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IFM易福門傳感器寄生電容的幾種方法
IFM易福門傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，溫度穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強(qiáng)，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(jī)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(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。以下對消除電容傳感器寄生電容的幾種方法進(jìn)行分析。
IFM易福門傳感器的方法可以使寄生電容相對電容傳感器的電容量減小。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。
IFM易福門傳感器和放大器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(jìn)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(fù)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(fù)載，放大倍數(shù)為1的同相放大器。
IFM易福門傳感器采用“驅(qū)動電纜"法消除寄生電容，就是要在很寬的頻帶上嚴(yán)格去實現(xiàn)驅(qū)動放大器的放大倍數(shù)等于1，并且輸入輸出的相移為零，這是設(shè)計的難點。而采用運算放大器驅(qū)動法就可有效的去解決這一難題。如圖2所示：(-Aa)為驅(qū)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(fù)載，因此無附加電容和Cx并聯(lián)，傳感器電容Cx兩端電壓為
IFM易福門傳感器屏蔽技術(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)電磁干擾的特點選擇良好的低電阻導(dǎo)電材料或?qū)Т挪牧希瑯?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。現(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)鍵點就在于接地點的合理設(shè)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，其缺點就是使得結(jié)構(gòu)變得比較復(fù)雜。
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，IFM易福門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。
