自动检测技术及仪表课程设计之电容式传感器 第3页

 初始电容:

介质变化后:

因此利用这种原理可作为介电常数 的测试仪器。

（2）测厚度d：如果 保持不变， 、 一定,而d改变，可作为测厚仪器。

（3）测液位高度测量（根据液体容器的形状计算）

三、原理图及特性

电容传感器的等效电路包括：

传输线的电感L0；

电阻R（小）；

传感器电容C0；

A、B两端分布电容Cp；

极板等效漏电阻Rg。

容抗：

低频时X_C大， L、R可忽略;高频时X_C小， L，R不可忽略。工作频率10M以上要考虑电缆L的影响。此时相当于一个串联谐振，有一个谐振频率f₀，当工作频率f f₀谐振频率时，串联谐振阻抗最小，有破坏作用不能正常工作，分布电容 常常比传感器电容 还大，为克服分布电容 的影响,常采用双层屏蔽等位传输技术，又叫“驱动电缆技术”。为提高电容传感器的稳定性，克服寄生电容耦合（不稳定值），应采取屏蔽措施：

①    将电容转换元件（传）置于金属屏蔽罩外壳接地，引出线用屏蔽线，屏蔽网接地，可消除外静电场和交变磁场。

②电容转换元件本身电容量很小（一般几十个皮法），引出线屏蔽后屏蔽线电缆的电容量大（每米可达几百皮法），该电容与传感器电容并联后使电容的相对变化量大大降低，使灵敏度降低。消除方法有：

一是将转换元件（传）二测量电路前级紧靠转换元件。最好全部电路装在传感器

壳体内。（避免信号由长电缆传输）

另一种方法：“双层屏蔽等电位传输”技术（驱动电缆技术）

·                                 驱动电缆技术 原理是：连接电缆采用双层屏蔽。内屏蔽与被屏蔽的导线的电位相同。由驱动电缆放大供给，从而消除引线与内屏蔽之间的电容。实际是一种等电位屏蔽法，放大器1（跟随器），使传输电缆与内屏蔽层等电位，消除芯线对内层屏蔽层的容性漏电，从而消除寄生电容的影响。

此外，内外屏蔽之间的电容成了驱动放大器的负载，因此，驱动放大器是一个高输入阻抗，具有容性负载，放大倍数为A：1的同相放大器屏蔽线上有随传感器信号变化的电压。所以称“驱动电缆”。这种技术使传输电缆在10M距离不影响传感器性能，外屏蔽接大地，保证传感器电容值小于1PF时也能正常工作。

电桥电路：

（1）交流电桥

由电容转换元件组成的交流电桥测量系统。单臂时，传感器C邻臂接一个固定电容 相匹配。差动式传感器两个臂 ，极板中间位置时 ，变压器式交流电桥，负载无穿大时 。

电桥输出：

代入上式得：

其中：

，

交流电桥输出电压与输入位移成理想线性关系:

（2）二极管双T型电路

二极管双T型电路如图所示， 为高频对称方波电源。 是特性相同的二极管， 是传感器两差动电容，R固定电阻， 为负载。

电路工作原理分析：

设二极管正向电阻为零，反向电阻无穿大，E为正半周时， 导通， 截止, 充电→E， ；

E为负半周时， 截止， 导通，

充电→E， 。

         ，当电路接通瞬间：

设 充电， ,

当 时，进入负半周，

，同时 放电，E为负半周时， 上电压，上正下负；

当 时， 充电， 放电，

上电压，下正上负。

当 时， ，

当 时， ，E为负半周时，一个周期内 上的平均值电压为：

结果：

负载上输出电压 与电源电压 幅值、电源频率f有关，与电容的差值成正比。二极管双T型电路波形见上图。

（3）差动脉冲调宽电路

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