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电容式传感器的测量转换电路

2016-12-14 15:32:40 | 人围观 | 评论:

     电容式传感器把被测物理量转换为电容变化后 ,将电容量转换成电量的电路称作电容式传感器的转换电路。目前较常采用的有电桥电路、调频电路、脉冲调宽电路和运算放大器式电路等,这里只介绍电桥电路和运算放大器电路。
一、 电桥电路
     将电容传感器接入交流电桥作为电桥的一个或两个相邻臂,另外两臂可以是电阻、电容或电感,也可以是变压器的两个次级线圈,如图1所示。


图1 电容式传感器的桥式转换电路
a) 单臂法 b) 差动接法
      在图1a单臂接法电桥电路中,电容C1、C2、C3、Cx构成电桥的四臂,CX为电容传感器,当Cx改变时,U0≠0,有输出电压。
在图1 b差动接法电桥电路中,其输出电压可用下式表示:


      由于电桥输出电压与电源电压成比例,因此要求电源电压波动极小,需要采用稳幅、稳频等措施。因此,在实际应用中,接有电容传感器的交流电桥输出阻抗很高(一般达几兆欧至几十兆欧),输出电压幅值又小,所以必须后接高输入阻抗放大器将信号放大后才能测量。
由电桥电路组成的系统原理框图如图2所示。


图2 电桥电路系统原理框图
二、调频电路
      将电容传感器接入高频振荡器的LC谐振回路中,作为回路的一部分。当被测量变化使传感器电容改变时,振荡器的振荡频率随之改变,即振荡器频率受传感器电容所调制。其电路组成原理框图如图3所示。


图3 调频式测量电路原理框图
调频振荡器的频率 :


特点:
  转换电路生成频率信号,可远距离传输不受干扰。
  具有较高的灵敏度,可以测量高至0.01μm级位移变化量。
  但非线性较差,可通过鉴频器(频压转换)转化为电压信号后,进行补偿。
三、运算放大器式电路
      将电容传感器接入开环放大倍数为A的运算放大电路中,作为电路的反馈组件,如图4所示。图中U是交流电源电压,C是固定电容,Cx是传感器电容,Uo是输出信号电压。


图4 运算放大器电路原理图
由理想放大器的工作原理得:





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