<!-- 摘 要: 電容傳感器結(jié)構簡單,分辨率高,但寄生電容的存在嚴重影響了其工作特性,文章分析了寄生電容存在的原因,采用驅(qū)動電纜技術、運算放大器驅(qū)動技術、整體屏蔽技術、集成組合技術可有效減小寄生電容,提高傳感器的性能。
關鍵詞：電容傳感器;寄生電容;干擾;驅(qū)動電纜技術;整體屏蔽技術 | --> ---DMM有很多類型,其規(guī)范也各式各樣。傳統(tǒng)儀表有的分辨率可達6 1/2位,性能高的可達8 1/2位。就其功能及應用來說,更為專業(yè)的是靜電計、微微安表與毫微伏特表。而且,在這些應用中,有些DMM的規(guī)范讓人費解。本文將主要討論不同類型DMM及其性能,也為那些讓人費解的規(guī)范提供正確的解釋。 理論測量極限
---在任何測量方法中,靈敏度理論極限是由當前電路阻抗所產(chǎn)生的噪聲決定。電壓噪聲與阻值、帶寬及絕對溫度的平方根成正比：
---V = √kTRΔf
---這里,K=波爾茲曼常數(shù)（1.3807× 10-23 J/K）;T為絕對溫度,單位為開爾文;R為電阻,單位為歐姆;Δf為帶寬,單位為赫茲。
---的確,盡管可以測量擁有1Ω(內(nèi)阻的1μV 信號,但卻不能測量電源內(nèi)阻為1TΩ,電平同樣為1μV的信號。甚至在內(nèi)阻遠低于1MΩ時,1μV指標也將接近理論極限值,用普通的DMM測量將十分困難。 如何判斷何時您需要除標準DMM以外的儀表
 ---標準DMM的替代包括毫微伏特計、靜電計、微微安表。通常,當被測信號電平高于1μV或1μA或阻值低于1GΩ時（這些值都遠離靈敏度的理論極限）,一臺DMM即足夠。如果要求更高的電壓靈敏度,且內(nèi)阻較低（因為由于理論極限它一定較低）時,毫微伏特表可在測量電平非�？拷碚摐y量極限的地方提供一種測量手段。
---當測量電壓具有很高的內(nèi)阻（例如1TΩ）時,DMM就顯得不太適合了,因為萬用表10MΩ至1GΩ的輸入阻抗比電源內(nèi)阻要小好幾個數(shù)量級,故會導致嚴重的輸入負載誤差。此外,DMM輸入電流一般為很多個微微安級,因此會產(chǎn)生較大的電壓偏置,在這些條件下,選擇靜電計更為合適。
---類似的情況存在于低電平電流測量中;通常,DMM具有高的輸入壓降（輸入負載）,這會影響低電平電流測量,且DMM的分辨率一般不會超過1nA,故最好選擇具有更低輸入負載及更高靈敏度的靜電計或微微安表。 DMM規(guī)格解釋
---1 精度規(guī)格 5 1/2位DMM規(guī)范所給出的精度為±（0.016% rdg + 3計數(shù)）,第一部分0.016%為增益誤差測量,或與測量值成正比的誤差。
---在這種情況下,顯示值將是真實值的0.016%。如果儀表顯示讀數(shù)為1.00000V,則實際電壓值可能位于0.999 84～1.000 16V之間。
---第二部分3計數(shù)表示最小有效位為3位的計數(shù),表示偏移誤差指標,或獨立于測量值的誤差。在此例中,偏移誤差將少于0.00003V。增益誤差與偏移誤差的結(jié)合將提供實際誤差范圍：0.99981～1.00019V。
---2 溫度規(guī)范 由于溫度會影響測量的精度,故儀表規(guī)范通常給出一個經(jīng)過定義的溫度范圍,在此溫度范圍內(nèi),將保持規(guī)定的精度。對于此范圍以外的溫度,一些廠家提供了一個溫度系數(shù),例如±（0.005%+0.1計數(shù)）/℃或±（讀數(shù)的5ppm +量程的1ppm）/ ℃。
---3 校準周期 隨著時間的推移,電子儀表精度會發(fā)生變化,這就是為什么規(guī)范通常規(guī)定一個時間段,超過此時間段,儀表的精度將得不到保證。典型情況下,時間段通常要超過特定的增量,例如90天或1年。轉(zhuǎn)移穩(wěn)定性規(guī)范定義為一個更短的時間段,一般為5或10分鐘。
---4 噪聲 事實上,任何測量都要考慮噪聲,特別是在低電平測量時。因此,當評價儀表性能時,很好地理解噪聲規(guī)范及術語十分重要。
---5 差模抑制比（NMRR） NMRR定義儀表對Hi及LO輸入端上噪聲的抑制或衰減能力,差模噪聲是加到所需輸入信號上的誤差信號,并被作為直流信號中的峰值噪聲或偏差來檢測。NMRR的計算公式為：
---NMRR=20 log 峰值差模噪聲/峰值測量偏差
---NMRR針對具體的頻率及頻率范圍,以便只抑制噪聲（50Hz、60Hz及高頻噪聲）,而不抑制低頻或直流差模信號。差模噪聲可通過屏蔽或濾波的方法達到最小。
---6 共模抑制比（CMRR） CMRR表示儀表對出現(xiàn)在高輸入、低輸入及機箱地之間噪聲的抑制能力。測量CMRR時,通常在其中的一根輸入導線上連接1kΩ的非平衡電阻。盡管共模噪聲的影響通常要比差模噪聲小許多,但測量靈敏度時,它仍會引起一些問題。為使共模噪聲最小,可將屏蔽殼只連接到測試系統(tǒng)的一點上。NMRR與CMRR通常在50Hz及60Hz上規(guī)定,但CMRR也常常在直流上規(guī)定。NMRR與CMRR的典型值分別為>80 dB及>120 dB。
---7 速度 在指定情況下,測量速度通常是指在給定儀表運行條件時的每秒讀數(shù),一些特定因素如集成周期及濾波器數(shù)量等,都可能影響整個儀表的測量速率。
---然而,考慮到不斷變化的運行模式也可能會改變儀表的分辨率及精度,故經(jīng)常需在測量速度與測量精度之間進行權衡。例如,儀表的精度指標可以定義為測量次數(shù),可表示為具有最高噪聲抑制比的電源線頻率的函數(shù)。
---一種典型的規(guī)范可能給定1、0.1與0.1PLC的精度（電源線周期在北美為6.7ms,在使用采用50Hz電源的地方則為20ms）。在進行低阻抗測量時,儀表速率是最經(jīng)常考慮的一個因素。在更高阻抗情況下,電路穩(wěn)定時間變得更為重要,且通常是決定整個測量速率的最重要因素。 |
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