新聞資訊
News電容位移傳感器遇到寄生電容怎么辦
更新時間：2018-06-22 點擊次數：1838次
電容位移傳感器一般有寄生電容存在，寄生電容一般是指電感，電阻，芯片引腳等在高頻情況下表現出來的電容特性。實際上，一個電阻等效于一個電容，一個電感，和一個電阻的串聯，在低頻情況下表現不是很明顯，而在高頻情況下，等效值會增大，不能忽略。在計算中我們要考慮進去。ESL就是等效電感，ESR就是等效電阻。不管是電阻，電容，電感，還是二極管，三極管，MOS管，還有IC，在高頻的情況下我們都要考慮到它們的等效電容值，電感值。消除寄生電容干擾的幾種方法：主要采用驅動電纜技術、運算放大器驅動技術、整體屏蔽技術、集成組合技術來減小寄生電容，以提高傳感器的性能。這里小編為大家介紹其中三種方法。
電容位移傳感器目前在檢測技術中不僅廣泛應用于位移、振動、角度、加速度等機械量的測量，還可用于液位、壓力、成份含量等熱工方面的測量中。但由于電容位移傳感器的初始電容量很小，一般在皮法級，而連接傳感器與電子線路的引電纜電容、電子線路的雜散電容以及傳感器內極板與周圍導體構成的電容等所形成的寄生電容卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容是隨機變化的，使得儀器工作很不穩定，從而影響測量精度，甚至使傳感器無法正常工作，所以必須設法消除寄生電容對電容位移傳感器的影響。以下對消除電容位移傳感器寄生電容的幾種方法進行分析。
一、增加初始電容值法
采用增加初始電容值的方法可以使寄生電容相對電容位移傳感器的電容量減小。由公式C0=ε0·εr·A/d0可知，采用減小極片或極筒間的間距d0，如平板式間距可減小為0.2毫米，圓筒式間距可減小為0.15毫米;或在兩電極之間覆蓋一層玻璃介質，用以提高相對介電常數，通過實驗發現傳感器的初始電容量C0不僅顯著提高了，同時也防止了過載時兩電極之間的短路;另外，增加工作面積A或工作長度也可增加初始電容值C0。不過，這種方法要受到加工工藝和裝配工藝、精度、示值范圍、擊穿電壓等的限制，一般電容的變化值在10-3～103pF之間。
二、采用“驅動電纜”技術
在壓電傳感器和放大器A之間采用雙層屏蔽電纜，并接入增益為1的驅動放大器，這種接法可使得內屏蔽與芯線等電位，進而消除了芯線對內屏蔽的容性漏電，克服了寄生電容的影響，而內外層之間的電容Cx變成了驅動放大器的負載，電容位移傳感器由于受幾何尺寸的限制，其容量都是很小的，一般僅幾個pF到幾十pF。tdk因C太小，故容抗XC=1/ωc很大，為高阻抗元件;所以，驅動放大器可以看成是一個輸入阻抗很高，且具有容性負載，放大倍數為1的同相放大器。
三、運算放大器驅動法
電容位移傳感器要在很寬的頻帶上嚴格去實現驅動放大器的放大倍數等于1，并且輸入輸出的相移為零，這是設計的難點。而采用運算放大器驅動法就可有效的去解決這一難題。為驅動電纜放大器，其輸入是(-A)放大器的輸出，(-Aa)放大器的輸入電容為(-A)放大器的負載，因此無附加電容和Cx并聯，傳感器電容Cx兩端電壓。
總之，電容位移傳感器的電容值都很小，一般在皮法級，連接線產生的分布電容其數值也在皮法級，從而會影響到測量精度，所以我們要求傳感器與轉換電路之間的連接線選用自身分布電容極小的高頻電纜，并盡量縮短傳感器到轉換電路之間的距離，在有條件時可以將傳感器、連接線、轉換電路整體屏蔽。
電容位移傳感器目前在檢測技術中不僅廣泛應用于位移、振動、角度、加速度等機械量的測量，還可用于液位、壓力、成份含量等熱工方面的測量中。但由于電容位移傳感器的初始電容量很小，一般在皮法級，而連接傳感器與電子線路的引電纜電容、電子線路的雜散電容以及傳感器內極板與周圍導體構成的電容等所形成的寄生電容卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容是隨機變化的，使得儀器工作很不穩定，從而影響測量精度，甚至使傳感器無法正常工作，所以必須設法消除寄生電容對電容位移傳感器的影響。以下對消除電容位移傳感器寄生電容的幾種方法進行分析。
一、增加初始電容值法
采用增加初始電容值的方法可以使寄生電容相對電容位移傳感器的電容量減小。由公式C0=ε0·εr·A/d0可知，采用減小極片或極筒間的間距d0，如平板式間距可減小為0.2毫米，圓筒式間距可減小為0.15毫米;或在兩電極之間覆蓋一層玻璃介質，用以提高相對介電常數，通過實驗發現傳感器的初始電容量C0不僅顯著提高了，同時也防止了過載時兩電極之間的短路;另外，增加工作面積A或工作長度也可增加初始電容值C0。不過，這種方法要受到加工工藝和裝配工藝、精度、示值范圍、擊穿電壓等的限制，一般電容的變化值在10-3～103pF之間。
二、采用“驅動電纜”技術
在壓電傳感器和放大器A之間采用雙層屏蔽電纜，并接入增益為1的驅動放大器，這種接法可使得內屏蔽與芯線等電位，進而消除了芯線對內屏蔽的容性漏電，克服了寄生電容的影響，而內外層之間的電容Cx變成了驅動放大器的負載，電容位移傳感器由于受幾何尺寸的限制，其容量都是很小的，一般僅幾個pF到幾十pF。tdk因C太小，故容抗XC=1/ωc很大，為高阻抗元件;所以，驅動放大器可以看成是一個輸入阻抗很高，且具有容性負載，放大倍數為1的同相放大器。
三、運算放大器驅動法
電容位移傳感器要在很寬的頻帶上嚴格去實現驅動放大器的放大倍數等于1，并且輸入輸出的相移為零，這是設計的難點。而采用運算放大器驅動法就可有效的去解決這一難題。為驅動電纜放大器，其輸入是(-A)放大器的輸出，(-Aa)放大器的輸入電容為(-A)放大器的負載，因此無附加電容和Cx并聯，傳感器電容Cx兩端電壓。
總之，電容位移傳感器的電容值都很小，一般在皮法級，連接線產生的分布電容其數值也在皮法級，從而會影響到測量精度，所以我們要求傳感器與轉換電路之間的連接線選用自身分布電容極小的高頻電纜，并盡量縮短傳感器到轉換電路之間的距離，在有條件時可以將傳感器、連接線、轉換電路整體屏蔽。
下一篇：力傳感器在壓裝機系統中的應用
