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 dequdongfangdaqi，zhezhongjiefakeshideneipingbiyuxinxiandengdianwei
，jinerxiaochulexinxianduineipingbiderongxingloudian
，kefulejishengdianrongdeyingxiang
，erneiwaicengzhijiandedianrongCx 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、R2shang，zheyangjiuhuiyingxiangdaodianqiaodechushipinghenghezhengtidelingmindu，danshibingbuhuiyingxiangdaodianqiaodezhengchanggongzuo。yinci，jishengcanshuduichuanganqidianrongdeyingxiangjibenshangjiukeyixiaochudiao。zhengtipingbifashijiejuedianrongchuanganqijishengdianrongwentidehenhaodefangfa，qiquedianjiushishidejiegoubiandebijiaofuza。

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。

zongzhi，dianrongshichuanganqidedianrongzhidouhenxiao，yibanzaipifaji
，lianjiexianchanshengdefenbudianrongqishuzhiyezaipifaji，congerhuiyingxiangdaoceliangjingdu，suoyiwomenyaoqiuchuanganqiyuzhuanhuandianluzhijiandelianjiexianxuanyongzishenfenbudianrongjixiaodegaopindianlan
，bingjinliangsuoduanchuanganqidaozhuanhuandianluzhijiandejuli
，zaiyoutiaojianshikeyijiangchuanganqi、連接線、轉換電路整體屏蔽。