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传感器干扰电容:两条信号之间加电容_外界对传感器传输信号存在哪些干扰?

发布日期:2022-10-09 点击率:41


传感器干扰电容:两条信号之间加电容_外界对传感器传输信号存在哪些干扰?

在传感器领域中,想必大家对模拟量传感器和开关量传感器非常熟悉。毕竟在控制系统里,不论是信号输入还是输出,一个参数要么是模拟量,要么是开关量。

开关量信号属于是非连续信号,且只有两种状态,比如开关的导通和断开,继电器的闭合和打开,电磁阀的通和断等,由于信号传输单一,且不用持续上传,所以外界因素对开关量传感器信号传输的干扰较小。而模拟量信号传输较为复杂也更容易受到外界影响,因此下文将着重讲述一下外界对模拟量传感器传输信号存在哪些干扰。

模拟量传感器与开关量传感器不同,模拟量传感器传输的信号为连续信号(自变量的在整个连续时间范围内都有定义的信号是时间连续信号或连续时间信号,简称连续信号),通过电压、电流、电阻等表示参数的大小。需要注意的是,连续信号指的是时间连续,也就是说,模拟量传感器的信号传输可以不连续,但是记录的时间必须保证连续。

影响模拟量传感器的外界干扰

根据传感器设备应用的场景不同,现场运行时受的干扰也多种多样,我们要具体情况具体对待,对不同的干扰采取不同的措施。

但这种灵活的处理方式明显与传感器普适性存在矛盾,目前的解决方式是采用模块化方法,除了基本构件之外,针对不同的运行场合,设备能够装配不同的选件以有效地抗干扰、提高可靠性。

影响模拟量传感器的外界干扰种类:

1、静电感应

静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容,使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去,有时候也被称为电容性耦合。

2、电磁感应

当两个电路之间有互感存在时,一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路,这一现象称为电磁感应。这种情况在传感器使用的时候经常遇到,需要格外注意。

3、漏电流感应

由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良,特别是传感器的应用环境湿度增大,导致绝缘体的绝缘电阻下降,这时漏电电流会增加,由此引发干扰。尤其是当漏电流流入到测量电路的输入级时,其影响就特别严重。

4、射频干扰

主要是大型动力设备的启动、操作停止时产生的干扰以及高次谐波干扰。

5、其他干扰

主要指的是系统工作环境差,容易受到机械干扰、热干扰和化学干扰等环境因素构成的干扰。

通过以上五种外界干扰类型,我们了解到,传感器的干扰来源主要有两种途径:一是由电路感应产生干扰,如静电感应干扰、电磁感应干扰、漏电流感应干扰等;二是由大型电路设备以及通信线路的感应引入干扰,如射频干扰等。

综上所述,我们要想明确自己的传感器为什么受到干扰,首先应当确定自己传感器的传输类型是什么,当了解到传输类型之后,具体分析所处环境的干扰来源以及信号传输线路的敏感度,检查接地处理和传感器信号线屏蔽措施是否到位,是否附近安装有有大型动力设备。确定好实际情况采取措施,切不可盲目处理,防止造成更严重的后果。

传感器干扰电容:为什么电容式传感器易受干扰?如何减小干扰?

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干扰通道的放大系数尽可能大些,时间常数尽可能小些,干扰作用点尽量靠近调节阀,加大对象干扰通道的容量滞后,使干扰对被控变量的影响减小。

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传感器干扰电容:两条信号之间加电容_外界对传感器传输信号存在哪些干扰?  第1张

传感器干扰电容:电容传感器

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电容传感器
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电容传感器是指将被测量(如尺寸、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器。实际上,它本身(或和被测物体)就是一个可变电容器
[1]
中文名
电容传感器
外文名
Capacitive Transducer
实    质
一类传感器
特    点
结构简单等
应    用
测量金属表面状况等
学    科
电子工程
目录
1
原理
2
特点
3
应用
4
改善方法
电容传感器原理
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语音
由物理学知识可知,在忽略边缘效应的情况下,平板电容器的电容量为
式中,
——真空的介电常数,
=
;ε——极板间介质的相对介电系数,在空气中,ε=1;A——极板的重合面积,m2;δ——两平行极板间的距离,m。上式表明,当被测量δ,A或ε发生变化时,都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变,仅改变另一个参数,就可以把该参数的变化变换为单一电容量的变化,再通过配套的测量电路,将电容的变化转换为电信号输出。根据电容器参数变化的特性,电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三种,其中极距变化型和面积变化型的应用较广泛。
[1]
电容传感器特点
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语音
电容传感器有如下一些特点:①结构简单;②动作时需要能量低,由于带电极板间静电吸引力很小(约几个
N),因此电容传感器特别适宜用来解决输入能量低的测量问题;③动态特性好,电容传感器的相对变化量只受线性和其它实际条件的限制,如果使用高线性电路时,电容变化量可达100%或更大;④自然效应小;⑤动态响应快以及能在恶劣的环境下工作。但由于电容传感器的初始电容较小,受引线电容、寄生电容的干扰影响较大;另一方面电容传感器输出特性为非线性。
[2]
电容传感器应用
编辑
语音
电容传感器可以直接测量的非电量为:直线位移、角位移及介质的几何尺寸(或称物位),直线位移及角位移可以是静态的,也可以是动态的,例如是直线振动及角振动。用于上述三类非电参数变换测量的变换器一般说来原理比较简单,无需再作任何预变换。用来测量金属表面状况、距离尺寸、振幅等量的传感器,往往采用单极式变间隙电容传感器,使用时常将被测物作为传感器的一个极板,而另一个电极板在传感器内。近年来已采用这种方法测量油膜等物质的厚度。这类传感器的动态范围均比较小,约为十分之几毫米左右,而灵敏度则在很大程度上取决于选材、结构的合理性及寄生参数影响的消除。精度达到0.1μm,分辨力为0.025μm。可以实现非接触测量,它加给被测对象的力极小,可忽略不计。测物位的传感器多数是采用电容式传感器作转换元件。电容式传感器还可用于测量原油中含水量、粮食中的含水量等。当电容传感器用于测量其他物理量时,必须进行预变换,将被测参数转换成d,S或ε的变化。例如在测量压力时,要用弹性元件先将压力转换成d的变化。
[3]
电容传感器改善方法
编辑
语音
为了提高电容传感器的灵敏度、减小界干扰、寄生电容及漏电的影响和减小线性误差,可采用以下措施:①由于当d减小时可使电容量加大从而使灵敏度增加,但d过小容易引起电容器击穿,一般可以在极板间放置云母片来改善;②提高电源频率;③用双层屏蔽线,将电路同电容传感器装在一个壳体中,可以减小寄生电容及外界干扰的影响。
[2]
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参考资料
1.

张洪亭,王明赞编.测试技术基础:东北大学出版社,2013.12
2.

李田泽主编.传感器技术设计与应用:海洋出版社,2015.05
3.

刘迎春,叶湘滨编著.传感器原理  设计与应用  第5版:国防工业出版社,2015.06
传感器干扰电容:两条信号之间加电容_外界对传感器传输信号存在哪些干扰?  第2张

传感器干扰电容:疑惑解答

(1) 温度的影响:
对结构尺寸影响:使部分零件几何尺寸发生变化,产生附加电容。故在制造时,一般选用温度系数小、几何尺寸稳定的材料。
对介电常数的影响。
(2) 漏电阻的影响:
一般的绝缘电阻将被看作是对电容式传感器的一个旁路,被称为漏电阻,与传感器容抗接近时,将是系统总的灵敏度下降。因此应选取绝缘性能好的材料做两极板间支架。采用高的激励电源频率。
(3) 边缘效应:
极板的边缘附近电场分布不均匀,从而使电容的计算十分复杂,产生误差。因此,首先应增大电容器的初始电容量,此外,还可以装等位环。
(4) 寄生参数的影响:
可以缩短传感器到测量线路前置级的距离,或用驱动电缆法和整体屏蔽法

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