醫(yī)學]第四章電容式傳感器(編輯修改稿)
2025-01-31 03:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 Km=,輸出電壓與電源電壓同相位； 若θ=177。 90176。， Km= ， 輸出信號有 90 176。相移 ； 若 θ=177。 180 176。， Km→∞ ，此時電橋發(fā)生諧振，輸出電壓趨于無窮大。 0 sU K U??22 2( 1 ) s in( , ) a r c ta n2 ( 1 ) c o safaaa?????????① 當 a=1時， φ始終為 0，則輸出與電源電壓同相； ②當 a→∞時， φ =θ（最大值）； ③當 θ=0時，則 φ=0，即當橋臂 ZZ2是相同性質(zhì)元件時，無論 a為任何值， 輸出與電源電壓同相 位。 圖 b: 示出了對于不同的 θ， φ與 a的關系曲線 12/jn Z Z a e ???jK K e ??0 sU K U??交流測量電橋的設計要求與特點： （ 1）為了使橋路平衡，在四個橋臂中必須接入兩個電容（一個單電容式傳感器和一個固定電容，或接入差動型電容傳感器），另外兩個橋臂接入其他類型的阻抗元件（如兩個電阻、兩個電感、兩個電容）； （ 2）交流不平衡電橋不宜于作為單電容式傳感器的測量電路。如在對稱平衡條件（ Z1=Z2 ， Z3=Z4 ）下， 分母中的 △ Z/2Z1為橋路結(jié)構(gòu)引入非線性因素，即使是線性傳感器。 （ 3）對于 Z Z2為電容，另外兩臂由任意阻抗元件組成的電橋，輸出相移為零時，橋臂系數(shù)最大為 ；對于電容式傳感器與電阻構(gòu)成的電橋，其橋臂系數(shù)最大為 ，此時輸出信號有 90 176。相移；對于電容式傳感器與電感組成的電橋，橋臂比的相角 θ=177。 180176。 時，橋臂系數(shù)最大，且輸出相移為零。 3101 2 3 4 1 111( ) [ ]4 1 ( / 2 )sSZZZ ZU U UZ Z Z Z Z Z Z Z?? ?? ? ?? ? ? ? ? ?（ 3） 常用交流電橋的形式： 1 / )RC??（設 0 0 .5 sUU????圖 g： 差動式電容傳感器 0 sUU????圖 a、 c、 d、 f： a=1， θ=0 0 sUU????（ f） （ g） 圖 e： a=1, θ=180176。 ,電橋諧振 圖 b： a=1， θ=90176。 12012 ),()(LCCUECCif R?????0SLU E ESL????0dUEd??特點：對于任何類型的差動電容傳感器，電橋的輸出電壓與輸入量均成線性關系： 12012()1 ( ) LLj C CU E Rj C C R??????（ 4） 變壓器式交流電橋： 電橋兩臂是電源變壓器二次線圈，電橋負載為放大器的輸入阻抗。該橋路目前采用較多，它使用元件最少，橋路內(nèi)阻最小。 變極距型： 變面積型： 對于平行板電容傳感器，則有： 00 iCUUC???? 運算放大器測量電路： 將電容傳感器作為電路的反饋元件接在運放的輸入輸出之間， C0為一固定電容。 000irCdUUS??????0011,iciU I U Ij C j C??? ? ? ???icII???? 雖然變間距型電容傳感器是非線性元件，但采用此電路后，其輸出電壓與極板間距的變化成正比，這是該電路測量的最大優(yōu)點。 二、 *差動脈沖寬度調(diào)制電路 (P53) （ 1）線性輸出；（ 2）對輸出波形的純度要求不高；（ 3）要求直流電源的電壓穩(wěn)定度較高；（ 4）便于與傳感器做在一起。 121 2 1 2,abTTU U U UT T T T????121 2 012, XXXXCCif R R R U UCC?? ? ??1 1 1 2 2 2l n l nXXffUUT R C T R CU U U U?? ??結(jié)論：差動電容的變化導致 U0不同，且輸出是線性的。 1012201222( c os si n )22( c os si n )anbnT nnU U A t B tT T T TT nnU U A t B tT T T T????????? ? ??? ? ????01212abTTU U U UTT?? ? ??三、 *調(diào)頻測量電路 (P51) 00112 2 ( ) pgf f fL C L C C C C??? ? ? ?? ? ? ?0012 pgCffC C C?????0 012 ( )pgfL C C C????[P54例 42] 現(xiàn)有一只電容式位移傳感器，其結(jié)構(gòu)如左圖所示。已知 L=25mm， R=6mm， r=2mm。其中，圓柱 C為內(nèi)電極，圓筒 A、 B為兩個外電極， D為屏蔽套筒， CB構(gòu)成一個固定電容CF， CA是隨活動屏蔽套筒伸入位移量 x而變的可變電容 Cx。采用理想檢測電路如右圖所示，其信號源電壓有效值 Ui=6V。 問：（ 1）在要求運放輸出電壓 U0與輸入位移 x成正比時，標出 CF和Cx在圖 (b)中應連接的位置；（ 2）求該電容式傳感器的靈敏度k；（ 3）求該測量變換系統(tǒng)輸出電壓靈敏度 Kv。 00xxi i vFC d C d ULxU U U k KC L d x d x?? ? ? ? ? ?第三節(jié)
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