一文了解电容式传感器的测量转换电路

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。