電容式電感式傳感器

1、6 電感式傳感器電感式傳感器n電感式傳感器的工作原理：電感式傳感器的工作原理：它是利用它是利用電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)原原理，通過線圈自感或互感的變化，實現(xiàn)非電量的理，通過線圈自感或互感的變化，實現(xiàn)非電量的電測。電測。 n用途及特點(diǎn)用途及特點(diǎn)：常用來測量：常用來測量位移、振動、壓力、應(yīng)位移、振動、壓力、應(yīng)變、流量、比重變、流量、比重等物理量參數(shù)。等物理量參數(shù)。n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長、使用：具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長、使用范圍廣范圍廣n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：存在交流零位信號，不適宜高頻動態(tài)測量。：存在交流零位信號，不適宜高頻動態(tài)測量。n分類分類：按工作原理分為：按工作原理分為自感式自感式（可

2、變磁阻式）、（可變磁阻式）、互感式互感式（差動變壓器式）、（差動變壓器式）、電渦流式電渦流式三種。三種。6.1 自感型傳感器自感型傳感器n自感式電感傳感器是一種改變自感系數(shù)的傳感器。自感式電感傳感器是一種改變自感系數(shù)的傳感器。原理圖如下圖。它由線圈、鐵芯及銜鐵組成。在原理圖如下圖。它由線圈、鐵芯及銜鐵組成。在鐵芯和銜鐵之間有空氣隙鐵芯和銜鐵之間有空氣隙。（可變磁阻式）。（可變磁阻式）一、工作原理（可變磁阻式）一、工作原理（可變磁阻式）n根據(jù)根據(jù)電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律，當(dāng)線圈中通以電流，當(dāng)線圈中通以電流i時，產(chǎn)生時，產(chǎn)生磁通，其大小與電流成正比，即：磁通，其大小與電流成正比，即：式中，式中，W

3、線圈匝數(shù)線圈匝數(shù); L線圈電感，單位為亨線圈電感，單位為亨Hn根據(jù)根據(jù)磁路歐姆定律磁路歐姆定律，磁通，磁通m為：為：式中式中iW 磁勢，磁勢，A Rm 磁阻，磁阻，H-1n 于是得到：于是得到：LiWmmmRiW /mRWL/2n如果空氣隙如果空氣隙較小，而且不考慮磁路的鐵損時，較小，而且不考慮磁路的鐵損時，則則磁路總磁阻磁路總磁阻為：為：式中：式中： l導(dǎo)磁體導(dǎo)磁體 (鐵芯鐵芯)的總長度的總長度(m)； 鐵芯導(dǎo)磁率鐵芯導(dǎo)磁率(H/m)； A鐵芯導(dǎo)磁橫截面積鐵芯導(dǎo)磁橫截面積(m2)，Sab; 空氣隙長度空氣隙長度(m); 0 空氣導(dǎo)磁率；空氣導(dǎo)磁率； A0空氣隙導(dǎo)磁橫截面積空氣隙導(dǎo)磁橫截面積(

4、m2)。002AAlRmn因為因為0，則，則:n因此，自感因此，自感L可寫為：可寫為：n上式表明，自感上式表明，自感L與與氣隙氣隙成反比，而與成反比，而與氣隙導(dǎo)氣隙導(dǎo)磁截面積磁截面積A0成正比。當(dāng)固定成正比。當(dāng)固定A0不變，變化不變，變化時（稱時（稱為為變氣隙式自感傳感器變氣隙式自感傳感器），），L 與與呈非線性（雙曲呈非線性（雙曲線）關(guān)系，如圖所示。線）關(guān)系，如圖所示。002ARm2/0022AWRWLmn將上式對將上式對求導(dǎo)，得求導(dǎo)，得變氣隙式傳感器變氣隙式傳感器的靈敏度為的靈敏度為n可見：靈敏度可見：靈敏度S與氣隙長度的平方成反比，與氣隙長度的平方成反比，愈小，愈小，靈敏度愈高。由于靈敏

5、度愈高。由于S不是常數(shù)，故會出現(xiàn)不是常數(shù)，故會出現(xiàn)非線性誤非線性誤差差，為了減小這一誤差，通常規(guī)定，為了減小這一誤差，通常規(guī)定在較小的范圍在較小的范圍內(nèi)工作一般取內(nèi)工作一般取 。當(dāng)氣隙的增量 時，靈敏度S趨于定值，即輸出與輸入近似成線性關(guān)系。在實際應(yīng)用中，一般取 ，這種傳感器適用于較小位移的測量，一般約為0.0011 mm。20022AWddLS1 . 0/mm5 . 01 . 0n若將變氣隙式自感傳感器的氣隙厚度若將變氣隙式自感傳感器的氣隙厚度保持不變，保持不變，使使氣隙導(dǎo)磁截面積氣隙導(dǎo)磁截面積A隨被測非電量而變，即構(gòu)成隨被測非電量而變，即構(gòu)成變變面積式自感傳感器面積式自感傳感器。如圖。如圖

6、AA=abn將式將式 對對A0求導(dǎo)，得其靈敏度求導(dǎo)，得其靈敏度S為：為：n即變面積式自感傳感器輸出特性即變面積式自感傳感器輸出特性呈線性呈線性，因此測，因此測量范圍大。但與變氣隙式相比，其量范圍大。但與變氣隙式相比，其靈敏度靈敏度S較低較低。欲提高靈敏度，初始欲提高靈敏度，初始?xì)庀逗穸葰庀逗穸炔荒苓^大不能過大，但同樣，但同樣受工藝和結(jié)構(gòu)的限制，受工藝和結(jié)構(gòu)的限制，的選取與變氣隙式相同。的選取與變氣隙式相同。2002AWL 常常數(shù)數(shù)202WdAdLSn螺管式自感傳感器螺管式自感傳感器n其結(jié)構(gòu)原理如圖所示，它由螺管、線圈、銜鐵等其結(jié)構(gòu)原理如圖所示，它由螺管、線圈、銜鐵等組成，隨著銜鐵插入的深度的不

7、同引起線圈電感組成，隨著銜鐵插入的深度的不同引起線圈電感量發(fā)生變化。量發(fā)生變化。螺管式自感傳感器又分單螺管式和雙螺管差動式兩種單螺管線圈型單螺管線圈型n螺管式自感傳感器與前兩種傳感器相比，具有以螺管式自感傳感器與前兩種傳感器相比，具有以下特點(diǎn)：下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造裝配容易；結(jié)構(gòu)簡單，制造裝配容易；由于磁路大部分為空氣，由于磁路大部分為空氣，易受外部磁場干擾易受外部磁場干擾；由于空氣隙大，磁路磁阻大，故由于空氣隙大，磁路磁阻大，故靈敏度較前兩靈敏度較前兩種低，但線性范圍大種低，但線性范圍大；由于磁阻高，為了達(dá)到某一電感量，需要的線由于磁阻高，為了達(dá)到某一電感量，需要的線圈匝數(shù)多，因而圈匝數(shù)多，

8、因而線圈分布電容線圈分布電容大；大；要求線圈框架要求線圈框架尺寸和形狀必須穩(wěn)定尺寸和形狀必須穩(wěn)定，否則影響，否則影響其線性和穩(wěn)定性。其線性和穩(wěn)定性。 n差動式自感傳感器差動式自感傳感器 上述三種自感式傳感器，由于線圈電流的存在，上述三種自感式傳感器，由于線圈電流的存在，銜鐵上始終作用有電磁吸力，影響測量準(zhǔn)確度；銜鐵上始終作用有電磁吸力，影響測量準(zhǔn)確度；而且易受電源電壓、頻率的波動與溫度變化等外而且易受電源電壓、頻率的波動與溫度變化等外界干擾的影響，因此不適合精密測量界干擾的影響，因此不適合精密測量。為了克服。為了克服上述缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在大都采用上述缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在大都采用差動式差動式。變氣隙差動式

9、自感傳感器變氣隙差動式自感傳感器n差動變氣隙式傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖（差動變氣隙式傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖（a）所示。它由）所示。它由兩兩個完全相同的電感線圈個完全相同的電感線圈W1和和W2組成組成，在兩個鐵芯中間有，在兩個鐵芯中間有一個一個公用銜鐵公用銜鐵。銜鐵處在中間位置時，。銜鐵處在中間位置時，1=2 =0，兩邊氣，兩邊氣隙相等，電感量隙相等，電感量L1=L2=L0，由于采用，由于采用差動連接差動連接方法，傳感方法，傳感器總的電感量為器總的電感量為L= L1L2=0，所以傳感器輸出電壓，所以傳感器輸出電壓(總總的自感電動勢的自感電動勢)為零，見圖（為零，見圖（b）。）。 n當(dāng)銜鐵偏離中間位置時

10、，兩邊氣隙的大小改變使當(dāng)銜鐵偏離中間位置時，兩邊氣隙的大小改變使1 2 ，若位移使若位移使L1線圈的電感從中間位置時的線圈的電感從中間位置時的L0增大為增大為（L0+L1），），L2線圈的電感減小為（線圈的電感減小為（L0L2）。則總）。則總的電感為的電感為 L=L1L2=（L0+L1）（）（L0L2）=L1+L2 若銜鐵位移很小，則若銜鐵位移很小，則L1=L2=L，故，故L2L單單。n可見，當(dāng)銜鐵位置左右移動時，可使兩個線圈的可見，當(dāng)銜鐵位置左右移動時，可使兩個線圈的間隙按間隙按 變化，一個線圈自感增加，變化，一個線圈自感增加，一個線圈自感減少。一個線圈自感減少。又如果將兩線圈接于電橋的又如

11、果將兩線圈接于電橋的相鄰橋臂，其輸出靈敏度可提高一倍，并改善了相鄰橋臂，其輸出靈敏度可提高一倍，并改善了線性特性。線性特性。n下圖是雙螺管線圈差動型，較之單螺管線圈型下圖是雙螺管線圈差動型，較之單螺管線圈型有有較高靈敏度及線性較高靈敏度及線性，被用于，被用于電感測微計電感測微計上，其測上，其測量范圍為量范圍為0300m，最小分辨力為，最小分辨力為0.5m。這種。這種傳感器的線圈接于電橋上，構(gòu)成兩個橋臂，線圈傳感器的線圈接于電橋上，構(gòu)成兩個橋臂，線圈電感電感L1、L2隨鐵芯位移而變化，其輸出特性如下隨鐵芯位移而變化，其輸出特性如下圖所示。圖所示。和和n差動式自感傳感器的優(yōu)點(diǎn)差動式自感傳感器的優(yōu)點(diǎn)

12、:由于采用差動式結(jié)構(gòu)，可以由于采用差動式結(jié)構(gòu)，可以改善系統(tǒng)的非線性、改善系統(tǒng)的非線性、提高靈敏度提高靈敏度對對電源電壓、電源頻率的波動電源電壓、電源頻率的波動及及溫度溫度變化等外界變化等外界影響也有補(bǔ)償作用影響也有補(bǔ)償作用作用在銜鐵上的電磁力，由于是兩個線圈磁通產(chǎn)作用在銜鐵上的電磁力，由于是兩個線圈磁通產(chǎn)生的電磁力之差，所以對電磁吸力有一定的補(bǔ)償生的電磁力之差，所以對電磁吸力有一定的補(bǔ)償作用，從而作用，從而提高了測量的準(zhǔn)確性提高了測量的準(zhǔn)確性。6.2 互感（差動變壓器）式傳感器互感（差動變壓器）式傳感器n互感型電感傳感器是利用互感型電感傳感器是利用互感的變化互感的變化來反映被測來反映被測量的變

13、化。這種傳感器實質(zhì)上是一個量的變化。這種傳感器實質(zhì)上是一個輸出電壓可輸出電壓可變變的的變壓器變壓器。當(dāng)變壓器。當(dāng)變壓器初級初級線圈輸入穩(wěn)定交流電線圈輸入穩(wěn)定交流電壓后，壓后，次級次級線圈便會有感應(yīng)電壓輸出，線圈便會有感應(yīng)電壓輸出，該電壓隨該電壓隨被測量的變化而變化被測量的變化而變化。n差動變壓器式差動變壓器式電感傳感器是常用的互感型傳感器，電感傳感器是常用的互感型傳感器，其結(jié)構(gòu)形式有多種，以其結(jié)構(gòu)形式有多種，以螺管形螺管形應(yīng)用較為普遍，其應(yīng)用較為普遍，其結(jié)構(gòu)及工作原理如下圖所示結(jié)構(gòu)及工作原理如下圖所示 n差動變壓器式傳感器的原理：差動變壓器式傳感器的原理：傳感器主要由傳感器主要由線圈、鐵芯和活

14、動銜鐵線圈、鐵芯和活動銜鐵三個部分組三個部分組成。線圈包括一個成。線圈包括一個初級線圈初級線圈和和兩個反接的次級線兩個反接的次級線圈圈，當(dāng)初級線圈輸入交流激勵電壓時，次級線圈，當(dāng)初級線圈輸入交流激勵電壓時，次級線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1和和e2由于兩個由于兩個次級線圈極性反接次級線圈極性反接，因此，傳感器的輸，因此，傳感器的輸出電壓為兩者之差，即出電壓為兩者之差，即ey=e1-e2?；顒鱼曡F能改變活動銜鐵能改變線圈之間的藕合程度線圈之間的藕合程度。所以輸出。所以輸出ey的大小隨活動銜的大小隨活動銜鐵的位置而變。鐵的位置而變。當(dāng)活動銜鐵的位置居中時，即當(dāng)活動銜鐵的位置居中時，即e1

15、=e2，ey=0；當(dāng)活動銜鐵向上移時，即當(dāng)活動銜鐵向上移時，即e1e2，ey0;當(dāng)活動銜鐵向下移時，即當(dāng)活動銜鐵向下移時，即e1e2，ey0?；顒鱼曡F的位置往復(fù)變化，其輸出電壓也隨之變活動銜鐵的位置往復(fù)變化，其輸出電壓也隨之變化，輸出特性如上圖所示?；?，輸出特性如上圖所示。n值得注意的是：值得注意的是：首先，差動變壓器式傳感器輸出的電壓是首先，差動變壓器式傳感器輸出的電壓是交流量交流量，如用交流電壓表指示，則如用交流電壓表指示，則輸出值只能反應(yīng)鐵芯位輸出值只能反應(yīng)鐵芯位移的大小，而不能反應(yīng)移動的方向移的大小，而不能反應(yīng)移動的方向；其次，交流電壓輸出存在一定的其次，交流電壓輸出存在一定的零點(diǎn)殘余

16、電壓零點(diǎn)殘余電壓，零點(diǎn)殘余電壓是由于兩個次級線圈的結(jié)構(gòu)不對稱，零點(diǎn)殘余電壓是由于兩個次級線圈的結(jié)構(gòu)不對稱，以及初級線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈以及初級線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈間分布電容等原因所形成的。所以，間分布電容等原因所形成的。所以，即使活動銜即使活動銜鐵位于中間位置時，輸出也不為零鐵位于中間位置時，輸出也不為零。鑒于這些原因，差動變壓器式傳感器的后接電路鑒于這些原因，差動變壓器式傳感器的后接電路應(yīng)采用既能反應(yīng)鐵芯位移極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘應(yīng)采用既能反應(yīng)鐵芯位移極性，又能補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓的余電壓的差動直流輸出電路差動直流輸出電路。 n下圖所示為用于小位移的下圖所示為用于小位移

17、的差動相敏檢波電路差動相敏檢波電路的工的工作原理，當(dāng)沒有信號輸入時，鐵芯處于中間位置，作原理，當(dāng)沒有信號輸入時，鐵芯處于中間位置，調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)電阻R，使零點(diǎn)殘余電壓減??；當(dāng)有信號輸入，使零點(diǎn)殘余電壓減??；當(dāng)有信號輸入時，鐵芯移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大、時，鐵芯移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波、濾波后得到直流輸出。由表頭指示輸相敏檢波、濾波后得到直流輸出。由表頭指示輸入位移量的大小和方向。入位移量的大小和方向。 6.3 渦流式傳感器渦流式傳感器n渦流式傳感器的渦流式傳感器的變換原理變換原理是利用金屬導(dǎo)體在交流是利用金屬導(dǎo)體在交流磁場中的磁場中的渦電流效應(yīng)渦電流效應(yīng)。n渦電流效應(yīng)：

18、渦電流效應(yīng)：如圖所示，金屬板置于一只線圈的如圖所示，金屬板置于一只線圈的附近，它們之間相互的間距為附近，它們之間相互的間距為，當(dāng)線圈輸入一，當(dāng)線圈輸入一交交變電流變電流i時，便產(chǎn)生交變磁通量時，便產(chǎn)生交變磁通量，金屬板在此交，金屬板在此交變磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)電流變磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)電流i1，這種電流在金屬體內(nèi)這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的是閉合的，所以稱之為，所以稱之為“渦電流渦電流”或或“渦流渦流”。渦流的大小與金屬板的電阻率渦流的大小與金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度、厚度h、金屬板與線圈的距離金屬板與線圈的距離、激勵電流角頻率、激勵電流角頻率等參數(shù)等參數(shù)有關(guān)。有關(guān)。若改變其中的某項參數(shù)，而固

19、定其它參數(shù)若改變其中的某項參數(shù)，而固定其它參數(shù)不變，就可根據(jù)渦流的變化來測量該參數(shù)。不變，就可根據(jù)渦流的變化來測量該參數(shù)。 n研究渦流式傳感器的模型，可以得出以下結(jié)論：研究渦流式傳感器的模型，可以得出以下結(jié)論：n金屬導(dǎo)體上形成的渦流有一定的范圍金屬導(dǎo)體上形成的渦流有一定的范圍，當(dāng)線圈，當(dāng)線圈與導(dǎo)體間的距離不變時，與導(dǎo)體間的距離不變時，電渦流密度隨著線圈外電渦流密度隨著線圈外徑的大小而變化徑的大小而變化。為了充分的利用渦流效應(yīng)，。為了充分的利用渦流效應(yīng)，被被測導(dǎo)體的平面不應(yīng)小于傳感器線圈外徑測導(dǎo)體的平面不應(yīng)小于傳感器線圈外徑R的的2倍倍，否則靈敏度將下降。否則靈敏度將下降。n渦流強(qiáng)度隨著線圈與導(dǎo)

20、體間距離渦流強(qiáng)度隨著線圈與導(dǎo)體間距離的增大而迅的增大而迅速減小速減小，由此可知，由此可知，渦流強(qiáng)度與距離渦流強(qiáng)度與距離呈非線性關(guān)呈非線性關(guān)系。系。為了獲得較好的線性和較高的靈敏度，應(yīng)使為了獲得較好的線性和較高的靈敏度，應(yīng)使 /RlMHz)激勵電流產(chǎn)生的激勵電流產(chǎn)生的高頻磁高頻磁場場作用于金屬板的表面，由于作用于金屬板的表面，由于集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)，在金屬，在金屬板板表面表面將形成將形成渦電流渦電流。與此同時，該渦流產(chǎn)生的交變磁場又反作用于線與此同時，該渦流產(chǎn)生的交變磁場又反作用于線圈，圈，引起線圈自感引起線圈自感L或阻抗或阻抗ZL的變化的變化。線圈線圈自感自感L或阻抗或阻抗ZL的變化的變化與距離

21、與距離、 該金屬板該金屬板的電阻率的電阻率、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、激勵電流、激勵電流i及角頻率及角頻率等有等有關(guān)。關(guān)。若只改變?nèi)糁桓淖兙嚯x距離而保持其它參數(shù)不變，則可而保持其它參數(shù)不變，則可將位將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化，再通過測量電，再通過測量電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。路轉(zhuǎn)換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器高頻反射式渦流傳感器多用多用于于位移測量。位移測量。二、低頻透射式渦流傳感器二、低頻透射式渦流傳感器n其工作原理如下圖所示，發(fā)射線圈其工作原理如下圖所示，發(fā)射線圈1和接收線圈和接收線圈2分別置于被測金屬板材料分別置于被測金屬板材料G的上、下方。的上、下方。n由于由于低

22、頻磁場具有集膚效應(yīng)小，滲透深的特點(diǎn)低頻磁場具有集膚效應(yīng)小，滲透深的特點(diǎn)。當(dāng)?shù)皖l當(dāng)?shù)皖l(音頻范圍音頻范圍)電壓電壓e1加到線圈加到線圈1的兩端后，所的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板材料產(chǎn)生磁力線的一部分透過金屬板材料G,使線圈使線圈2產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢e2。但由于渦流消耗部分磁場能量，。但由于渦流消耗部分磁場能量，使感應(yīng)電動勢使感應(yīng)電動勢e2減少，當(dāng)減少，當(dāng)金屬板材料金屬板材料G越厚時，損越厚時，損耗的能量越大耗的能量越大，導(dǎo)致，導(dǎo)致 線圈線圈2上的輸出電動勢上的輸出電動勢e2越越小。小。n因此，因此，e2的大小與的大小與G的厚度及材料的性質(zhì)的厚度及材料的性質(zhì)有關(guān)，有關(guān)，試驗表

23、明，試驗表明，e2隨材料厚度隨材料厚度h的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少少,如圖所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，如圖所示，因此，若金屬板材料的性質(zhì)一定，則利用則利用e2的變化即可測量其厚度的變化即可測量其厚度。-這就是這就是渦流測渦流測厚厚的原理的原理三、渦流式傳感器的應(yīng)用三、渦流式傳感器的應(yīng)用n渦流式電感傳感器主要用于渦流式電感傳感器主要用于位移、振動、轉(zhuǎn)速、位移、振動、轉(zhuǎn)速、距離、厚度距離、厚度等參數(shù)的測量，它可實現(xiàn)非線性測量。等參數(shù)的測量，它可實現(xiàn)非線性測量。下圖是用渦流式傳感器測厚和用渦流式傳感器進(jìn)下圖是用渦流式傳感器測厚和用渦流式傳感器進(jìn)行零件計數(shù)的例子。行零件計數(shù)的例

24、子。6.4 測量電路測量電路 n自感式電感傳感器是將位移轉(zhuǎn)換成電感（自感系自感式電感傳感器是將位移轉(zhuǎn)換成電感（自感系數(shù)）的變化，為了便于測量，還必須通過數(shù)）的變化，為了便于測量，還必須通過測量電測量電路路將電感的變化變成電壓（或電流）的變化，以將電感的變化變成電壓（或電流）的變化，以便進(jìn)行放大。為此，可以采用便進(jìn)行放大。為此，可以采用交流電橋交流電橋或采用或采用諧諧振電路振電路進(jìn)行處理。差動式自感傳感器常采用進(jìn)行處理。差動式自感傳感器常采用交流交流電橋電橋n（一）交流電橋（一）交流電橋 交流電橋由交流電源供電（圖（交流電橋由交流電源供電（圖（a），四），四個橋臂可以是個橋臂可以是電阻電阻，也可

25、以是，也可以是電容或電感電容或電感，因而，因而可以用來測量可以用來測量電阻、電容和電感電阻、電容和電感。n如果將直流電橋中的電阻如果將直流電橋中的電阻R用阻抗用阻抗Z來代替，則來代替，則有：有：交流電橋的平衡條件為交流電橋的平衡條件為若阻抗用指數(shù)形式表示，代入上式得若阻抗用指數(shù)形式表示，代入上式得)(42(314231jjezzezz）iouzzzzzzzzu)(432142314231ZZZZ要使上式成立，必須滿足要使上式成立，必須滿足:式中式中z1、z2、z3、z4各阻抗的模；各阻抗的模； n也就是說，交流電橋的平衡條件是：相對橋臂也就是說，交流電橋的平衡條件是：相對橋臂阻阻抗之?？怪５?/p>

26、乘積和的乘積和阻抗角阻抗角之和必須相等。因此電橋之和必須相等。因此電橋必須有必須有兩個可調(diào)參數(shù)兩個可調(diào)參數(shù)，對幅值和相角進(jìn)行平衡。，對幅值和相角進(jìn)行平衡。4231zzzz4231各阻抗的阻抗角各阻抗的阻抗角、4321n上圖（上圖（b）是（）是（a）的變形，稱為）的變形，稱為變壓器電橋變壓器電橋，它，它是從變壓器次級中心抽頭，把次級分為兩個繞組是從變壓器次級中心抽頭，把次級分為兩個繞組接入電橋作為相鄰橋臂，另外兩臂由接入電橋作為相鄰橋臂，另外兩臂由差動式傳感差動式傳感器器兩線圈阻抗兩線圈阻抗Z1和和Z2構(gòu)成。因為次級繞組上下兩構(gòu)成。因為次級繞組上下兩部分對稱，故兩部分電壓相等，均為部分對稱，故兩

27、部分電壓相等，均為u/2。若以。若以d為參考點(diǎn)，設(shè)負(fù)載阻抗為無窮大，則輸出電壓為為參考點(diǎn)，設(shè)負(fù)載阻抗為無窮大，則輸出電壓為a、c兩點(diǎn)的電位差，即：兩點(diǎn)的電位差，即：221212212uzzzzuuzzzuuucaon電感線圈的復(fù)數(shù)阻抗為電感線圈的復(fù)數(shù)阻抗為Z=r+jLL, ,若若rLr L）21212uLLLLuo021020000uLLLLuo02110201020*42*)()()()(LLLuuLLLLLLLLuo當(dāng)銜鐵向相反方向移動相等距離，當(dāng)銜鐵向相反方向移動相等距離，L1=L0+L1、L2=L0-L2，有有：n由此可知：由此可知： （1）電橋輸出電壓與）電橋輸出電壓與兩線圈電感變化

28、量之和兩線圈電感變化量之和成成正比；正比； （2）銜鐵沿相反方向移動相同距離時，輸出電）銜鐵沿相反方向移動相同距離時，輸出電壓大小相等，相位相反，即輸出電壓的極性反映壓大小相等，相位相反，即輸出電壓的極性反映了傳感器銜鐵運(yùn)動的方向。但交流信號要判別極了傳感器銜鐵運(yùn)動的方向。但交流信號要判別極性，需要專門的判別電路（性，需要專門的判別電路（相敏檢波電路相敏檢波電路）。）。021*4LLLuuo(二二) 交流電橋的調(diào)幅作用交流電橋的調(diào)幅作用n被測量經(jīng)過傳感器變換后被測量經(jīng)過傳感器變換后,得到的是得到的是變化緩慢的變化緩慢的微小信號微小信號，不能直接推動指示儀表和記錄儀器，不能直接推動指示儀表和記錄

29、儀器，需要進(jìn)行需要進(jìn)行放大放大。如果用直流放大器放大，則存在。如果用直流放大器放大，則存在漂移漂移和和級間耦合衰減級間耦合衰減的問題，有一定難度，為此的問題，有一定難度，為此通常是把緩變微小信號先變成頻率適當(dāng)?shù)慕涣餍磐ǔＪ前丫徸兾⑿⌒盘栂茸兂深l率適當(dāng)?shù)慕涣餍盘?，然后用號，然后用交流放大器交流放大器再進(jìn)行放大。再進(jìn)行放大。n調(diào)制：利用調(diào)制：利用緩變信號（低頻）緩變信號（低頻）控制控制高頻振蕩信號高頻振蕩信號，使其隨著緩變信號的變化規(guī)律而變化的過程使其隨著緩變信號的變化規(guī)律而變化的過程n高頻振蕩信號稱為高頻振蕩信號稱為載波載波，控制高頻信號的緩變信，控制高頻信號的緩變信號稱為號稱為調(diào)制信號調(diào)制信號

30、，經(jīng)過調(diào)制的信號稱為，經(jīng)過調(diào)制的信號稱為調(diào)波調(diào)波n解調(diào)：把解調(diào)：把調(diào)制調(diào)制成的交流信號還原成緩變信號的過成的交流信號還原成緩變信號的過程叫程叫解調(diào)解調(diào)。n設(shè)載波的表示式為：設(shè)載波的表示式為：式中，式中，uc-載波電壓的瞬時值載波電壓的瞬時值 Uc-載波電壓的振幅載波電壓的振幅c c- -載波電壓的角頻率載波電壓的角頻率 c-載波電壓的初相角載波電壓的初相角)cos(cccctUun用調(diào)制信號控制載波的用調(diào)制信號控制載波的幅值幅值Uc,使其隨著調(diào)制信使其隨著調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化的過程稱為號的變化規(guī)律而變化的過程稱為調(diào)幅調(diào)幅。調(diào)制以后。調(diào)制以后得到的信號稱為得到的信號稱為調(diào)幅信號調(diào)幅信號。n用

31、調(diào)制信號控制載波的角頻率用調(diào)制信號控制載波的角頻率c c的過程稱為的過程稱為調(diào)調(diào)頻頻。用調(diào)制信號控制載波的初相角。用調(diào)制信號控制載波的初相角c的過程稱為的過程稱為調(diào)相調(diào)相。n為分析方便，忽略初相角，則：為分析方便，忽略初相角，則：n若調(diào)制信號為：若調(diào)制信號為：tUuccccos)(coscsssstUu n經(jīng)過調(diào)幅后，載波的振幅已不是常值，而是時間經(jīng)過調(diào)幅后，載波的振幅已不是常值，而是時間的函數(shù)，調(diào)幅信號的表示式為：的函數(shù)，調(diào)幅信號的表示式為：n式中的式中的m稱為調(diào)幅系數(shù)。調(diào)幅信號的波形如圖所稱為調(diào)幅系數(shù)。調(diào)幅信號的波形如圖所示。將上式展開得：示。將上式展開得：n上式表明調(diào)幅信號包含三個頻率分

32、量，其頻率分上式表明調(diào)幅信號包含三個頻率分量，其頻率分別為別為c c、（、（c c+ +s s）、（）、（c c- -s s）ttmUtUucsccaacos)cos1 (costUmtUmtUttmUtUuscccsccccsccca)cos(2)cos(2coscoscoscos其頻譜如圖所示。其頻譜如圖所示。n產(chǎn)生調(diào)幅信號的器件稱為產(chǎn)生調(diào)幅信號的器件稱為調(diào)幅調(diào)幅器器，它實質(zhì)上是一個，它實質(zhì)上是一個乘法器乘法器。交交流電橋流電橋就是測試電路中常用的就是測試電路中常用的調(diào)調(diào)幅器幅器。若以。若以高頻振蕩信號高頻振蕩信號作為作為供供橋電源橋電源，電橋輸出即為調(diào)幅波，電橋輸出即為調(diào)幅波（三）幅值調(diào)

33、制信號的解調(diào)（三）幅值調(diào)制信號的解調(diào)n最常見的解調(diào)方法有最常見的解調(diào)方法有整流檢波整流檢波和和相敏檢波相敏檢波。在測。在測試技術(shù)中常使用相敏檢波電路。試技術(shù)中常使用相敏檢波電路。n相敏檢波電路的形式很多，過去常采用半導(dǎo)體二相敏檢波電路的形式很多，過去常采用半導(dǎo)體二極管或三極管等極管或三極管等分立元件分立元件實現(xiàn)，現(xiàn)在一般采用實現(xiàn)，現(xiàn)在一般采用集集成電路成電路來實現(xiàn)，比如來實現(xiàn)，比如LZX1，是一種全集成化的全，是一種全集成化的全波相敏整流放大器。它能把輸入的交流信號全波波相敏整流放大器。它能把輸入的交流信號全波整流為直流信號，并具有鑒別輸入信號的相位等整流為直流信號，并具有鑒別輸入信號的相位等

34、功能。功能。n相敏檢波電路輸出的信號包含著被測信號和載波。相敏檢波電路輸出的信號包含著被測信號和載波。一般還需要在其后電路中加入一般還需要在其后電路中加入低通濾波器低通濾波器。電感式傳感器的應(yīng)用電感式傳感器的應(yīng)用n一、位移的測量一、位移的測量n位移測量還包括與位移相關(guān)的膨脹、伸長、尺寸位移測量還包括與位移相關(guān)的膨脹、伸長、尺寸變化等。變化等。n電感式接近傳感器（金屬）電感式接近傳感器（金屬）n連續(xù)油管的橢圓度測量連續(xù)油管的橢圓度測量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circlen裂紋檢測，原理：缺陷造成渦流變化?；疖囕啓z測火車輪檢測油管檢測油管檢測差動變壓器位移

35、傳感器差動變壓器位移傳感器n案例：板的厚度測量案例：板的厚度測量 二、力、壓力的測量二、力、壓力的測量n自感和互感式電感傳感器可進(jìn)行力、壓力、壓力自感和互感式電感傳感器可進(jìn)行力、壓力、壓力差的測量。差的測量。n案例：張力測量案例：張力測量練習(xí)題練習(xí)題n1.差動變壓器式傳感器屬于差動變壓器式傳感器屬于a.物性型傳感器物性型傳感器b.結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器c.電阻式傳感器電阻式傳感器d.電感式傳感器電感式傳感器n2.某自感式傳感器線圈的匝數(shù)為某自感式傳感器線圈的匝數(shù)為n，磁路的磁阻，磁路的磁阻為為Rm，則其自感為，則其自感為a.n/Rmb.n2/Rmc.Rm/nd.n2/Rm2n3.為什么電感式

36、傳感器一般都采用差動形式？為什么電感式傳感器一般都采用差動形式？n4.電渦流式傳感器有兩種電渦流式傳感器有兩種:高頻反射式和低頻透射高頻反射式和低頻透射式式,它們的工作原理它們的工作原理( )a.相同相同 b. 不同不同 c. 部分相同部分相同 d. 不能確定不能確定n5. 電感式傳感器包括電感式傳感器包括( )a. 自感式自感式 b. 互感式互感式 c. 包括包括a b和和d d. 渦流式渦流式7 電容式傳感器電容式傳感器n電容式傳感器是將被測量（壓力、尺寸等）的變電容式傳感器是將被測量（壓力、尺寸等）的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。實際上化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。實際上,它本身（或它本身（或和被和被

37、測物）就是一個測物）就是一個可變電容器可變電容器。 7.1.1工作原理與特性工作原理與特性n以最簡單的平行極板電容器為例說明其工作原理。以最簡單的平行極板電容器為例說明其工作原理。在忽略邊緣效應(yīng)的情況下，平板電容器的電容量在忽略邊緣效應(yīng)的情況下，平板電容器的電容量為：為：FAC0式中式中0真空的介電常數(shù)，真空的介電常數(shù)，(0=8.85410-12F/m）；）；A極板的遮蓋面積（極板的遮蓋面積（m2)；極板間介質(zhì)的相對介電系數(shù)，在空氣中，極板間介質(zhì)的相對介電系數(shù)，在空氣中，=1； 兩平行極板間的距離（兩平行極板間的距離（m）n上式表明，當(dāng)被測量上式表明，當(dāng)被測量、S或或發(fā)生變化時，都會發(fā)生變化時

38、，都會引起電容的變化。引起電容的變化。如果保持其中的兩個參數(shù)不變，如果保持其中的兩個參數(shù)不變，而僅改變另一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換而僅改變另一個參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化為單一電容量的變化，再通過配套的測量電路，再通過配套的測量電路，將電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。將電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。n根據(jù)電容器參數(shù)變化的特性，電容式傳感器可分根據(jù)電容器參數(shù)變化的特性，電容式傳感器可分為：為：極距變化型極距變化型、面積變化型面積變化型和和介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型三種，三種，三種形式的電容器應(yīng)用都很廣。三種形式的電容器應(yīng)用都很廣。7.1.2極距變化型電容傳感器極距變化型電容傳感器

39、n極距變化型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)原理見下圖。根極距變化型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)原理見下圖。根據(jù)上式，如果兩極板相互據(jù)上式，如果兩極板相互覆蓋面積覆蓋面積及及極間介質(zhì)極間介質(zhì)不不變，則當(dāng)兩極板在被測對象作用下發(fā)生位移變化變，則當(dāng)兩極板在被測對象作用下發(fā)生位移變化時所引起的電容量變化為時所引起的電容量變化為 dAdC20n由此可得到傳感器的靈敏度為由此可得到傳感器的靈敏度為 n從上式可看出，從上式可看出，靈敏度靈敏度S與極距平方成反比，與極距平方成反比，極極距愈小，靈敏度愈高距愈小，靈敏度愈高。一般通過減小初始極距來。一般通過減小初始極距來提高靈敏度。由于電容量提高靈敏度。由于電容量C與極距與極距呈非線

40、性關(guān)系，呈非線性關(guān)系，故這將引起故這將引起非線性誤差非線性誤差。為了減小這一誤差，通。為了減小這一誤差，通常規(guī)定測量范圍常規(guī)定測量范圍 。一般取極距變化范。一般取極距變化范圍為圍為 ，另外一般我們讓，另外一般我們讓 此時，傳感器的靈敏度近似為此時，傳感器的靈敏度近似為常數(shù)常數(shù)CAddCS20001 .001.0）（mm11 . 00n實際應(yīng)用中，為了提高傳感器的靈敏度、增大線實際應(yīng)用中，為了提高傳感器的靈敏度、增大線性工作范圍和克服外界條件性工作范圍和克服外界條件(如電源電壓、環(huán)境溫如電源電壓、環(huán)境溫度等度等)的變化對測量精度的影響，常常采用的變化對測量精度的影響，常常采用差動型差動型電容式傳

41、感器電容式傳感器。 7.1.3 面積變化型電容式傳感器面積變化型電容式傳感器n改變極板間覆蓋面積的電容式傳感器，常用的有改變極板間覆蓋面積的電容式傳感器，常用的有角位移型角位移型和和線位移型線位移型兩種。兩種。 n下圖為典型的下圖為典型的角位移型角位移型電容式傳感器。當(dāng)動板有電容式傳感器。當(dāng)動板有一轉(zhuǎn)角時，與定板之間相互覆蓋的面積就發(fā)生變一轉(zhuǎn)角時，與定板之間相互覆蓋的面積就發(fā)生變化，因而導(dǎo)致電容量變化。當(dāng)覆蓋面積對應(yīng)的中化，因而導(dǎo)致電容量變化。當(dāng)覆蓋面積對應(yīng)的中心角為心角為a、極板半徑為、極板半徑為r時，覆蓋面積為時，覆蓋面積為 n電容量為：電容量為：n其靈敏度：其靈敏度：2/2rA220rC

42、 常常數(shù)數(shù)220rddCSn線位移型電容式傳感器有線位移型電容式傳感器有平面線位移型平面線位移型和和圓柱線圓柱線位移型位移型兩種。對于平面線位移型電容式傳感器，兩種。對于平面線位移型電容式傳感器，當(dāng)寬度為當(dāng)寬度為b的動板沿箭頭的動板沿箭頭x方向移動時，覆蓋面積方向移動時，覆蓋面積變化，電容量也隨之變化，電容量為變化，電容量也隨之變化，電容量為 n由于平板型傳感器的可動極板沿由于平板型傳感器的可動極板沿極距極距方向稍有移方向稍有移動就會影響動就會影響測量精度測量精度，因此，一般情況下，變面，因此，一般情況下，變面積型電容式傳感器常做成積型電容式傳感器常做成圓柱形圓柱形。bxC0常常數(shù)數(shù)bdxdC

43、S0n對于圓柱線位移型電容式傳感器，當(dāng)覆蓋長度對于圓柱線位移型電容式傳感器，當(dāng)覆蓋長度x變化時，電容量也隨之變化，其電容為變化時，電容量也隨之變化，其電容為 式中式中x外圓筒與內(nèi)圓筒覆蓋部分長度，外圓筒與內(nèi)圓筒覆蓋部分長度，m； r1、r2外圓筒內(nèi)半徑與內(nèi)圓筒（或內(nèi)圓柱）外圓筒內(nèi)半徑與內(nèi)圓筒（或內(nèi)圓柱）外半徑，即它們的工作半徑，外半徑，即它們的工作半徑，m。 n其靈敏度為：其靈敏度為： 常常數(shù)數(shù)）（1/2ln20rrdxdCS)/ln(212rrxCn由上述可知，面積變化型電容傳感器的由上述可知，面積變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是是輸輸出與輸入成線性關(guān)系出與輸入成線性關(guān)系，但，但缺點(diǎn)缺點(diǎn)是與極板

44、變化型電是與極板變化型電容式傳感器相比，容式傳感器相比，靈敏度較低靈敏度較低，適用于，適用于較大量程較大量程范圍的角位移和直線位移的測量。范圍的角位移和直線位移的測量。7.1.4 介質(zhì)變化型電容傳感器介質(zhì)變化型電容傳感器 n變介電常數(shù)型電容傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。變介電常數(shù)型電容傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。這種傳感器大多用于這種傳感器大多用于測量電介質(zhì)的厚度測量電介質(zhì)的厚度(圖圖a)、位、位移移(圖圖b)、液位、液位(圖圖c)，還可根據(jù)極板間介質(zhì)的介電還可根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量、濃度改變而改變來常數(shù)隨溫度、濕度、容量、濃度改變而改變來測測量溫度、濕度、容量、濃度量溫度、濕度

45、、容量、濃度(圖圖d)等。等。 7.2電容式傳感器的測量電路電容式傳感器的測量電路n將電容量轉(zhuǎn)換成電量將電容量轉(zhuǎn)換成電量 (電壓或電流電壓或電流)的電路稱作的電路稱作電電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路，它們的種類很多，目前，它們的種類很多，目前較常采用的有較常采用的有電橋電路電橋電路、諧振電路諧振電路、調(diào)頻電路調(diào)頻電路及及運(yùn)算放大電路、脈沖寬度調(diào)制電路運(yùn)算放大電路、脈沖寬度調(diào)制電路等等 一、一、 電橋電路電橋電路 n如圖為橋式轉(zhuǎn)換電路。圖如圖為橋式轉(zhuǎn)換電路。圖(a)為單臂接法的橋式為單臂接法的橋式測量電路，高頻電源經(jīng)變壓器接到電容橋的一個測量電路，高頻電源經(jīng)變壓器接到電容橋的一個對角

46、線上，電容對角線上，電容C1、C2、C3、Cx構(gòu)成電橋的四臂，構(gòu)成電橋的四臂，Cx為電容傳感器。交流電橋平衡時：為電容傳感器。交流電橋平衡時： C1/C2=Cx/C3當(dāng)當(dāng)Cx改變時，改變時，UO0，有輸出電壓。，有輸出電壓。n在圖在圖(b)中，接有差動電容傳感器，其空載輸出中，接有差動電容傳感器，其空載輸出電壓可用下式表示：電壓可用下式表示： Uo=（Cx1-Cx2）/（Cx1+Cx2）（U/2） = （C/C0）（U/2）式中式中 C0 傳感器的初始電容值；傳感器的初始電容值；C 傳感器傳感器電容的變化值。電容的變化值。該線路的輸出還應(yīng)經(jīng)過該線路的輸出還應(yīng)經(jīng)過相敏檢波電路相敏檢波電路才能分辨

47、才能分辨UO的相位。的相位。n實際的電橋電路應(yīng)該如下圖示：實際的電橋電路應(yīng)該如下圖示：二、調(diào)頻電路二、調(diào)頻電路n這種電路是將電容式傳感器作為這種電路是將電容式傳感器作為LC振蕩器振蕩器諧振諧振回路的一部分，或作為晶體振蕩器中的石英晶體回路的一部分，或作為晶體振蕩器中的石英晶體的的負(fù)載電容負(fù)載電容。當(dāng)電容傳感器工作時，。當(dāng)電容傳感器工作時，電容電容Cx發(fā)生發(fā)生變化，使振蕩器的頻率變化，使振蕩器的頻率f 發(fā)生相應(yīng)的變化。由于振發(fā)生相應(yīng)的變化。由于振蕩器的頻率受電容式傳感器的電容調(diào)制，這樣就蕩器的頻率受電容式傳感器的電容調(diào)制，這樣就實現(xiàn)了實現(xiàn)了Cf 的變換，故稱為的變換，故稱為調(diào)頻電路調(diào)頻電路。下圖

48、為。下圖為LC振蕩器調(diào)頻電路方框圖。振蕩器調(diào)頻電路方框圖。調(diào)頻振蕩器調(diào)頻振蕩器的的頻率頻率可由可由下式?jīng)Q定：下式?jīng)Q定：f=1/（2LC）n式中式中 L振蕩回路電感；振蕩回路電感；C振蕩回路總電振蕩回路總電容。容。n振蕩器輸出的高頻電壓是一個受被測量控制的振蕩器輸出的高頻電壓是一個受被測量控制的調(diào)調(diào)頻波頻波，頻率的變化在，頻率的變化在鑒頻器鑒頻器中變換為電壓幅度的中變換為電壓幅度的變化，經(jīng)過放大器放大后就可用儀表來指示。變化，經(jīng)過放大器放大后就可用儀表來指示。限幅器鑒頻器放大器調(diào)頻振蕩器三、諧振電路三、諧振電路 n下圖所示為諧振式電路的原理框圖，下圖所示為諧振式電路的原理框圖，電容傳感器電容傳感

49、器的電容的電容Cx作為諧振回路作為諧振回路(L2、C2、Cx)的調(diào)諧電容的的調(diào)諧電容的一部分。諧振回路通過一部分。諧振回路通過電感藕合電感藕合，從穩(wěn)定的，從穩(wěn)定的高頻高頻振蕩器振蕩器取得取得振蕩電壓振蕩電壓。當(dāng)傳感器電容發(fā)生變化時，。當(dāng)傳感器電容發(fā)生變化時，使得諧振回路的阻抗發(fā)生相應(yīng)的變化，而這個變使得諧振回路的阻抗發(fā)生相應(yīng)的變化，而這個變化被轉(zhuǎn)換為電壓或電流，再經(jīng)過放大、檢波即可化被轉(zhuǎn)換為電壓或電流，再經(jīng)過放大、檢波即可得到相應(yīng)的輸出。得到相應(yīng)的輸出。n為了獲得較好的為了獲得較好的線性關(guān)系線性關(guān)系，一般諧振電路的工作，一般諧振電路的工作點(diǎn)選在諧振曲線的線性區(qū)域內(nèi)最大振幅點(diǎn)選在諧振曲線的線性區(qū)

50、域內(nèi)最大振幅70%附近附近的地方，且工作范圍選在的地方，且工作范圍選在BC段內(nèi)。段內(nèi)。 n這種電路的這種電路的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是比較是比較靈活靈活；缺點(diǎn)缺點(diǎn)是是工作點(diǎn)不易工作點(diǎn)不易選好選好，變化范圍也較窄變化范圍也較窄，傳感器連接電纜的，傳感器連接電纜的雜散雜散電容電容對電路的影響較大，同時為了提高測量精度，對電路的影響較大，同時為了提高測量精度，要求要求振蕩器的頻率振蕩器的頻率具有很高的具有很高的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。 四、脈沖寬度調(diào)制電路（四、脈沖寬度調(diào)制電路（PWM電路）電路） n脈沖寬度調(diào)制電路是利用脈沖寬度調(diào)制電路是利用對傳感器電容的充放電對傳感器電容的充放電，使電路輸出脈沖的寬度隨電容傳感器的電容

51、量變使電路輸出脈沖的寬度隨電容傳感器的電容量變化而改變，通過化而改變，通過低通濾波器低通濾波器得到對應(yīng)于被測量變得到對應(yīng)于被測量變化的直流信號。脈沖寬度調(diào)制電路如圖所示化的直流信號。脈沖寬度調(diào)制電路如圖所示五、運(yùn)算放大電路五、運(yùn)算放大電路n變極距型電容式傳感器變極距型電容式傳感器的極距變化與電容變化量的極距變化與電容變化量成成非線性關(guān)系非線性關(guān)系。這一缺點(diǎn)使電容式傳感器的應(yīng)用。這一缺點(diǎn)使電容式傳感器的應(yīng)用受到了一定的限制。采用受到了一定的限制。采用比例運(yùn)算放大器電路比例運(yùn)算放大器電路，可以使輸出電壓與位移的關(guān)系轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系?？梢允馆敵鲭妷号c位移的關(guān)系轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。如圖所示如圖所示n反饋回路

52、中的反饋回路中的Cx為極距變化型電容式傳感器的輸為極距變化型電容式傳感器的輸入電路，采用固定電容入電路，采用固定電容C0，u0為穩(wěn)定的工作電壓。為穩(wěn)定的工作電壓。由于放大器的高輸入阻抗和高增益特性，比例器由于放大器的高輸入阻抗和高增益特性，比例器的運(yùn)算關(guān)系為：的運(yùn)算關(guān)系為： 代入代入 得：得：n由上式可知，輸出電壓與電容傳感器的間隙成由上式可知，輸出電壓與電容傳感器的間隙成線線性關(guān)系性關(guān)系。 ACuuy000 xyCCuu00ACx07.3 電容式傳感器的特點(diǎn)與應(yīng)用電容式傳感器的特點(diǎn)與應(yīng)用n1.主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)1）輸入能量小而靈敏度高）輸入能量小而靈敏度高 如一種如一種250mm量程電容式位移傳感器，精量程電容式位移傳感器，精度可達(dá)到度可達(dá)到5m2）電參量相對變化大。）電參量相對變化大。 比如電容式壓力傳感器的電容相對變化：比如電容式壓力傳感器的電容相對變化：C/C 100%-200%傳感器信噪比大，穩(wěn)定性傳感器信噪比大，穩(wěn)定性好好3）動態(tài)特性好）動態(tài)特性好4）能量損耗小）能量損耗小5）結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性好。）結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性好。n2.主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)1）非線性大，特別是極距變化型。所以一般可）非線性大，特別是極距變化型。所以一般可采用差動式結(jié)構(gòu)來改善采用差動式結(jié)構(gòu)