傳感器與檢測(cè)技術(shù)3.4 電容式傳感器-2

1、3.4 電容式傳感器3.4.1 電容式傳感器的工作原理3.4.2 電容式傳感器主要性能3.4.3 電容式傳感器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.4.4 電容式傳感器等效電路電容式傳感器等效電路3.4.5 電容式傳感器測(cè)量電路3.4.6 電容式傳感器的應(yīng)用3.4.7 容柵式傳感器3.4.4 電容式傳感器等效電路L包括引線電纜電感和電容式傳感器本身的電感；r由引線電阻、極板電阻和金屬支架電阻組成；C0為傳感器本身的電容Cp為引線電纜、所接測(cè)量電路及極板與外界所形成的總寄生電容Rg是極間等效漏電阻極板間的漏電損耗和介質(zhì)損耗、極板與外界間的漏電損耗和介質(zhì)損耗rC0CPRgL低頻等效電路 傳感器電容的阻抗非常大，L和

2、r的影響可忽略等效電容C=C0+Cp，等效電阻ReRg CRg高頻等效電路 電容的阻抗變小，L和r的影響不可忽略，漏電的影響可忽略 ，其中C=C0+Cp，而rer reCLRCjLjCje11LCCCe21由于電容傳感器電容量一般都很小，電源頻率即使采用幾兆赫，容抗仍很大，而R很小可以忽略，因此 此時(shí)電容傳感器的等效靈敏度為 2222)1 ()1/(LCkdLCCdCkgee當(dāng)電容式傳感器的供電電源頻率較高時(shí)，傳感器的靈敏度由kg變?yōu)閗e，ke與傳感器的固有電感（包括電纜電感）有關(guān)，且隨變化而變化。 3.4 電容式傳感器3.4.1 電容式傳感器的工作原理3.4.2 電容式傳感器主要性能3.4.

3、3 電容式傳感器的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.4.4 電容式傳感器等效電路3.4.5 電容式傳感器測(cè)量電路電容式傳感器測(cè)量電路3.4.6 電容式傳感器的應(yīng)用3.4.7 容柵式傳感器3.4.5 電容式傳感器測(cè)量電路 (1) 運(yùn)算放大器電路(2) 脈寬調(diào)制電路(3) 調(diào)頻電路(4) 雙T型電橋電路(1). 運(yùn)算放大器式電路 ：能克服變極距型電容傳感器的非線性 Cx是傳感器電容C是固定電容u0是輸出電壓信號(hào) 運(yùn)算放大器式電路原理圖uC-ACxu0由運(yùn)算放大器工作原理可知 uj Cj CuCCuxx011 / ()/ ()( )/xCSd0 uCudS 假設(shè)放大器開環(huán)放大倍數(shù)A=，輸入阻抗Zi= 因此仍然存在一

4、定的非線性誤差，但一般A和Zi足夠大，所以這種誤差很小。 (2). 差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路 利用對(duì)傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變化而變化通過低通濾波器就能得到對(duì)應(yīng)被測(cè)量變化的直流信號(hào) uAB經(jīng)低通濾波后，就可得到一直流電壓U0為 12121121212110UTTTTUTTTUTTTUUUBA式中UA、UBA點(diǎn)和B點(diǎn)的矩形脈沖的直流分量； T1、T2 分別為C1和C2的充電時(shí)間； U1觸發(fā)器輸出的高電位。C1、C2的充電時(shí)間TR CUUUr11111lnTR CUUUr22211ln式中 Ur觸發(fā)器的參考電壓 設(shè)R1=R2=R，則得 UCCCCUr01212：設(shè)電容C1和C2

5、的極間距離和面積分別為d1、d2和S1、S2 差動(dòng)變極距型差動(dòng)變面積型 21021EddUUddEUSSSSU12210差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路能適用于任何 差動(dòng)式電容式傳感器 并具有理論上的線性特性 (3) 調(diào)頻電路)(212101CCCCLLCfi當(dāng)被測(cè)信號(hào)為零時(shí)，C=0，振蕩器有一個(gè)固有振蕩頻率f0，)(21010CCCLfi當(dāng)被測(cè)信號(hào)不為零時(shí)，c0，此時(shí)頻率為 ffCCCCLfi001)(21具有較高的靈敏度，可測(cè)至0.01m級(jí)位移變化量易于用數(shù)字儀器測(cè)量，并與計(jì)算機(jī)通訊，抗干擾能力強(qiáng) (4)二極管雙T型電路 電源為正半周D1短路D2開路，電容C1被充電影響不予考慮，電容C2的電壓初始值為UE 若二極管理想化，當(dāng)電源為正半周時(shí)，電路等效成一階電路UERRRULLEiC2C2U0RRLR電路的特點(diǎn) :線路簡(jiǎn)單，可全部放在探頭內(nèi)，大大縮短了電容引線、減小了分布電容的影響；電源周期、幅值直接影響靈敏度，要求它們高度穩(wěn)定；輸出阻抗為R，而與電容無關(guān)，克服了電容式傳感器高內(nèi)阻的缺點(diǎn)；適用于具有線性特性的單組式和差動(dòng)式電容