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模擬傳感�
閱讀�3679時間�2016-11-10 16:27:59

    模擬傳感器的�(yīng)用非常廣�,不論是在工�(yè)、農(nóng)�(yè)、國防建�(shè),還是在日常生活、教育事�(yè)以及科學(xué)研究等領(lǐng)�,處處可見模擬傳感器的身影�

抗干擾方�

    在模擬傳感器的設(shè)計和使用�,都有一個如何使� 測量精度�(dá)到的問題。而眾多的 干擾一直影響著傳感器的測量精度,如:現(xiàn)場大耗能�(shè)備多,特別是大功率感性負(fù)載的啟停往往會使電網(wǎng)�(chǎn)生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干�;工�(yè)電網(wǎng)欠壓或過壓(涉縣鋼鐵廠供電電壓在160V�310V波動�,常常達(dá)到額定電壓的35%左右,這種惡劣的供電有時長�(dá)幾分�、幾小時,甚至幾天;各種信號線綁扎在一起或走同一根多芯電�,信號會受到干擾,特別是信號線與交流動力線同走一個長的管道中干擾尤甚;多路開�(guān)或保持器性能不好,也會引起通道信號的竄�;空間各種電�、氣象條�、雷電甚至地磁場的變化也會干擾傳感器的正常工作;此外,現(xiàn)場溫度、濕度的變化可能引起電路參數(shù)�(fā)生變�,腐蝕性氣�、酸堿鹽的作�,野外的�(fēng)沙、雨�,甚至鼠咬蟲蛀等都會影響傳感器的可靠�。模擬傳感器輸出的一般都是小信號,都存在小信號放�、處�、整形以及抗干擾問題,也就是將傳感器的微弱信號精確地放大到所需要的�(tǒng)一�(biāo)�(zhǔn)信號(�1VDC�5VDC�4 mADC�20mADC),并�(dá)到所需要的技�(shù)指標(biāo)。這就要求�(shè)計制作者必須注意到模擬傳感器電路圖上未表示出來的某些問�,即抗干擾問�。只有搞清楚模擬傳感器的干擾源以及干擾作用方�,設(shè)計出消除干擾的電路或�(yù)防干擾的措施,才能達(dá)到應(yīng)用模擬傳感器的狀�(tài)�

主要干擾�

    傳感器及儀器儀表在�(xiàn)場運行所受到的干擾多種多樣,具體情況具體分析,對不同的干擾采取不同的措施是抗干擾的原則。這種靈活�(jī)動的策略與普適性無疑是矛盾�,解決的辦法是采用模塊化的方�,除了基本構(gòu)件外,針對不同的運行場合,儀器可裝配不同的選件以有效地抗干擾、提高可靠性。在�(jìn)一步討論電路元件的選擇、電路和系統(tǒng)�(yīng)用之前,有必要分析影響模擬傳感器精度的干擾源及干擾種��

    �1)靜電感�(yīng)

    靜電感應(yīng)是由于兩條支電路或元件之間存在著寄生電容,使一條支路上的電荷通過寄生電容傳送到另一條支路上�,因此又稱電容性耦合�

    �2)電磁感�(yīng)

    �(dāng)兩個電路之間有互感存在�,一個電路中電流的變化就會通過磁場耦合到另一個電�,這一�(xiàn)象稱為電磁感�(yīng)。例如變壓器及線圈的漏磁、通電平行�(dǎo)線等�

    �3)漏電流感應(yīng)

    由于電子線路�(nèi)部的元件支架、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介�(zhì)或外殼等絕緣不良,特別是傳感器的�(yīng)用環(huán)境濕度較大,絕緣體的絕緣電阻下降,導(dǎo)致漏電電流增加就會引起干�。尤其當(dāng)漏電流流入測量電路的輸入級時,其影響就特別嚴(yán)��

    �4)射頻干�

    主要是大型動力設(shè)備的啟動、操作停止的干擾和高次諧波干�。如可控硅整流系�(tǒng)的干擾等�

    �5)其他干�

    �(xiàn)場安全生�(chǎn)�(jiān)控系�(tǒng)除了易受以上干擾�,由于系�(tǒng)工作�(huán)境較�,還容易受到�(jī)械干擾、熱干擾及化�(xué)干擾��

干擾的種�

    常模干擾

    常模干擾是指干擾信號的侵入在往�2條線上是一致的。常模干擾來源一般是周圍較強(qiáng)的交變磁�,使儀器受周圍交變磁場影響而產(chǎn)生交流電動勢形成干擾,這種干擾較難除掉�

    共模干擾

    共模干擾是指干擾信號�2條線上各流過一部分,以地為公共回路,而信號電流只在往�2個線路中流過。共模干擾的來源一般是�(shè)備對地漏�、地電位�、線路本身具有對地干擾等。由于線路的不平衡狀�(tài),共模干擾會�(zhuǎn)換成常模干擾,就較難除掉了�

    長時干擾

    長時干擾是指長期存在的干擾,此類干擾的特點是干擾電壓長期存在且變化不�,用檢測儀表很容易測出,如電源線或鄰近動力線的電磁干擾都是連續(xù)的交�50 Hz工頻干擾�

    意外的瞬時干�

    意外瞬時干擾主要在電氣設(shè)備操作時�(fā)�,如合閘或分閘等,有時也在伴隨雷電發(fā)生或無線電設(shè)備工作瞬間產(chǎn)��

    干擾可粗略地分為3個方面:

    (a)局部產(chǎn)生(即不需要的熱電偶)�

    (b)子系統(tǒng)�(nèi)部的耦合(即地線的路徑問題)�

    (c)外部產(chǎn)生(Bp電源頻率的干擾)�

干擾�(xiàn)�

    在應(yīng)用中,常會遇到以下幾種主要干擾現(xiàn)象:

    �1)發(fā)指令�,電�(jī)無規(guī)則地�(zhuǎn)動;

    �2)信號等于零�,數(shù)字顯示表�(shù)值亂��

    �3)傳感器工作�,其輸出值與實際參數(shù)所對應(yīng)的信號值不吻合,且誤差值是隨機(jī)�、無�(guī)律的�

    �4)當(dāng)被測參數(shù)�(wěn)定的情況下,傳感器輸出的�(shù)值與被測參數(shù)所對應(yīng)的信號數(shù)值的差值為一�(wěn)定或呈周期性變化的��

    �5)與交流伺服系統(tǒng)共用同一電源的設(shè)�(如顯示器�)工作不正��

    干擾�(jìn)入定位控制系�(tǒng)的渠道主要有兩類:信號傳輸通道干擾,干擾通過與系�(tǒng)相聯(lián)的信號輸入通道、輸出通道�(jìn)�;供電系�(tǒng)干擾�

    信號傳輸通道是控制系�(tǒng)或驅(qū)動器接收反饋信號和發(fā)出控制信號的途徑,因為脈沖波在傳輸線上會出現(xiàn)延時、畸�、衰減與通道干擾,所以在傳輸過程中,長線的干擾是主要因素。任何電源及輸電線路都存在內(nèi)�,正是這些�(nèi)阻才引起了電源的噪聲干擾,如果沒有內(nèi)�,無論何種噪聲都會被電源短路吸收,線路中也不會建立起任何干擾電壓;此�,交流伺服系�(tǒng)�(qū)動器本身也是較強(qiáng)的干擾源,它可以通過電源對其它設(shè)備�(jìn)行干��

抗干擾的措施

    供電系統(tǒng)的抗干擾�(shè)�

    對傳感器、儀器儀表正常工作危害最�(yán)重的是電�(wǎng)尖峰脈沖干擾,產(chǎn)生尖峰干擾的用電�(shè)備有:電焊機(jī)、大電機(jī)、可控機(jī)、繼電接觸器、帶�(zhèn)流器的充氣照明燈,甚至電烙鐵等。尖峰干擾可用硬�、軟件結(jié)合的辦法來抑制�

    �1)用硬件線路抑制尖峰干擾的影�

    常用辦法主要有三種:

    ①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理�(shè)計的干擾控制�,將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上,從而減弱其破壞性;

    ②在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器,利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖;

    ③在儀器交流電源的輸入端并�(lián)壓敏電阻,利用尖峰脈沖到來時電阻值減小以降低儀器從電源分得的電�,從而削弱干擾的影響�

    �2)利用軟件方法抑制尖峰干�

    對于周期性干�,可以采用編程�(jìn)行時間濾�,也就是用程序控制可控硅�(dǎo)通瞬間不采樣,從而有效地消除干擾�

    �3)采用硬、軟件結(jié)合的看門狗(watchdog)技�(shù)抑制尖峰脈沖的影�

    軟件:在定時器定時到之前,CPU訪問一次定時器,讓定時器重新開始計�,正常程序運�,該定時器不會產(chǎn)生溢出脈�,watchdog也就不會起作�。一旦尖峰干擾出�(xiàn)了“飛程序�,則CPU就不會在定時到之前訪問定時器,因而定時信號就會出�(xiàn),從而引起系�(tǒng)�(fù)位中�,保證智能儀器回到正常程序上來�

    �4)實行電源分組供�

    例如:將�(zhí)行電�(jī)的驅(qū)動電源與控制電源分開,以防止�(shè)備間的干��

    �5)采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服�(qū)動器對其它設(shè)備的干擾�

    該措施對以上幾種干擾�(xiàn)象都可以有效地抑��

    �6)采用隔離變壓器

    考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠�、次級線圈的互感耦合,而是靠初、次級寄生電容耦合�,因此隔離變壓器的初、次級之間均用屏蔽層隔離,減少其分布電容,以提高抵抗共模干擾能力�

    �7)采用高抗干擾性能的電�

    如利用頻譜均衡法�(shè)計的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機(jī)干擾非常有效,它能把高尖峰的擾動電壓脈沖�(zhuǎn)換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓,但干擾脈沖的能量不變,從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能��

    信號傳輸通道的抗干擾�(shè)�

    �1)光電耦合隔離措施

    在長距離傳輸過程�,采用光電耦合器,可以將控制系�(tǒng)與輸入通道、輸出通道以及伺服�(qū)動器的輸�、輸出通道切斷電路之間的聯(lián)�。如果在電路中不采用光電隔離,外部的尖峰干擾信號會�(jìn)入系�(tǒng)或直接�(jìn)入伺服驅(qū)動裝�,產(chǎn)生種干擾�(xiàn)��

    光電耦合的主要優(yōu)點是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干�,使信號傳輸過程的信噪比大大提高。干擾噪聲雖然有較大的電壓幅度,但是能量很小,只能形成微弱電流,而光電耦合器輸入部分的�(fā)光二極管是在電流狀�(tài)下工作的,一般導(dǎo)通電流為10mA�15mA,所以即使有很大幅度的干�,這種干擾也會由于不能提供足夠的電流而被抑制掉�

    �2)雙絞屏蔽線長線傳輸

    信號在傳輸過程中會受到電�、磁場和地阻抗等干擾因素的影�,采用接地屏蔽線可以減小電場的干擾。雙絞線與同軸電纜相�,雖然頻帶較�,但波阻抗高,抗共模噪聲能力�(qiáng),能使各個小�(huán)節(jié)的電磁感�(yīng)干擾相互抵消。另外,在長距離傳輸過程�,一般采用差分信號傳輸,可提高抗干擾性能。采用雙絞屏蔽線長線傳輸可以有效地抑制前文提到的干擾�(xiàn)象中的(2)、(3�、(4)種干擾的產(chǎn)生�

    局部產(chǎn)生誤差的消除

    在低電平測量�,對于在信號路徑中所用的(或構(gòu)成的)材料必須給予�(yán)格的注意,在簡單的電路中遇到的焊�、導(dǎo)線以及接線柱等都可能�(chǎn)生實際的熱電�。由于它們經(jīng)常是成對出現(xiàn),因此盡量使這些成對的熱電偶保持在相同的溫度下是很有效的措施,為此一般用熱屏蔽、散熱器沿等溫線排列或者將大功率電路和小功率電路分開等辦法,其目的是使熱梯度減到最小兩個不同廠家生�(chǎn)的標(biāo)�(zhǔn)�(dǎo)�(如鎳鉻一康銅�)的接點可能產(chǎn)�0.2mV/℃的溫漂,這相�(dāng)于高精度低漂移的運放�(OP·27CP)的溫�,是斬波放大�(7650CPA)溫漂的兩倍。雖然采用插座開�(guān)、接插件、繼電器等形式能使更換電器元件或組件方便一�,但缺點是可能產(chǎn)生接觸電�、熱電勢或兩者兼而有�,其代價是增加低電平分辨力的不穩(wěn)定�,也就是說它比直接連接系統(tǒng)的分辨力要差、精度要低、噪聲增�、可靠性降低。因�,在低電平放大中盡可能地不使用開�(guān)、接插件是減少故障、提高精度的重要措施�

地磅傳感�

    地磅 模擬傳感器的�(yōu)點就是價格便宜點,其它方面自從有了數(shù)字傳感器在沒有什么優(yōu)點可言� 可了解一下數(shù)字傳感器的優(yōu)點:

    1、先�(jìn)的A/D�(zhuǎn)換技�(shù)和智能濾波算�,在滿量程的情況下仍可保證輸出碼的穩(wěn)定�

    2、可行的�(shù)�(jù)存儲技�(shù),保證模塊參�(shù)不會丟失�

    3、良好的電磁兼容性能�

    4、傳感器的性能參數(shù)采用�(shù)字化誤差�(bǔ)償技�(shù)和高度集成化電子元件,用軟件實現(xiàn)傳感器的線性、零�、額定輸出溫�、蠕變等性能參數(shù)的綜合補(bǔ)�,消除了人為因素對補(bǔ)�?shù)挠绊?,大大提高了傳感器綜合精度和可靠性�

    5、傳感器的輸出一致性誤差可以達(dá)�0.02%以內(nèi)甚至更高,傳感器的特性參�(shù)可完全相�,因而具有良好的互換��

    6、采用A/D�(zhuǎn)換電�、數(shù)字化信號傳輸和數(shù)字濾波技�(shù),傳感器的抗干擾能力增加,信號傳輸距離遠(yuǎn),提高了傳感器的�(wěn)定��

    7、數(shù)字傳感器能自動采集數(shù)�(jù)并可�(yù)處理、存儲和記憶,具有標(biāo)�,便于故障診斷�

    8、傳感器采用�(biāo)�(zhǔn)的數(shù)字通訊接口,可直接連入計算�(jī),也可與�(biāo)�(zhǔn)工業(yè)控制總線連接,方便靈活�

傳感器實�

    CHHBXB型懸臂梁稱重傳感器采用了箔式�(yīng)變片貼在合金鋼做的彈性體�,一端固定,一端加�,受力形式多樣,重心�,安裝方便,互換性好,具有精度高、密封能力好??捎糜陔娮悠�?、升秤計算機(jī)配料系統(tǒng)�??蛇x擇內(nèi)置式放大�0-5V�0-10V�4-20mA�0-10mA輸出�

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