电容式传感器的测量转换电路

接线图 2023年07月21日 22:53 1212 admin

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。

电容式传感器的测量转换电路第1张
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：

电容式传感器的测量转换电路第2张
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。

电容式传感器的测量转换电路第3张
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。

电容式传感器的测量转换电路第4张
图3 调频式测量电路原理框图
调频振荡器的频率：

电容式传感器的测量转换电路第5张
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。