34
几种不同双绞线的效果比较
试验条件 比例 平行导线 双绞线（1绞/101.6mm) 1 14：1 噪声衰减度 dB 0 23
双绞线（1绞/76.2mm)
71：1
112：1
37
双绞线（1绞/50.8mm)
41
双绞线（1绞/25.4mm)
金属导管内平行线
141：1
22：1
噪声导体之间的距离D和减小线径d。

9
90m
2mm(10mm)
3k
AC100V 50Hz
2mm
2.1V(0.32V)

10
所以，为什么在工业现场，不允许将信号线和交流电 源线设在同一根电缆里，而且还需要将信号线和电源线 以及高频信号线等保持一定的距离。
13

这里,我们讨论的是受感应导体屏蔽的情况。如果我们将噪声导 体进行屏蔽并接地,同样可以起到抑制电场耦合的作用。所以在工业 现场，无论是电源电缆，或者是信号电缆，都应采用屏蔽型电缆。

14
采用屏蔽的效果要比拉开间距显著
AC 110V
d
S 20mm 2个继电器 电感50H 内阻700欧

21
2.2 回路之间的相对位置与耦合程度的关系
I Uab
5A 40mV
10A 85mV
15A 130mV

22
I Uab
5A 100mV
10A 190mV
15A 280mV

23
一般而言，两个回路的平面相互垂直比平行其耦合要小。两个回 路的环形面积愈小愈好。

11
1.4屏蔽对电容性耦合的影响
噪声 导体
受感应 导体
分布 电容CS
屏蔽层
噪声 电压US
对地 电容CL Ces

12
当受感应导线的外层包了屏蔽层后(见图)，前面所述的感应的 噪声电压Un便作用在屏蔽层上。 如果屏蔽层不接地，受感应导体和屏蔽层之间的分布电容Ces上 没有电流，则受感应导体上接受到的噪声电压就是屏蔽体上所感应 的噪声电压。 如果屏蔽体接地，因为屏蔽层上的电压为零，所以受感应导体 上的噪声电压也为零。 由于受感应导线不可能全部封闭在屏蔽体内（包括导体两端外 露和编织屏蔽层的空隙）,所以实际情况要复杂一些。 为了获得良好的电场屏蔽，需要做到： 1）最大限度的减小中心导线延伸到屏蔽之外部分的长度； 2）为屏蔽层提供一个良好的接地。
35
43
27

2.6 同轴电缆和屏蔽双绞线
双绞线和屏蔽双绞线虽然非常适用频率低于100kHz的屏蔽，但 因为有较大的电容，故不适用于高频或高阻抗回路。 同轴电缆是一种特制的用金属编织网作屏蔽的电缆，在很大的 范围内，具有均匀不变的低损耗的特性阻抗，可用于从直流到甚高
频乃之超高频的频段。
噪声 导体 CS CL 噪声 电压 US 受感应 导体
RL Un 并联阻抗Z 3

电容性耦合的等效电路
噪声 导体
CS
受感应 导体
Cs CL Us CL RL RL Un 并联阻抗Z Un
噪声 电压 US

4
利用Cs和Z之间的分压公式就可以求出在受感应导体和地 之间产生的噪声电压Un为：
20

例：某信号线与电压为220VAC、负荷为10kVA输电线的距离为1米， 并平行走线10米，两线之间的互感为4.2µH，则信号线上感应的干扰 电压为 UN =ω MI=2•3.14•50•0.0000042•10000/220 =59.98 mV 当信号电压为（1-5）V的信号，这个干扰电压的大小即相当于 增加了1.5%的误差。

16
感应的噪声电压
线间距离d(mm) 0 170 510 导线 40V～90V 12V～30V 7V～20V 编织网屏蔽导线 0.25V～0.7V 0.15V～0.6V 0.05V～0.3V

17
2 电感性耦合噪声和其抑制方法 2.1 耦合机理 从物理学可知，线圈切割磁力线会感应出电动势。反之，线圈 不动，周围的磁力线发生变化，也同样会在线圈两端感应出电动势。 所以一根导线，当流过它的电流大小发生变化时，在其周围就会产 生出变化的磁场。若在这个交变的磁场中有另一个电路回路，就会 在回路中感应出电动势。这两部分通过磁力线形成的耦合，其程度

2
1 电容性耦合噪声和其抑制方法 1.1 耦合机理 两导线间的电容性耦合如图所示。Cs为噪声导体（如电源线） 和受感应导体（如信号线）间的分布电容，CL为受感应导体的对地 电容，RL为受感应导体的总电阻值，Z为CL和RL的并联阻抗。US为噪 声电压，设Un为感应的噪声电压。
1M欧
20mm
500欧

15
上图是一个比较屏蔽和拉开间距的效果的试验例子。 干扰源是采用两个并联的继电器，当用开关S将通电的继电器线 圈突然断开时，线圈所产生的反冲电压可达1000V以上。这种反冲电 压波形的前沿具有很大的变化速率，由此在导线上所产生的电力线 改变的速率也非常高。这是一个含有相当高频率成分的噪声源。此 外，接点间的火花放电也产生频谱很宽的噪声。 由实验可知（实验数据见后表），用编织网进行屏蔽的话，感 应出的噪声很小。若用增加两线间的距离d，还是能感应出几十伏的 噪声电压。所以，静电屏蔽抑制电容性耦合噪声的效果一般要比拉 开间距减小分布电容的效果来得显著。
电缆的静电屏蔽和电磁屏蔽
1
本章阐述用屏蔽来抑制静电感应和电磁感应的基本原理和方法。 电缆之所以重要是因为它不仅是控制系统中最长的部分，容易 通过近场的耦合对控制系统产生干扰；而且它还类似于一根拾取和 辐射噪声的高效天线。 本章我们将讨论与此有关的三种类型的耦合： 1）电容性耦合。它起源于线路间电场的相互作用。 2）电感性耦合。它起源于线路间磁场的相互作用。 3）电磁场耦合。它是电场和磁场相结合的混合作用的耦合。故也被 称为电磁耦合或辐射耦合。
27
如果沿接地环路A-B-C-D-A，可列出方程式：
式中M为屏蔽体与中心导体间的互感，其值等于Ls,代入得：
由式可知，当导体中流经的电流其频率远大于截止频率ω c=Rs/Ls 时，绝大部分电流流过屏蔽体，屏蔽效果很好。当频率低于5ω c 时，大部分电流从地面返回，屏蔽作用较小（所以低频时，不宜两 端接地）。大多数电缆的截止频率在数千赫到数十千赫之间。
6
当RL阻抗远大于CL和Cs的阻抗时，感应的噪声电压正比于CS和 CL的比值，和噪声电压的频率无关。 感应的噪声电压的频率特性如图所示。
Un
f

7
1.2 电容性耦合的抑制措施
电容性耦合噪声的大小，正比于下列因素： 1）噪声电压； 2）噪声频率； 3）两导体间的分布电容； 4）受感应体的对地阻抗。 上述的诸因素中，噪声电压、噪声频率、受感应体的总电阻值 往往是不可控的。所以抑制电容性耦合的最基本方法是减少与噪声 导体间的分布电容。而减少两导体间的分布电容的最简单的方法就 是加大与噪声导体之间的距离。 但有时候受条件限制，无法用加大与噪声导体之间的距离来减 少两导体间的分布电容时，此时采用静电屏蔽的方法是十分有效的。

36
导线的屏蔽要十分注意屏蔽体的接地问题。 无论是屏蔽双绞线，或者同轴电缆，为了抑制电容性耦合， 一般是单端接地，通常是在控制室侧接地。对同轴电缆，当频率低 于屏蔽体截止频率时，因此时大部分的返回电流经过地面而不是经 过屏蔽体，因而不能起到电磁屏蔽作用。

1）对作为噪声源的导线实施电磁屏蔽
环内有磁通产生
环外磁通基 本被抵消

32
2）对信号线实施电磁屏蔽
外磁通
外磁通在导线上 的感应相互抵消

33
双绞线的屏蔽效果随每单位长度的绞合数的增加而提高（见 表）。 表中的噪声衰减度系指平行导线时的干扰磁场值和采用双绞线 后的干扰磁场值之比。但是，每单位长度的绞合数愈大，耗资也 大，从表2.2看，绞距为50mm左右就可以了。 由于双绞线使用十分方便，价格较低，屏蔽效果也较好，所 以，在工程中常用到它。如果双绞线再加金属编织网就可以克服双 绞线易受静电感应的缺点，使其屏蔽效果更好。双绞线和屏蔽双绞 线常用于频率低于100kHz的屏蔽。

24
2.3 对作为噪声源的导线施行的电磁屏蔽
图所示的导线AB流过电流时，便成为向外界发出磁通的噪声源。
A I 干扰源
B
负载

25
如果对导线AB增加屏蔽体，并按图连接。电流在流经负载后， 全部通过导体的屏蔽体返回到干扰源的地。由于流过屏蔽体上的电 流也产生磁通，且与导体产生的磁通大小相等而方向相反，这样在 屏蔽体的外面，不存在磁通，即导线AB被电磁屏蔽了。
干扰源
A
B 负载

26
如果将干扰源和负载都接地,当信号源和负载都接地时，由于流 过屏蔽体的电流I2小于导线AB内的电流I，所以I2所产生的抵消磁通 也比原来的小。 然而，屏蔽体有一个重要的特性参数，即截止频率ω c=Rs/Ls， 其中Rs和Ls分别为屏蔽体的电阻和电感。


30
我们常用屏蔽导线来防止外界磁通对导线的影响，其实这不是 利用屏蔽体的磁屏蔽特性实现屏蔽的，而是将非磁性屏蔽体包在导 体周围，并让它成为流经导线返回电流的一个通路，起到使电流的 回路所包围的面积最小，使接收外界磁通影响为最小 。

31
2.5 双绞线的电磁屏蔽原理及其应用
8

1.3
电容性耦合和距离的关系
两根直径为d，间距为D的平行导线间的分布电容Cs为： Cs=π ε /cosh-1(D/d) (F/m) 当D/d大于3时，Cs减小为 Cs=π ε /ln(2D/d) (F/m) 式中：ε ——自由空间的介电常数，其值为8.85×10-12 F/m。 由上式可知，减少两导体间的分布电容的最简单的方法是加大与
28