传感器习题第5章-电容式传感器讲课教案

解:

图5-7电容式液位变换器结构原理图

C o

2 h( i

1n2

电容式液位计的电容值为： C c 0

2 h( 1

)

，其中C o

1n d

可见C 与液面高度

h 呈线性关系。

可以看出，该结构不宜做成差动形式，所以不宜采用二极管双

1nD

T 形交流电桥，也不宜采用

脉冲宽度调制电路。另外要求输出电压 U o 与液位h 之间呈线性关系，所以不宜采用调频电

路和运算放大器式电路。

可以采用环形二极管充放电法， 具体电路如图所示。 可将直流电流表改为直流电压表与负载 电阻R 的并联，R 上的电压为U o ，则有:

U o RI Rf E(C x C d )

其中，C x 为电容式液位计的电容值，f 为方波的频率，△ E=E 2-E 1为方波的幅 值，C d 为平衡电容传感器初始电容的 调零电容。当 h=0 时调节

2 H

C d C o —，则输出电压U o 与

1n

d

液位h 之间呈线性关系。

5 — 5题5—5图为电容式传感器的双

T 电桥测量电路，已知

R 1 R 2 R 40 k ,

第5章电容式传感器(P99)

5-3图5—7为电容式液位计测量原理图。 请为该测量装置设计匹配的测量电路， 要求输出

电压U 0与液位h 之间呈线性关系。

C

环形二极管电容测量电路原理图

V D2

B

R 2

R 20k , e 10V , f 1MHz , C 0 10pF , C , 10pF , C , 1 pF 。求U L 的 表达式及对于上述已知参数的 U L 值。

解：

R(R 2R L )

U L

J

R L Uf (C , C 。)

(R R L )2

40 (40 2 220)

20 10 1 106 1 10 12

40 20 0.18 V

5-8题5— 8图为二极管环形电桥检波测量电路， U p 为恒压信号源，C 1和C 2是差动式电

零，反向电阻为无穷大，信号输出经低通滤波器取出直流信号 e AB 。要求：

① 分析检波电路测量原理； ② 求桥路输出信号e AB

f C 1,C 2的表达式；

③ 画出桥路中U A 、U B 、e AB 在G C 2、C 1 C 2、G C 2三种情况下的波形图(提

示：画出U p 正负半周的等效电路图，并标出工作电流即可求出

e AB 的表达式)。

解: 等效电路为:

容传感器，C 0是固定电容，其值 C 0

C 1， C 0

C 2，设二极管V

D 1 ~V D 4正向电阻为

低通滤波器

题5— 8图

D

C2

C i

(b) Up为负半周时C2 C i

当Up为正半周时, 当Up为负半周时, D i、D3导通，

D2、D4导通，

等效电路如图

等效电路如图

a)

b)

所

示。

所

示。

电容C0、C i和C2的阻抗分别为: Z o i

C0

i

。

C2

U p U B

Z2 j

Z0

e AB = U B U A _z。'

p Z i Z0 Z2 —

Z2

乙—

Z o

C o

C0

C i

C i C0

C2

C2

C o C i, C O C2

当C i

C_^U

2C0 C2时, C2时, C2时,

波形如图所示。

gp

Z2 ,

Z2,

*U p

A= U B , e AB= 0

U p正半周时，U A

U p负半周时，U A

U B

即U A

U B

U B

所以e AB

U p正半周时，U

A U B

U p负半周时，U A U B

Z2 ,

U B

U B

所以e AB

C l