電容傳感器寄生電容產(chǎn)生原因及消除方法
實現(xiàn)電纜芯線和內(nèi)層屏蔽電位相等,應(yīng)使UCX =Uo3 ,于是可以得到: (1 + A) *Uo1 = A*Aa*Uo1 ,
即
算放大器驅(qū)動法無任何附加電容,特別適用于傳感器電容很小情況下的檢測電路。
圖2
整體屏蔽法
屏蔽技術(shù)就是利用金屬材料對于電磁波具有較好的吸收和反射能力來進(jìn)行抗干擾的。根據(jù)電磁干擾的特點(diǎn)選擇良好的低電阻導(dǎo)電材料或?qū)Т挪牧?,?gòu)成合適的屏蔽體。屏蔽體所起的作用好比是在一個等效電阻兩端并聯(lián)上一根短路線,當(dāng)無用信號串入時直接通過短路線,對等效電阻無影響?,F(xiàn)就以差動電容式傳感器為例,來說明整體屏蔽法的應(yīng)用。在圖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(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)就在于接地點(diǎn)的合理設(shè)置。采用把接地點(diǎn)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并聯(lián),從而就可把C1視作為放大器的輸入電容。由于放大器的輸入阻抗應(yīng)具有極大的值,C1的并聯(lián)也不希望存在,但它只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分別并聯(lián)在兩橋臂R1、R2上,這樣就會影響到電橋的初始平衡和整體的靈敏度,但是并不會影響到電橋的正常工作。因此,寄生參數(shù)對傳感器電容的影響基本上就可以消除掉。整體屏蔽法是解決電容傳感器寄生電容問題的很好的方法,其缺點(diǎn)就是使得結(jié)構(gòu)變得比較復(fù)雜。
圖3
另外采用集成法也是消除電容傳感器寄生電容干擾的一種有效方法。這種方法就是將傳感器與電子線路的前置級一同封裝在一個殼體內(nèi),省去傳感器到前置放大級的電纜,這樣,寄生電容就可大大減小而且保持固定不變,使儀器處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。但是這種做法因為電子元器件的存在而不能在相對高溫或環(huán)境惡劣的地方正常使用。也可利用集成工藝,把傳感器和調(diào)理電路集成于同一芯片,構(gòu)成集成電容傳感器。
總之,電容式傳感器的電容值都很小,一般在皮法級,連接線產(chǎn)生的分布電容其數(shù)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(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,在有條件時可以將傳感器、連接線、轉(zhuǎn)換電路整體屏蔽。
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