压力传感器的屏蔽抗干扰技术解析

在电子测量电路中，任何无用的信号都可称为噪声，而当这些噪声影响到电路的正常工作状态时，便形成了干扰。信号在传输过程中，干扰的产生必须具备三个基本要素，分别是干扰源、干扰途径以及对噪声较为敏感的接收电路。因此消除或减弱噪声干扰的方法，可以针对这三个要素中的任意一项采取相应措施。在压力传感器检测电路中，比较常用的做法是针对干扰途径和接收电路采取屏蔽措施，以达到消除或减弱噪声干扰的目的。下面介绍几种主要的屏蔽抗干扰技术。

第一种是静电屏蔽。根据电磁学的基本原理，置于静电场中的密闭空心导体内部没有电场线分布，其内部各点处于等电位状态。利用这一原理，选用铜或铝等导电性能良好的金属材料，制作成密闭的金属容器并与地线可靠连接，把需要保护的电路放置在该容器内部，这样外部的干扰电场就无法影响内部电路，反过来内部电路产生的电场也不会对外部电路造成影响，这种方法就称为静电屏蔽。在压力传感器测量电路中有一个典型的应用实例，即在电源变压器的一次侧绕组和二次侧绕组之间插入一个留有缝隙的导体并将其接地，这种做法可以有效防止两个绕组之间的静电耦合，正是静电屏蔽的具体应用。

第二种是电磁屏蔽。针对高频干扰磁场，可以利用电涡流原理进行防护。当高频干扰电磁场作用于屏蔽金属时，会在金属内部产生电涡流，从而消耗掉干扰磁场的能量，同时电涡流所产生的磁场又会抵消原高频干扰磁场，使得被保护电路免受高频电磁场的影响，这种屏蔽方法称为电磁屏蔽。值得注意的是，如果电磁屏蔽层同时接地，还能兼有静电屏蔽的作用。压力传感器的输出电缆通常采用铜质网状屏蔽层，这种结构既具备静电屏蔽功能，又具有电磁屏蔽效果。在电磁屏蔽中，屏蔽材料必须选择导电性能良好的低电阻材料，例如铜、铝或者镀银铜等。

第三种是低频磁屏蔽。当干扰信号为低频磁场时，电涡流效应不太明显，单纯依靠上述两种方法抗干扰效果并不理想。此时必须采用高导磁材料作为屏蔽层，利用其极低的磁阻特性，将低频干扰磁场的磁感线限制在磁屏蔽层内部，使被保护电路免受低频磁场耦合干扰的影响，这种屏蔽方法一般称为低频磁屏蔽。压力传感器检测仪器的铁质外壳正是发挥了低频磁屏蔽的作用。如果进一步将该外壳接地，则同时还能起到静电屏蔽和电磁屏蔽的双重效果。

基于以上三种屏蔽技术，在干扰较为严重的环境中，可以采用复合屏蔽电缆进行防护。这种电缆的外层为低频磁屏蔽层，内层为电磁屏蔽层，从而实现双重屏蔽效果。以电容式压力传感器为例，在实际测量过程中寄生电容是一个必须解决的关键问题，否则会严重影响传输效率和灵敏度。因此必须对压力传感器实施静电屏蔽，其电极引出线采用双层屏蔽技术，通常称为驱动电缆技术，这种方法可以有效克服压力传感器在使用过程中的寄生电容干扰。