电容式传感器的测量电路电桥电路

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4.4.1 电容式压力传感器
电容式压力传感器是将由被测压力引起的弹性 元件的位移变化转变为电容的变化来实现测量 的。
4.1.2 变极距式电容传感器
当改变电容器两极板间的距离时，电 容器的电容也会发生变化。
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（a）为平板形位移电容传感器。
设两个相同极板的长为b，宽为a，极板 间距离为d，当动极板移动x后，电容Cx
也随之改变。
Cx

(a
- x)b d

ab
d
-
xb
d

C0
-
C
（5） 要求传感器及引线要采用屏蔽措施。目的在于 消除寄生电容的影响，提高灵敏度。
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4.4 电容式传感器的应用
电容式传感器不但应用于位移、振动、 角度、加速度及荷重等机械量的精密测 量，还广泛应用于压力、差压力、液位、 料位、湿度、成分含量等参数的测量。
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主要用来测量两极板之间的介质的某些 参数的变化，如介质厚度、介质湿度、 液位等。
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介质变化型电容传感器结构
1.位移型
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介质变化型电容传感器结构
2.液位型
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结论
传感器的灵敏度为常数，电容C理论上与 液面h成线性关系，只要测出传感器电容 C的大小，就可得到液位h。
运算放大器的特点就是放大倍数A很大，输入阻抗也很大。理想的运算放 大器的放大倍数和输入阻抗都是无穷大。利用运算放大器的这些特点就可 作为电容式传感器的测量电路，来解决单个变极距式电容器传感器的非线 性问题。运算放大器式测量电路如图所示。图中，C为总的输入电容，Cx 是电容传感器。
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4.2电容式传感器的测量电路
4.调频电路: 把电容式传感器作为振荡器谐振电路
的一部分，其部分电路如图所示。当被测量引起电容 量变化时，振荡器的振荡频率就会发生变化，然后通 过鉴频器把频率的变化转换为幅值的变化，再经过放 大后就可以通过仪表显示出来。
调频电路具有较高的灵敏度，可测至0.01μm级位移变化量。易于用数字仪器测量， 并能与计算机通讯，抗干扰能力强。
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。 4.2 电容式传感器的测量电路
常用电路有:电桥电路、运算放大器测量 电路、脉冲调制电路、调频电路。
1.电桥电路
当电容传感器处于初始位
置时，电桥平衡，电桥输出电
压 • ；当被测量的变
U0 0
化引起电容传感器的电容发生
变化时，电桥失去平衡，电桥
有电压输出，即 •
。
引言
电容式传感器是将被测非电量的变化转 化为电容变化量的一种传感器。
结构简单、分辨力高、可非接触测量， 并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条 件下工作 。
很有发展前途的传感器 。
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4.1电容式传感器工作原理
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板 电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为
电容的相对变化量和灵敏度为
C x C0 a
K C b
x d
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差动结构形式
提高测量精度 ，减少动极板与定极板之 间的相对极距可能变化而引起的测量误 差。
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4.1.3 变介质式电容传感器
介质变化型电容传感器的极距、有效作 用面积不变，被测量的变化使其极板之 间的介质情况发生变化。
2.二极管双T形交流电桥
二极管双T形交流电桥电路原理如图4-12所示。图中，C1 、C2为差动电容式传感器的电容，RL为负载电阻，VD1、 VD2为理想二极管，R1、R2为固定电阻；e为高频电源， 它提供幅值为Ue的对称方波。
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4.2电容式传感器的测量电路
3.运算放大器式测量电路
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4.2电容式传感器的测量电路
5.谐振电路: 振荡器提供稳定的高频信号通过L1、C1回
路选频，再通过电感耦合到LCx谐振回路。当传感器电容 Cx发生变化时，则引起谐振回路阻抗的变化，而这个变化 会使整流器的电流发生变化。变化的电流再经放大器放大后 就可通过仪表显示被测量的变化。
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4.3 电容式传感器的误差及制作要求
4.3.2 电容式传感器的制作要求
1） 传感器的电容值要尽量的大些。目的在于降低输 出阻抗及对绝缘材料的要求，提高灵敏度。
（2） 要采用介电常数大的电介质材料。
（3） 要选用膨胀系数小的材料作为电极。目的在于 减小温度附加误差。
（4） 要求电源的频率不应过低。目的在于减小输出 阻抗，提高灵敏度。一般不应小于500～1000Hz。
U0 0
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4.2电容式传感器的测量电路
1.电桥电路
为了提高灵敏度，减小误差，常采用差动形式， 其电路如图所示。Cx1和Cx2表示差动式电容传感器 的两个电容。
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4.2电容式传感器的测量电路
1.电桥电路--电桥测量电路框图
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16ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.2电容式传感器的测量电路
谐振电路的灵敏度较高，但工作点不易选择，变化范围较窄。
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4.2电容式传感器的测量电路
6.脉冲宽度调制电路
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4.3 电容式传感器的误差及制作要求
4.3.1 电容式传感器的误差因素
1.温度的影响 3.寄生电容的影响 2.漏电阻的影响
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C S r0S
d
d
保持其中两个参数不变，仅改变其中一个参数，
就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通
过测量电路就可转换为电量输出。
电容式传感器工作方式可分为变极距式、变面 积式和变介质式3种类型。
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4.1 变面积式电容传感器
面积变化式电容传感器在工作时的极距、 介质等保持不变，被测量的变化使其有 效作用面积发生改变。
变面积式电容传感器的两个极板中，一 个是固定不动的，称为定极板，另一个 是可移动的，称为动极板。
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面积变化型电容传感器原理
1. 直线位移型
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面积变化型电容传感器原理
2. 角位移型
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面积变化型电容传感器原理
3. 圆筒型
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