元器件应用中的电容传感器寄生电容干扰的产生原因及消除方法

摘　要： 分析了电容传感器寄生电容存在的主要原因，以及消除寄生电容干扰的几种方法：主要采用驱动电缆技术、运算放大器驱动技术、整体屏蔽技术、集成组合技术来减小寄生电容，以提高传感器的性能。       关键词： 电容传感器； 寄生电容； 干扰； 驱动电缆技术； 整体屏蔽技术 引    言       电容式传感器具有结构简单，灵敏度高，温度稳定性好，适应性强，动态性能好等一系列优点，目前在检测技术中不仅广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的测量，还可用于液位、压力、成份含量等热工方面的测量中。但由于电容式传感器的初始电容量很小，一般在皮法级，而连接传感器与电子线路的引电缆电容、电子线路的杂 电容传感器在现代检测技术中扮演着至关重要的角色，因其结构简单、灵敏度高、温度稳定性好、适应性强以及动态性能优异，被广泛应用于各种物理和化学量的测量。然而，电容传感器的一个主要问题在于其初始电容量极小，通常在皮法级别，这使得寄生电容成为影响其性能的主要因素。寄生电容主要来源于传感器与电子线路之间的引电缆电容、线路的杂散电容以及传感器内部极板与周围导体构成的电容。这些寄生电容不仅降低了传感器的灵敏度，还可能导致测量结果的不稳定性，严重影响测量精度。 为了解决这一问题，文章提出了几种有效的方法来消除或减小寄生电容的影响： 1. **驱动电缆技术**：通过在传感器与放大器之间使用双层屏蔽电缆，并接入增益为1的驱动放大器，可以使内屏蔽与芯线保持等电位，从而消除容性漏电，克服寄生电容的影响。驱动放大器可以视为高输入阻抗且带有容性负载的同相放大器，有效地抑制了高频噪声。 2. **运算放大器驱动技术**：利用运算放大器构建驱动放大器，如图2所示，实现放大倍数为1且输入输出相移为零，以减少附加电容的影响。这种方式特别适用于电容传感器电容极小的情况，能够提供稳定的驱动信号，降低寄生电容的干扰。 3. **整体屏蔽技术**：通过使用金属屏蔽体来吸收和反射电磁波，减少外部电磁干扰对传感器的影响。例如，在差动电容式传感器中，将整个电桥包括电源电缆一起进行屏蔽，合理设置接地位置，如图3所示，可以有效降低寄生电容对测量结果的干扰。 4. **集成组合技术**：通过集成化设计，将传感器和处理电路紧密结合，减少引线和外部环境带来的寄生电容。这种方法有助于提高系统的整体抗干扰能力，同时优化系统布局，减小寄生电容的影响。 除了上述技术外，还可以通过选择低介电常数的材料、优化传感器结构设计、使用平衡电路等方式进一步减小寄生电容。在实际应用中，需要根据具体的应用环境和测量需求，综合考虑各种技术手段，以实现最佳的抗干扰性能和测量精度。同时，定期维护和检查设备，确保屏蔽效果良好，也是保证传感器稳定工作的重要措施。