傳感器與檢測技術(shù)---第5章電容式傳感器-閱讀頁
2024-11-02 11:16本頁面
【正文】 出電壓與極板間距離 d 呈線性關(guān)系 。 其中 e是高頻電源 , 它提供幅值為 E的對稱方波 , 且 R1=R2= R， C C2為傳感器的兩個差動電容 。 電路工作原理如下： 當(dāng) e為正半周時 , 二極管 VD1導(dǎo)通 、 VD2截止 , 于是電容 C1充電 ， C2放電 。 當(dāng) e為負(fù)半周時 , VD2導(dǎo)通 、 VD1截止 , 則電容 C2充電 。 其等效電路 如圖 5－ 11(c)所示 。 第 5章 電容傳感器 若傳感器輸入不為 0, 則 C1 ≠ C2, 那么 I1≠I2, 此時 RL上必定有信號輸出 , 其輸出電壓在一個周期內(nèi)的平均值為 LTLL RdttItITRIU ???? ? )]()([120 10)()( )2( 212 CCEfRRR RRR LLL ???? 式中 f 為電源頻率 。 當(dāng)電源電壓和頻率確定后 , 輸出電壓 U0是電容 C1和 C2的函數(shù) 。電路的靈敏度與電源幅值和頻率有關(guān) , 故輸入電源要求穩(wěn)定 。電路的輸出阻抗與電容 C C2無關(guān) , 而僅與 R R2及 RL有關(guān) , 其值為 1～100kΩ。 對于 1kΩ的負(fù)載電阻上升時間為 20 μs左右 , 故可用來測量高速的機(jī)械運動 。 其工作原理如下： 設(shè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器初始狀態(tài)為 Q =1, =0， 則 Cx1充電 , （ Cx2放電 ） , 當(dāng) F點電位充到參考電位 Ur時 ， 比較器 A1輸出高電平 1。 比較器 A2輸出高電平 , 使觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn) ，即使 Q=1, =0 , 重復(fù)前述過程 , 電路各點波形 如圖 513所示 。 當(dāng)差動電容 Cx1 ≠ Cx2時 , 設(shè) Cx1 Cx2, 則 τ1 = R1 Cx1τ2 = R2 Cx2 。 如圖 5 13（ b） 所示 , 此時 uA、 uB脈沖寬度不再相等 , 在一個周期時間 （ T=T1+T2） 內(nèi) ， uAB的平均電壓值UAB不為零 。 由電路知識可知 : rx UUUCRT?? 11111 lnrx UUUCRT?? 11222 ln12121 UCCCCUxxxxAB ???當(dāng) R1=R2時，將 T T2代入式（ 5 34） , 得 （ 5 35） （ 5 36） （ 5 37） 第 5章 電容傳感器 把平行板電容的公式代入式 （ 5 37） , 在變極板距離的情況下可得 12112 UddddUAB ???式 （ 5 38） 中 d d2分別為 Cx Cx2極板間距離 。 由此可見 , 差動脈寬調(diào)制電路能適用于變極板距離以及變面積式差動式電容傳感器 , 并具有線性特性 , 且轉(zhuǎn)換效率高 , 經(jīng)過低通放大器就有較大的直流輸出 , 且調(diào)寬頻率的變化對輸出沒有影響 。 圖中所示為一個膜片動電極和兩個在凹形玻璃上電鍍成的固定電極組成的差動電容器 。 該電容值的變化經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成與壓力或壓力差相對應(yīng)的電流或電壓的變化 。 它有兩個固定極板 （ 與殼體絕緣 ） , 中間有一用彈簧片支撐的質(zhì)量塊 , 此質(zhì)量塊的兩個端面經(jīng)過磨平拋光后作為可動極板（ 與殼體電連接 ） 。 此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化 , 一個增加 , 一個減小 , 從而使 C C2產(chǎn)生大小相等 , 符號相反的增量 , 此增量正比于被測加速 。 將被測電容 C C2作為各變換振蕩器的回路電容 , 振蕩器的其它參數(shù)為固定值 , 等效電路 如圖 5 16（ b） 所示 , 圖中 C0為耦合和寄生電容 , 振蕩頻率 f 為 210 )]([21CCLfx ??? xrx dAC??? 電容式加速度傳感器的主要特點是頻率響應(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) 。 A——極板面積 。 Cx ——待測電容器的電容量 。 由此可見 , 振蕩頻率包含了電容傳感器的間距 dx的信息 。 四 、 電容式料位傳感器 下圖 5 17 是電容式料位傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 。 第 5章 電容傳感器 第 5章 電容傳感器 當(dāng)罐內(nèi)放入被測物料時 , 由于被測物料介電常數(shù)的影響 , 傳感器的電容量將發(fā)生變化 , 電容量變化的大小與被測物料在罐內(nèi)高度有關(guān) , 且成比例變化 。 傳感器的靜電電容可由下式表示 : dDhkC sln)( 0?? ??式中： k——比例常數(shù) 。 ε0——空氣的相對介電常數(shù) 。 d——測定電極的直徑 。 假定罐內(nèi)沒有物料時的傳感器靜電電容為 C0, 放入物料后傳感器靜電電容為 C1, 則兩者電容差為 ΔC = C1 — C0 （ 5 47） 由式 （ 5 46） 可見 , 兩種介質(zhì)常數(shù)差別越大 , 極徑 D與d相差愈小 , 傳感器靈敏度就
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