传感器与检测技术34电容式传感器-2

1、3.4 电容式传感器3.4.1 电容式传感器的工作原理3.4.2 电容式传感器主要性能3.4.3 电容式传感器的特点和设计要点3.4.4 电容式传感器等效电路电容式传感器等效电路3.4.5 电容式传感器测量电路3.4.6 电容式传感器的应用3.4.7 容栅式传感器3.4.4 电容式传感器等效电路L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感；r由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成；C0为传感器本身的电容Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容Rg是极间等效漏电阻极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗和介质损耗rC0CPRgL低频等效电路 传感器电容的阻抗非常大，L和

2、r的影响可忽略等效电容C=C0+Cp，等效电阻ReRg CRg高频等效电路 电容的阻抗变小，L和r的影响不可忽略，漏电的影响可忽略 ，其中C=C0+Cp，而rer reCLRCjLjCje11LCCCe21由于电容传感器电容量一般都很小，电源频率即使采用几兆赫，容抗仍很大，而R很小可以忽略，因此 此时电容传感器的等效灵敏度为 2222)1 ()1/(LCkdLCCdCkgee当电容式传感器的供电电源频率较高时，传感器的灵敏度由kg变为ke，ke与传感器的固有电感（包括电缆电感）有关，且随变化而变化。 3.4 电容式传感器3.4.1 电容式传感器的工作原理3.4.2 电容式传感器主要性能3.4.

3、3 电容式传感器的特点和设计要点3.4.4 电容式传感器等效电路3.4.5 电容式传感器测量电路电容式传感器测量电路3.4.6 电容式传感器的应用3.4.7 容栅式传感器3.4.5 电容式传感器测量电路 (1) 运算放大器电路(2) 脉宽调制电路(3) 调频电路(4) 双T型电桥电路(1). 运算放大器式电路 ：能克服变极距型电容传感器的非线性 Cx是传感器电容C是固定电容u0是输出电压信号 运算放大器式电路原理图uC-ACxu0由运算放大器工作原理可知 uj Cj CuCCuxx011 / ()/ ()( )/xCSd0 uCudS 假设放大器开环放大倍数A=，输入阻抗Zi= 因此仍然存在一

4、定的非线性误差，但一般A和Zi足够大，所以这种误差很小。 (2). 差动脉冲调宽电路 利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号 uAB经低通滤波后，就可得到一直流电压U0为 12121121212110UTTTTUTTTUTTTUUUBA式中UA、UBA点和B点的矩形脉冲的直流分量； T1、T2 分别为C1和C2的充电时间； U1触发器输出的高电位。C1、C2的充电时间TR CUUUr11111lnTR CUUUr22211ln式中 Ur触发器的参考电压 设R1=R2=R，则得 UCCCCUr01212：设电容C1和C2

5、的极间距离和面积分别为d1、d2和S1、S2 差动变极距型差动变面积型 21021EddUUddEUSSSSU12210差动脉冲调宽电路能适用于任何 差动式电容式传感器 并具有理论上的线性特性 (3) 调频电路)(212101CCCCLLCfi当被测信号为零时，C=0，振荡器有一个固有振荡频率f0，)(21010CCCLfi当被测信号不为零时，c0，此时频率为 ffCCCCLfi001)(21具有较高的灵敏度，可测至0.01m级位移变化量易于用数字仪器测量，并与计算机通讯，抗干扰能力强 (4)二极管双T型电路 电源为正半周D1短路D2开路，电容C1被充电影响不予考虑，电容C2的电压初始值为UE 若二极管理想化，当电源为正半周时，电路等效成一阶电路UERRRULLEiC2C2U0RRLR电路的特点 :线路简单，可全部放在探头内，大大缩短了电容引线、减小了分布电容的影响；电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高度稳定；输出阻抗为R，而与电容无关，克服了电容式传感器高内阻的缺点；适用于具有线性特性的单组式和差动式电容