第5章 电容式传感器（P99）
5－3 图5—7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配
U0与液位h之间呈线性关系。 的测量电路，要求输出电压Dd
?C?C0?2?h(?1??)1nDd
Hh?1
图5-7 电容式液位变换器结构原理图 解：
电容式液位计的电容值为：C?C0?2?h(?1??)1nDd，其中C0?2??H1nDd。
可见C与液面高度h呈线性关系。
可以看出，该结构不宜做成差动形式，所以不宜采用二极管双T形交流电桥，也不宜采用脉冲宽度调制电路。另外要求输出电压U0与液位h之间呈线性关系，所以不宜采用调频电路和运算放大器式电路。
可以采用环形二极管充放电法，具体电路如图所示。可将直流电流表改为直流电压表与负载电阻R的并联，R上的电压为U0，则有： CBxU0?RI?Rf?E(Cx?Cd)
1Vi1VDD2其中，Cx为电容式液位计的
E2AeAV V i2R C i4CVDE=E2-E1为方波的幅值，Cd为平衡电容传感器初始电容的调零电容。当h=0时调节
Cd?C0?2??H1nDdi3Cd环形二极管电容测量电路原理图
，则输出电压
U0与液位h之间呈线性关
系。
VD3电容值，f为方波的频率，Δ
E1C T1T24
5－5 题5—5图为电容式传感器的双T电桥测量电路，已知
R1?R2?R?40k??C1?1pF，RL?20k?e?10V，，f?1MHzVD2VD1C0，
?10pF，C1R2R1?10pF，
B。求UL的表达式及对于上述已知参数的UL值。 A 解：
ULeC1C2C0 RLUL
???R(R?2RL)(R?RL)2?RLUf(C1?C0)?20?10?1?10?1?10＋(a)R2R1R240?(40?2?20)R16?12?40?20?0.18?V?U2
＋＋C1I1RLI2C2C1I?RLI?C2＋
U为恒压信号源，5－8 题5—8图为二极管环形电桥检波测量电路，(b)p(c)C0是固定电容，C0??C2，C1和C2是差动式电容传感器，其值C0??C1，
设二极管VD1~VD4正向电阻为零，反向电阻为无穷大，信号输出经低
通滤波器取出直流信号eAB。要求：
① 分析检波电路测量原理； ② 求桥路输出信号eAB?f?C1,C2?的表达式；
?C2、C1?C2③ 画出桥路中UA、UB、eAB在C1p、C1?C2三种情况下的
波形图（提示：画出U正负半周的等效电路图，并标出工作电流即可求出eAB的表达式）。 C0 A D2 eAB D4 B D1
C
Up
t
C0 低通滤波器eAB ~ D3 C1 D C2 题5—8图
解： 等效电路为：
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