5.1.2电容式传感器测量电路（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

●项目—— 液位检测 ● 任务——汽车油箱油量检测 1 ► 电容式传感器的测量电路 汽车油箱油量检测 01 02 03 √ 给电极提供一个合适的激励源，以便在形成的电场中实现能量转换。 √ 检测出电场能量的变化，形成可供实用的电信号。 √ 在可能条件下，实现传感器特性的线性化处理与信号转换。 ► 电容式传感器的测量电路 汽车油箱油量检测 01 02 03 04 √ 交流电桥 √ 脉冲宽度调制电路 √ 二极管双T电桥电路 √ 调频电路 ► 电容式传感器的测量电路 ● 定义：这种转换电路是将电容传感器的两个电容作为交流电桥的两个桥臂，通过电桥把电容的而变化转换成电桥输出电压的变化。 汽车油箱油量检测 1. 交流电桥 电阻-电容 电容-电阻 4 ● 变压器的两个二次绕组L1、L2与差动电容器的两个C1、C2作为电桥的四个桥臂，由高频稳幅的交流电源为电桥供电。 ● 电桥的输出为一调幅值，经放大、相敏检波、滤波后，获得与被测量变化相对应的输出，最后为仪表显示记录。 ► 电容式传感器的测量电路——交流电桥 汽车油箱油量检测 5 ► 电容式传感器的测量电路 ● 定义：脉冲宽度调制电路（PWM）是利用传感器的电容充放电使电路输出脉冲的占空比随电容传感器的电容量变化而变化，再通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。 汽车油箱油量检测 2. 脉冲宽度调制电路 6 ► 电容式传感器的测量电路——脉冲宽度调制电路 0 0 0 1. 当调制电路无工作电源时，电容C1、C2的对地电压为零，输出电压为零。 汽车油箱油量检测 7 ► 电容式传感器的测量电路——脉冲宽度调制电路 1 0 0 2. 当接通工作电源后，电压比较器A1、A2的输出端为低电平，双稳态触发器的两个输出端，输出高电平和低电平。 现假设Q端输出高电平， 端输出低电平。A点通过对C，则C点电压 升高；由于二极管的作用，D点的电压 被钳制在低电平。 汽车油箱油量检测 8 ► 电容式传感器的测量电路——脉冲宽度调制电路 0 1 1 0 1 2. 如果 ，则电压比较器A1的输出为低电平，即双稳态触发器的S端为低电平，此时电压比较器A2的输出为高电平，即R端为高电平。 则双稳态触发器的Q端翻转为低电平， 经二极管VD1快速放电，由高电平降为低电平。 端输出为高电平，通过对C. 汽车油箱油量检测 9 ► 电容式传感器的测量电路——脉冲宽度调制电路 1 0 1 0 0 1 2. 如果 ，则电压比较器A1的输出为高电平，即双稳态触发器的S端为高电平，此时电压比较器A2的输出为低电平，即R端为低电平。 则双稳态触发器的Q端翻转为高电平，A点通过对C，则C点电压 升高； 端输出为低电平， 经二极管VD2快速放电， 由高电平降为低电平。 汽车油箱油量检测 10 A、B两点间的平均电压为零 两者充电时间前者较大 ► 电容式传感器的测量电路 2. 脉冲宽度调制电路 可在双稳态触发器的两输出端各产生一宽度分别为 调制的脉冲波形，经低通滤波器后输出 汽车油箱油量检测 11 汽车油箱油量检测 是高频电源，它提供幅度为 、周期为T、占空比为50%的对称方波， 为特性完全相同的两个二极管， 为差动电容器的电容， 为固定电阻。 ► 电容式传感器的测量电路 3. 二极管双T电桥电路 12 ► 电容式传感器的测量电路——二极管双T电桥电路 1. 当电源处于正半周时，二极管D1导通，D2截止，于是电容C1充电。 汽车油箱油量检测 13 ► 电容式传感器的测量电路——二极管双T电桥电路 2. 当电源处于负半周时，电容C1上的电荷经电阻 ，负载电阻 放电 ，此时流经 上的电流为 。二极管D1截止，D2导通，于是电容C2充电。 汽车油箱油量检测 14 ► 电容式传感器的测量电路——二极管双T电桥电路 3. 当电源再次处于正半周时，电容C2上的电荷经电阻 ，负载电阻 放电 ，此时流经 上的电流为 i2 。如此周而复始。流经 上的电流为 的和。 汽车油箱油量检测 15 ► 电容式传感器的测量电路——二极管双 T电桥电路 当R1=R2时，则在 C1=C2 时，流过RL的电流i1,i2大小相等，方向相反，从而在一个周期内流经RL的平均电流为零，RL上无电压输出。 很明显，C1或C2中的任何一个发生变化都将引起 ，从而在RL上产生的平均电流不为零，有输出电压U0存在。 ► 电容式传感器的测量电路 ● 定义：这种测量电