标签: 正确接地

    如果哪位仁兄没有遇到过接地的问题，肯定不是干EE的！ 在研发和测试过程中的接地都很重要。不良的接地，不仅可能导致错误的测量，甚至会损坏仪器和被测件。 例如， 在使用示波器时， 会看到很大的噪声和诡异的波形，让波形显示不成样子； 万用表测量时， 会非常高的测量和读数误差等等。 老赤脚医生还遇到过更多的故事： 故事1：  一个学校实验室，发现一段时间以来，示波器的前端经常会被烧。结果一查墙上的电源插座， 完全没有接地。示波器外壳摸上去，感觉麻麻的。 故事2：  一个手机生产厂，在产线搬家后， 发现误测率猛然提升了20%。 查下来才发现，测试系统的地线与回流焊、贴片机的地线接到了一起。不干净的接地直接导致误测率的大幅上升 故事 3:   一个电池生产厂，利用安捷伦的34970A 数据采集器监控电池组的老化过程。结果通信接口卡经常出问题， 不得不送维修部更换。 最后请我们的维修工程师上门查故障原因。结果简单地用数字表量地线和零线的电压， 112V！ 晕倒！ 故事 4： 一个大功率电源的用户，输入是3相电。当一接GPIB插头的时候，立刻跳闸。 结果一查，是3相电的地线接错了     相信每位工程师都能说出很多这样的故事。但接地不良的问题是怎么出现的呢？ 老赤脚医生列出了一些我们常遇到的情况： 1．  实验室地线质量不好，特别是线缆老化，电工的粗心大意造成错接、误接 2．  测试仪器的接地与一些大型设备的地线接到了一起，非常不干净。通常情况下，测试仪器的接地必须是单独的一个干净的独立接地 3．  插头和接线板的问题。 这是我们最经常遇到的。 这往往是我们平时工作过程中太大意造成的。     如图1。这是我在实验室找到的一个接线板。我量了地线和零线的电压竟然是86V! 原因很简单：接线板的插头接地线不知被谁掰掉了。当然，我也看到过很多掰掉接地端的电源线。其结果是一样的   图 1： 接线板的接地端插头不知被谁掰掉了。 结果86V的地线电压        图 2 所示的是我们常能看到的非中国制式的电源线，由于很多仪器是进口的，电源线有可能五花八门。如果不加考虑地就随意使用这些电源线， 同样也会出问题 图2； 不同制式的插头       右边这张图是英制的插头。不用说，这在我们的接线板上根本没法用。但还是看到有人在用。 右边分别是日制和欧制的，它们都有接地线，但当它们插入我们最常用的接线板时，就会破坏接线板内部导电铜片的弹性，时间长了，如果再插入中国制式的扁平插头，就可能造成虚接。我也看到有些工程师采用这种插头的充电器，这也会破坏接线板的连接质量。         看到这里，相信不少的工程后都想确认一下自己工作台上的接地情况。做法很简单。如果你手边有一台数字万用表，直接测量地线和零线之间的电压。如下图，就是我在安捷伦实验室中测量得到的，测量值仅为 1.2V, 非常良好的接地！          图3： 检测接地质量的最简单方法      但地线电压与零线之间的电压会不会是 0V 呢？如果是 0V ，就说明在配电端，电工偷懒把地线和零线短路了，根本没有接地！  

  磁场所造成的噪声 如果您正在磁场附近测量， 您应采取预防措施，避免测量连接中的感应电压。 如果在磁场中， 输入的连接布线发生抖动， 或磁场发生变化，都可能感应电压。 在地球的磁场中运动的无屏蔽、 裸露的输入的导线， 可以生成几个毫伏。 在交流电源线周围， 不同的磁场还可以导致高达几百毫伏的感应电压。在大电流的导体附近工作时，您应该特别小心。 如有可能，您应该将布线远离磁场。在电动马达、 发电机、 电视和电脑CRT显示器周围， 磁场都普遍存在。 此外，如果在工作区域附近有磁场， 操作时请确保您输入的接线已经拉直，并**固定好。使用双绞线连接到仪器可以减少噪声拾取的回路面积，或尽可能将电线紧密困在一起。 在校准时， 如果计量毫欧表和毫伏表， 磁场造成的测量波动可能会引起比较大的问题。 要减少这些波动， 我们可以构建了一个金属屏蔽箱， 隔离开 仪表和周围的磁场。 箱体上可以有一个小开口，开口 只需足够大，以读取测量结果和更改设置。   低电平的 AC 测量误差   当测量的交流电压小于 100 mV 时， 要知道这些测量都是特别容易受到外来噪声源的影响，而引入错误。 暴露的测试引线都可能成为天线， 内部数字万用表 将测量收到的信号。 整个测量路径，包括电源线， 都可能成为一个环形天线。 回路中的电流， 在通过包括仪器输入在内的一系列串行阻抗后， 将产生电压误差。 出于这个原因， 您应该使用屏蔽线，将低电平的 AC 电压输入仪器。 您还应该将屏蔽连接到低端。 如果无法避免， 也一定要尽量减少接地回路的面积。相比于低阻抗源， 一个高阻抗源容易拾取到更多的噪声。 您可以通过与仪器的输入终端并联一个电容的方法，来降低源的高频阻抗。 您可能需要试验，以确定适合您应用的正确电容值。 大部分的外部噪声是与输入信号不相关的。 如下所示，您可以用这个公式确定误差。   与被测件有关联的噪声，虽然极为少见，但尤其有害。 这种 噪声将总是直接添加在输入信号上。 测量低电平信号时， 如果有同频率的其它信号存在，例如与本地交流电源的频率相同时，是容易产生误差的。   如果在同一个开关卡或模块上，切换大信号和小信号时必须十分小心。 因为在这种情况下，有可能大信号的充电电源， 会在小信号的的通道上释放。 这时，建议您可以使用两个不同的模块，或者将小信号通道与大信号通道分开， 在它们中间增加一个未使用的通道，连接到大地。   本文结束。欢迎阅读     专家谈测试：通过正确的线缆连接减少测量误差（一） 专家谈测试：通过正确的线缆连接减少测量误差（二） 专家谈测试：通过正确的线缆连接减少测量误差（三）    

  随着产品的复杂程度越来越高，对测量精度和可靠性的要求也是水涨船高。由于版面限制，我将用这篇文章分成三部分，介绍一下仪器和被测件正确的布线和接地方法， 以 达到减少测量误差的目的。当然，在文章中涉及的原理，可以应用于基本测量设置、 数据采集系统和自动测试系统。 电缆规格 可以使用各种各样的通用和专用的电缆。下列因素会影响您选择的电缆类型。   ·          信号的要求 —  如电压、 频率、 准确性和测量速度。 ·          互连的要求 —  比如线缆直径、 电缆长度和电缆布线。 ·          维护要求 —  过渡接头、 电缆终端、 应变、 电缆长度的限制、电缆布线等。   国际上通常会用到各种各样的方法标定电缆。请务必检查您打算使用的电缆类型， 务必关注以下的指标。   ·           标称阻抗 ( 绝缘电阻 ) —  在电缆上可以找到， 从直流到一定的频率。 它随输入信号的频率变化而变化。检查高、低之间，通道与通道之间的屏蔽。高频和射频应用对电缆的阻抗有特别的要求。 ·           绝缘电压 — 对您的应用， 必须足够高。 特别要注意是，为了防止电气振荡或设备损坏、 系统中所有通道绝缘要考虑到最大值。建议你使用 600 V 额定绝缘的电线。 ·           电缆电阻 — — 不同线径和长度的电缆的电阻都不同。 尽可能使用最大线径， 且尽量减少电缆的长度， 以尽可能降低电缆的电阻。下表列出了典型几种线径的铜线电缆电阻 （铜线温度系数是 0.35%° C ）。在一些仪器中， 会用到 仪器特殊的感应线，例如数字万用表四线电阻测量和高性能电源的远端感应， 可以补偿电缆电阻引起的电压损耗。 ·           电缆电容 — — 电容随着不同的保温材料类型、 电缆长度和电缆屏蔽而改变。电缆应尽量短，这样可以减少电缆电容。在某些情况下，可以使用低电容电缆。        接地技术 接地的目的之一是为了避免地环路， 并尽量减少共模噪声。大多数系统应具有至少三个单独的地环路：   1. 第一是信号的接地 。您还需要在高电平信号、低电平信号和数字信号之间，提供分开的信号地。 2. 第二是高噪声硬件的接地， 例如继电器、 马达、 和大功率设备。 3. 第三是个接地是用于机箱、 机架和机柜。 交流电源接地一般应连接到这第三个接地。       一般情况下，对于频率低于 1 MHz 或低电平信号，使用单点接地 。并联接地是比较好的，但这样做成本高，接线也困难一些，并联之后再单点接地是必须的。  最重要一点， 特别是 对于小信号或最精确的测量要求， 应该是就近接地。 10 MHz 以上的频率，使用分开的接地系统。对于 1 MHz 和 10 MHz 之间的信号，您可以使用单点接地系统，如果最长的地线回路不超过波长的 1/20 。 在所有情况下，回路电阻和电感应尽量减少。         先谈到这来，我会在第二部分中继续。       专家谈测试：通过正确的线缆连接减少测量误差（一） 专家谈测试：通过正确的线缆连接减少测量误差（二） 专家谈测试：通过正确的线缆连接减少测量误差（三）