電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單,靈敏度高,溫度穩(wěn)定性好,適應(yīng)性強,動態(tài)性能好等一系列優(yōu)點,目前在檢測技術(shù)中不僅廣泛應(yīng)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、電子線路的雜散電容以及傳感器內(nèi)極板與周圍導體構(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變化的,使得儀器工作很不穩(wěn)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(shè)法消除寄生電容對電容傳感器的影響。
寄生電容分類
去耦(濾掉交流信號或濾掉疊加在直流信號上的高頻信號或濾掉電源、基準電源 和信號電路中的低頻成分)
有源或無源RC濾波或選頻網(wǎng)絡(luò)
模擬積分器和采樣保持電路(捕獲和儲存電荷)
盡管流行的電容器有十幾種,包括聚脂電容器、薄膜電容器、陶瓷電容器、電解電容器,但 是對某一具體應(yīng)用來說,最合適的電容器通常只有一兩種,因為其它類型的電容器,要么有 的性能明顯不完善,要么有的對系統(tǒng)性能有“寄生作用”,所以不采用它們。
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=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),用以提高相對介電常數(shù),通過實驗發(fā)現(xiàn)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。
采用“驅(qū)動電纜”技術(shù),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,并接入增益為1的驅(qū)動放大器,這種接法可使得內(nèi)屏蔽與芯線等電位,進而消除了芯線對內(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)動放大器的負載,電容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。因C太小,故容抗XC=1/ωc很大,為高阻抗元件;所以,驅(qū)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(shù)為1的同相放大器。