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1、Vo.l28,No.5HeilongjiangElectricPowerOc.t2006微小电容测量电路112邱桂苹,于晓洋,陈德运(1.哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080;2.哈尔滨理工大学计算机与控制学院,黑龙江哈尔滨150080)摘要:针对目前微小电容测量电路的测量方法进行分析和比较。介绍了代表性电容测量电路的基本原理,评述了各种电路的优缺点以及主要技术指标。并指出微小电容测量电路的发展趋势。关键词:电容传感器;微小电容;测量电路中图分类号:TM930.111文献标识码:A文章编号:1002-1663(2006)05-0362-05Micro-capa
2、citancemeasuringcircuit112QIUGuiping,YUXiaoyang,CHENDeyun(1.Measurement-ControlTechnique&CommunicationsEngineeringSchoo,lHarbinUniversityofScienceandTechnology,Har-bin150080,China;2.Computer&ControlSchoo,lHarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbin150080,China)Abstract:Measuringmethodofmicro-c
3、apacitancemeasuringcircuitpopularnowwasanalyzedandcontras-ted,andthemechanismofatypicalmicro-capacitancemeasuringcircuitwasintroduced,theadvantagesanddisadvantagesofallkindsofcircuitandthemaintechnicalspecificationswerediscussedaswel,litsdevelo-pingtrendwasalsopointedou.tKeywords:capacitancesens
4、or;micro-capacitance;measuringcircuit电容式传感器是将被测量的变化转换成电容般大于100pF)远远大于系统的电容变化值,且量变化的一种装置。电容式传感器具有结构简杂散电容会随温度、结构、位置、内外电场分布及单、分辨力高、工作可靠、动态响应快、可非接触测器件的选取等诸多因素的影响而变化,同时被测[3]量,并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工电容变化范围大。因此微小电容测量电路必作等优点已在工农业生产的各个领域得到广泛应须满足动态范围大、测量灵敏度高、低噪声、抗杂[1]散性等要求。用。例如在气力输送系统中,可以用电容传感器来获得浓度信号和流动噪声信号
5、,从而测量物1充/放电电容测量电路料的质量流量;在电力系统中,采用电容传感器在充/放电电容测量电路基本原理如图1所示。线监测电缆沟的温度,确保使用的安全;由英国曼由CMOS开关S1将未知电容Cx充电至Vc,再由彻斯特科学与技术大学(UMIST)率先开发的电容第二个CMOS开关S2放电至电荷检测器。在一层析成像(ECT)技术是解决火电厂煤粉输送风-个信号充/放电周期内从Cx传输到检波器的电荷粉在线监测等气固两相流成分和流量检测的有效[2]量Q=Vc#Cx在时钟脉冲控制下,充/放电过程以途径,其中微小电容测量是关键技术之一。频率f=1/T重复进行,因而平均电流Im=Vc#Cx电容传感器的电
6、容变化量往往很小,结果电#f。该电流被转换成电压并被平滑,最后给出一容传感器电缆杂散电容的影响非常明显。特别在电容层析成像系统中被测电容变化量可达0.01个直流输出电压Vo=Rf#Im=Rf#Vc#Cx#f(Rf[4]为检波器的反馈电阻)。pF,属于微弱电容测量,系统中总的杂散电容(一收稿日期:2006-04-20作者简介:邱桂苹(1979-),女,哈尔滨理工大学硕士研究生。)362)第28卷第5期黑龙江电力2006年10月值相同的信号源上,调节参考阻抗使桥路平衡,则被测桥臂中的阻抗与参与阻抗共轭相等。这种电路的主要优点是:精度高,适合作精密电容测量,可以做到高信噪比。图3电路的缺点是
7、无自动平衡措施,为此可采用图4所示的自动平衡AC电桥电容测量电路。该系统输出Vd为一直流信号,$C为传感器图1充/放电电容检测电路的电容变化量。充/放电电容测量电路典型的例子为差动式R2VcR1Vd$C=(Co+$C-C1#)#X##Rf直流充放电C/V转换电路,如图2所示。CS和R110R212CS2分别为源极板和检测极板与地间的等效杂散#A(2)P电容(通过分析可知,它们不影响电容Cx的测2量)。S1~S4是CMOS开关,S1和S4同步,S
