·60. 传感器技术设计与应用 使用高线性电路时，电容变化量可达100%或更大；④自然效应小；⑤动态响应快以及 能在恶劣的环境下工作。但由于电容传感器的初始电容较小，受引线电容、寄生电容的 干扰影响较大；另一方面电容传感器输出特性为非线性。 4.1.4提高电容传感器灵敏度的方法 为了提高电容传感器的灵敏度、减小外界干扰、寄生电容及漏电的影响和减小线性 误差，可采用以下措施：①由式(41)可以看出当d小时可使电容量加大从而使灵敏度 增加，但过小容易引起电容器击穿，一般可以在极板间放置云母片来改善；②提高电 源频率；③用双层屏蔽线，将电路同电容传感器装在一个壳体中，可以减小寄生电容及 外界干扰的影响。 4.2电容式传感器的测量电路 用于电容传感器的测量电路有很多，下面仅介绍几种常用的测量电路。 4.2.1变压器电桥（桥式电路） 图46为其电路原理图。图46（ā）为单臂接法的桥式测量电路，高频电源经变压 器接到电容桥的一个对角线上，电容C、C,、C、C构成电容桥的四臂，C,为电容 传感器，当电桥平衡时，有 G-9U=0 C2 C3 当C,改变时，输出U。≠0，即有输出电压
·60· 使用高线性电路时，电容变化量可达 100%或更大；④自然效应小；⑤动态响应快以及 能在恶劣的环境下工作。但由于电容传感器的初始电容较小，受引线电容、寄生电容的 干扰影响较大；另一方面电容传感器输出特性为非线性。 为了提高电容传感器的灵敏度、减小外界干扰、寄生电容及漏电的影响和减小线性 误差，可采用以下措施：①由式（4-1）可以看出当 d 小时可使电容量加大从而使灵敏度 增加，但 d 过小容易引起电容器击穿，一般可以在极板间放置云母片来改善；②提高电 源频率；③用双层屏蔽线，将电路同电容传感器装在一个壳体中，可以减小寄生电容及 外界干扰的影响。 用于电容传感器的测量电路有很多，下面仅介绍几种常用的测量电路。 图 4-6 为其电路原理图。图 4-6（a）为单臂接法的桥式测量电路，高频电源经变压 器接到电容桥的一个对角线上，电容 C1 、C2 、 C3 、Cx 构成电容桥的四臂， Cx 为电容 传感器，当电桥平衡时，有 1 2 3 C Cx C C = 0 U = 0 当 Cx 改变时，输出 0 U 0 ，即有输出电压
第4章电容传感器 61 9中 (a)单臂接法 b)动接法 图46电容传感器的桥式电路 这种电路常用于料位、棉纱直径检测仪中。 在图4-6(b)的电路中，电容传感器是差动接法，其空载输出电压可用下式表示 V-C-AC)-(C,+ACU-AC (C,-AC)+(C+△C) C (4-6) 式中，C。为电容传感器平衡状态的电容值；△C为电容传感器的电容变化值；U为 工作电压。 此种线路常用于尺寸自动检测系统中。 4.2.2运算放大器式电路 这种电路的最大特点，是能够克服变间隙电容式传感器的非线性而使其输出电压与 输入位移（间距变化）有线性关系。C,为传感器电容。 现在来求输出电压U,与传感器电容C,之间的关系（见图47
4 ·61· 图 4-6 电容传感器的桥式电路 这种电路常用于料位、棉纱直径检测仪中。 在图 4-6（b）的电路中，电容传感器是差动接法，其空载输出电压可用下式表示 0 0 0 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) C C C C C U U U C C C C C • • • − − + = = − − + + (4-6) 式中， C0 为电容传感器平衡状态的电容值； C 为电容传感器的电容变化值； U • 为 工作电压。 此种线路常用于尺寸自动检测系统中。 这种电路的最大特点，是能够克服变间隙电容式传感器的非线性而使其输出电压与 输入位移（间距变化）有线性关系。 Cx 为传感器电容。 现在来求输出电压 U0 与传感器电容 Cx 之间的关系（见图 4-7）