仪器测量过程中的接地和共地问题探讨

王 超

（工业和信息化部电子第五研究所华东分所，江苏苏州215011）

仪器测量过程中的接地和共地问题探讨

王 超

（工业和信息化部电子第五研究所华东分所，江苏苏州215011）

仪器接入电路中时要注意接地，否则会造成仪器损坏或人身安全事故。测量时，要注意仪器之间的共地状态，忽视共地，会对仪器测量结果造成影响，甚至损坏仪器。因此，对仪器测量过程中的接地和共地问题进行了探讨，希望对相关工作人员有所帮助。

检测；仪器；接地；共地；干扰

0 引言

在一些仪器的检测过程中，常常会出现测量结果和理论值相差很大的现象，这通常会造成测量结果的误判，有时甚至会损坏仪器。经研究分析，发现在排除仪器本身的软硬件问题后，这种现象可能是由仪器的接地和仪器之间的共地因素造成的。

1 仪器接地的作用

仪器检测过程中的“地”可以指大地，一般是以大地的电位作为基准，也就是所谓的零电位，仪器上以符号“⊥”来表示。接地是指电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连。接地的作用主要是防止人身遭受电击、防止设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、静电损坏，以及保障电力系统的正常运行。

在仪器的测试过程中，使用示波器等高精度、高灵敏度和高输入阻抗仪器时，如果仪器的外壳未接地，当人手或者金属物触及到高电位端时，仪器的指示电表就可能会严重地超负荷，甚至被损坏[1]。

仪器的外壳未接地时的示意图如图1所示。仪器的电源输入端即电源变压器，其初级线圈与铁心和外壳之间的绝缘电阻并非无穷大，而且还存在分布电容。仪器未接地时，当人手触碰到仪器的输入端的时候，就会有一部分的漏电流由火线通过变压器的初级绕组与机壳之间的绝缘电阻和分布电容到达机壳，并通过仪器的输入电阻R1到达输入端即高电位端，然后再通过人体电阻到达大地，从而形成回路。由于仪器的输入电阻R1很大，因而会形成一个很大的压降，一般会达到几十伏，甚至会更高，这就相当于在仪器的输入端施加了一个很大的输入信号，如果仪器处在高灵敏档位，则可能会出现过负荷现象，以致于损坏仪器。同样，在仪器输入端接入被测电路时，由于R1上既有被测信号压降又有电源干扰信号压降，这样会造成工作不稳定和较大的测量误差。如果仪器外壳接地良好，则漏电流自电源经变压器和机壳到大地形成回路，而不经过仪器的输入电阻，就不会出现上述现象[2]。

图1 仪器的外壳未接地示意图

2 共地对仪器测量的干扰

共地是指电子仪器和被测仪器的地端，按信号的输入、输出顺序连接在一起。大多数电子仪器的负极都与地直接连接。当多台仪器同时使用时，这些仪器的负极同时接地，也就是接在同一参考点上——“地”，各个仪器在电位上同时为零，这样就会消除仪器之间的电势差，从而消除因电势差而干扰测量结果或损坏精密仪器的可能性。

当被测电路的工作频率高，线路阻抗大和信号弱时，仪器的抗干扰能力就相对较差。大多数电子测量仪器采用单端输入、单端输出的形式来排除干扰以提高精度，也就是说，总有一个端点和仪器外壳相连并与电缆引线的外屏蔽端连在一起[3]。

2.1 仪器之间不共地所造成的影响

仪器的外壳未共地时的示意图如图2所示，如果信号源和示波器都未共地，那么两台仪器就会各自产生一个干扰源，干扰源会在信号发生器和示波器之间形成一个干扰电流，这个干扰电流会经过实验装置的输出电阻R1和示波器的输入电阻R2，并由此产生干扰电压，从而影响测量结果，造成误判；而且R1和R2越大，这样的干扰电压就会越大。如果两台仪器共地，则干扰电流就不会流经R1和R2，那么就可以避免工频干扰[4]。

图2 仪器的外壳未共地示意图

在仪器的检测过程中常常会遇见各种各样的仪器，一般的电子仪器在接入电路后，处于共地状态，但是有些仪器的测量负极没有和接地端连在一起或者与接地端接触不良，这时这种仪器就处于浮地状态，与接入电路的仪器之间就有可能产生电势差，虽然这个电势差很小，当测量回路中的电流信号比较强的时候可以忽略，但是，当测量回路中的电流信号比较微弱的时候，这个很小的电势差就会在两台仪器之间产生一个电流并影响测量回路中的电流信号，造成测量结果的偏差。仪器外壳不共地时造成干扰的示意图如图3所示。

图3 仪器的外壳不共地造成干扰的示意图

2.2 仪器之间共地对电路网络测量的影响

一般测量时，电子仪器外壳共地是为了避免工频干扰，减少误差影响。但是，当电路网络复杂，测量对象是电路中的某一部分时，共地却有可能造成测量结果的错误，甚至损毁电路或者仪器。

对电路网络，输入源给整个网络提供输入信号，源的低端是接地的，使用仪器仪表测量电路中某两点之间的电压信号，如图4所示。当仪表的负极接地，直接测量A、B两点的电压时，就会使测量仪表所接的B点接地，但是原电路网络的B点的电位不为零，由于B点接上测量仪表的负极，就被强制地接地，因此改变了电路的结构，电路的工作状态就有可能改变，这时的测量结果显然是错误的[5]。

图4 仪器外壳共地造成干扰示意图

3 结束语

在仪器的校准工作中，接地和共地问题是所有的工作中最基本也是最重要的，这一方面是出于对人身安全的保护，另一方面是由于在对一些高精度仪器进行校准时，不良的接地、仪器之间不共地都有可能损坏仪器，造成重大的经济损失。所以，在仪器校准的准备工作中，对需要接入外接电源的，首先，应该考虑的是仪器的接地问题，以保护人生安全和仪器的安全，一般可以通过测量供电端的接地线和零线之间的电压来进行判断；然后，应该考虑的是仪器之间的共地问题，在针对整体仪器装置进行校准时，共地的目的是为了保护仪器和防止仪器之间的电势差对测量结果的干扰，当针对仪器装置电路中某两点进行测量时，要避免仪器的共地，以免因共地造成测量点的强制接地而影响测量结果。

[1]苏晓华，闻映红.电子设备的接地技术[J].安全与电磁兼容，2004（1）:39-42.

[2]李明生.电子测量与仪器（第2版）[M].北京:高等教育出版社，2010.

[3]张永瑞.电子测量技术基础[M].西安:西安电子科技大学出版社，2009.

[4]唐巍，赵宇先.电路实验教程[M].北京:中国电力出版社，2005.

[5]李天明.电子电路中的接地问题[J].天水师院学报，2000，20（3）:61-64.

Discussion on the Grounding and Common-grounding in the Measurement Process of Instruments

WANG Chao
（CEPREI-EAST，Suzhou 215011，China）

It is necessary to pay attention to the ground connection of instruments when inserting them in the circuit，otherwise it will cause damage to the instruments or personal safety accident. When measuring instruments，it is necessary to pay attention to the common grounding state of instruments，and ignoring the problem will affect the measurement results of the instruments and even damage the instruments.Therefore，the grounding common-groundingin the measurement process of instruments are discussed，hoping to help the relevant staff.

testing；instrument；grounding；common-grounding；interference

TM 930

A

：1672-5468（2017）02-0053-03

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.02.012

2016-08-12

2017-03-06

王超（1989-），男，河南信阳人，工业和信息化部电子第五研究所华东分所助理工程师，主要从事电磁专业仪器校准工作。