第5章 電容式傳感器

1、1第第5 5章章 電容式傳感器電容式傳感器電容式傳感器電容式傳感器: 將其他物理量轉(zhuǎn)化為電容變化將其他物理量轉(zhuǎn)化為電容變化(C)的傳感器。的傳感器。5.1 工作原理工作原理(被測(cè)量和被測(cè)量和C的關(guān)系的關(guān)系) 如圖是兩平行金屬板構(gòu)成的電容器，如圖是兩平行金屬板構(gòu)成的電容器，忽略邊緣效應(yīng)，則其電容為忽略邊緣效應(yīng)，則其電容為dAdACr0可見(jiàn)，如果可見(jiàn)，如果、A、d變化，則變化，則C變化。變化。反之，反之，測(cè)出測(cè)出C，就可測(cè)出，就可測(cè)出 或或 A 或或 d。變隙變隙式式變面積變面積式式變介電常數(shù)式變介電常數(shù)式2一一.變隙式變隙式(d改變改變)C與與d不成正比不成正比,故要線性化。故要線性化。0000

2、,:CdACddr最初000000001111ddCdddAddACddddrr：距離改變0001/30200000.)()()(1 1CddCddddddCCdddd時(shí)，000ddCCCCd有正負(fù)有正負(fù)負(fù)號(hào)說(shuō)明電容的變化和負(fù)號(hào)說(shuō)明電容的變化和距離的變化相反距離的變化相反可見(jiàn)：可見(jiàn)：在在d很小時(shí)很小時(shí), Cd。如果如果d較大，則該式存在較大的非線性誤差。較大，則該式存在較大的非線性誤差。dAdACr0300201/1/)(0dddddddd線性項(xiàng)省略項(xiàng)0011/ddCCK輸入輸出非線性誤差非線性誤差:靈敏度靈敏度:討論討論1.存在矛盾量程小缺點(diǎn)小優(yōu)點(diǎn)小存在矛盾；大優(yōu)點(diǎn)大缺點(diǎn)小:1110dKd解

3、決方法：解決方法：采用差動(dòng)式采用差動(dòng)式(5.2節(jié)節(jié))。4差動(dòng)式電容傳感器差動(dòng)式電容傳感器(5.2節(jié)節(jié))(1)組成組成:如右如右(2)工作原理工作原理:021021,:CCCddd動(dòng)極板在中間則動(dòng)極板位移為設(shè)向上為位移正方向,d001/503000212.)()(20ddCddddddCCCCdd01200301/2)(/)(0dddddddddd線性項(xiàng)省略項(xiàng)倍。靈敏度變?yōu)樵瓉?lái)的輸入輸出222/1002KddCCK(3)結(jié)論：結(jié)論：非線性誤差大大減小。52. 解決方法：解決方法：在極板間加高介電常數(shù)和高擊穿電壓的介質(zhì)在極板間加高介電常數(shù)和高擊穿電壓的介質(zhì)(如云如云母片，塑料片母片，塑料片)。存在

4、矛盾。大優(yōu)點(diǎn)引起短路介質(zhì)容易擊穿大缺點(diǎn)小01001:,/:dKdUEd 如右圖如右圖,陰影部分即所加介陰影部分即所加介質(zhì)。能改變的只能是下面的空質(zhì)。能改變的只能是下面的空氣間隔氣間隔d。(1)01111,CCCg則兩電容串聯(lián)，空氣間距最初0:dd 0000,dACdACggg空氣電容為介質(zhì)電容為ggggddbbAddAC/,/00001式中總電容6(1)，最初空氣間距0:dd ggggddbbAddAC/,/:00001式中總電容(2)，則空氣間距變化量dddd0,bdCbdbAdddACgg/1/1/:10002總電容111/21200.)(1 1CbdCbdbdCCdddd時(shí)，112Cbd

5、CCC220)(:,)(:bddddg忽略項(xiàng)加介質(zhì)忽略項(xiàng)不加介質(zhì)(3)結(jié)論：結(jié)論：加介質(zhì)對(duì)非線性誤差的影響。加介質(zhì)對(duì)非線性誤差的影響。20200)()(/1ggggggggdddbddddddd可見(jiàn)：可見(jiàn)：加介質(zhì)后非線性誤差增大。加介質(zhì)后非線性誤差增大。b書(shū)上結(jié)論錯(cuò)書(shū)上結(jié)論錯(cuò)誤誤7,1:01gddK不加介質(zhì)加介質(zhì)對(duì)靈敏度的影響。加介質(zhì)對(duì)靈敏度的影響。bdCCK1/:13加介質(zhì)130KKddbg可見(jiàn)：可見(jiàn)：加介質(zhì)后靈敏度提高。加介質(zhì)后靈敏度提高。,:,01gddUE空氣承受場(chǎng)強(qiáng)不加介質(zhì)加介質(zhì)對(duì)擊穿電壓的影響。加介質(zhì)對(duì)擊穿電壓的影響。可見(jiàn)：可見(jiàn)：加介質(zhì)空氣承受的壓強(qiáng)更大，空氣更易擊穿。加介質(zhì)空氣承

6、受的壓強(qiáng)更大，空氣更易擊穿。221002/:,:,EEEEbUdUEgg介質(zhì)承受壓強(qiáng)空氣承受場(chǎng)強(qiáng)加介質(zhì) 但是但是,空氣擊穿電壓為空氣擊穿電壓為3kV/mm，介質(zhì)例如云母的擊穿電壓是，介質(zhì)例如云母的擊穿電壓是1000kV/mm，即使空氣被擊穿，云母也不會(huì)擊穿。這樣，即使空氣被擊穿，云母也不會(huì)擊穿。這樣總體上提總體上提高了傳感器的擊穿電壓。高了傳感器的擊穿電壓。8二二.變面積式變面積式設(shè)最初面積是設(shè)最初面積是A0，現(xiàn)在是，現(xiàn)在是A，則，則。dACdACrr0000,AdAAdACCCrr00000)(1.平移型平移型下極板不動(dòng)，上極板左移下極板不動(dòng)，上極板左移x, 則則 A= xbxdbCr0可見(jiàn)

7、：可見(jiàn)：電容變化量與位移成正比。電容變化量與位移成正比。92.旋轉(zhuǎn)型旋轉(zhuǎn)型動(dòng)極板旋轉(zhuǎn)動(dòng)極板旋轉(zhuǎn), 則則 A= R dRCr0可見(jiàn)：可見(jiàn)：電容變化量與旋轉(zhuǎn)角度成正比。電容變化量與旋轉(zhuǎn)角度成正比。量程大。不存在非線性誤差或變面積式：CxC結(jié)論：結(jié)論：不考慮邊緣不考慮邊緣效應(yīng)條件下效應(yīng)條件下AdCr010三三.變介質(zhì)型變介質(zhì)型分成兩種：一是改變介質(zhì)的尺寸，一是改變介質(zhì)的介電常數(shù)。分成兩種：一是改變介質(zhì)的尺寸，一是改變介質(zhì)的介電常數(shù)。1.改變介質(zhì)的尺寸改變介質(zhì)的尺寸用于測(cè)液位高低用于測(cè)液位高低,介質(zhì)長(zhǎng)度和厚度介質(zhì)長(zhǎng)度和厚度(1)圓柱形電容器圓柱形電容器無(wú)液體時(shí)無(wú)液體時(shí)，內(nèi)外柱面間介質(zhì)為空氣，則，內(nèi)外柱

8、面間介質(zhì)為空氣，則dDHCln200加高為加高為h的液體的液體，則，則dDhCdDhHCdDhChHhln2ln)(2ln20001，dDhCCCChHhln)(2010總電容為總電容為:hdDCCln)(2010hC可見(jiàn)：可見(jiàn)：只要測(cè)出只要測(cè)出C，就可測(cè)出，就可測(cè)出h。11(2)平行板電容器平行板電容器沒(méi)有插入介質(zhì)時(shí)，沒(méi)有插入介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)為空氣，則介質(zhì)為空氣，則在一端在一端插入插入介電常數(shù)為介電常數(shù)為，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的的介質(zhì)介質(zhì)，則，則總電容為總電容為:如圖是平行板電容器，設(shè)平板厚為如圖是平行板電容器，設(shè)平板厚為b0，則，則A=b0L0。dLbdAC00000介質(zhì)所對(duì)面積為：介質(zhì)所對(duì)面積為

9、：A1=b0L，空氣所對(duì)面積為，空氣所對(duì)面積為A2=b0(L0-L)dLLbdAC)(000202,00101dLbdACrr,) 1(00021LdbCCCCrLdbCCr) 1(000LC可見(jiàn)：可見(jiàn)：只要測(cè)出只要測(cè)出C，就可測(cè)出，就可測(cè)出L。結(jié)論：結(jié)論：不考慮邊緣效應(yīng)條件下，上述不考慮邊緣效應(yīng)條件下，上述兩種傳感器都不存在非線性誤差。兩種傳感器都不存在非線性誤差。122.改變介質(zhì)的介電常數(shù)改變介質(zhì)的介電常數(shù)(1)改變介質(zhì)材料改變介質(zhì)材料變化變化C變化，反之可判斷未知材料。變化，反之可判斷未知材料。(2)濕度和溫度變化濕度和溫度變化變化變化C變化，反之可判斷濕度和溫度。變化，反之可判斷濕度和

10、溫度。135.3 電容式傳感器等效電路電容式傳感器等效電路一一.組成組成1.電容電容(1)C：傳感器本身電容傳感器本身電容;(2)Cp(寄生電容寄生電容)：引線電纜電容，測(cè)量電路雜散電容，引線電纜電容，測(cè)量電路雜散電容，極板和外界導(dǎo)體間的電容。極板和外界導(dǎo)體間的電容。2.電阻電阻 (1)Rp：介質(zhì)絕緣電阻介質(zhì)絕緣電阻(泄漏電阻泄漏電阻); (2)Rs：引線電阻；極板電阻；支架損耗電阻。引線電阻；極板電阻；支架損耗電阻。3.電感電感L：傳感器和引線的電感。傳感器和引線的電感。不是不是支架支架電阻電阻14二二.Cp、Rp和和Rs、L對(duì)測(cè)量的影響及采取措施對(duì)測(cè)量的影響及采取措施1.寄生電容寄生電容C

11、p(1)影響影響傳感器：傳感器：C=幾十幾十幾百幾百pF Cp：(主要是電纜電容主要是電纜電容)1-2m電纜，可達(dá)電纜，可達(dá)800pF。至少會(huì)降低靈敏度至少會(huì)降低靈敏度;嚴(yán)重的會(huì)引起傳感器工作不穩(wěn)定，甚至無(wú)法工作。嚴(yán)重的會(huì)引起傳感器工作不穩(wěn)定，甚至無(wú)法工作。(2)措施措施增大傳感器本身電容值增大傳感器本身電容值;局限性：局限性：C的增大還受其他條件限制。的增大還受其他條件限制。采用較短的電纜，或者采用組合式和集成化技術(shù)。采用較短的電纜，或者采用組合式和集成化技術(shù)。局限性：局限性：在惡劣環(huán)境的測(cè)量中在惡劣環(huán)境的測(cè)量中,電纜的長(zhǎng)度不能減少很多。電纜的長(zhǎng)度不能減少很多。15采用采用“驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)驅(qū)動(dòng)

12、電纜技術(shù)”，可消除電纜電容的影響。可消除電纜電容的影響。(a)組成和各部分作用組成和各部分作用.C和測(cè)量電路：和測(cè)量電路：作用略。作用略。銅芯：銅芯：連接連接C的一個(gè)極板和測(cè)量電路。的一個(gè)極板和測(cè)量電路。外屏蔽層：外屏蔽層：防止外界干擾；連接防止外界干擾；連接C的另一個(gè)極板和測(cè)量電路。的另一個(gè)極板和測(cè)量電路。.電纜電纜(銅芯銅芯,內(nèi)外屏蔽層內(nèi)外屏蔽層) .1:1放大器：放大器：輸出與輸入相等，這使得內(nèi)屏蔽層電壓和輸出與輸入相等，這使得內(nèi)屏蔽層電壓和C上的電壓相等。當(dāng)上的電壓相等。當(dāng)C變化時(shí)，變化時(shí)，C和內(nèi)屏蔽層的電壓一起變化，和內(nèi)屏蔽層的電壓一起變化，故叫故叫“驅(qū)動(dòng)電纜驅(qū)動(dòng)電纜”。(b)工作原

13、理：工作原理：因內(nèi)屏蔽層和銅芯無(wú)電位差，故無(wú)寄生電容。因內(nèi)屏蔽層和銅芯無(wú)電位差，故無(wú)寄生電容。(c)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)：C=1pF時(shí)，此電纜長(zhǎng)為時(shí)，此電纜長(zhǎng)為10m也能正常工作。也能正常工作。采用采用“整體屏蔽法整體屏蔽法”，基本上可消除所有寄生電容的影響?；旧峡上屑纳娙莸挠绊?。162.電阻電阻(Rp,Rs)(1)影響影響Rp：因與因與C并聯(lián)，故并聯(lián)，故較低時(shí)，較低時(shí)， 大大 ， Rp影響大。影響大。Rs：因與因與C串聯(lián)，故串聯(lián)，故較高時(shí)，較高時(shí)， 小小 ，Rs影響較大。影響較大。C1C1通常情況通常情況(干燥、常溫干燥、常溫)，電阻影響可忽略。，電阻影響可忽略。(2)措施措施電源頻率

14、電源頻率取值適中取值適中( (f=50幾幾MHz)。使用溫度系數(shù)使用溫度系數(shù)0的材料以減小溫度影響。的材料以減小溫度影響。(如采用云母作支架和介質(zhì)，鍍銀陶瓷和鐵鎳合金作極板。如采用云母作支架和介質(zhì)，鍍銀陶瓷和鐵鎳合金作極板。)傳感器內(nèi)部所有零件應(yīng)先清洗、干烘再密封，以消除濕度和傳感器內(nèi)部所有零件應(yīng)先清洗、干烘再密封，以消除濕度和灰塵對(duì)電阻的影響。灰塵對(duì)電阻的影響。而且能滿(mǎn)足前者電阻足夠大，后者電阻足夠小而且能滿(mǎn)足前者電阻足夠大，后者電阻足夠小172.電感電感L(1)影響影響較高時(shí)，較高時(shí)，L 大大 ，L影響大。影響大。(2)措施：措施：利用利用(5-28)式對(duì)靈敏度進(jìn)行修正。式對(duì)靈敏度進(jìn)行修正

15、。在忽略在忽略 Cp、Rp和和Rs的條件下，可得到教材的的條件下，可得到教材的(5-28)式式。由由(5-28)式可知式可知:L會(huì)引起靈敏度增大。因?yàn)闀?huì)引起靈敏度增大。因?yàn)?CCdCCKCCLCCCCCLCee/1/1122和18結(jié)論結(jié)論: 傳感器等效電路中，電阻和寄生電容的影響必須消除傳感器等效電路中，電阻和寄生電容的影響必須消除 ，而電感的影響可通過(guò)而電感的影響可通過(guò)(5-28)式對(duì)靈敏度進(jìn)行修正。式對(duì)靈敏度進(jìn)行修正。 采取了上述措施后采取了上述措施后,電容式傳感器可以看做是純電容。電容式傳感器可以看做是純電容。195.3 測(cè)量電路測(cè)量電路一一.調(diào)頻電路調(diào)頻電路1.組成組成: LC選頻網(wǎng)絡(luò)

16、，振蕩器選頻網(wǎng)絡(luò)，振蕩器(正反饋放大電路正反饋放大電路)，限幅器，鑒頻器。，限幅器，鑒頻器。2.各部分作用：各部分作用： (2)限幅器：限幅器：因外界的干擾，調(diào)頻電路可產(chǎn)生寄生調(diào)幅因外界的干擾，調(diào)頻電路可產(chǎn)生寄生調(diào)幅(u)，從而引起非線性失真。而限幅器的作用就是消除寄生調(diào)幅。從而引起非線性失真。而限幅器的作用就是消除寄生調(diào)幅。 (3)鑒頻器：鑒頻器：f變化的信號(hào)變化的信號(hào)振幅變化的量。振幅變化的量。 (1)LC選頻網(wǎng)絡(luò)和振蕩器：選頻網(wǎng)絡(luò)和振蕩器： 產(chǎn)生正弦信號(hào)，其頻率由電容器的電容產(chǎn)生正弦信號(hào)，其頻率由電容器的電容Cx決定。決定。203.工作原理：工作原理：幅度變化變化變化鑒頻器振蕩器 fCx

17、4.特點(diǎn)：特點(diǎn)： (1) 抗干擾能力強(qiáng)?？垢蓴_能力強(qiáng)。 (2)能輸出高電平信號(hào)，能測(cè)很小的位移。能輸出高電平信號(hào)，能測(cè)很小的位移。 (3)因是頻率輸出，便于數(shù)字儀器和計(jì)算機(jī)處理。因是頻率輸出，便于數(shù)字儀器和計(jì)算機(jī)處理。伏特伏特級(jí)級(jí)0.01m21二二. 運(yùn)算放大器式電路運(yùn)算放大器式電路1.組成：組成：集成運(yùn)放集成運(yùn)放A，外接電，外接電容容C，傳感器電容，傳感器電容C x。2.工作原理工作原理:ixUCCU0dSCx:平行板電容器ddSCUUi0所以所以可見(jiàn)：可見(jiàn)： 運(yùn)放測(cè)量電路可消除運(yùn)放測(cè)量電路可消除變隙式電容傳感器的變隙式電容傳感器的非線性誤差。非線性誤差。0UCjUCjxi理想運(yùn)放：理想運(yùn)放

18、：cxcbII于于是是0IIUU，22三三.交流電橋電路交流電橋電路1.普通的交流電橋普通的交流電橋(補(bǔ)充補(bǔ)充)(1)電路圖電路圖參見(jiàn)圖參見(jiàn)圖4-5(只是只是Z1C1，Z2C2)(2)輸出電壓：輸出電壓：同電感式傳感器推導(dǎo)，有同電感式傳感器推導(dǎo)，有)(200的正方向向上dddUU2.變壓器式交流電橋變壓器式交流電橋(補(bǔ)充補(bǔ)充)(1)電路圖電路圖參見(jiàn)圖參見(jiàn)圖4-6(只是只是Z1C1，Z2C2)(2)輸出電壓：輸出電壓：同電感式傳感器推導(dǎo)同電感式傳感器推導(dǎo) ，有，有)(200的正方向向上dddUU差動(dòng)式傳感差動(dòng)式傳感器器23(3)普通和變壓器式交流電橋的特點(diǎn)普通和變壓器式交流電橋的特點(diǎn)電壓源電壓源

19、U由高頻振蕩器提供，輸出調(diào)幅波。由高頻振蕩器提供，輸出調(diào)幅波。輸出阻抗很高輸出阻抗很高(幾幾M幾十幾十M)，這需要在測(cè)量電路后接，這需要在測(cè)量電路后接高輸入電阻，高放大倍數(shù)的放大電路。高輸入電阻，高放大倍數(shù)的放大電路。普通交流電橋的普通交流電橋的輸出阻抗的的估算輸出阻抗的的估算:輸出阻抗輸出阻抗Z0：就是電壓源短路，電流源開(kāi)路，：就是電壓源短路，電流源開(kāi)路，RL開(kāi)路的條件下，從輸出端看進(jìn)去的阻抗。開(kāi)路的條件下，從輸出端看進(jìn)去的阻抗。21212211021RCjRZZCCCRMCFpFC級(jí)11014110100,10級(jí)MZZC210243.二極管雙二極管雙T型交流電橋型交流電橋(1)組成：組成：

20、電源：電源：產(chǎn)生高頻對(duì)稱(chēng)方波產(chǎn)生高頻對(duì)稱(chēng)方波e3個(gè)電阻個(gè)電阻(固定電阻固定電阻R1=R2=R，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻RL)，2個(gè)二極管個(gè)二極管(VD1,VD2)，2個(gè)電容個(gè)電容(差動(dòng)傳感器的兩個(gè)電容差動(dòng)傳感器的兩個(gè)電容C1，C2)25(2)工作原理工作原理電源的第一個(gè)正半周電源的第一個(gè)正半周(00.5T)，等效電路如圖，等效電路如圖(b)。過(guò)渡狀態(tài)緩慢上為正從很快上為正從),(0),(021UuUu).(5 . 0)()(221dCTTUUuUUu影響得到簡(jiǎn)化電路忽略?xún)?nèi)可在電壓相等源即在很短時(shí)間內(nèi)可與電很快從緩慢從URRRULL1電源的第一個(gè)負(fù)半周電源的第一個(gè)負(fù)半周(0.5TT)，等效電路如圖，等

21、效電路如圖(c)。C1的電壓：的電壓：C2的電壓：的電壓：C1的電壓：的電壓：C2的電壓：的電壓：26 電路中只有電路中只有R、C和直流電源，故它是一個(gè)一階直流電路。和直流電源，故它是一個(gè)一階直流電路。設(shè)經(jīng)過(guò)設(shè)經(jīng)過(guò)RL的電流為的電流為i1，則由一階電路的三要素法，可求出，則由一階電路的三要素法，可求出1111)(),1 ()(exp1 1CRRRRReRRUCRRRRRtRRUiLLtLLLL式中27電源的第二個(gè)正半周電源的第二個(gè)正半周(T1.5T)，同理可算出經(jīng)過(guò)，同理可算出經(jīng)過(guò)RL的電流為的電流為202021202201)(1)(1121TttLTTTdteeRRUTdtiiTdtidti

22、TI111)(),1 (1CRRRRReRRUiLLtL式中電源的第一個(gè)負(fù)半周電源的第一個(gè)負(fù)半周(0.5TT)，經(jīng)過(guò)，經(jīng)過(guò)RL的電流為的電流為一個(gè)周期內(nèi)一個(gè)周期內(nèi)(0.5T1.5T)， 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)RL的的電流平均值電流平均值為為222)(),1 (2CRRRRReRRUiLLtL式中?？闯晒士砂岩话阌?,2,221TTT2122101)(2)(1)(121CCTURRRRRRRUTdteeRRUTILLLttL28220)(2)(2LLLLLLLRRRRRRMCfUMCfURRRRRRIRU式中UC，這樣把，這樣把C=C1-C2轉(zhuǎn)化成負(fù)載電壓平均值的大小。轉(zhuǎn)化成負(fù)載電壓平均值的大小。(3)特點(diǎn)特

23、點(diǎn)輸出輸出I與與U 、f都有關(guān)，要求電源的頻率和幅度穩(wěn)定。都有關(guān)，要求電源的頻率和幅度穩(wěn)定。由于電源頻率由于電源頻率f可以取得很高，故輸出電壓可以取得很高，故輸出電壓U0大。大。001/2120ddCCCCdd(5-25)式：電路簡(jiǎn)單，可把測(cè)量電路放在傳感器內(nèi)，以減小寄生電容的電路簡(jiǎn)單，可把測(cè)量電路放在傳感器內(nèi)，以減小寄生電容的影響。影響。29 輸出阻抗為輸出阻抗為R，與，與C1、C2無(wú)關(guān)，減小了輸出阻抗。無(wú)關(guān)，減小了輸出阻抗。 令圖令圖5-13(a)圖中電壓源短路，負(fù)載端開(kāi)路，并在負(fù)載加上為圖中電壓源短路，負(fù)載端開(kāi)路，并在負(fù)載加上為正的電壓，得到如右圖的電路。正的電壓，得到如右圖的電路。輸出

24、阻抗為輸出阻抗為:10ZRZ1111CMZCZZRZC級(jí)為式中RRZ10可測(cè)高速機(jī)械運(yùn)動(dòng)?？蓽y(cè)高速機(jī)械運(yùn)動(dòng)。(見(jiàn)教材說(shuō)明見(jiàn)教材說(shuō)明)30五五.脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路1.組成：組成：兩個(gè)比較器兩個(gè)比較器A1、A2；雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器； 兩充放電電路兩充放電電路(VD1、R1、Cx1；VD2、R2、Cx2；R1=R2，Cx1 、Cx2是差動(dòng)電容器電容是差動(dòng)電容器電容)(1)比較器比較器:2.各部分工作過(guò)程各部分工作過(guò)程。輸出輸出0,; 1,:111AUuAUuAFF。輸出輸出0,; 1,:222AUuAUuAGG四四.環(huán)形二極管測(cè)量電路環(huán)形二極管測(cè)量電路(不要求，略不要求，略)3

25、1(2)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表(3)充放電電路充放電電路(以以VD1,R1, Cx1;為例為例)。緩慢充電向點(diǎn)通過(guò)時(shí)很快點(diǎn)放電向通過(guò)時(shí))(,);(,1111xAFDxAFCRAuuAVCuu輸入高電平有效的基本輸入高電平有效的基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器(A1：置：置0端，端， A2：置：置1端端)Q10 0 0 0 11 0 1 1 A1 A2 1nQ323.傳感器工作原理傳感器工作原理(1)0,222AUuVCuuGDxGB使得很快放電通過(guò)問(wèn)問(wèn):A2從從1變到變到0雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出會(huì)馬上改變嗎？雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出會(huì)馬上改變嗎？為止。真到緩慢充電向點(diǎn)通過(guò)UuCRAuuFxFA

26、,11算出充電時(shí)間為：令然后表達(dá)式由圖可解出圖則得到等效電路如上右為并設(shè)觸發(fā)器輸出高電壓為設(shè)充電時(shí)間UuuuUTUuFCxFF,.,)0(111UUUCRTx11111ln0, 11, 0,021QQAAUuuuGF設(shè)最初33(2)可算出充電時(shí)間為同緩慢充電通過(guò)很快放電通過(guò)) 1 (,2211RCVCuuuuxDxGBFAUUUCRTx11222ln0, 10,21AAUuuuGF), 0( 1, 01UuuQQBA(3)以下重復(fù)以下重復(fù)(1)和和(2)的變化的變化,于是于是可得到可得到uA和和uB的波形圖如左。的波形圖如左。總結(jié)：總結(jié)：第一階段第一階段，傳感器輸出始終為，傳感器輸出始終為 ，

27、這個(gè)階段這個(gè)階段Cx2很快放電，很快放電，Cx1緩慢充電，故緩慢充電，故這段時(shí)間由充電時(shí)間這段時(shí)間由充電時(shí)間決定決定,為為) 0,( 0, 11BAuUuQQUUUCRTx11111ln34(4)輸出電壓：輸出電壓：uAB=uA-uB,等式兩邊取平均值，有等式兩邊取平均值，有21211212121110TTTTUTTTUTTTUUUUBA (說(shuō)明說(shuō)明:U0實(shí)際上是實(shí)際上是uAB的直流成分的直流成分,它可以通過(guò)低通濾波器它可以通過(guò)低通濾波器濾去交流成分得到。濾去交流成分得到。)21211112211111122111110lnlnlnlnxxxxxxxxCCCCUUUUCRUUUCRUUUCRU

28、UUCRUU)sincos(2)(10nxbnxaaxfnnn解釋?zhuān)航忉專(zhuān)焊道锶~級(jí)數(shù)公式傅里葉級(jí)數(shù)公式35平行板差動(dòng)變隙式傳感器平行板差動(dòng)變隙式傳感器2211,dACdACxx0:0021Uddd動(dòng)極板在中間(a)ddddddd0201,:動(dòng)極板移動(dòng)(b)dddUddUU0101022212110 xxxxCCCCUU12121212110/ddddUdAdAdAdAUU差動(dòng)變面積式傳感器差動(dòng)變面積式傳感器dACdACxx2211,21211212110/AAAAUdAdAdAdAUUAAAAAA0201,:差動(dòng)式AAAUAAUU11022364.特點(diǎn)特點(diǎn) (1)不論是不論是變隙式還是變面積式

29、變隙式還是變面積式差動(dòng)式電容傳感器，采用差動(dòng)式電容傳感器，采用脈脈沖寬度調(diào)制電路后都不具有非線性誤差。沖寬度調(diào)制電路后都不具有非線性誤差。 由于不具有非線性誤差由于不具有非線性誤差,量程可以比較大量程可以比較大,不加放大電路輸不加放大電路輸出也較大。出也較大。 (2)測(cè)量電路后加一低通濾波器就可以得到與輸入成正比的測(cè)量電路后加一低通濾波器就可以得到與輸入成正比的輸出電壓，輸出電壓，不需要檢波電路。不需要檢波電路。 (3)調(diào)寬頻率的變化對(duì)輸出沒(méi)有影響。調(diào)寬頻率的變化對(duì)輸出沒(méi)有影響。因?yàn)椋阂驗(yàn)椋旱谋戎?。和取決于輸出電壓的絕對(duì)值和取決于調(diào)寬頻率21121212121102121/1/1,1TTTTT

30、TUTTTTUUTTTTf375.4 電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用一一. 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器1.組成：組成：金屬鍍層構(gòu)成的兩定極板金屬鍍層構(gòu)成的兩定極板,膜片構(gòu)成動(dòng)極板，它們構(gòu)成兩電容膜片構(gòu)成動(dòng)極板，它們構(gòu)成兩電容C1和和C2。2.工作原理工作原理)(,2121212121變化變化極距變化產(chǎn)生位移形成壓力差和外界壓力膜片CCCCCCCxppppp可見(jiàn)：可見(jiàn)：測(cè)出測(cè)出C就可測(cè)出壓力就可測(cè)出壓力p。38二二. 電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器1.組成：組成：兩定極板，質(zhì)量塊兩定極板，質(zhì)量塊m(動(dòng)極板動(dòng)極板)，它們構(gòu)成兩電容，它們構(gòu)成兩電容C1和和C2；彈簧。；彈簧。2.工作原理工作原理)(,212121變化變化極距變化慣性力