《传感原理与检测技术》课程教学课件（PPT讲稿）第4章 电容式传感器 §4.5 电容式传感器的测量电路 §4.6 电容式传感器的应用

84.5电容式传感器的测量电路信号调节电路：把微小的电容值转换成与其正比的电压、电流或频率等，以便显示、记录以及传输4.5.1运算放大器测量电路可以修正变间隙电容式传感器的非线性其中:Ua=0,I=0LCaOU,=-jaci-KoiU。=-jIio =-i2009年9月ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 23 §4.5 电容式传感器的测量电路 信号调节电路:把微小的电容值转换成与其正比的 电压、电流或频率等，以便显示、记录以及传输。 4.5.1 运算放大器测量电路 可以修正变间隙电容式传感器的非线性. 其中: = 0, = 0 • • U a I

得：jo=-ü,CCx对于平行板电容器:C,=εS/d,因此U.与d成j。=-ü,C线性关系eS以上假设:1.运放的增益 K= 0;2.输入阻抗Z,= 02009年9月24ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 24 得: x i C C U U 0 0 • • = − 对于平行板电容器: Cx =εS/d ,因此: d S C U U i  0 0 • • = − U0与d成 线性关 系 以上假设:1. 运放的增益 K= ∞; 2.输入阻抗Zi = ∞

4.5.2电桥电路电桥相敏O滤波器检波输出-T5参考电压拔芳器(b)(a)变压器电桥的输出电压E△dUo =2 d.2009年9月25ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 25 4.5.2 电桥电路 变压器电桥的输出电压: 0 0 2 d E d U  = • •

4.5.3二极管T型网络系统(双T型电桥)RDBR?ARe高频电源，产生对称方波Ci,C2差动电容传感器：R,=R,-R固定电阻RL:负载电阻2009年9月26ZUST阮spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 26 4.5.3 二极管T型网络系统 (双T型电桥) e高频电源,产生对称方波; C1 ,C2差动电容传感器; R1=R2=R固定电阻; RL:负载电阻

R2DBR,工作原理DA01正半周：KR一芊c负半周：RR当C,=C2,且R,=R,=R时F2R在正负半周内流过的电流大小相等,方向相反即R上一周内的平均电流为0,无信号输出2009年9月27ZUST 阮 spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 27 工作原理: 正半周: 负半周: 当C1=C2 ,且R1=R2=R时 RL在正负半周内流过的 电流大小相等,方向相反. 即RL上一周内的平均电流为0,无信号输出

当C,=C,+△C, C2=Co-△C,则R上产生的平均电流不为零,有信号输出由电路分析可知：负半周时R(2R, + R)EC1I'(t)t1R+ RLR+R,正半周时：R(2 R, + R) ECt/t2T2I(t)R+R,R+R,282009年9月ZUST 阮 spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 28 当C1=C0+ΔC, C2=C0 -ΔC, 则RL上产生的平均电流不为零,有信号输出. 由电路分析可知:负半周时: '( ) (1 ) 1 t / L L e R R E I t − − + = 1 1 (2 ) C R R R R R L L + +  = 正半周时: ( ) (1 ) 2 t / L L e R R E I t − − + = 2 2 (2 ) C R R R R R L L + +  =

TI L =[[1', (t) - I, (t)]dtT1T0E[[(1 -e-1/) -(1-e-/t2 )]dtTR+R.0R+2RRf(C, -C, -Cje-k +Cze-k=E(R+R,)2(4-43)其中:R+R,R+ R,k,=k2 =RfC(R+2R,)RfC,(R+2R,)Uo=IR,输出电压平均值292009年9月ZUST 阮 spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 29 I t I t dt T I T L L L  = − 0 [ ' ( ) ( )] 1 1 2 1 2 2 1 2 1 2 0 / / ( ( ) 2 [(1 ) (1 )] 1 k k L L T t t L Rf C C C e C e R R R R E e e dt R R E T − − − − − − + + + = − − − + =    其中: ( 2 ) 1 1 L L RfC R R R R k + + = ( 2 ) 2 2 L L RfC R R R R k + + = 输出电压平均值: L U 0 = I LR (4-43)

选择合适的参数：可使式(4-43)中的指数项误差<1%R(R+2R,RUo~R,Ef(C, -C,) = 2kEf△C(R+R,)线性！R(R+2R, RRL其中: k =(R+R,)特点：1.电源e,C,和C,及输出电路都接地2.灵敏度与电源电压、频率有关，需要稳压稳频3.输出信号大，可直接用毫安或微安表测量302009年9月ZUST 阮 spruan@126.com

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 30 选择合适的参数: 可使式(4-43)中的指数项误差< 1% R Ef C C kEf C R R R R R R U L L L − =  + +  ( ) 2 ( ) ( 2 2 1 2 0 线性! L L L R R R R R R R k 2 ( ) ( 2 + + 其中: = 特点: 1.电源e,C1和C2及输出电路都接地; 2.灵敏度与电源电压、频率有关，需要稳压稳频； 3.输出信号大，可直接用毫安或微安表测量

4.5.4差动脉冲宽度调制电路QUKRMQ+AR,双稳态触AR发器RBS0T1A

2009年9月 ZUST 阮 spruan@126.com 31 4.5.4 差动脉冲宽度调制电路

14qu,DuB0MAP双稳A态触发器17ABOTmUUN(a)(b)图4-20差动脉宽调判电路各点波形2009年9月ZUS

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