傳感器與檢測技術---第5章電容式傳感器-文庫吧資料
2024-10-24 11:16本頁面
【正文】 U T ABAB???? ? （ 5 34） 第 5章 電容傳感器 式中： U1——觸發(fā)器輸出高電平； T T2——C C2充電至 Ur所需時間 。 由于充放電時間常數(shù)不相等 , 使電路中各點電壓波形產(chǎn)生相應改變 。 Q第 5章 電容傳感器 當差動電容器的 Cx1 = Cx2時 ， 電路各點波形 如圖 5 13（ a） 所示 ， 在一個周期內 ， 其平均電壓值為零 。 使觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉 ， 即 Q = 0, = 1, 于是 Cx1通過 VD1迅速放電 , 而開始 Cx2充電 , 當 G點電位高于參比電位 Ur時 。 第 5章 電容傳感器 四 、 脈沖寬度調制電路 脈沖寬度調制電路 如圖 512所示 。 輸出信號的上升沿時間取決于負載電阻 。 當 E幅值較高 , 使二極管 VD VD2工作在線性區(qū)域時 , 測量的非線性誤差很小 。 該電路輸出電壓較高 , 當電源頻率為 , 電源電壓 E= 46V時 , 電容從 7～ +7pF變化 , 可以在 1MΩ負載上得到 5～ +5V的直流輸出電壓 。 當 RL已知時 ， 令 （ 5 32） 常數(shù)）.(c o n s tR)RR( )RR(RM LLL ????22則 )(210 CCE f MU ??（ 5 33） 第 5章 電容傳感器 從式 （ 5 33） 可知 , 輸出電壓 U0不僅與電源電壓的幅值和頻率有關 , 而且與 T型網(wǎng)絡中的電容 C1和 C2的差值有關 。 根據(jù)所給條件 , 則電流 I1 =I2, 且方向相反 , 故在一個周期內流過 RL的平均電流為零 。 C1放電 。 其等效電路 如圖 5－ 11(b)所示 。 當傳感器沒有輸入時 , C1 = C2。 0U? iU?由運算放大器工作原理可得： ixiCCx UCCUZZU ??? ????0(5 30) （ 5 – 31） 第 5章 電容傳感器 三 、 二極管雙 T型交流電橋 圖 5 11 所示 是二極管雙 T型交流電橋電路原理圖 。 第 5章 電容傳感器 如果傳感器是一只平板電容 ， 則 Cx =εA/d， 代入式 (5 30)， 有 dACUU i ??? ??0 式中 “ ”號表示輸出電壓 的相位與電源電壓 反相 。 圖 5 10 是運算放大器式電路原理圖 。 二 、 運算放大器式電路 運算放大器的放大倍數(shù) K非常大 , 而且輸入阻抗 Zi很高 。 C1 C2 第 5章 電容傳感器 當被測信號不為 0 時 ， 即 Cx≠C0, 振蕩器頻率有相應變化 , 此時頻率為 LCCCf)210210 ??? ? 當被測信號為 0時，即 Cx =C0，則 C =C1+C2+C0，所以振蕩器有一個固有頻率 f0, (5 28) ffLCCCfx??????? 021 )(21即電容的變化必將引起振蕩頻率的變化 第 5章 電容傳感器 調頻電容傳感器測量電路具有較高靈敏度 , 可以測量高至 。 第 5章 電容傳感器 調頻振蕩器的振蕩頻率為 LCf ?21?式中： L——振蕩回路的電感： C——振蕩回路的總電容； 其中 ， C=C1+C2+Cx。 當輸入量導致電容量發(fā)生變化時 , 振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化 。 常用的電容轉換電路有調頻電路 、 運算放大器式電路 、 二極管雙 T型交流電橋 、 脈沖寬度調制電路 等 。 第 5章 電容傳感器 注： 由上分析可知， C = f(d) ＝ εA/d 是非線性的，但電容器的容抗 Xc為 AωεdCωX c ??1CX c ?1?即 此式說明，若電容傳感器的輸出為容抗，則容抗 Xc與d仍成線性關系。 圖 5 8 是變極距型差動平板式電容傳感器結構示意圖 。 其非線性誤差為 （ 5 16） （ 5 17） . . .3020????????? ?????????? ???dddd第 5章 電容傳感器 由此可得出傳感器的 相對非線性誤差 δ為 %100%100)(0200??????????ddddddCC? 由式 （ 5 16） 與式 （ 5 18） 可以看出：要提高靈敏度 , 應減小起始間隙 d0, 但相對非線性誤差卻隨著 d0的減小而增大 。 000 1ddddCC?????0001ddCCCC??????因為 所以 第 5章 電容傳感器 將上式可按級數(shù)展開，得 ...]1[3020000?????????????????????????????ddddddddCC ?????1/ 0 ??? dd 由
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