4 電容傳感器

1、第第4 4章章 電容式傳感器電容式傳感器 將非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘康淖兓?，進(jìn)而轉(zhuǎn)將非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萘康淖兓M(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?、電流變化變?yōu)殡妷骸㈦娏髯兓?可測(cè)位移、壓力、物料、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等可測(cè)位移、壓力、物料、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等參量參量下頁下頁返回返回圖庫圖庫第第4章章 電容式傳感器電容式傳感器電容量與極板的形狀大小極板間介質(zhì)有關(guān)：電容式并聯(lián)：C=C1+C2+電容式串聯(lián)：傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型 。1231111.CCCC( ,)CfS第4章電容式傳感器由絕緣介質(zhì)分開的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容器，當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)影響時(shí)，其電容量與真空介電常數(shù)0 (8.8461012F/m)、極板

2、間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)r、極板的有效面積S以及兩極板間的距離有關(guān)：同軸式電容：R1,R2-圓柱電極的外,內(nèi)半徑/CS212ln ()LCRR 4.1 電容式傳感器的工作原理及類型電容式傳感器的工作原理及類型 電容式傳感器是將被測(cè)量電容式傳感器是將被測(cè)量( (如尺寸、壓力等如尺寸、壓力等) )的變化的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的轉(zhuǎn)換成電容量變化的-種傳感器。種傳感器。1 1 工作原理工作原理 由物理學(xué)可知，兩個(gè)平行金屬極板組成的電容器，由物理學(xué)可知，兩個(gè)平行金屬極板組成的電容器，如果不考慮其邊緣效應(yīng)，其電容為如果不考慮其邊緣效應(yīng)，其電容為 S S C C = = d d式中式中 兩個(gè)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)

3、；兩個(gè)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)； S S兩個(gè)極板相對(duì)有效面積；兩個(gè)極板相對(duì)有效面積； d d兩個(gè)極板間的距離兩個(gè)極板間的距離下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫下頁下頁上頁上頁返回返回由上式可知，改變電容由上式可知，改變電容C C的方法有三種，其一為改變介的方法有三種，其一為改變介質(zhì)的介電常數(shù)質(zhì)的介電常數(shù)；其二為改變形成電容的有效面積；其二為改變形成電容的有效面積；其三為改變兩個(gè)極板間的距離。而得到電參數(shù)的輸出其三為改變兩個(gè)極板間的距離。而得到電參數(shù)的輸出為電容值的增量為電容值的增量CC，這就成了電容式傳感器。，這就成了電容式傳感器。2 2 類型類型 根據(jù)上述原理，在應(yīng)用中電容式傳感器可以根據(jù)上述原理

4、，在應(yīng)用中電容式傳感器可以有三種基本類型，即變極距有三種基本類型，即變極距( (或稱變間隙）型、變面積或稱變間隙）型、變面積型和變介電常數(shù)型。型和變介電常數(shù)型。它們的電極形狀有平板形、圓柱形和球平面形三種。它們的電極形狀有平板形、圓柱形和球平面形三種。4.1 電容式傳感器的工作原理及類型電容式傳感器的工作原理及類型圖庫圖庫圖圖4-1 變極距型電容傳感器結(jié)構(gòu)變極距型電容傳感器結(jié)構(gòu)下頁下頁上頁上頁返回返回4.1 電容式傳感器的工作原理及類型電容式傳感器的工作原理及類型圖庫圖庫4.2 電容傳感器的靈敏度及非線性電容傳感器的靈敏度及非線性1先討論先討論變極距型變極距型的平板電容傳感器的靈敏度。假設(shè)極板

5、間的平板電容傳感器的靈敏度。假設(shè)極板間只有一種介質(zhì)，如圖只有一種介質(zhì)，如圖4-1情況。情況。 對(duì)單極式電容表達(dá)式為：對(duì)單極式電容表達(dá)式為： 其初始電容值為：其初始電容值為： 當(dāng)極板距離有一個(gè)增量當(dāng)極板距離有一個(gè)增量d時(shí)，則傳感器電容為：時(shí)，則傳感器電容為：dsC00dsCCCddsC 00)( 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫靈敏度靈敏度k為為 只有比值只有比值 d/d0 很小時(shí)才可認(rèn)為是接近線性關(guān)系，這就意味很小時(shí)才可認(rèn)為是接近線性關(guān)系，這就意味著使用這種形式傳感器時(shí)，被測(cè)量范圍不應(yīng)太大。著使用這種形式傳感器時(shí)，被測(cè)量范圍不應(yīng)太大。 3200001dddddddCdCk下頁下頁上頁上頁返回返

6、回4.2 電容傳感器的靈敏度及非線性電容傳感器的靈敏度及非線性圖庫圖庫 為在比較大的范圍內(nèi)使用此種傳感器，可適當(dāng)?shù)卦龃髽O為在比較大的范圍內(nèi)使用此種傳感器，可適當(dāng)?shù)卦龃髽O板間的初始距離板間的初始距離 d0 ，以保證比值，以保證比值 d/d0不致過大，但會(huì)不致過大，但會(huì)帶來靈敏度下降的缺點(diǎn)，同時(shí)也使電容傳感器的初始值帶來靈敏度下降的缺點(diǎn)，同時(shí)也使電容傳感器的初始值減小，寄生電容的干擾作用將增加。減小，寄生電容的干擾作用將增加。 常采用差分式電容傳感器常采用差分式電容傳感器下頁下頁上頁上頁返回返回4.2 電容傳感器的靈敏度及非線性電容傳感器的靈敏度及非線性圖庫圖庫2 變面積型電容傳感變面積型電容傳感

7、下頁下頁上頁上頁返回返回4.2 電容傳感器的靈敏度及非線性電容傳感器的靈敏度及非線性圖庫圖庫()SSSCdd4.1 電容式傳感器的工作原理及類型電容式傳感器的工作原理及類型 3 變介電常數(shù)型電容傳感變介電常數(shù)型電容傳感00 x21212h2 ()hCln(/ )ln(/ )Crrrr 圖 ： 圖(b)中兩平行極板固定不動(dòng)，極距為0，相對(duì)介電常數(shù)為r2的電介質(zhì)以不同深度插入電容器中，從而改變兩種介質(zhì)的極板覆蓋面積。傳感器的總電容量C為兩個(gè)電容C1和C2的并聯(lián)結(jié)果。3 3 變介質(zhì)型電容傳感器變介質(zhì)型電容傳感器lllbCCCrr20100021)( 變面積和變介電常數(shù)型電容傳感器具有很好變面積和變介

8、電常數(shù)型電容傳感器具有很好的線性。但它們的結(jié)論都是忽略了邊緣效應(yīng)得到的線性。但它們的結(jié)論都是忽略了邊緣效應(yīng)得到的。實(shí)際上由于邊緣效應(yīng)仍存在非線性問題，且的。實(shí)際上由于邊緣效應(yīng)仍存在非線性問題，且靈敏度下降，但比變極距型好得多。靈敏度下降，但比變極距型好得多。下頁下頁上頁上頁返回返回4.2 電容傳感器的靈敏度及非線性電容傳感器的靈敏度及非線性圖庫圖庫1 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，易于保證高的精度，可以做得非常小巧，以實(shí)現(xiàn)某些特殊的測(cè)量；能工作在高溫，強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等惡劣的環(huán)境中，可以承受很大的溫度變化，承受高壓力，高沖擊，過載等；能測(cè)量超高溫和低壓差，也能對(duì)帶

9、磁工作進(jìn)行測(cè)量。4.3 電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路.動(dòng)態(tài)響應(yīng)好動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 電容式傳感器由于帶電極板間的靜電引力很?。s幾個(gè)105N），需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾兆Hz的頻率下工作，特別適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)。4.3 電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路.可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng) 例如 非接觸測(cè)量回轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)或偏心率、小型滾珠軸承的徑向間隙等。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí)，電容式傳感器

10、具有平均效應(yīng)，可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。 電容式傳感器除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還因其帶電極板間的靜電引力很小，所需輸入力和輸入能量極小，因而可測(cè)極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力高，能敏感0.01m 甚至更小的位移；由于其空氣等介質(zhì)損耗小，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)并接成電橋式時(shí)產(chǎn)生的零殘極小，因此允許電路進(jìn)行高倍率放大，使儀器具有很高的靈敏度。4.3 電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路2.缺點(diǎn)缺點(diǎn).輸出阻抗高，負(fù)載能力差輸出阻抗高，負(fù)載能力差電容式傳感器的容量受其電極的幾何尺寸等限制，一般微幾十導(dǎo)幾百皮法，其值只有幾個(gè)皮法，使 傳感器的輸出阻抗很高，尤其當(dāng)采用音頻

11、范圍內(nèi)的交流電源時(shí)，輸出阻抗高達(dá)108106。因此傳感器的負(fù)載能力很差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至無法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設(shè)計(jì)和使用帶來極大的不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十兆歐以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響儀器的性能（如靈敏度降低），為此還要特別注意周圍的環(huán)境如濕度、清潔度等。4.3 電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路 若采用高頻供電，可降低傳感器輸出阻抗，但高頻放大、傳輸遠(yuǎn)比低頻的復(fù)雜，且寄生電容影響大，不易保證工作十分穩(wěn)定。.寄生電容影響大寄生電容影響大 電容式傳感器的初始電容量小，而連接傳感器和電子線路的引線電纜電容（1

12、2m導(dǎo)線可達(dá)800pF）、電子線路的雜散電容以及傳感器內(nèi)極板于其周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等所謂“寄生電容”卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容（如電纜電容）常常是隨機(jī)變化的，將使儀器工作很不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度。因此對(duì)電纜的選擇、安裝、接法都有要求。4.3 電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路4.3.2 等效電路等效電路 前面各種電容傳感器的特性分析，都是在純電容的條件下進(jìn)行的。這在可忽略傳感器附加損耗的一般情況下也是可行的。若考慮電容傳感器在高溫、高濕及高頻激勵(lì)的條件下工作而不可忽視其附加損耗和電效應(yīng)影響時(shí)，其等效電路如圖所示。電容傳感器的等效電路 4.3 電容式傳感器的等效電路電

13、容式傳感器的等效電路 圖中C為傳感器電容，Rp為低頻損 耗并聯(lián)電阻，它包含極板間漏電和介質(zhì)損耗；R為高濕、高溫、高頻激勵(lì)工作時(shí)的串聯(lián)損耗電組，它包含導(dǎo)線、極板間和金屬支座等損耗電阻；L為電容器及引線電感；Cp為寄生電容。可見，在實(shí)際應(yīng)用中，特別在高頻激勵(lì)時(shí)，尤需考慮L的存在，會(huì)使傳感器有效電容Ce變化，從而使得傳感器等效靈敏度ke的改變 在這種情況下，每當(dāng)改變激勵(lì)頻率或者更換傳輸電纜時(shí)都必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)重新進(jìn)行標(biāo)定。LCCCe214.3 電容式傳感器的等效電路電容式傳感器的等效電路例題例題 一只電容位移傳感器如習(xí)題圖一只電容位移傳感器如習(xí)題圖4-7所示，由四塊置于空氣中的所示，由四塊置于空氣中的

14、平行平板組成。板平行平板組成。板A、C和和D是固定極板；板是固定極板；板B是活動(dòng)極板，其厚是活動(dòng)極板，其厚度為度為t，它與固定極板的間距為，它與固定極板的間距為d。B、C和和D極板的長(zhǎng)度均為極板的長(zhǎng)度均為a，A板的長(zhǎng)度為板的長(zhǎng)度為2a，各板寬度為，各板寬度為b。忽略板。忽略板C和和D的間隙及各板的邊的間隙及各板的邊緣效應(yīng)，試推導(dǎo)活動(dòng)極板刀從中間位置移動(dòng)緣效應(yīng)，試推導(dǎo)活動(dòng)極板刀從中間位置移動(dòng)x=a/2時(shí)電容時(shí)電容CAC和和CAD的表達(dá)式的表達(dá)式(x=0時(shí)為對(duì)稱位置時(shí)為對(duì)稱位置)。第4章電容式傳感器解：第4章電容式傳感器CAC是是CAB與與CBC串聯(lián)，串聯(lián)，CAD是是CAB與與CBD串聯(lián)。串聯(lián)。C

15、AB=CBC=0ab/d （1）當(dāng)動(dòng)極板向左位移）當(dāng)動(dòng)極板向左位移a/2時(shí)，完全與時(shí)，完全與C極板相對(duì)，此時(shí)極板相對(duì)，此時(shí)CAC=CAB/2=CBC/2=0ab/4d； CAD=0ab/(2d+t)。（2）同理，當(dāng)動(dòng)極板向右移）同理，當(dāng)動(dòng)極板向右移a/2時(shí)，與上相仿有時(shí)，與上相仿有CAC =0ab/(2d+t)；CAD=0ab/4d4.4 電容式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)電容式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)4.4.1保證絕緣材料的絕緣性能保證絕緣材料的絕緣性能 必須從選材、結(jié)構(gòu)、加工工藝等方面來減小溫必須從選材、結(jié)構(gòu)、加工工藝等方面來減小溫度等誤差和保證絕緣材料具有高的絕緣性能。度等誤差和保證絕緣材料具有高的絕緣性能

16、。4.4.2消除和減小邊緣效應(yīng)消除和減小邊緣效應(yīng) 邊緣效應(yīng)不僅使電容式傳感器的靈敏度降低而邊緣效應(yīng)不僅使電容式傳感器的靈敏度降低而且產(chǎn)生非線性，因此應(yīng)盡量消除或減小它。且產(chǎn)生非線性，因此應(yīng)盡量消除或減小它。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫2.邊緣效應(yīng)邊緣效應(yīng)第4章電容式傳感器當(dāng)極板厚度h與極距之比相對(duì)較大時(shí)，邊緣效應(yīng)的影響就不能忽略。這時(shí)，對(duì)極板半徑為r的變極距型電容傳感器，其電容值應(yīng)按下式計(jì)算：)(116ln20hfrrrCr(4-23) 邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的靈敏度降低，而且產(chǎn)生非線性。 為了消除邊緣效應(yīng)的影響，可以采用帶有保護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)，如圖4.10所示。保護(hù)環(huán)與定極板同心、電氣上絕緣

17、且間隙越小越好，同時(shí)始終保持等電位，以保證中間工作區(qū)得到均勻的場(chǎng)強(qiáng)分布，從而克服邊緣效應(yīng)的影響。為減小極板厚度，往往不用整塊金屬板做極板，而用石英或陶瓷等非金屬材料，蒸涂一薄層金屬作為極板。第4章電容式傳感器第4章電容式傳感器 為消除邊緣效應(yīng)的影響，可以采用帶有保護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)，如下圖所示。保護(hù)環(huán)與定極板同心、電氣上絕緣且間隙越小越好，同時(shí)始終保持等電位，以保證中間工作區(qū)得到均勻的場(chǎng)強(qiáng)分布，從而克服邊緣效應(yīng)的影響。為減小極板厚度，往往不用整塊金屬板做極板，而用石英或陶瓷等非金屬材料，蒸涂一薄層金屬作為極板。4.4 電容式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)電容式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 4.4.3消除和減小寄生電容的影響消除

18、和減小寄生電容的影響 寄生電容與傳感器電容相關(guān)聯(lián)，影響傳感器的靈寄生電容與傳感器電容相關(guān)聯(lián)，影響傳感器的靈 敏度，而它的變化則為虛假信號(hào)影響儀器的精度，敏度，而它的變化則為虛假信號(hào)影響儀器的精度，必須消除和減小它。必須消除和減小它。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫4.4 電容式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)電容式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)消除和減小寄生電容可采用如下方法消除和減小寄生電容可采用如下方法： 增加原始電容值可減小寄生電容的影響。增加原始電容值可減小寄生電容的影響。 注意傳感器的接地和屏蔽。注意傳感器的接地和屏蔽。 將傳感器與電子線路的前置級(jí)將傳感器與電子線路的前置級(jí)(集成化集成化)裝在一個(gè)殼體內(nèi)，裝在一

19、個(gè)殼體內(nèi)， 省去傳感器至前置級(jí)的電纜。省去傳感器至前置級(jí)的電纜。 采用采用驅(qū)動(dòng)電線驅(qū)動(dòng)電線技術(shù)技術(shù)(也稱也稱雙層屏蔽等位傳輸雙層屏蔽等位傳輸技術(shù)技術(shù))。 采用運(yùn)算放大器法采用運(yùn)算放大器法 整體屏蔽法。整體屏蔽法。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫1 1 運(yùn)算放大器電路運(yùn)算放大器電路這種電路不需要載頻和附加解調(diào)線路，無波形和相移失真；輸出信號(hào)只需要通過低通濾波器引出； 對(duì)變極距和變面積的電容傳感器均可獲得線性輸出。這種脈寬調(diào)制線路也便于與傳感器做在一起，從而使傳輸誤差和干擾大大減小。下圖為其電原理圖。Cx為傳感器電容，它跨接在高增益運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間。放大器的輸入阻抗很高(Zi)，因此

20、可視作理想運(yùn)算放大器。其輸出端輸出一與Cx成反比的電壓U0，即. 0,0aUI由放大器工作原理：則.xIoI.01fUijIC 對(duì)于變極距型電容傳感器(Cx0rS/)，上式可寫為.1xxUojIC .finCUoUKS 該運(yùn)算放大器測(cè)量電路的最大特點(diǎn)？該運(yùn)算放大器測(cè)量電路的最大特點(diǎn)？ 4.4.4防止和減小外界干擾防止和減小外界干擾 屏蔽和接地。屏蔽和接地。 增加原始電容值以降低容抗。增加原始電容值以降低容抗。 導(dǎo)線和導(dǎo)線要離得遠(yuǎn)，以減小導(dǎo)線間分布電容的靜電感應(yīng)。導(dǎo)線和導(dǎo)線要離得遠(yuǎn)，以減小導(dǎo)線間分布電容的靜電感應(yīng)。導(dǎo)線要盡可能短，最好成直角排列，必須平行排列時(shí)可采導(dǎo)線要盡可能短，最好成直角排列，

21、必須平行排列時(shí)可采用同軸屏蔽線。用同軸屏蔽線。 盡可能一點(diǎn)接地，避免多點(diǎn)按地。地線要用粗的良導(dǎo)體或盡可能一點(diǎn)接地，避免多點(diǎn)按地。地線要用粗的良導(dǎo)體或?qū)捰≈凭€。寬印制線。 盡量采用差分式電容傳感電路，可減小非線性誤差，提高盡量采用差分式電容傳感電路，可減小非線性誤差，提高傳感器靈敏度，減小寄生電容的影響和干擾。傳感器靈敏度，減小寄生電容的影響和干擾。 4.4 電容式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)電容式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫4.5 電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路 電容式傳感器把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)電容式傳感器把被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)C0，從而使信，從而使信號(hào)能傳輸、放大、運(yùn)

22、算、處理、指示、記錄、控制，號(hào)能傳輸、放大、運(yùn)算、處理、指示、記錄、控制，得到所需的測(cè)量結(jié)果或控制某些設(shè)備工作。得到所需的測(cè)量結(jié)果或控制某些設(shè)備工作。 同時(shí)，還根據(jù)需要將電路參數(shù)同時(shí)，還根據(jù)需要將電路參數(shù)C進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電壓、進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電壓、電流、頻率等電量參數(shù)。電流、頻率等電量參數(shù)。 目前這樣的轉(zhuǎn)換電路種類很多，一般歸結(jié)為兩大類型目前這樣的轉(zhuǎn)換電路種類很多，一般歸結(jié)為兩大類型 調(diào)制型：調(diào)頻，調(diào)幅調(diào)制型：調(diào)頻，調(diào)幅（平衡電橋）（平衡電橋） 脈沖型脈沖型(或稱為電容充放電器或稱為電容充放電器)下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫4.5 電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路交流電橋電路交流電橋

23、電路 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫3124ZZZZ電橋平衡條件：1120121212122E-U =-E=E+C-=EC+XxXxZZ ZZZZZCC4.5 電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路電容式傳感器的轉(zhuǎn)換電路變壓器電橋電路變壓器電橋電路 RL 無窮大時(shí)無窮大時(shí)對(duì)變間隙型電容傳感器，)/();/(002001ACAC.UoE 可見，對(duì)變極距型差動(dòng)電容傳感器的變壓器電橋，可見，對(duì)變極距型差動(dòng)電容傳感器的變壓器電橋，在負(fù)載阻抗極大時(shí)，其輸出特性呈線性。在負(fù)載阻抗極大時(shí)，其輸出特性呈線性。 電路原理如圖(a)。供電電壓是幅值為UE、周期為T、占空比為50的方波。若將二極管理想化，則當(dāng)電源為正半周時(shí)， V

24、D1導(dǎo)通、VD2截止，C2放電，對(duì)C1充電，等效電路如圖(b);當(dāng)電源為負(fù)半周時(shí)，VD2導(dǎo)通、VD1截止，C1放電，對(duì)C2充電，等效電路如圖(c)。3 、二極管雙、二極管雙T形電路形電路C2C1C1C2UERLRLRRRR+iC1iC2iC1iC2(b)(c)UE當(dāng)傳感器沒有位移輸入時(shí)，C1C2，RL在一個(gè)周期內(nèi)流過的平均電流為零，無電壓輸出。當(dāng)C1或C2變化時(shí)，RL上產(chǎn)生的平均電流將不為零，因而有信號(hào)輸出。tc111L01c22L12L1: U-i dtiiCUiiiiiLLERRERR負(fù)半周/ 1(1)tLLEIeRR1(2)1LLRRR CRR3 、二極管雙、二極管雙T形電路形電路/ 2

25、: (1)tLLEIeRR正半周2(2)2ffRRR CRR120121221()2*()()12TLLkkLLIIId tTRRERfCCCeCeRRfT L平 均 電 流 ：L121,2(2)(2)LLLRRRRKKRfC RRRfCRR3 、二極管雙、二極管雙T形電路形電路式中：f為電源頻率。當(dāng)RL已知時(shí)，上式中 為常數(shù)，則 2(2)()LLLRRRRKRR2UoEKfC若c1=c0+C,c2=C0-C1222*()2*()LLLRRIERf CCKEfCRR當(dāng)接通電源后，若觸發(fā)器A端為高電平(U1)，B端為低電平(0)，則觸發(fā)器通過R1對(duì)C1充電；當(dāng)C點(diǎn)電位Uc升高到略高參考電壓E時(shí)，

26、比較器A1輸出負(fù)電平，產(chǎn)生一脈沖使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而使A端為低電平，B端為高電平(U1)。此時(shí)，由電容C1通過二極管D1迅速放電至零，Uc下降為0，而觸發(fā)器由端經(jīng)R2向C2充電；當(dāng)D點(diǎn)電位UD升高到略高參考電壓E時(shí)，比較器A2輸出負(fù)電平，一脈沖使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而循環(huán)上述過程。 4 脈沖調(diào)寬電路脈沖調(diào)寬電路 4 脈沖調(diào)寬電路脈沖調(diào)寬電路 可以看出，電路充放電的時(shí)間，即觸發(fā)器輸出方波脈沖的寬度受電容C1、C2調(diào)制。 當(dāng)C1=C2時(shí)，各點(diǎn)的電壓波形如圖 (a)所示，Q 和 兩端電平的脈沖寬度相等，兩端間的平均電壓為零。_Q12121121210UCCCCUTTTTU式中：T1和T2分別為Q端和 端輸出

27、方波脈沖的寬度，亦即C1和C2的充電時(shí)間。_Q1111122211ln,lnrrUUTRCTR CUUUU 4 脈沖調(diào)寬電路脈沖調(diào)寬電路當(dāng)該電路用于差動(dòng)式變極距型電容傳感器時(shí)有用于差動(dòng)式變面積型電容傳感器時(shí)有 100UU10UAAU 這種電路只采用直流電源，無需振蕩器，要求這種電路只采用直流電源，無需振蕩器，要求直流電源地電壓穩(wěn)定度較高，但比高穩(wěn)定度地穩(wěn)頻直流電源地電壓穩(wěn)定度較高，但比高穩(wěn)定度地穩(wěn)頻穩(wěn)幅交流電源易于做到。穩(wěn)幅交流電源易于做到。 4 脈沖調(diào)寬電路脈沖調(diào)寬電路4.6 電容式傳感器的應(yīng)用舉例電容式傳感器的應(yīng)用舉例 電容傳感器可用來測(cè)量直線位移、角位移，振動(dòng)振幅電容傳感器可用來測(cè)量直線位移、角位移，振動(dòng)振幅(可可測(cè)至測(cè)至0.05m的微小振幅的微小振幅)，尤其適合測(cè)量高頻振動(dòng)振幅、，尤其適合測(cè)量高頻振動(dòng)振幅、精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量，還可用來測(cè)量壓精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量，還可用來測(cè)量壓力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬力、差壓力、液位、料面、糧食中的水分含量、非金屬材料的涂層、油膜厚度、測(cè)量電介質(zhì)的濕度、密度、厚材料的涂層、油膜厚度、測(cè)量電介質(zhì)的濕度、密度、厚度等。在自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中也常常用來作為位置信度等。在自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中也常常用來作為位置信號(hào)發(fā)生器。號(hào)發(fā)生器。 當(dāng)測(cè)量金屬表面狀況、距離尺寸、振動(dòng)振幅時(shí)，往往采當(dāng)測(cè)量金屬表面狀況、