16电容式传感器测量电路

4.3测量电路现代检测技术A主要内容教学目标了解电容式传感器的等效电路；了解电容式传感器的几种测量电路；掌握电桥测量电路的输出特性；掌握运算放大器式测量电路，分析其输出特性教学内容介绍电容式传感器的等效电路，分析高频时存在问题，并提出解决方法；介绍电桥电路、二极管双T型电路、差动脉冲调宽电路、运算放大器式电路及调频电路等测量电路的电路结构及输出特性

4.3测量电路1电容传感器的等效电路包括:传感器电容C；A、B两端导线分布电容CpCpC0;传输线的电感L、电阻R小；极板等效漏电阻Rg低频时，L、R可忽略；高频时，L、R不可忽略，工作频率10MHz以上要考虑电缆电感L的影响，这时相当于有一LC串联电路，有一个谐振频率f°当f=f0时串联

4.3测量电路解决的方法•屏蔽电容转换元件，消除静电场和交变磁场；•前级紧靠转换元件装在同一壳体内避免信号长距离传输;•驱动电缆技术连接电缆采用双层屏蔽，内屏蔽与外屏蔽的导线电位相同，跟随器使传输电缆与内屏蔽层等电位，屏蔽线上有随传感器信号变化的电压（所以称驱动电缆），从而消除芯线对内层屏蔽层的容性漏电，减小寄生电容的影响

4.3测量电路电容传感器中电容值变化都很微小，必须通过测量电路将电容变化转换为电流、电压、频率的变化2）电桥电路变压器式交流电桥测量系统电容传感器为C”C2两个桥臂为差动形式动极板交流电桥的输出电压为JUZf2Z2+ZJ-C[—顶以2U2G+代入:

4.3测量电路极板在中间位置时£S切）+将上式带入后，输出电压与位移变化成理想线性关系:3二极管双T型电路煌高频对称方波电源，％、D二极管，特性相同；C2传感器差动电容；R2为固定电阻，化负载一个周期内Rl上的平均电压为亏RL顼*宾以0-c2=MUEfc}-c

24.3测量电路工作原理分析t0电路接通，G充电至Uc户UE;t=tn禺负半周%截止，导通负载上电流I』=I/（放电）+顷t=t2缶正半周%导通，截止负载上电流IL，（电源）+12（放电）

4.3测量电路4）差动脉冲调宽电路电路组成A「A比较器；FF双稳态触发器作输出;VD1Vd2与电阻％、R2组成充放电回路;电容Cxi、Cx2为传感器差动电容C『C2Uc、Ud放电时间相同，输出平均电压Uo=O;

4.3测量电路输出电压与两个充放电回路时间常数的差成正比T=RC若R1=R2输出电压与两个传感器电容的差值成正比

4.3测量电路5）运算放大器式电路C固定电容，Cx传感器电容，设K为理想运放，a虚地；设开环放大器有高的输入阻抗输入u.t=—jg输出u°=-u阜X对于单极板平板电容器传感器，输出电压U0与机械位移5成线性关系，解决了单电容的非线性关系问题6）调频电路调频测量电路把电容传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当输入被测信号使电容发生变化时，振荡器的振荡频率发生变化由于系统是非线性的，必须加入鉴频器将频率变化转化换为电压的变化5-VCx尹L{振荡器业一限幅放大器—^―鉴频器q电容变换器介绍电容式传感器的等效电路、高频时存在问题及解决办法；介绍各种电容式传感器的测量电路及其输出特性；分析运算放大器式电路对输出线性度的改善。