一文了解电容式传感器的测量转换电路
来源:电工天下时间:2020-04-28 08:54:17 作者:老电工手机版>>
在测量物理量时,经常会用到电容式传感器,这里说一说电容式传感器的测量转换电路,主要是电桥电路、调频电路与运算放大器电路等,一起来了解下。
电容式传感器的测量转换电路
在测量一些物理量时,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,称之为电容式传感器的转换电路。
经常采用到的测量转换电路有四种,分别为电桥电路、调频电路、脉冲调宽电路和运算放大器式电路等,以下重点介绍电桥电路、运算放大器电路与调频电路。
一、 电桥电路
在电桥电路中,将电容传感器接入交流电桥,以此作为电桥的一个或两个相邻臂,另外两臂可以为电阻、电容或电感,或变压器的两个次级线圈。
如下图:
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,其输出电压的表示式:
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,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,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,如下图:
图2 电桥电路系统原理框图
二、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:
图4 运算放大器电路原理图
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。
根据理想放大器的工作原理,可以得到:
三、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,如下图:
图3 调频式测量电路原理框图
调频振荡器的频率 :
主要特点:
1、转换电路生成频率信号,可远距离传输不受干扰。
2、较高的灵敏度,可以测量高至0.01μm级位移变化量。
3、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。
以上就是电容式传感器的测量转换电路的相关知识,希望对大家有所帮助。
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