第三章電容式傳感器-資料下載頁(yè)
2025-07-20 05:29本頁(yè)面
【正文】 式傳感器 四、脈沖寬度調(diào)制電路 雙 穩(wěn) 觸發(fā) 器D 1D 2R1R2AuA BFGCx 1Cx 2BQA1A2UrCD第 3章 電容式傳感器 0?Q Cx Cx2為差動(dòng)電容傳感器 。 電阻 R1= R2， A A2為比較器 。 當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于某一狀態(tài) ， Q=1， ， A點(diǎn)高電位通過(guò) R1對(duì) Cx1充電 ， 時(shí)間常數(shù)為 τ1= R1 Cx1 ， 直至 C點(diǎn)電位高于參考電位Ur， 比較器 A1 輸出正跳變信號(hào) 。 與此同時(shí) ， 因?yàn)? ， 電容器Cx2上已充電流通過(guò) D2迅速放電至零電平 。 A1正跳變信號(hào)激勵(lì)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn) ， 使 Q=0， ， 于是 A點(diǎn)為低電位 ， Cx1通過(guò) D1迅速放電 ， 而 B點(diǎn)高電位通過(guò) R2對(duì) Cx2充電 ， 時(shí)間常數(shù)為 τ2= R2 Cx2 ，直至 D點(diǎn)電位高于參考電位 Ur， 比較器 A2 輸出正跳變信號(hào) ， 使觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn) 。 重復(fù)上述過(guò)程 。 當(dāng)差動(dòng)電容器 Cx1=Cx2時(shí) ， 電路各點(diǎn)波形如圖 （ a） 所示 ， A、 B兩點(diǎn)間的平均電壓為零 。 0?Q1?Q第 3章 電容式傳感器 當(dāng)差動(dòng)電容 Cx1≠Cx2， 且 Cx1〉 Cx2， 則 τ1= R1 Cx1 〉 τ2= R2 Cx2 。由于充放電時(shí)間常數(shù)變化 ， 使電路中各點(diǎn)電壓波形發(fā)生相應(yīng)改變 。 電路各點(diǎn)波形如圖 （ b） 所示 ， 此時(shí) uA、 uB脈沖寬度不再相等 ， 一個(gè)周期 (T1+T2)時(shí)間內(nèi)的平均電壓值不為零 。 此 uAB電壓經(jīng)低通濾波器濾波后 ， 可獲得 Uo 21211 TTTTUUUUBAo ?????式中： U1——觸發(fā)器輸出高電平； T T2——Cx Cx2充電至 Ur時(shí)所需時(shí)間。 第 3章 電容式傳感器 由電路知識(shí)可知 rxrxUUUnCRTUUUnCRT????222221111111將 T T2代入式得 12121 UCCCCUxxxxo ???第 3章 電容式傳感器 把平行板電容的公式代入上式，在變極板距離的情況下可得 式中 , d d2分別為 Cx Cx2極板間距離 。 當(dāng)差動(dòng)電容 Cx1= Cx2=C0， 即 d1=d2=d0時(shí) ， Uo=0；若 Cx1≠Cx2， 設(shè) Cx1 Cx2 ， 即 d1=d0Δd, d2=d0+Δd, 10UddUo??12121 UddddUo ???第 3章 電容式傳感器 同樣， 在變面積電容傳感器中， 則有 1USSUo?? 由此可見(jiàn) ， 差動(dòng)脈寬調(diào)制電路適用于變極板距離以及變面積差動(dòng)式電容傳感器 ， 并具有線性特性 ， 且轉(zhuǎn)換效率高 ， 經(jīng)過(guò)低通放大器就有較大的直流輸出 ， 調(diào)寬頻率的變化對(duì)輸出沒(méi)有影響 。 12121 UAAAAUo ???式中 , A A2分別為 Cx Cx2極板間面積 。 當(dāng)差動(dòng)電容 Cx1≠Cx2 有 第 3章 電容式傳感器 t uA uA uB uAB U1 U1 0 0 0 U1 U1 T1 T2 t t t t t (a) 0 U1 uB 0 U1 UC Ur 0 t UD Ur 0 t uAB U1 U1 0 t U0 Ur 0 T2 t (b) UD Ur T1 0 UC 第 3章 電容式傳感器 第四節(jié) 電容傳感器的應(yīng)用舉例 電容式壓力傳感器 外殼p1p2金 屬 鍍 層凹 形 玻 璃 膜片過(guò) 濾 器第 3章 電容式傳感器 圖為差動(dòng)電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖 。 圖中所示膜片為動(dòng)電極 ， 兩個(gè)在凹形玻璃上的金屬鍍層為固定電極 ， 構(gòu)成差動(dòng)電容器 。 當(dāng)被測(cè)壓力或壓力差作用于膜片并產(chǎn)生位移時(shí) ， 所形成的兩個(gè)電容器的電容量 ， 一個(gè)增大 ， 一個(gè)減小 。 該電容值的變化經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成與壓力或壓力差相對(duì)應(yīng)的電流或電壓的變化 。 第 3章 電容式傳感器 電容式加速度傳感器 差動(dòng)式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 621C1C25d1d24 31— 固 定 電 極 ；2— 絕 緣 墊 ；3— 質(zhì) 量 塊 ；4— 彈 簧 ；5— 輸 出 端 ；6— 殼體第 3章 電容式傳感器 當(dāng)傳感器殼體隨被測(cè)對(duì)象沿垂直方向作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 質(zhì)量塊在慣性空間中相對(duì)靜止 ， 兩個(gè)固定電極將相對(duì)于質(zhì)量塊在垂直方向產(chǎn)生大小正比于被測(cè)加速度的位移 。 此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化 ， 一個(gè)增加 ， 一個(gè)減小 ， 從而使 C C2產(chǎn)生大小相等 、 符號(hào)相反的增量 ， 此增量正比于被測(cè)加速度 。 電容式加速度傳感器的主要特點(diǎn)是頻率響應(yīng)快和量程范圍大 ， 大多采用空氣或其它氣體作阻尼物質(zhì) 。 第 3章 電容式傳感器 差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器 電容測(cè)厚傳感器是用來(lái)對(duì)金屬帶材在軋制過(guò)程中厚度的檢測(cè) ， 其工作原理是在被測(cè)帶材的上下兩側(cè)各置放一塊面積相等 ， 與帶材距離相等的極板 ， 這樣極板與帶材就構(gòu)成了兩個(gè)電容器C C2。 把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來(lái)成為一個(gè)極 ， 而帶材就是電容的另一個(gè)極 ， 其總電容為 C1 + C2 ， 如果帶材的厚度發(fā)生變化 ， 將引起電容量的變化 ， 用交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓瘻y(cè)出來(lái) ， 經(jīng)過(guò)放大即可由電表指示測(cè)量結(jié)果 。 第 3章 電容式傳感器 音頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的音頻信號(hào) ， 接入變壓器 T的原邊線圈 ，變壓器副邊的兩個(gè)線圈作為測(cè)量電橋的兩臂 ， 電橋的另外兩橋臂由標(biāo)準(zhǔn)電容 C0和帶材與極板形成的被測(cè)電容 Cx(Cx=C1+C2)組成 。 電橋的輸出電壓經(jīng)放大器放大后整流為直流 ， 再經(jīng)差動(dòng)放大 ， 即可用指示電表指示出帶材厚度的變化 。 音 頻 信 號(hào) 發(fā) 生 器音 頻 放 大 器 全 波 整 流 器 差 動(dòng) 放 大 器C0C1C2RRCT
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