第二节 第二节 转换电路 转换电路 z一、电容式传感器等效电路 z二、电桥电路 z三、二极管双T型电路 z四、差动脉冲调宽电路 z五、运算放大器式电路 返回 一、电容式传感器等效电路 一、电容式传感器等效电路 C r 0 C P Rg L L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感； r由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成； C 0 为传感器本身的电容 C p 为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容 R g 是极间等效漏电阻 极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗和介质损耗 返回上一页下一页 二、电桥电路 二、电桥电路 z交流电桥 z变压器式电桥 返回上一页下一页 U 0 Ui U 0 Ui Z 1 Z 2 Cx 2 Cx 1 C Cx 差动电桥 单臂电桥 单臂电桥 差动电桥 返回上一页下一页 电容电桥的主要特点 电容电桥的主要特点 ①高频交流正弦波供电； ②电桥输出调幅波，要求其电源电压波动极小， 需采用稳幅、稳频等措施； ③通常处于不平衡工作状态，所以传感器必须工 作在平衡位置附近，否则电桥非线性增大，且 在要求精度高的场合应采用自动平衡电桥； ④输出阻抗很高(一般达几兆欧至几十兆欧)，输 出电压低，必须后接高输入阻抗、高放大倍数 的处理电路 返回上一页下一页 三、二极管双 三、二极管双 T型电路 型电路 U 0 i C1 i C2 ±U E D 1 D 2 R R C 1 C 2 R L 电源为正半周 D 1 短路 D 2 开路， 电容C 1 被充电 影响不予考虑， 电容C 2 的电压 初始值为U E 返回上一页下一页 该电路的特点 该电路的特点 ①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； ②电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高 度稳定； ③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； ④适用于具有线性特性的单组式和差动式电容式 传感器。 返回上一页下一页 四、差动脉冲调宽电路 四、差动脉冲调宽电路 z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 z通过低通滤波器就能得到对应被测量变 化的直流信号 返回上一页下一页 Q B Q VD 2 VD 1 A R 2 R 1 F G C 1 C 2 A 2 A 1 u AB U r 双稳态 传感器 差动脉冲调宽电路原理图 差动脉冲调宽电路原理图 返回上一页下一页 设电容C 1 和C 2 的极间距离和面积分别为δ 1 、δ 2 和S 1 、S 2 UU E0 21 21 = ? + δ δ δδ 差动变极距型 差动变面积型 E U SS SS U 12 21 0 + ? = 特性：差动脉冲调宽电路能适用于任何 差动式电容式传感器 并具有理论上的线性特性 返回上一页下一页 优 优 点： 点： 采用直流电源，其电压稳定度高 不存在稳频、波形纯度的要求 也不需要相敏检波与解调等 对元件无线性要求 经低通滤波器可输出较大的直流电压 对输出矩形波的纯度要求也不高 五、运算放大器式电路 五、运算放大器式电路 最大特点 最大特点：能克服变极距型电容传感器的非线性 运算放大器式电路原理图 u C - A C x ∑ ～ u 0 C x 是传感器电容 C是固定电容 u 0 是输出电压信号 返回上一页下一页 由运算放大器工作原理可知 u jC jC u C C u x x 0 1 1 =? =? /( ) /( ) ω ω δε /) ( SC x = u uC S 0 =? ε δ 结论 结论 ：从原理上保证了变极距型电容式传感器的 ：从原理上保证了变极距型电容式传感器的 线性 线性 假设放大器开环放大倍数A=∞，输入阻抗Z i =∞ 因此仍然存在一定的非线性误差， 但一般A和Z i 足够大，所以这种误差很小。 返回上一页下一页