（简单介绍各组成部分作用） 图4 - 8 调频电路系统框图 三、脉冲宽度调制电路 1．脉冲宽度调制电路的原理 脉冲宽度调制电路利用对传感器电容的充、放电，使电路输出脉冲的宽度随电容式 传感器的电容量变化而变化，并通过低频滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。 脉冲宽度调制电路如图4 - 9所示。它主要由比较器A1，A2，双稳态触发器及电容 充、放电回路组成。C1，C2为差分式电容式传感器。 当双稳态触发器输出Q为高电平时A点通过电阻R1对电容C1充电。此时的输出Q 为低电平，电容C2通过二极管D2迅速放电，从而使G点被钳制在低电位。直到F点（对照电的电位高于参考电压UR时，比较器A1产生一个脉冲信号，触发双稳态触发器翻转，使路图说明 A点成为低电位，电容C1通过二极管D1迅速放电从而使F点被钳制在低电位。同时B电路原理） 点高电位，经R2向C2充电。 当G点电位被充至UR时，比较器A2就产生一个脉冲信号。双稳态触发器再翻转 一次后使A点成为高电位，B点成为低电压。如此周而复始，就可在双稳态触发器的 两输出端各自产生一宽度受C1，C2调制的脉冲波形。 图4 - 9 脉冲宽度调制电路 2．脉冲宽度调制电路具有如下特点 ① 可以获得比较好的线性输出。 ② 双稳态的输出信号一般为100 Hz ~ 1 MHz的矩形波。因此只需要经滤波器简单 处理后即可获得直流输出，不需要专门的解调器，且效率比较高。 ③ 电路采用直流电源。虽然直流电源的电压稳定性要求较高，但与高稳定度的稳（讲解） 频、稳幅交流电源相比，还是容易实现的。 第四节 电容式传感器的应用 一、电容测厚仪 电容测厚仪是用来测量金属带材在轧制过程中的厚度的仪器，其工作原理如图4 - 9
10所示。 1．电容测厚仪结构 检测时，在被测金属带材的上、下两侧各安装一块面积相等、与带材距离相等的极板， 并把这两快极板用导线连接起来，作为传感器的 一个电极板，而金属带材就是电容传感器的另一 个极板。 图4 - 10 电容测厚仪原理示意图 2．原理 1—金属带材 2—电容极板 其总的电容量C就应是两个极板间的电容之3—传动轮 4—轧辊 和（C = C1 + C2）。如果带材的厚度发生变化，用交流电桥电路就可将这一变化检测出来，然后再经过放大就可在显示仪器上把带材的厚度变化显示出来。 用于这类厚度检测的电容式厚度传感器的框图如图4 - 11所示。 （讲解） 图4 - 11 电容式测厚传感器方框图 图中的多谐振荡器输出的电压U1，U2通过R1，R2（R1 = R2）交替对电容C1，C2 充、放电，从而使驰张振荡器的输出交替触发双稳态电路。当C1 = C2时，Uo = 0；当 C1 ≠ C2时，双稳态电路Q端输出脉冲信号，此脉冲信号经对称脉冲检测电路处理后变 U?C?C2? 成电压输出，并用数字电压表示。输出电压的大小可由公式Uo?C1加以计算。C1?C2 式中UC为电源电压。 二、差分式电容压力传感器 差分式电容压力传感器广泛应用于液体、气体和蒸汽的流量、压力，液体位置及密 度等的检测，其结构如图4 - 12所示。 当被测压力P通过过滤器通道进入空腔后，由于 弹性膜片的两侧受到的压力不同，而形成一个压力 差。由于压差的作用，使膜片凸向一侧而产生位移。 这一位移改变了两个镀金玻璃圆片与弹性膜片之间 的电容量，而电容量的变化可由电路加以放大后取 图4 - 12 差分式电容压 出，其原理如图4 - 13加以说明。 力传感器结构图 （结合图片讲解原理） 10
图4 - 13 差分式电容压力传感器原理图 差分式电容压力传感器输出电流Io为 C?CHK Io?LIC?CL?CHd0?P式中，CH——高压侧极间电容值 CL——低压侧极间电容值 d0——电极间的初始间距 P——输入压差 IC，K——常数 结论：输出电流与介电常数的变化和激励电源频率的变化无关，而只与压差成正比。 差分式电容压力传感器的电路如图4 - 14所示。它主要由信号变换器电路及电流控制器电路两部分组成。其中信号变换器电路可将差分电容量转换成电信号，而电流控制器电路就可进一步将电信号变换成某一直流输出信号。 图4 - 14 差分式电容压力传感器电路图 三、电容式接近开关 （分析控制电路中的信号流向及转换过程） （简要说明其特点） 11
电容式接近开关是利用变极距型电容传感器的原理设计的。接近开关是以电极为检测端的静态感应方式，由高频振荡、检波、放大、整形及输出等部分组成。其中装在传感器主体上的金属板为定板，而被测物体上的相对应位置上的金属板相当于动板。工作时，当被测物体移动接近传感器主体时，由于两者之间的距离发生了变化，从而引起传感器电容量的改变，使输出发生变化。此外，开关的作用表面与大地之间构成一个电容器，参与振荡回路的工作。当被测物体接近开关的作用表面时，回路中的电容量将发生变化，使得高频振荡器的振荡减弱直至停振。振荡器的振荡及停振这两个信号是由电路转换成开关信号后送至后续开关电路，从而完成传感器按预先设置的条件发出信号，控制或检测机电设备，使其正常工作的任务。 练习 思考题与习题 4 - 7、4 - 8、4 - 10 1．电容式传感器典型测量电路：交流电桥电路、调频电路、脉冲宽度调制电路。 2．交流电桥电路有：单臂接法、差分接法。 3．电容式传感器的应用：电容测厚仪、差分式电容压力传感器、电容式接近开关。 思考题与习题 4 - 9 小结 布置作业
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