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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 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,低频等效电路,传感器电容的阻抗非常大，L和r的影
2、响可忽略 等效电容C=C0+Cp， 等效电阻ReRg,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,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,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 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
3、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,最大特点：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,由运算放大器工作原理可知,结论：从原理上保证了变极距型电容式传感器的线性 假设放大器开环放大倍数A=，输入阻抗Zi= 因此仍然存在一定的非线性误差， 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
4、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,差动脉冲调宽电路原理图,uAB经低通滤波后，就可得到一直流电压U0为,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,式中 Ur触发器的参考电压,设R1=R2=R，则得,结论：输出的直流电压与传感器两电容差值成正比,设电容C1和C2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,特性：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,当被测信号为零时，C=0，振
5、荡器有一个固有振荡频率f0，,当被测信号不为零时，c0，此时频率为,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,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式传感器 。,优点：,采用直流电源，其电压稳定度高 不存在稳频、波形纯度的要求 也不需要相敏检波与解调等 对元件无线性要求 经低通滤波器可输出较大的直流电压 对输出矩形波的纯度要求也不高,
