【正文】 tu NT 2u 1t0t0u Bu 1u ABt0u 1u Ctu MT 1u Ctu NT 2圖3 .2. 4 電壓波形圖 調(diào)頻電路 這種測量電路是把電容式傳感器與一個電感元件配合成一個振蕩器諧振電路。 當(dāng)差動電容傳感器處于工作狀態(tài) ， 即 C1≠C2時 ， 兩個電容的充電時間常數(shù)發(fā)生變化 ， T1正比于 C1， 而 T2正比于 C2， 這時輸出電壓的平均值不等于零 。 圖 。 這時 Q端高平 ， C1處于充電狀態(tài) ， 同時二極管 V2導(dǎo)通 ， 電容 C2放電至零 。 這時二極管 V1導(dǎo)通 ， C1放電至零 ， 而同時 Q端通過 R2為 C2充電 。 當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 Q端輸出高電平時 ， 則通過 R1對 C1充電 。這種電路根據(jù)差動電容式傳感器電容 C1和 C2的大小控制直流電壓的通斷，所得方波與 C1和 C2有確定的函數(shù)關(guān)系。由式（ 323）可以看出，輸出電壓 u0與動極片機(jī)械位移 d成線性關(guān)系。 電容式傳感器跨接在高增益運(yùn)算放大器的輸入端與輸出端之間 。 V. 可以用作動態(tài)測量 。 III. 輸出電壓較高 。 此時輸出電壓值為 (321) )CU f ( CR)R(R )2RR ( Ru 21L2LL0 ??? 當(dāng) R1=R2=R， RL為已知時 ， 則 這一個常數(shù) ， 故式 （ 311） 又可寫成 (322) 雙 T電橋電路具有以下特點(diǎn)： I. 信號源 、 負(fù)載 、 傳感器電容和平衡電容有一個 公共的接地點(diǎn) 。 如果選擇特性相同的二極管 ， 用 R1=R2， C1=C2， 則流過 RL的電流 i1和 i2的平均值大小相等 ，方向相反 ， 在一個周期內(nèi)渡過負(fù)載電阻 RL的平均電流為零 ， RL上無電壓輸出 。 到了下一個正半周 ， V1導(dǎo)通 ， V2截止 ， C1又被充電 ， 而 C2則要放電 。 電路的工作原理如下：當(dāng)電源電壓 U為正半周時， V1導(dǎo)通， V2截止，于是 C1充電；當(dāng)電源負(fù)半周時， V1截止， V2導(dǎo)通，這時電容 C2充電，而電容 C1則放電。 圖中C C2為差動電容式傳感器的電容 ，對于單電容工作的情況時 ， 可以使其中一個為固定電容 ， 另一個為傳感器電容 。 在此主要介紹后四種電路 。// ??? dd xlbCdd bxC BA ? ????2110 dd blC ?? ?)11()(CC21212101212211BA??????????????????ddlxCddxlbddbxC(317) 式（ 37）表明，電容量 C與位移 x呈線性關(guān)系。 這種傳感器可用來測量物位或液位 ， 也可測量位移 。 11 22 ?? dx )1(0 dxCC ?? 變介電常數(shù)式電容傳感器 當(dāng)電容式傳感器中的電介質(zhì)改變時 ， 其介電常數(shù)變化 ， 從而引起了電容量發(fā)生變化 。為此 ,一般是在極板間放置云母、塑料膜等介電常數(shù)高的物質(zhì)來改善這種情況。同時還可以看出，要提高靈敏度，應(yīng)減小起始間隙 d過小時。當(dāng)活動極板因被測參數(shù)的改變而引起移動時，兩極板間的距離 d發(fā)生變化，從而改變了兩極板之間的電容量 C。 )()( 0 xdbCnd xabnC ?????? ??xdbnnCCC ?????? ?0dbnxCK ?????? 變間隙式電容傳感器 圖 。當(dāng)動片有一角位移時，兩極板間覆蓋面積就發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容量的變化，此時電容值為 axCxdbCCC ????????? 00 ? dbxCK ??????)1()1(0 ????????? CdAC (313) xxxθa) b) c)圖3 . 1 . 3 變面積式電容傳感器的派生型a)角位移型 b)齒形極板型 c)圓筒型 圖 ， 其目的是為了增加遮蓋面積 ， 提高靈敏度 。 圖 。 當(dāng)動極板移動 △ x后 ， 覆蓋面積就發(fā)生變化 ， 電容量也隨之改變 ， 其值為 C=?b（ a△ x） /d=C0?b 所以電容式傳感器可以分為三種類型：改變極板面積的變面積式；改變極板距離的變間隙式；改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式 。 如果保持其中兩個參數(shù)不變 ， 而使另外一個參數(shù)改變 ， 則電容量就將發(fā)生變化 。 設(shè)兩極板相互覆蓋的有效面積為 A（ m2） ， 兩極板間的距離為 d（ m） ， 極板間介質(zhì)的介電常數(shù)為 ?（ F隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展， 特別是集成電路的廣泛應(yīng)用，這些缺點(diǎn)也得到了一定的克服，進(jìn) 一步促進(jìn)了電容式傳感器的廣泛應(yīng)用。因此，可以用來測量壓力、力、 位移、振動、液位等參數(shù)。電容式傳感器 電容式傳感器是把被測量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。 它具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)特性好、適應(yīng)性強(qiáng)、抗 過載能力大及價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但電容式傳感器的泄漏電阻和非線性 等缺點(diǎn)也給它的應(yīng)用帶來一定的局限。 電容式傳感器的基本原理及性能特點(diǎn) 電容式傳感器的基本工作原理可以用圖 。m1） ， 在忽略板極邊緣影響的條件下 ， 平板電容器的電容量 C（ F） 為 C=?A/d （ 311） 由式 （ 31） 可以看出 ， ?， A， d三個參數(shù)都直接影響著電容量 C的大小 。 如果變化的參數(shù)與被測量之間存在一定函數(shù)關(guān)系 ， 那被測量的變化就可以直接由電容量的變化反映出來 。 Aεd圖3 . 1 . 1 平板電容bdaxΔ x圖3 . 1 . 2 直線位移型電容式傳感器 變面積式電容傳感器 圖 ?！?x/d （ 312） 電容因位移而產(chǎn)生的變化量為 其靈敏度為 可見增加 b或減小 d均可提高傳感器的靈敏度。圖 。 當(dāng)齒板極板的齒數(shù)為 n， 移動 △ x后 ， 其電容量為 (314) 其靈敏度為 由前面的分析可得出結(jié)論 ， 變面積式電容傳感器的靈敏度為常數(shù) ， 即輸出與輸入呈線形關(guān)系 。圖中 1為固定極板， 2為與被測對象相連的活動極板。 圖3 . 1 . 5 介質(zhì)面積變化的電容傳感器C BC Axxld1d2ε 1ε 212d圖3 . 1 . 4 變間隙式電容傳感器1 –固定極板 2 活動極板設(shè)極板面積為 A， 其靜態(tài)電容量為 ， 當(dāng)活動極板移動 x后 ，其電容量為 (315) dAC ??22011dxdxCxd AC????? ?當(dāng) x＜＜ d時 則 (316) 由式（ 35）可以看出電容量 C與 x不是線性關(guān)系，只有當(dāng) x＜＜ d時，才可認(rèn)為是最近似線形關(guān)系。但當(dāng) d過小時，又容易引起擊穿，同時加工精度要求也高了。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線性，可采用差動式結(jié)構(gòu)。 此類傳感器的結(jié)構(gòu)形式有很多多種 ， 圖 。 由圖中可以看出 ， 此時傳感器的電容量為 ；其中： 設(shè)極板間無 ε 2介質(zhì)時的電容量為： ；當(dāng) ε 2介質(zhì)插入兩極板間則有： BA CCC ?? 1212211 /)( )(。 電容式傳感器的常用測量電路 用于電容式傳感器的測量電路很多 ,常見的電路有 :普通交流電橋 、 緊耦合電感臂電橋 、 變壓器電橋 、 雙 T電橋電路 、 運(yùn)算放大器測量電路 、 脈沖調(diào)制電路 、 調(diào)頻電路 。 雙 T電橋電路 +C 1 C 2R 2R 1V 2V 1R L～u圖3 . 2 . 1 雙T 電橋電路u iu 0圖3 . 2 . 2 運(yùn)算放大器式測量電路C 0C x 這種測量電路如圖 。 RL為負(fù)載電阻 ， VV2為理想二極管 ， R R2為固定電阻 。電容 C1的放電回路由圖中可