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按原理分类： 变间隙电容传感器 变面积电容传感器 变介电常数电容传感器 图中C为传感器电容，Rp为极板间漏电和介质损耗电阻；Rs包含导线、极板间和金属支座等损耗电阻；Ls为电容器及引线电感；Cp为寄生电容，并联关系。 4.4 电容式传感器的应用 电容式涡街流量传感器 MICROTRAK 9000 纳米级超高精度电容式传感器 2、 二极管双T型交流电桥 高频电源, 它提供幅值为UE 的对称方波 VD1、VD2为特性完全相同的两个二极管, R1 = R2 = R, C1、C2为传感器的两个差动电容，当传感器没有输入时, C1 = C2 电路工作原理: 正半周1： VD1√、VD2×, C1充电; 负半周1：C1上的电荷通过R1、RL放电, 流过RL的电流为I1 。同时 VD2 √ 、VD1×, →C2充电; 正半周2：C2通过电阻R2, 负载电阻RL放电, 流过RL的电流为I2 。 根据上面所给的条件, 则电流I1 =I2, 且方向相反, 在一个周期内流过RL的平均电流为零。 若传感器输入不为 0, 则C1 ≠ C2→I1≠I2→RL上有信号输出, 其输出在一个周期内的平均值为 则 f为电源频率 令 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。 Q=1, =0：A点高电位通过R1对C1充电, τ1 = R1 C1, 直至F点电位高于Ur, 比较器A1输出正跳变信号。与此同时, 因 = 0, 电容器C2通过VD2迅速放电至零电平。A1正跳变信号激励触发器翻转, 使Q = 0, = 1, 于是A点为低电位, C1通过VD1迅速放电, 而B点高电位通过R2对C2充电, 时间常数为τ2=R2C2, 直至G点电位高于参比电位Ur。 3、 脉冲宽度调制电路 C1、C2：电容传感器；R1=R2, A1、A2为比较器。 U1—触发器输出高电平;T1、T2—C1、C2充放电至Ur所需时间。 设R1=R2=R，则得 输出的直流电压与传感器两电容差值成正比 结合平行板电容的公式, 在变极板距离的情况下可得 d1、d2分别为C1、C2极板间距离 由此可见, 差动脉宽调制电路能适用于变极板距离以及变面积式差动式电容传感器, 并具有线性特性, 且转换效率高, 经过低通放大器就有较大的直流输出, 且调宽频率的变化对输出没有影响。 当差动电容C1 = C2 = C0, 即d1 = d2 = d0时, uAB = 0; 当C1≠ C2, 设C1 C2, 即d1 =d0 -Δd, d2 = d0+Δd, 则 同样, 在变面积电容传感器中, 则有 4、 运算放大器式电路 运算放大器式电路原理图 -A ～ Uo Co Cx Ui ∑ 运算放大器的输出电压与极板间距离 d 呈线性关系 4.3 电容式传感器主要性能及特点 一、主要性能 静态灵敏度 非线性 变 面 积 变 极 距 较大 一般较小 线性 角度、 直线平板、圆筒 改善 最小 单组 差动 工作范围 灵敏度 线性 类型 二、特点 1、优点 (1) 温度稳定性好 传感器的电容值一般与电极材料无关，仅取决于电极的几何尺寸，且空气等介质损耗很小，因此只要从强度、温度系数等机械特性考虑，合理选择材料和几何尺寸即可，其他因素(因本身发热极小) 影响甚微。而电阻式传感器有电阻，供电后产生热量；电感式传感器存在铜损、涡流损耗等，引起本身发热产生零漂。 (2) 结构简单、适应性强 电容式传感器结构简单，易于制造。能在高低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下工作，适应能力强，尤其可以承受很大的温度变化，在高压力、高冲击、过载等情况下都能正常工作，能测超高压和低压差，也能对带磁工件进行测量。此外传感器可以做得体积很小，以便实现某些特殊要求的测量。 (3) 动态响应好 电容式传感器由于极板间的静电引力很小，需要的作用能量极小，又由于它的可动部分可以做得很小很薄，即质量很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几MHz的频率下工作，特别适合动态测量。可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等。 (4) 可以实现非接触测量、具有平均效应 当被测件不能允许采用接触测量的情况下,电容传感器可以完成测量任务。当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。 电容式传感器除上述优点之外，还因带电极板间的静电引力极小，因此所需