電容式傳感器的測量轉換電路

圖1 電容式傳感器的橋式轉換電路
a) 單臂法 b) 差動接法
      在圖1a單臂接法電橋電路中，電容C1、C2、C3、Cx構成電橋的四臂，CX為電容傳感器，當Cx改變時，U0≠0，有輸出電壓。
在圖1 b差動接法電橋電路中，其輸出電壓可用下式表示：

      由于電橋輸出電壓與電源電壓成比例，因此要求電源電壓波動極小，需要采用穩幅、穩頻等措施。因此，在實際應用中，接有電容傳感器的交流電橋輸出阻抗很高（一般達幾兆歐至幾十兆歐），輸出電壓幅值又小，所以必須后接高輸入阻抗放大器將信號放大后才能測量。
由電橋電路組成的系統原理框圖如圖2所示。

圖2 電橋電路系統原理框圖
二、調頻電路
      將電容傳感器接入高頻振蕩器的LC諧振回路中，作為回路的一部分。當被測量變化使傳感器電容改變時，振蕩器的振蕩頻率隨之改變，即振蕩器頻率受傳感器電容所調制。其電路組成原理框圖如圖3所示。

圖3 調頻式測量電路原理框圖
調頻振蕩器的頻率 ：

特點：
  轉換電路生成頻率信號，可遠距離傳輸不受干擾。
  具有較高的靈敏度，可以測量高至0.01μm級位移變化量。
  但非線性較差，可通過鑒頻器（頻壓轉換）轉化為電壓信號后，進行補償。
三、運算放大器式電路
      將電容傳感器接入開環放大倍數為A的運算放大電路中，作為電路的反饋組件，如圖4所示。圖中U是交流電源電壓，C是固定電容，Cx是傳感器電容，Uo是輸出信號電壓。

圖4 運算放大器電路原理圖
由理想放大器的工作原理得：