中心議題：

• 電容傳感器寄生電容幹擾的產生原因及消除方法

解決方案：

• 采用增加初始電容值的方法
• 采用“驅動電纜”法消除寄生電容
• 采用集成法也是消除電容傳感器寄生電容幹擾

引    言

電容式傳感器具有結構簡單

，靈敏度高，溫度穩定性好
，適應性強

，動態性能好等一係列優點，目前在檢測技術中不僅廣泛應用於位移、振動、角度、加速度等機械量的測量

，還可用於液位、壓力
、成份含量等熱工方麵的測量中。但由於電容式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dian子zi線xian路lu的de雜za散san電dian容rong以yi及ji傳chuan感gan器qi內nei極ji板ban與yu周zhou圍wei導dao體ti構gou成cheng的de電dian容rong等deng所suo形xing成cheng的de寄ji生sheng電dian容rong卻que較jiao大da，不bu僅jin降jiang低di了le傳chuan感gan器qi的de靈ling敏min度du，而er且qie這zhe些xie電dian容rong是shi隨sui機ji變bian化hua的de
，使shi得de儀yi器qi工gong作zuo很hen不bu穩wen定ding，從cong而er影ying響xiang測ce量liang精jing度du，甚shen至zhi使shi傳chuan感gan器qi無wu法fa正zheng常chang工gong作zuo，所suo以yi必bi須xu設she法fa消xiao除chu寄ji生sheng電dian容rong對dui電dian容rong傳chuan感gan器qi的de影ying響xiang。以yi下xia對dui消xiao除chu電dian容rong傳chuan感gan器qi寄ji生sheng電dian容rong的de幾ji種zhong方fang法fa進jin行xing分fen析xi。

 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傳感器的電容量減小。由公式C0 = 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，增加工作麵積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、示值範圍、擊穿電壓等的限製

， 一般電容的變化值在10-3～103pF之間。

采用“驅動電纜”技術，減小寄生電容

如圖1所示：在壓電傳感器和放大器A 之間采用雙層屏蔽電纜
，並接入增益為1 的(de)驅(qu)動(dong)放(fang)大(da)器(qi)，這(zhe)種(zhong)接(jie)法(fa)可(ke)使(shi)得(de)內(nei)屏(ping)蔽(bi)與(yu)芯(xin)線(xian)等(deng)電(dian)位(wei)，進(jin)而(er)消(xiao)除(chu)了(le)芯(xin)線(xian)對(dui)內(nei)屏(ping)蔽(bi)的(de)容(rong)性(xing)漏(lou)電(dian)，克(ke)服(fu)了(le)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)
，而(er)內(nei)外(wai)層(ceng)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)容(rong)Cx 變成了驅動放大器的負載，電容傳感器由於受幾何尺寸的限製
，其容量都是很小的
，一般僅幾個pF到幾十pF。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。

運算放大器驅動法

采用“驅動電纜”法消除寄生電容，就是要在很寬的頻帶上嚴格去實現驅動放大器的放大倍數等於1 ，並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。如圖2 所示：(-Aa)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並聯，傳感器電容Cx 兩端電壓為
 
 放大器(-Aa)的輸出電壓為
 實現電纜芯線和內層屏蔽電位相等
，應使UCX =Uo3

，於是可以得到： (1 + A) *Uo1 = A*Aa*Uo1 
，
即 算放大器驅動法無任何附加電容，特別適用於傳感器電容很小情況下的檢測電路。
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整體屏蔽法

屏(ping)蔽(bi)技(ji)術(shu)就(jiu)是(shi)利(li)用(yong)金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)對(dui)於(yu)電(dian)磁(ci)波(bo)具(ju)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)吸(xi)收(shou)和(he)反(fan)射(she)能(neng)力(li)來(lai)進(jin)行(xing)抗(kang)幹(gan)擾(rao)的(de)。根(gen)據(ju)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)特(te)點(dian)選(xuan)擇(ze)良(liang)好(hao)的(de)低(di)電(dian)阻(zu)導(dao)電(dian)材(cai)料(liao)或(huo)導(dao)磁(ci)材(cai)料(liao)
，構(gou)成(cheng)合(he)適(shi)的(de)屏(ping)蔽(bi)體(ti)。屏(ping)蔽(bi)體(ti)所(suo)起(qi)的(de)作(zuo)用(yong)好(hao)比(bi)是(shi)在(zai)一(yi)個(ge)等(deng)效(xiao)電(dian)阻(zu)兩(liang)端(duan)並(bing)聯(lian)上(shang)一(yi)根(gen)短(duan)路(lu)線(xian)，當(dang)無(wu)用(yong)信(xin)號(hao)串(chuan)入(ru)時(shi)直(zhi)接(jie)通(tong)過(guo)短(duan)路(lu)線(xian)，對(dui)等(deng)效(xiao)電(dian)阻(zu)無(wu)影(ying)響(xiang)。現(xian)就(jiu)以(yi)差(cha)動(dong)電(dian)容(rong)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)為(wei)例(li)

，來(lai)說(shuo)明(ming)整(zheng)體(ti)屏(ping)蔽(bi)法(fa)的(de)應(ying)用(yong)。在(zai)圖(tu)3中，CX1
，CX2作為差動電容，U為電源，A為放大器。整體屏蔽法是把圖中整個電橋(包含電源電纜等) 一起屏蔽起來，這種方法設計的關鍵點就在於接地點的合理設置。采用把接地點放在兩個平衡電阻R1
、R2之間，與整體屏蔽體共地。這樣，傳感器公用極板與屏蔽體之間的寄生電容C1與測量放大器的輸入阻抗相並聯，從而就可把C1視作為放大器的輸入電容。由於放大器的輸入阻抗應具有極大的值，C1的並聯也不希望存在
，但它隻是影響傳感器的靈敏度

，而對其他性能無有影響。另外的兩個寄生電容C3、C4分別並聯在兩橋臂R1、R2上(shang)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)電(dian)橋(qiao)的(de)初(chu)始(shi)平(ping)衡(heng)和(he)整(zheng)體(ti)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)，但(dan)是(shi)並(bing)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)電(dian)橋(qiao)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。因(yin)此(ci)
，寄(ji)生(sheng)參(can)數(shu)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)基(ji)本(ben)上(shang)就(jiu)可(ke)以(yi)消(xiao)除(chu)掉(diao)。整(zheng)體(ti)屏(ping)蔽(bi)法(fa)是(shi)解(jie)決(jue)電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)問(wen)題(ti)的(de)很(hen)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)，其(qi)缺(que)點(dian)就(jiu)是(shi)使(shi)得(de)結(jie)構(gou)變(bian)得(de)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)。

另(ling)外(wai)采(cai)用(yong)集(ji)成(cheng)法(fa)也(ye)是(shi)消(xiao)除(chu)電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)幹(gan)擾(rao)的(de)一(yi)種(zhong)有(you)效(xiao)方(fang)法(fa)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)就(jiu)是(shi)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)電(dian)子(zi)線(xian)路(lu)的(de)前(qian)置(zhi)級(ji)一(yi)同(tong)封(feng)裝(zhuang)在(zai)一(yi)個(ge)殼(ke)體(ti)內(nei)，省(sheng)去(qu)傳(chuan)感(gan)器(qi)到(dao)前(qian)置(zhi)放(fang)大(da)級(ji)的(de)電(dian)纜(lan)，這(zhe)樣(yang)，寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)就(jiu)可(ke)大(da)大(da)減(jian)小(xiao)而(er)且(qie)保(bao)持(chi)固(gu)定(ding)不(bu)變(bian)，使(shi)儀(yi)器(qi)處(chu)於(yu)穩(wen)定(ding)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)。但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)做(zuo)法(fa)因(yin)為(wei)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)存(cun)在(zai)而(er)不(bu)能(neng)在(zai)相(xiang)對(dui)高(gao)溫(wen)或(huo)環(huan)境(jing)惡(e)劣(lie)的(de)地(di)方(fang)正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)。也(ye)可(ke)利(li)用(yong)集(ji)成(cheng)工(gong)藝(yi)，把(ba)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)調(tiao)理(li)電(dian)路(lu)集(ji)成(cheng)於(yu)同(tong)一(yi)芯(xin)片(pian)，構(gou)成(cheng)集(ji)成(cheng)電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)。

總zong之zhi，電dian容rong式shi傳chuan感gan器qi的de電dian容rong值zhi都dou很hen小xiao，一yi般ban在zai皮pi法fa級ji，連lian接jie線xian產chan生sheng的de分fen布bu電dian容rong其qi數shu值zhi也ye在zai皮pi法fa級ji，從cong而er會hui影ying響xiang到dao測ce量liang精jing度du，所suo以yi我wo們men要yao求qiu傳chuan感gan器qi與yu轉zhuan換huan電dian路lu之zhi間jian的de連lian接jie線xian選xuan用yong自zi身shen分fen布bu電dian容rong極ji小xiao的de高gao頻pin電dian纜lan，並bing盡jin量liang縮suo短duan傳chuan感gan器qi到dao轉zhuan換huan電dian路lu之zhi間jian的de距ju離li，在zai有you條tiao件jian時shi可ke以yi將jiang傳chuan感gan器qi
、連接線、轉換電路整體屏蔽。