医用传感器_电容式传感器课件.pptVIP

设R1＝R2＝R，则 说明差动脉冲调制电路输出的直流电压与传感器两电容差值成正比。 各 在 点 电 压 波 形 图 把平行板电容的公式代入，在变极板距离的情况下可得 式中, d1、d2分别为Cx1、Cx2极板间距离。  当差动电容Cx1= Cx2=C0，即d1=d2=d0时，Uo=0；若Cx1≠Cx2， 设Cx1 Cx2 ，即d1=d0-Δd, d2=d0+Δd, 则有 同样， 在变面积电容传感器中， 则有 可见差动脉冲调宽电路能适用于任何差动式电容传感器，并具有理论上的线性特性。该电路采用直流电源，电压稳定度高，不存在稳频、波形纯度的要求，也不需要相敏检波与解调等；对元件无线性要求；经低通滤波器可输出较大的直流电压，对输出矩形波的纯度要求也不高。 例题 4-2：P54 解: (1)根据运放知识，得 题目中 为了满足U0与x呈线性关系，Cx应接在输入回路C1位置，CF应接在反馈回路C2位置，此时有 (3)由U0的表达式求该测量变换系统的输出电压灵敏度 (2)由Cx的表达式求电容式传感器的灵敏度 第二节 电容式传感器的误差分析 一、等效电路 图中C为传感器电容， Rp为损耗并联电阻，它包含极板间漏电和介质损耗； Rs为引线、极板、金属支座等引起的的串联损耗电阻； Ls为电流回路的总电感； Cp为寄生电容，分析可视 为含于传感器电容C中。 在电容器的各种损耗、电场边缘效应、寄生与分布电容等因素不可忽略时，其等效阻抗 由于传感器并联电阻Rp一般都很大， Rs又相对较小，因而简化后可得等效电容 则电容的实际相对变化量为 在这种情况下，每当改变激励频率或者更换传输电缆时都必须对测量系统重新进行标定。 为电路的谐振频率 二、边缘效应 以上分析各种电容式传感器时还忽略了边缘效应的影响。电容器两极板间的电场线中间部分是均匀的，到了边缘会发生弯曲。这时，对极板半径为r的变极距型电容传感器，其电容值应按下式计算： 为了克服边缘效应，应尽量增大前一项，减小后一项。增大前项，意味着增大极板面积，减小极板间距； 减小后项，意味着极板厚度要尽量小于极板间距。 边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低，而且产生非线性。为了消除边缘效应的影响，可以采用带有保护环的结构，如图所示。 保护环与定极板同心、电气上绝缘且间隙越小越好，同时始终保持等电位，以保证中间工作区得到均匀的场强分布，从而克服边缘效应的影响。 为减小极板厚度，往往不用 整块金属板做极板，而用石 英或陶瓷等非金属材料，蒸 涂一薄层金属作为极板。 三、寄生与分布电容 电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小(几pF到几十pF)，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰。消灭寄生电容影响，是电容式传感器实用的关键。 消除寄生与分布电容的影响，一是可从改善传感器结构和尺寸下手，即增加初始电容值，使寄生与分布电容对传感器的影响减小。二是使用各种屏蔽技术。 (一)、驱动电缆法 它实际上是一种等电位屏蔽法。如图所示：在电容传感器与测量电路的前置级之间采用双层屏蔽电缆。 1：1 + 测量 电路 外屏蔽层 内屏蔽层 芯线 传感器 - 内屏蔽层与信号传输导线通过增益为1的放大器相连而为等电势。电缆外屏蔽层接大地，用来防止外界电场的干扰。 这种接线法使内屏蔽与芯线等电位，消除了芯线对内屏蔽的容性漏电，克服了寄生电容的影响 ；而内、外层屏蔽之间的电容变成了驱动放大器的负载。因此驱动放大器是一个输入阻抗很高、具有容性负载、放大倍数为1的同相放大器。 1：1 + 测量 电路 外屏蔽层 内屏蔽层 芯线 传感器 - 该方法的难处是，要在很宽的频带上严格实现放大倍数等于1，且输出与输入的相移为零。 例题4-3：P58 解：由图可知，传感器Cx两端电压为 而放大器-Aa的输出电压为 当 时，电缆芯线与内屏蔽线等电势，有 即 (二)、整体屏蔽法 C1 C2 CP1 CP2 R1 R2 -A 以差动电容传感器配用电桥测量电路为例，如图所示。 C1和C2构成差动电容传感器，与平衡电阻R1和R2组成测量电桥，Cp1和Cp2为寄生电容 。 U 屏蔽层接地点选择在两平衡电阻阻抗臂R1和R2中间，使电缆芯线与其屏蔽层之间的寄生电容Cp1和Cp2分别与R1和R2相并联。如果R1和R2比Cp1和Cp2的 容抗小得多，则寄生 电容Cp1和Cp2对电桥 平衡状态的影响就很 小。 四、环境温度 设一变极距型电容式传感器，设固定极板厚度为h，线胀系数为ah；绝缘件厚度为b，线胀系数为ab；可动版至绝缘层底部的壳