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News電容位移傳感器遇到寄生電容怎么辦
更新時(shí)間：2018-06-22 點(diǎn)擊次數(shù)：1501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(xiàn)出來(lái)的電容特性。實(shí)際上，一個(gè)電阻等效于一個(gè)電容，一個(gè)電感，和一個(gè)電阻的串聯(lián)，在低頻情況下表現(xiàn)不是很明顯，而在高頻情況下，等效值會(huì)增大，不能忽略。在計(jì)算中我們要考慮進(jìn)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(qū)動(dòng)電纜技術(shù)、運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)技術(shù)、整體屏蔽技術(shù)、集成組合技術(shù)來(lái)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(cè)技術(shù)中不僅廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等機(jī)械量的測(cè)量，還可用于液位、壓力、成份含量等熱工方面的測(cè)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(jí)，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(nèi)極板與周圍導(dǎo)體構(gòu)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(jī)變化的，使得儀器工作很不穩(wěn)定，從而影響測(cè)量精度，甚至使傳感器無(wú)法正常工作，所以必須設(shè)法消除寄生電容對(duì)電容位移傳感器的影響。以下對(duì)消除電容位移傳感器寄生電容的幾種方法進(jìn)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(duì)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(zhì)，用以提高相對(duì)介電常數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)傳感器的初始電容量C0不僅顯著提高了，同時(shí)也防止了過(guò)載時(shí)兩電極之間的短路;另外，增加工作面積A或工作長(zhǎng)度也可增加初始電容值C0。不過(guò)，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(qū)動(dòng)電纜”技術(shù)
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(qū)動(dòng)放大器，這種接法可使得內(nèi)屏蔽與芯線等電位，進(jìn)而消除了芯線對(duì)內(nèi)屏蔽的容性漏電，克服了寄生電容的影響，而內(nèi)外層之間的電容Cx變成了驅(qū)動(dòng)放大器的負(fù)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(gè)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(qū)動(dòng)放大器可以看成是一個(gè)輸入阻抗很高，且具有容性負(fù)載，放大倍數(shù)為1的同相放大器。
三、運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)法
電容位移傳感器要在很寬的頻帶上嚴(yán)格去實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)放大器的放大倍數(shù)等于1，并且輸入輸出的相移為零，這是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。而采用運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)法就可有效的去解決這一難題。為驅(qū)動(dòng)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(fù)載，因此無(wú)附加電容和Cx并聯(lián)，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(jí)，連接線產(chǎn)生的分布電容其數(shù)值也在皮法級(jí)，從而會(huì)影響到測(cè)量精度，所以我們要求傳感器與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路之間的距離，在有條件時(shí)可以將傳感器、連接線、轉(zhuǎn)換電路整體屏蔽。
電容位移傳感器目前在檢測(cè)技術(shù)中不僅廣泛應(yīng)用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等機(jī)械量的測(cè)量，還可用于液位、壓力、成份含量等熱工方面的測(cè)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(jí)，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(nèi)極板與周圍導(dǎo)體構(gòu)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(jī)變化的，使得儀器工作很不穩(wěn)定，從而影響測(cè)量精度，甚至使傳感器無(wú)法正常工作，所以必須設(shè)法消除寄生電容對(duì)電容位移傳感器的影響。以下對(duì)消除電容位移傳感器寄生電容的幾種方法進(jìn)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(duì)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(zhì)，用以提高相對(duì)介電常數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)傳感器的初始電容量C0不僅顯著提高了，同時(shí)也防止了過(guò)載時(shí)兩電極之間的短路;另外，增加工作面積A或工作長(zhǎng)度也可增加初始電容值C0。不過(guò)，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(qū)動(dòng)電纜”技術(shù)
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(qū)動(dòng)放大器，這種接法可使得內(nèi)屏蔽與芯線等電位，進(jìn)而消除了芯線對(duì)內(nèi)屏蔽的容性漏電，克服了寄生電容的影響，而內(nèi)外層之間的電容Cx變成了驅(qū)動(dòng)放大器的負(fù)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(gè)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(qū)動(dòng)放大器可以看成是一個(gè)輸入阻抗很高，且具有容性負(fù)載，放大倍數(shù)為1的同相放大器。
三、運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)法
電容位移傳感器要在很寬的頻帶上嚴(yán)格去實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)放大器的放大倍數(shù)等于1，并且輸入輸出的相移為零，這是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。而采用運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)法就可有效的去解決這一難題。為驅(qū)動(dòng)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(fù)載，因此無(wú)附加電容和Cx并聯(lián)，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(jí)，連接線產(chǎn)生的分布電容其數(shù)值也在皮法級(jí)，從而會(huì)影響到測(cè)量精度，所以我們要求傳感器與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路之間的距離，在有條件時(shí)可以將傳感器、連接線、轉(zhuǎn)換電路整體屏蔽。
