变面积式差动电容传感器

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1、模块三传感器原理及检测实训变面积式差动电容传感器浙江经济职业技术学院徐文3.2电容式传感器电感式传感器是以电容器作为传感元件，将被测量的变化转换为电容量的变化的一种传感器。返回首页分类:电容式传感器参数分类位移分类变面积型变介电常数型变极距型角位移式极板形状分类组成分类线位移式单一式差动式3.2电容式传感器返回首页3.2.1基本原理与结构类型3.2.2输入-输出特性3.2.3等效电路分析3.2.4接口电路3.2.5变面积式差动圆柱型电容传感器实训3.2电容式传感器返回首页3.2.1基本原理与结构类型典型的电容式传感器中的电容通常做成平行平面形或平行曲面形。以平板电容器为例（原理图如下），若忽

2、略其边缘效应，其电容量C为：平板电容器原理+++dAd、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。返回首页3.2.1基本原理与结构类型②多层介质A——极板覆盖面积①单层介质平行平面电容返回首页改变极板面积的变面积式；改变极板距离的变间隙式；改变介电常数的变介电常数式。3.2.1基本原理与结构类型当时，x>0时，lnx展成n级数，取第一项，，令，所以L——覆盖长度平行曲面形（同轴圆筒形）电容返回首页3.2.2输入-输出特性1、变极距型图3-2-1变极距型电容传感器返回首页3.2.2输入-输出特性(1)单一式图3-2-1(a)初始时动极板上移(2)差动式图3-2-1(b)返回首页3.2.2输入-输

3、出特性图3-2-2线位移式变面积型结构2、变面积型(1)线位移式初始时移动△l后返回首页3.2.2输入-输出特性筒状线位移变面积型返回首页3.2.2输入-输出特性图3-2-3变面积型差动式结构(2)角位移式（差动结构）返回首页3.2.2输入-输出特性①扇形结构初始时转动后所以②柱面形结构图3-2-3(b)公式同上返回首页3.2.2输入-输出特性图3-2-4线位移式变介质型差动结构3、变介质型（差动式）返回首页3.2.2输入-输出特性初始时介质()块右移时，所以同理故返回首页3.2.3等效电路分析1、等效电路RP——并联损耗电阻Rs——串联电阻L——引线电感RP代表极板间的泄漏电阻和极板间的介

4、质损耗；Rs代表引线电阻L是电容器本身的电感和外部引线电感图3-2-5电容传感器的等效电路返回首页3.2.3等效电路分析结论：1、激励频率通常2、每当改变激励频率或更换连接电缆时须重新进行标定2、引线电感的影响等效电容两边同乘所以实际相对变量为返回首页3.2.4接口电路1、比例运算电路图4-2-6比例运算法测量电路（a）恒电流激励电路（b）恒电压激励电路（c）恒电压激励差动电路1返回首页3.2.4接口电路(1)恒电流激励电路3-2-6(a)应用于单一变极距式电容传感器(2)恒电压激励电路3-2-6(b)应用于变面积式和变介质式电容传感器(3)恒电压激励差动电路3-2-6(c)应用于变面积差动

5、式电容传感器(0CCUUx－=)0i..返回首页3.2.4接口电路2、交流电桥(1)电阻平衡臂电桥图3-2-7(a)(2)变压器电桥图3-2-7(b)开路（ZL→∞时）输出电压都为Z1和Z2若为两个电容传感器，则应用于变极距差动式电容传感器返回首页3.2.4接口电路图3-2-7两种交流电桥（a）电阻平衡臂交流电桥（b）变压器电桥返回首页3.2.4接口电路图3-2-8二极管环形电桥3、二极管环形电桥流经电流表M的瞬时电流的平均值为返回首页3.2.4接口电路4、差动脉冲调宽电路(1)RC电路的微分方程当ui从0跳变到高电平UOH后，，代入上式得uo从0上升到UR的时间为返回首页3.2.4接口电路

6、(2)差动电容脉冲调宽电路的工作过程图3-2-9中，C1和C2为差动电容传感器的两个电容。双稳态触发器两端分别输出高电平UOH和低电平0。当Q端从0跳变到UOH端，从UOH跳变到0时，C2通过D2迅速放电到0，UOH通过R1对C1充电。在C1充电达到UR时，比较器发生跳变，使触发器翻转。于是C2开始通过R2充电，而C1则通过D1放电，重复上面的同一过程。这样Q端和端就形成了宽度分别为T1和T2的方波：返回首页3.2.4接口电路图3-2-9差动脉冲调宽电路图3-2-10脉冲宽度波形返回首页3.2.4接口电路图3-2-10为几个主要点的波形图。由图可见在Q端和端的输出，是幅值为UOH而宽度分别为

7、T1和T2的方波，方波基波频率f0为Q端与端间的差模电压经低通滤波后，输出电压为取R1=R2，将T1、T2式代入上式得将式代入上式得返回首页3.2.4接口电路为了使输出电压Uo为方波电压UAB的平均值，必须滤去方波基波及其谐波只保留其直流分量，为此，要求fhfx。为同时满足这