電路設(shè)計(jì)是傳感器是否優(yōu)越的關(guān)鍵因素，由于傳感器輸出端都是很微小的信號，如果因?yàn)樵肼晫?dǎo)致有用的信號被淹沒，那就得不償失了，所以加強(qiáng)傳感器電路的抗干擾設(shè)計(jì)尤為重要。在這之前，我們必須了解傳感器電路噪聲的來源，以便找出更好的方法來降低噪聲?？偟膩碚f，傳感器電路噪聲主要有一下七種：
低頻噪聲
低頻噪聲主要是由于內(nèi)部的導(dǎo)電微粒不連續(xù)造成的。特別是碳膜電阻，其碳質(zhì)材料內(nèi)部存在許多微小顆粒，顆粒之間是不連續(xù)的，在電流流過時(shí)，會使電阻的導(dǎo)電率發(fā)生變化引起電流的變化，產(chǎn)生類似接觸不良的閃爆電弧。另外，晶體管也可能產(chǎn)生相似的爆裂噪聲和閃爍噪聲，其產(chǎn)生機(jī)理與電阻中微粒的不連續(xù)性相近，也與晶體管的摻雜程度有關(guān)。
半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的散粒噪聲
由于半導(dǎo)體 PN 結(jié)兩端勢壘區(qū)電壓的變化引起累積在此區(qū)域的電荷數(shù)量改變，從而顯現(xiàn)出電容效應(yīng)。當(dāng)外加正向電壓升高時(shí)，N 區(qū)的電子和 P 區(qū)的空穴向耗盡區(qū)運(yùn)動，相當(dāng)于對電容充電。當(dāng)正向電壓減小時(shí)，它又使電子和空穴遠(yuǎn)離耗盡區(qū)，相當(dāng)于電容放電。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，耗盡區(qū)的變化相反。當(dāng)電流流經(jīng)勢壘區(qū)時(shí)，這種變化會引起流過勢壘區(qū)的電流產(chǎn)生微小波動，從而產(chǎn)生電流噪聲。其產(chǎn)生噪聲的大小與溫度、頻帶寬度△f 成正比。
高頻熱噪聲
高頻熱噪聲是由于導(dǎo)電體內(nèi)部電子的無規(guī)則運(yùn)動產(chǎn)生的。溫度越高，電子運(yùn)動就越激烈。導(dǎo)體內(nèi)部電子的無規(guī)則運(yùn)動會在其內(nèi)部形成很多微小的電流波動，因其是無序運(yùn)動，故它的平均總電流為零，但當(dāng)它作為一個元件(或作為電路的一部分)被接入放大電路后，其內(nèi)部的電流就會被放大成為噪聲源，特別是對工作在高頻頻段內(nèi)的電路高頻熱噪聲影響尤甚。
通常在工頻內(nèi)，電路的熱噪聲與通頻帶成正比，通頻帶越寬，電路熱噪聲的影響就越大。以一個 1kΩ的電阻為例，如果電路的通頻帶為 1MHz，則呈現(xiàn)在電阻兩端的開路電壓噪聲有效值為 4μV(設(shè)溫度為室溫 T=290K)。看起來噪聲的電動勢并不大，但假設(shè)將其接入一個增益為 106 倍的放大電路時(shí)，其輸出噪聲可達(dá) 4V，這時(shí)對電路的干擾就很大了。
電路板上的電磁元件的干擾
許多電路板上都有繼電器、線圈等電磁元件，在電流通過時(shí)其線圈的電感和外殼的分布電容向周圍輻射能量，其能量會對周圍的電路產(chǎn)生干擾。像繼電器等元件其反復(fù)工作，通斷電時(shí)會產(chǎn)生瞬間的反向高壓，形成瞬時(shí)浪涌電流，這種瞬間的高壓對電路將產(chǎn)生極大的沖擊，從而嚴(yán)重干擾電路的正常工作。
晶體管的噪聲
晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲。
熱噪聲是由于載流子不規(guī)則的熱運(yùn)動通過 BJT 內(nèi) 3 個區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線電阻時(shí)而產(chǎn)生。其中 rbb 所產(chǎn)生的噪聲是主要的。
通常所說的 BJT 中的電流，只是一個平均值。實(shí)際上通過發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個瞬時(shí)都不相同，因而發(fā)射極電流或集電極電流都有無規(guī)則的波動，會產(chǎn)生散粒噪聲。
由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平使得晶體管表面清潔處理不好而引起的噪聲稱為閃爍噪聲。它與半導(dǎo)體表面少數(shù)載流子的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱 1/f 噪聲。它主要在低頻(kHz 以下)范圍起主要作用。
電阻器的噪聲
電阻的干擾來自于電阻中的電感、電容效應(yīng)和電阻自身的熱噪聲。例如一個阻值為 R 的實(shí)芯電阻，可等效為電阻 R、寄生電容 C、寄生電感 L 的串并聯(lián)。寄生電容為 0.1～0.5pF，寄生電感為 5～8nH。在頻率高于 1MHz 時(shí)，這些寄生電感電容就不可無視了。
電阻都產(chǎn)生熱噪聲，一個阻值為 R 的電阻(或 BJT 的體電阻、FET 的溝道電阻)未接入電路時(shí)，在頻帶 B 內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓式中：k 為玻爾茲曼常數(shù);T 是溫度(單位：K)。熱噪聲電壓自身是一個非周期變化的時(shí)間函數(shù)，它的頻率范圍是很寬廣。所以寬頻帶放大電路受噪聲的影響比窄頻帶大。
電阻產(chǎn)生接觸噪聲，接觸噪聲電壓式中：I 為流過電阻的電流均方值;f 為頻率;k 是與資料幾何外形有關(guān)的常數(shù)。因?yàn)?Vc 在低頻段起著重要的作用，所以它是低頻傳感器的主要噪聲源。
集成電路的噪聲
集成電路的噪聲干擾一般有兩種：一種是輻射式，一種是傳導(dǎo)式。這些噪聲尖刺對于接在同一交流電網(wǎng)上的其他電子設(shè)備會產(chǎn)生較大影響。噪聲頻譜擴(kuò)展至 100MHz 以上。在實(shí)驗(yàn)室中，可以用高頻示波器(100MHz 以上)觀察一般單片機(jī)系統(tǒng)板上某個集成電路電源與地引腳之間的波形，會看到噪聲尖刺峰 - 峰值可達(dá)數(shù)百毫伏甚至伏級。
孔板流量計(jì)傳感器是非常重要的，因而在裝置孔板流量計(jì)的時(shí)分，必定要留意孔板流量計(jì)的傳感器裝置。而裝置傳感器的時(shí)分，最首要的是讓其與底座牢牢地銜接在一起。那么，如何裝置孔板流量計(jì)傳感器呢?
一、安裝孔板流量計(jì)傳感器的時(shí)，首先要看看其底座是不是平整、清洗的，有沒有油膜附在上面。如果有的話必定要及時(shí)整理潔凈，避免影響到傳感器的裝置。別的，裝置的底座剛性和強(qiáng)度要合格，最比如傳感器的剛性和強(qiáng)度高一點(diǎn)，這樣有利于傳感器的裝置。
二、要注意孔板流量計(jì)傳感器底座的裝置，首要是因?yàn)樗绊懙絺鞲衅鞯倪\(yùn)用，特別是稱重傳感器。稱重傳感器在孔板流量計(jì)的運(yùn)用過程中，能夠把一種質(zhì)量信號轉(zhuǎn)化成電信號輸出，它與傳感器的正常作業(yè)是有很大的聯(lián)系的，乃至還會影響到傳感器的安全和運(yùn)用壽命。
因而，在裝置傳感器底座的時(shí)分必定要留意。孔板流量計(jì)的功能的確好，可是這也要孔板流量計(jì)的裝置沒有任何問題，才干確保它的功能。傳感器的裝置也是孔板流量計(jì)裝置的一個環(huán)節(jié)，因而需要多加留意。
超聲波流量計(jì)基于微處理技術(shù)，大多采用集成電路及低電壓寬脈沖發(fā)射技術(shù)而設(shè)計(jì)的。在測量技術(shù)上，為取得更高的分辨率和更大的測量范圍，多使用0.1ns超高分辨率時(shí)間測量線路。它專門用于液體介質(zhì)測量特別是水的測量。其顯著特點(diǎn)是：精度等級為±1.0%，可在不停產(chǎn)狀態(tài)下帶壓安裝，主機(jī)既可安裝于值控室還可輸出電流、脈沖等標(biāo)準(zhǔn)信號并可利用RS232或RS485接口通訊進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送。該流量計(jì)具有高可靠性、低功耗、抗干擾、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
一、超聲波流量計(jì)的基本構(gòu)造與主要安裝方式：
1、超聲波流量計(jì)的構(gòu)造
超聲波流量計(jì)一般可分現(xiàn)場傳感器(即探頭)，傳輸電纜，顯示主機(jī)三大部分。其傳感器有外夾式、插入式、法藍(lán)式(即管段式)，顯示主機(jī)分固定式、便攜式，而便攜式主機(jī)可配備外夾式傳感器對固定在線運(yùn)行的超聲波流量計(jì)進(jìn)行比對(現(xiàn)場校準(zhǔn))且安裝十分簡便。
2、超聲波流量計(jì)測量點(diǎn)的確定
超聲波流量計(jì)需先選取一個適宜的測量點(diǎn)，然后把測量點(diǎn)的水管參數(shù)輸入流量計(jì)中，最后將傳感器(即探頭)安裝在水管上。
⑴測量點(diǎn)的一般要求
超聲波流量計(jì)的測量點(diǎn)要求需在一定長度的直管段上，即選擇水流分布均勻的管段，以減少測量誤差。
⑵測量點(diǎn)的選取原則
⑴測量點(diǎn)宜選擇距上游(水流來方向)10倍管徑長度、距下游(水流去方向)5倍管徑長度的均勻直管段(即上、下游閥門在該長度以外，或水管的拐點(diǎn)在該長度之外)。
⑵該直管段的材質(zhì)要均勻無疤、裂痕以利于超聲波傳輸。
⑶該直管段的內(nèi)壁應(yīng)無水垢(若略有水垢有條件時(shí)可用蒸汽或高壓水吹掃)。
⑷該直管段要充滿水(無論垂直或水平管段)。
3、超聲波流量計(jì)傳感器的分類及主要安裝方式
超聲波流量計(jì)傳感器的安裝質(zhì)量直接關(guān)乎水流量測量的準(zhǔn)確性、可信度和運(yùn)行可靠性。
⑴超聲波流量計(jì)傳感器(探頭)的分類
常用的超聲波流量計(jì)傳感器按安裝方式有如下三種：
外夾式傳感器—安裝時(shí)需將管外壁的擬安裝位置打磨光滑后用耦合劑將傳感器(探頭)貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。該方式能方便地在管外進(jìn)行水流量測量，也適合便攜式。缺點(diǎn)是易因耦合劑的處置不當(dāng)引起信號接收狀態(tài)惡變而影響測量的穩(wěn)定性。
插入式傳感器—安裝時(shí)用鉆孔工具在不停產(chǎn)狀態(tài)下將傳感器(探頭)插入管路中。優(yōu)點(diǎn)是能在水管內(nèi)壁結(jié)垢或水中帶氣情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的測量。
管段式傳感器—安裝時(shí)需要切開選定的直管段，采用法藍(lán)聯(lián)接。產(chǎn)品已經(jīng)過專門出廠標(biāo)定，好處是傳感器可以不停產(chǎn)進(jìn)行維修，特點(diǎn)是測量準(zhǔn)確度高。
⑵超聲波流量計(jì)傳感器(探頭)的安裝
超聲波流量計(jì)傳感器(探頭)的安裝位置一般選擇兩個傳感器(探頭)管軸在輸水管道的管軸水平方向上或與管軸水平面成45度夾角。
超聲波流量計(jì)傳感器(探頭)的安裝方式有Z、V、N、W方式。其中N、W方式適用于管徑為50mm以下的輸水管道，因使用難度和性價(jià)比較高而很少應(yīng)用。常用方式有兩種：
a、“V”方式安裝
“V”式安裝是標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法，可測管徑范圍為25mm—400mm。安裝傳感器(探頭)時(shí)須注意上下游兩傳感器(探頭)水平對齊，使其中心連線與輸水管道軸線水平一致。
b、“Z”方式安裝
“Z”式安裝一般適用于輸水管道粗或水介質(zhì)不很潔凈或管道內(nèi)壁有水垢而使“V”式安裝信號失真狀況。一般說來，300mm以上管徑的輸水管道選用“Z”式安裝較適宜，“Z”式安裝的可測管徑范圍通常在100mm—600mm。安裝傳感器(探頭)時(shí)須注意上下游兩傳感器(探頭)與輸水管道軸線在同一平面內(nèi)，且上游傳感器(探頭)在低位、上游傳感器(探頭)在高位。(示意圖見說明書)
⑶超聲波流量計(jì)傳感器探頭的安裝檢查
a、主要檢查傳感器(即探頭)的安裝位置是否適宜。
b、與水管外壁的結(jié)合是否光滑緊密。
c、通過主機(jī)檢查信號強(qiáng)度和信號質(zhì)量，觀察傳感器是否能夠接收到使主機(jī)正常工作的超聲波信號。
4、超聲波流量計(jì)的調(diào)試
⑴按流量計(jì)要求輸入管道參數(shù)，并記錄。
⑵對上下游傳感器(即探頭)的安裝位置、間距、管道接合度進(jìn)行調(diào)整，將上下游兩個方向上接收的信號強(qiáng)度調(diào)整至較強(qiáng)(信號強(qiáng)度越大則測量值越穩(wěn)定、可信度越大，越能長時(shí)可靠運(yùn)行)。
二、超聲波流量計(jì)使用中的常見故障與處理：
1、故障現(xiàn)象：瞬時(shí)流量計(jì)波動大。
⑴故障原因：信號強(qiáng)度波動大;本身測量流體波動大。
⑵處理對策：調(diào)整好探頭位置，提高信號強(qiáng)度(保持在3%以上)保證信號強(qiáng)度穩(wěn) 定，如本身流體波動大，則位置不好，重新選點(diǎn)，確保前10D后5D的工況要求。
2、故障現(xiàn)象：外夾式流量計(jì)信號低。
⑴故障原因：管徑過大或管道結(jié)垢嚴(yán)重或安裝方式不對。
⑵處理對策：對管徑過大、結(jié)垢嚴(yán)重者采用插入式探頭;重新選擇安裝方式。
3、故障現(xiàn)象：插入式探頭使用一段時(shí)間后信號降低。
⑴故障原因：可能探頭發(fā)生偏移或探頭表面水垢厚。
⑵處理對策：重新調(diào)整探頭位置，清冼探頭發(fā)射面。
4、故障現(xiàn)象：開機(jī)無顯示。
⑴故障原因：電源屬性與儀表額定值不對應(yīng)或保險(xiǎn)絲燒斷。
⑵處理對策：檢查電源屬性是否與儀表的額定值相對應(yīng)，保險(xiǎn)絲是否燒斷。如以上問題無則通知廠家專業(yè)人員處理。
5、故障現(xiàn)象：開機(jī)后儀表僅有背光而無任何字符顯示。
⑴故障原因：一般為程序芯片失。
⑵處理對策：通知廠家專業(yè)人員處理。
6、故障現(xiàn)象：儀表在現(xiàn)場強(qiáng)干擾下無法使用。
⑴故障原因：供電電源波動范圍較大或周圍有變頻器或強(qiáng)磁場干擾或接地線不正確。
⑵處理對策：給儀表提供穩(wěn)定的供電電源;或?qū)x表安裝遠(yuǎn)離變頻器和強(qiáng)磁場干擾;或規(guī)范設(shè)置接地線。
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