会带上市电电压(L,N线之间)220V的一半电压，即110V电压。这将会对仪表操人身安全造成威胁;同时会损坏仪表的信号输入输出端口内部电路，如信号衰减器、信号放大器等;也会损坏仪表通讯接口，如GPIB接口、RS232接口、USB接口等。　　电源接地系统要求：　　(1)接地线必须同任何导线完全隔离及绝缘，且仅能在建筑物的真正接地线处和电源中性线(零线)相接。　　(2)接地线线径至少为3.5mm

7、。　　(3)接地线不是电源中性线(零线)，且必须与中性线分开(概念上)。　　(4)接地阻抗在电源插座中性线与接地线之间测量时不得大于2欧姆(适用于TN系统，值仅供参考)。　　(5)在电源输出插座所测得的零线与地线间的电压不得大于1.0V，同时无论设备是否开启，电压的变化量不得超过1.0V。　　(6)不能用铁管代替接地线。　　(7)在接地线的接地端测得的接地电阻不大于1欧姆。