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做工业仪表，经常会碰到接地和屏蔽问题。
实验室里运行正常，设备到了现场，变频器一启动，模拟量开始波动；电机一动作，采集出现毛刺；RS-485单机测试正常，接进整套系统以后开始丢包。
EMC测试也很典型。滤波、磁环、共模电感加了一圈，通过调整屏蔽层端接和机壳连接，干扰明显下降。
这类问题，核心都在电流路径。
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接地，要看回流
工业设备里的PE、机壳、信号0V和电缆屏蔽层，经常统称为“地”，实际承担的功能各不相同。
PE负责安全保护，信号0V提供电路参考，机壳和屏蔽层负责高频共模电流的泄放。
频率升高以后，导线长度、连接方式和回路面积带来的影响越来越明显。万用表测出来接近0Ω的连接，在高频下依然存在阻抗。
PCB上的高速信号也一样。
信号沿走线传播，回流集中在走线附近的参考平面。连续的参考平面可以缩小信号与回流形成的环路面积。
高速信号跨过地平面分割以后，回流路径随之绕行，环路面积增加，辐射和串扰也随之增加。
因此在混合信号仪表板上，模拟区和数字区做好器件与走线分区，同时给高速信号保留连续的参考平面，效果通常更稳定。
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屏蔽层，接法跟着应用走
低频模拟信号更关注设备之间的地电位差。
4~20mA、热电偶、毫伏信号等应用中，经常采用屏蔽层单端接地，让屏蔽层保持明确的参考点。
高频通信和强干扰环境更关注屏蔽层的高频阻抗。屏蔽层两端低阻抗连接机壳，可以给高频共模电流提供更短的泄放路径。
到了两个控制柜之间，还要把等电位连接一起考虑。
两个机柜相距几十米，两端存在电位差，屏蔽层同时连接两端机壳时，屏蔽层上会流过补偿电流。良好的等电位连接可以降低这部分电流对信号系统的影响。
所以现场看到屏蔽层上有电流，还要顺着机柜、PE和等电位连接继续往下查。
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高频屏蔽的关键在连接位置
现场常见把电缆屏蔽网拧成细辫子，再通过一段导线接到机壳接地螺柱。
随着频率升高，这段连接线的寄生电感开始发挥作用，屏蔽层到机壳之间的高频阻抗随之增加。
工业通信和变频器应用中经常采用360°屏蔽端接，就是为了缩短这段路径。
电缆进入设备的位置，屏蔽层直接、大面积连接机壳，高频共模电流可以就近流向机壳。
屏蔽层进入机箱以后再经过较长距离连接PCB地，共模电流也会沿着这段路径进入设备内部。
所以设备的电缆入口，往往是屏蔽设计里很关键的位置。
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PROFILE
技术工程师
刘工
资深工程师，长期专注于液位测量设备的现场应用与技术改进，具备丰富的工程实践经验。曾多次参与石化、电力等行业项目，对雷达液位计、磁翻板液位计等仪表的选型、安装与故障分析有深入研究，尤其擅长解决密封、振动、温差等极端工况下的安装问题，帮助客户提升系统稳定性与测量可靠性。
1、电气系统中零线、火线、中性线、接地线、L线、N线、PE线都是什么？
2、仪器仪表为什么需要防雷接地？
3、接地电阻是什么？什么情况下要小于4Ω？
封面丨小黄
文字丨刘工
图片丨阿刀
审核丨小田
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