第六章电容式传感器.ppt

4、二极管双T型电路 电路的特点： 线路简单，可全部放在探头内，大大缩短了电容引线、减小了分布电容的影响； 电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高度稳定； 输出阻抗为R，而与电容无关，克服了电容式传感器高内阻的缺点； 适用于具有线性特性的单组式和差动式电容式传感器。 5、差动脉冲调宽电路（差动脉冲宽度调制电路） 利用对传感器电容的充放电，使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化。 通过低通滤波器就能得到对应被测量变化的直流信号。 工作原理：传感器的电容器充放电时，电容量的变化使电路输出的脉冲宽度随之变化，经低通滤波器得到与被测量变化相应的直流信号。 图中C1、C2为差动式传感器的两个电容（起始值相等），A1、A2是两 个比较器，参考电压为Uf。 UF C D 5、差动脉冲调宽电路（差动脉冲宽度调制电路） 当电源接通时， 设双稳态触发器的A端为高电位，B端为低电位； A点通过R1对Cl充电，C点电位Uc上升，直至UC=UF； 比较器A1产生一个脉冲，触发双稳态触发器翻转； A点为“0”，B点为“1”。此时C点电位经二极管VD1迅速放电至0； UF C D 同时B点经R2向C2充电，D点电位UD上升，直至UD=UF ，比较器A2产生一个脉冲，触发器再次翻转，A变高，B变低，周而复始。 A、B点电位高低变化受C1、C2调制。 5、差动脉冲调宽电路（差动脉冲宽度调制电路） 波形分析： 双稳态触发器A、B两端均产生一个宽度受C1、C2电容变化影响的方波。 C1=C2时，A、B两点输出的脉冲宽度相等； A、B两点平均电压UAB=0； C1、C2充电时间T1=T2. （T1=R1?C1） 5、差动脉冲调宽电路（差动脉冲宽度调制电路） 波形分析 双稳态触发器A、B两端均产生一个宽度受C1、C2电容变化影响的方波。 C1≠C2（C1C2）时，A点输出的脉冲宽度大于B点； A、B两点平均电压UAB≠0； C1、C2充电时间T1T2. （T1=R1?C1） 5、差动脉冲调宽电路（差动脉冲宽度调制电路） 6.4 电容式传感器的特点 优点： （1）温度稳定性好：电容式传感器常用空气等气体作为绝缘介质，介质本身的发热量非常小，可忽略不计。因此，只需要从强度、温度系数等机械特性进行考虑，来合理选择材料和几何尺寸。 （2）结构简单，适应性强：电容式传感器结构简单，易于制造；能在高低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下工作，适应能力强。 （3）动态响应好：电容式传感器由于它的可动部分可以做得很小很薄，即质量很轻，其固有频率很高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，特别适合动态测量。 （4）可以实现非接触测量、具有平均效应： 当被测件不能允许采用接触测量的情况下,电容传感器可以完成测量任务。当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。 （5）阻抗高、功率小，需要输入的动作能量低：电容式传感器由于带电极板间的静电吸引力极小，因此所需要的输入能量也极小，特别适用于低能量输入的测量。 例如测量极低的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力非常高，能感受0.001μm甚至更小的位移 缺点： （1）输出阻抗高，带负载能力差：电容式传感器的容量受其电极几何尺寸等限制，使传感器的输出阻抗很高。因此传感器带负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象。 电容的容抗大还要求传感器绝缘部分的电阻值极高（几十兆欧以上），否则绝缘部分将作为旁路电阻而影响传感器的性能，为此要注意温度、湿度、清洁度等环境对绝缘材料绝缘性能的影响。 （2）输出特性为非线性：虽可采用差动结构来改善，但不可能完全消除。其他类型的电容传感器只有忽略了电场的边缘效应时，输出特性才成线性，否则边缘效应所产生的附加电容量将与传感器电容量直接叠加，使输出特性非线性。 缺点： （3）寄生电容影响大： 传感器的初始电容量很小，而其引线电缆电容、测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大， ①降低了传感器的灵敏度； ②这些电容(如电缆电容)常常是随机变化的，将使传感器工作不稳定，影响测量精度，其变化量甚至超过被测量引起的电容变化量，致使传感器无法工作。因此对电缆选择、安装、接法有要求 6.5 电容式传感器的应用 1、 差动式电容压力传感器 当被测压力或压力差作用于膜片并使之产生位移时，形成的两个电容器的电容量，一个增大，一个减小。 该电容值的变化经测量电路转换成与压力或压力差相对应的电流或电压的变化。 主要结构为一个膜片动电极和两个在凹形玻璃上电镀成的固定电极组成的差动电容器。 2、 差动式电容加速度传感器 主要由两个固定极板（与外壳绝缘）和一个质量块组成； 中间的质量块采用弹