1、1,電容式傳感器的測量電路,一、 調(diào)頻電路,這種測量電路是把電容式傳感器與一個電感元件配合成一個振蕩器諧振電路。當電容傳感器工作時，電容量發(fā)生變化，導致振蕩頻率產(chǎn)生相應的變化。再通過監(jiān)頻電路將頻率的變化轉(zhuǎn)換為振幅的變化，經(jīng)放大器放大后即可顯示，這種方法稱為調(diào)頻法。圖3.10就是調(diào)頻-鑒頻電路原理圖。 調(diào)頻振蕩器的振蕩頻率由下式?jīng)Q定 式中，L為振蕩回路電感；C為振蕩回路總電容。,2,振蕩回路的總電容一般包括傳感器C0C，諧振回路中的固定電容C1和傳感器電纜分布電容C2。以變間隙式電容器為例，如果沒有被測信號，則d0，則C0，這時C=C1+C0+C2，所以振蕩器的頻率為,f0一般應選在此MHz以上

2、。當傳感工作時，d0，則C0，振蕩頻率也相應改變f，則有,3,運算放大器式測量電路,二、運算放大器式測量電路,以 代入上式，則有 可以看出，輸出電壓與動極片機械位移d成線性關(guān)系。,電容式傳感器跨接在高增益運算放大器的輸入端與輸出端之間。運算放大器的輸入阻抗很高，因此可認為它是一個理想運算放大器，其輸出電壓為,4,三、二極管雙T形電路 供電電壓是幅值為Ui、周期為T、占空比為50的方波。若將二極管理想化，則當電源為正半周時，電路等效為典型的一階電路，如圖(b)。其中二極管D1導通、D2截止，電容C1被以極其短的時間充電，電容C2通過R2、RL放電。,(b),5,當電源為負半周時，其中二極管D2導

3、通、 D1 截止，電容C2 被以極其短的時間充電，電容C1 通過R1、RL放電。電路等效為圖(b)。,(b),1,2,6,如果二極管具有相同的特性，且令C1=C2，R1=R2=R，則正半周和負半周流過負載的電流大小相等，方向相反，即一個周期內(nèi)流過負載的平均電流為零。如果C1C2, 輸出電壓的平均值為,其f中為電源頻率。輸出電壓不僅與電源的頻率和幅值有關(guān)，而且與電容的差值有關(guān)。,7,電路特點： 線路簡單，可全部放在探頭內(nèi)，大大縮短了電容引線、減小了分布電容的影響； 電源周期、幅值直接影響靈敏度，要求它們高度穩(wěn)定； 輸出阻抗為R，而與電容無關(guān)，克服了電容式傳感器高內(nèi)阻的缺點； 適用于具有線性特性的

4、單組式和差動式電容式傳感器。,8,四、差動脈沖調(diào)寬電路 又稱脈沖寬度調(diào)制電路，利用對傳感器電容的充放電使電路輸出脈沖的寬度隨傳感器電容量變化而變化。通過低通濾波器得到對應被測量變化的直流信號。,圖中C1、C2為差動式傳感器的兩個電容，若用單組式，則其中一個為固定電容，其電容值與傳感器電容初始值相等；A1、A2是兩個比較器，Ur為其參考電壓。,9,t,uA,uA,uB,uB,uAB,uAB,UF,UF,UG,UG,Ur,Ur,Ur,Ur,-U1,U1,T1,U1,-U1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,T2,U1,U1,U1,U1,T1,T2,t,t,t,t,t,t,t,t,t,(a),

5、(b),差動脈沖調(diào)寬電路各點電壓波形圖,U0,10,UAB經(jīng)低通濾波后，得到直流電壓U0為,UA、UBA點和B點的矩形脈沖的直流分量； T1、T2 分別為C1和C2的充電時間； U1觸發(fā)器輸出的高電位。,設(shè)R1R2R，則,因此，輸出的直流電壓與傳感器兩電容差值成正比。,Ur觸發(fā)器的參考電壓。,11,設(shè)電容C1和C2的極間距離和面積分別為d1、d2和A1、A2，將平行板電容公式代入上式，對差動式變極距型和變面積型電容式傳感器可得 可見差動脈沖調(diào)寬電路能適用于任何差動式電容式傳感器，并具有理論上的線性特性。這是十分可貴的性質(zhì)。在此指出：具有這個特性的電容測量電路還有差動變壓器式電容電橋和由二極管T

6、形電路經(jīng)改進得到的二極管環(huán)形檢波電路等。,12,另外，差動脈沖調(diào)寬電路采用直流電源，其電壓穩(wěn)定度高，不存在穩(wěn)頻、波形純度的要求，也不需要相敏檢波與解調(diào)等；對元件無線性要求；經(jīng)低通濾波器可輸出較大的直流電壓，對輸出矩形波的純度要求也不高。,13,五、電橋電路,將電容式傳感器接入交流電橋的一個臂(另一個臂為固定電容)或兩個相鄰臂，另外橋臂可以是電阻或電容或電感，也可是變壓器的兩個二次線圈。其中另兩個臂是緊耦合電感臂的電橋具有較高的靈敏度和穩(wěn)定性，且寄生電容影響極小、大大簡化了電橋的屏蔽和接地，適合于高頻電源下工作。而變壓器式電橋使用元件最少，橋路內(nèi)阻最小，因此目前較多采用。,14,特點：高頻交流正弦波供電； 電橋輸出調(diào)幅波，要求其電源電壓波動極小，需采用穩(wěn)幅、穩(wěn)頻等措施； 通常處于不平