Помехоустойчивость аналоговых систем автоматизации

Аналоговая система - система которая принимает, обрабатывает, передает аналоговый сигнал, т.е. сигнал имеющий, непрерывный диапазон значений.

Для аналоговых средств автоматизации (измерительных и регулируемых устройств) типичным является то, что они работают с сигналами ± 10 В или ±20 мА и имеют единый опорный потенциал, от которого измеряются все напряжения. Их рабочая частота очень низка и поэтому можно не учитывать импульсные помехи. Однако аналоговые системы восприимчивые к низкочастотным помехам, а так же к изменению опорного потенциала.

   Рис. 7. Пояснение помехоустойчивости налоговых систем

   Где U_a - напряжение на входе аналоговой системы;

            U_n - напряжение  помехи на входе аналоговой системы;

      U _В - выxодной сигнал аналоговой системы.

 

Их рабочая частота очень низка и поэтому обычно можно не учитывать импульсные помехи. Однако аналоговые системы восприимчивы к низкочастотным помехам (в области частот полезного сигнала), а также к изменениям опорного потенциала.

Так как в аналоговой системе вследствие отсутствия отно­сительного порога помехи каждый сигнал помехи   наложен­ный на входной сигнал и_а , может воздействовать и на выход­ной сигнал и_в (рис. 7.), но нормальная работа гарантируется лишь тогда, когда абсолютное отклонение остается в

определенных границах , т.е. .  или же сохраня­ется определенное соотношение полезного сиг­нала к напряжению помехи на выходе, дБ, выражен­ное как допустимый интервал помехи. Для классификации помехоустойчивости вводят следующую относи­тельную величину:

                  (дБ).

Техническое значение s для телефонных систем - 30 дБ, для телевиде­ния - 48 дБ и для радиовещания - 60 дБ.

    Помехоустойчивость цифровых систем

В цифровых системах напряжение помехи U_n может воздействовать на изменение логического состояния сигнала (0 или 1) на выходе цифровой системы, если время воздействия превысит определенное пороговое значение.

В соответствии с этим различают статическую и динамическую помехоустойчивость цифровых логических систем.

Статическая помехоустойчивость цифровых систем

Статическая помехоустойчивость характеризуется способностью противостоять воздействиям сигналов, длительность которых больше времени переключения при переходе от состояния L к Н или от Н к L (L - низкое состояние, Н- высокое состояние).

Динамическая помехоустойчивость логических систем

Если длительность воздействия напряжения помехи меньше времени переключения при переходе H < L, то требуется большие значения напряжения, чтобы ввести в устройство энергию, приводящую к нарушению функционирования.

Механизм появления помех и мероприятия по их

Снижению

 При рассмотрении технико-экономических проблем ЭМС существенным является значение механизмов связи между источником помех Q и чувствительным элементом прибора S.

Рассмотрим классификацию механизмов появления помех:

1. Гальваническое влияние.

2. Емкостное влияние.

     3.Индуктивное влияние.

     4.Электромагнитное излучение.

Гальваническое влияние осуществляется через общие полные сопротивления, как правило, через внутренние сопротивления сетевых приборов, через систему защитных проводов и систему заземляющих проводов.

Механизм появления помех (механизм связи) - физический механизм воздействия источника помехи на чувствительный элемент или это механизм передачи энергии электромагнитных процессов от источника помех к чувствительному элементу.

На рис. 7 показана схема питания постоянным напряжением приборов Bi-B_n. В этой схеме изменение тока одного прибора  генерирует напряжение помехи U_n.

Рис. 8. Пример гальванической связи

Напряжение помехи  складывается из падения  

напряжения    на R     (активное сопротивление проводов)  

и L    (реактивное индуктивное сопротивление проводов),   

U _п (U_st) напряжение помехи накладывается на    

напряжение  питания U:

               

Это напряжение, при заданных значениях Δ i и тем ниже, чем меньше параметры полных сопротивлений общих цепей. Как известно, сопротивление проводников:

              

  где - длина провод­ника,  - электрическая удельная проводимость материала, s – поперечное сечение проводника.

В целях снижения уровня помех проводник должен быть предельно коротким, а его сечение должно быть возможно большим.

Как правило, индуктивная составляющая значительно больше активной составляющей.

        

Индуктивность линии с проводниками цилиндрической формы (диаметром D) и с расстоянием между центрами проводников r приближенно рассчитывается как:

        

Для линии с плоскими, расположенными близко друг к другу проводами прямоугольного сечения , индуктивность рассчитывается по формуле:

                         

Из приведенных формул следует, что для уменьшения индуктивности L и тем самым напряжения помех U_n имеются следующие возможности:

1) Сокращенные длины проводов.

2) Для круглых проводов заданного диаметра сокращение расстояния между проводами до минимального.

3) Для проводников прямоугольного сечения - увеличение отношения а/в (плоская тонкая пластина).

Если отношение r / D, в лучшем случае, может теоретически снижено до 1 (на практике оно всегда > 1), то отношение а/в может достигать 10 и более. Поэтому линия с плоскими проводами обладает гораздо меньшей индуктивностью, чем из круглых.