R(R 2RL) RLUf (C1 C 2) (R RL)2
U SC KUf (C1 C 2)
44
传感器与检测技术教程
2、运算放大器式电路
Ui 1 I0 Ua
jC 0
USC 1 Ix Ua
jCx
Cx Ix
I0 Ix I
C0 a
C C1 C2


0rb0l


0
1

1
0


0rb0l 2 0

2
0


2

C 1
1
0
2
17
5、差动结构变面积型
① 扇形平板结构 CAC0 CBC0 0 r(R2 r 2 )
0
C CAC CBC 2 0 r(R2 r 2 ) 0
C1 C0 C
A

C01

1

0 0
C 2 C0 C
A

C01

1

0 0
10
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当 / 0 1时，
C1 C01

0
0
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B
C

A

rR
O
18
② 柱面型结构
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CAC0 CBC0 0rlr
Rr
l
A
rR
C B
C CAC CBC 2 0rlr
Rr
O
19
四、变介质型电容传感器
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C

CA CB

bl1
1
2

b(l0 l1)
C C1 C2 Cx
振荡回路固有电容
引线分布电容
f0
1
2 (C1 C2 Cx)L
f
1
2 (C1 C 2 Cx C)L
26
1、直放式：
C0
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27
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C 0, f 0
被测信号
调频电路的优点：
抗干扰能力强
特性稳定
调频信号 高电平直流信号
易于接口
鉴频信号
28
2、外差式
C0
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29
二、调幅电路
1、交流电桥电路
（1）普通交流电桥
B
Cx
Cc
A
C
Z
Z
D
Ui
Uk
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USC
30
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（2）紧耦合电感电桥
Cx1
Cx2
1 USC 3
Ui
M
L
L
2
31
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0(1


2
/

2 0
)

0rA 0
(1
0
)

C0

C0
0
C C0 C 0rA
0rA
0 0(1 / 0)
C 1 1 C0 0 0 当 / 0 1时，
C1
极板上移：
C 2 C C0 C
0rA 0
1 2


0rA 0(1 /
0)

0rA(1 / 0)

0(1

2
/

2 0
)

5
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当 0时，
C

0rA(1 / 0)
K
Ui I0
I
Usc
45
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Ui 1 I0 Ua
jC 0
USC 1 Ix Ua
jCx
I0 Ix I
K , Zi Ua 0, I 0 USC C 0 Ui
1 Z 12
2
Z 13
Zs(Ls)
3 Zs(Ls)
Zp(Lp)
Ls L M Lp M
耦合系数
Zp jM
ZS j (L M ) jL(1 M ) jL(1 k)
L
Z 12 ZS Zp jL
Z13 2ZS 2 jL(1 k)
32
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中间极移动式变面积型 差动结构变面积型
13
1、板状线位移变面积型
C C0 C 0rb0(l0 l) 0
C0 0rb0l0 0
S C C0 0rb0 l l0 0
0
线性
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l l0
b
14
2、角位移变面积型
0， C0 0rA
2 I2
CC11
AA
CC2 2
IL Ui (C1 C 2)
j
2
1 j (C1 C 2)ZL
37
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IL Ui (C1 C 2)
j
2
1 j (C1 C 2)ZL
USC IL ZL Ui (C1 C 2)
jZL
2R
22
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参考文献： 1、“用MATLAB语言建立液位电容传感器特性的数学 模型”，《传感器技术》，2001年6期 2、“射频电容式传感器的研究与应用”，《传感器技 术》，2001年2期
23
思考题！！！
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如何改善单极式变间隙型电容传感器的非线性？
差动变间隙型电容传感器，初始电容 C1 C2 80 pf，
初始间隙 0 4mm ，设动极板相对于定极板位移了 0.75mm，计算其非线性误差。若改为单极平
板电容，初始值不变，非线性误差有多大？
设计一个油料液位监测系统。当液位高于 H1 时，鸣 响震铃且红色LED亮，当液位低于 H2 时，鸣响震铃 且黄色LED亮，当液位处于 H1 和 H2 之间时，绿色 LED亮。
1 2
1 2
1
C 0 1bl0 1 2
2 2
C
C0 C0 l1 l0
1 1 2
1 1
2 2
CA
CB
1 1
l1 l0
20
例1：薄膜测厚
C
0A
( d ) d r
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d
参考文献：
“高静电场下的薄膜测厚技术”，《仪表技术与传感器》， 2001年8期
C C0

0
1
0
0
2

0
3

......

6
讨论： （1）略去高次项
C ， C0 0
K

C


C0
0

0rA

2 0

1
02
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7
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21
例2：电容式液位传感器
C C1 C2
2 0(l 0 l1) 2 0 1l1
ln(R r ) ln(R r )
l2

2 0l 0
ln(R r )

2 0l1（
ln(R r )
1

1）
l1
C m nl1 线性
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2r 0 l0 1
24
§2 电容式传感器的测量电路 传感器与检测技术教程
被测非电量 电容式 电容 传感器
U、I、f
测量电路
直放式 调频电路 外差式
交流电桥电路 调幅电路
普通交流电桥 耦合电感电桥 变压器电桥 双T二极管交流电桥
运算放大器式电路 调宽电路
25
一、调频电路
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f 1
2 LC
传感器电容
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第10讲 电容式压力传感器 Capacitive Pressure Sensors
非电量
电容量变化
电容元件
§1 容式传感器的原理和结构 传感器与检测技术教程
1、平板电容器
定极板
C 0rA


C —— 电容量，单位：F 法拉
0—— 真空介电常数，8.85×10-12F/m r —— 极板间介质的相对介电常数
0， C C0 C
0rA(1 )



C0(1 )
C 线性 C0
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15
3、筒状线位移变面积型
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C0

2 0rl 0
ln(R r )
l
C

C0

C

2 0r(l0
ln(R r )
l )
39
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（4）双T二极管交流电桥
D2 2
R2
D1 1
R1
a
Ui
C1 C2
RL USC
R1 a R2
RL
1
2
C1 Ui C 2
D1
D2
40
Ui
U
0 t1 t 2 t3
U
T
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t
41