利记官网微小电容丈量电路

 新闻资讯     |      2021-07-22 21:39

电容式传感器是将被丈量的变革转换成电容量变革的一种装置。电容式传感器具有布局简朴、判别力高、事情靠得住、动态响应快、可非打仗丈量,并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下事情等利益已在工农业出产的各个规模获得遍及应用。譬喻在力量输送系统中,可以用电容传感器来得到浓度信号和活动噪声信号,从而丈量物料的质量流量;在电力系统中,回收电容传感器在线监测电缆沟的温度,确保利用的安详;由英国曼彻斯特科学与技能大学(UMIST)率先开拓的电容层析成像(ECT)技能是办理火电厂煤粉输送风-粉在线监测等气固两相流身分和流量检测的有效途径,个中微小电容丈量是要害技能之一。
    电容传感器的电容变革量往往很小。功效电容传感器电缆杂散电容的影响很是明明。出格在电容层析成像系统中被测电容变革量可达0.01pF,属于微弱电容丈量,系统中总的杂散电容(一般大于100 pF)远远大于系统的电容变革值,且杂散电容会随温度、布局、位置、表里电场漫衍及器件的选取等诸多因素的影响而变革,同时被测电容变革范畴大。因此微小电容丈量电路必需满意动态范畴大、丈量敏捷度高、低噪声、抗杂散性等要求。

1 充/放电电容丈量电路
    充/放电电容丈量电路根基道理如图1所示。

充/放电电容检测电路

 
    由CMOS开关S1,将未知电容Cx充电至Ve,再由第二个CMOS开关S2放电至电荷检测器。在一个信号充/放电周期内从Cx传输到检波器的电荷量Q=Ve·Cx,在时钟脉冲节制下,充/放电进程以频率f=1/T反复举办,因而平均电流Im=Ve·Cx·f,该电流被转换成电压并被滑腻,最后给出一个直流输出电压 Vo=Rf·Im=Rf·Ve·Cx·f(Rf为检波器的反馈电阻) 。
    充/放电电容丈量电路典范的例子为差动式直流充放电C/V转换电路,如图2所示。

利记官网微小电容测量电路

 
    Cs1和Cs2别离为源极板和检测极板与地间的等效杂散电容(通过阐明可知,它们不影响电容Cx的丈量)。S1-S4是CMOS开关,S1和S3同步,S2和S3同步,它们的通断受频率f的时钟信号节制,每个事情周期由充/放电构成。阐明可得电路输出为
Vo=2KRfVeCxf            (1)
式中,K为差分放大器D3的放大倍数。
    该电路的主要利益是能有效地抑制杂散电容,并且电路布局简朴,本钱很低,颠末软件赔偿后电路不变性较高,获取数据速度快。缺点是电路回收的是直放逐大,存在较大的漂移;别的,充/放电是由CMOS开关节制,所以存在电荷注入问题。今朝该电路已乐成应用于6、8、12电极的ECT系统中。其典范分辩率可达3*10-15F。

2 AC电桥电容丈量电路
    AC电桥电容丈量电路如图3所示,其道理是将被测电容在一个桥臂,可调的参考阻抗放在相邻的一个桥臂,二桥臂别离接到频率沟通/幅值沟通的信号源上,调理参考阻抗使桥路均衡,则被测桥臂中的阻抗与参加阻抗共轭相等。这种电路的主要利益是:精度高,适相助紧密电容丈量,可以做到高信噪比。

AC电桥电容丈量电路

  
    图3电路的缺点是无自动均衡法子,为此可回收图4所示的自动均衡AC电桥电容丈量电路。

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    该系统输出Vd为一直流信号,利记官网,ΔC为传感器的电容变革量。
 
式中,2/π为相敏因子。
    团结均衡条件,在理论上输出Vd可写成
 
    得到该电桥的自动均衡进程的步调为:担保电桥未加载时ΔC=0,丈量电桥非均衡值并操作公式(3)计较出电桥输出为零时所需的反馈信号Ve的值。从头丈量桥路的输出,若输出为零,则桥路均衡;若输出不为零,反复上述丈量步调,直至桥路输出为零,即桥路均衡为止。该电桥电容丈量电路道理上没有思量消除杂散电容影响的问题,为此采纳屏蔽电缆等巨大法子,并且其结果也不必然抱负。通过尝试测得其线性误差能到达±1*10-13F。