RC充电时间常数
电容值变化可通过复阻抗转电压、LC振荡频率或RC充放电时间三条路径转换为数字信号,其中充放电时间法利用τ=RC及阈值到达时间的对数关系,在差动脉宽调制电路中由两电容充电时间差得到与电容差值成正比的直流输出。
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电容值变化可通过复阻抗转电压、LC振荡频率或RC充放电时间三条路径转换为数字信号,其中充放电时间法利用τ=RC及阈值到达时间的对数关系,在差动脉宽调制电路中由两电容充电时间差得到与电容差值成正比的直流输出。
RS触发器用两个交叉耦合的与非门把低有效的置位、复位输入变成Q的置1、置0、保持和禁止四种状态,从而在差动脉宽调制电路中由比较器输出控制Q的翻转。
沿电场方向叠层的两介质等效串联,同电荷而电压分配;保留空气层时电容对材料介电常数通常非线性。
二极管正向偏置导通、反向偏置截止,端子极性决定电流方向,可用理想开关模型判断回路通断。
二极管双T型交流电桥用方波电源和两个二极管交替导通,把差动电容C1、C2的充放电电流在负载上相减,输出与C1−C2成正比的直流电压,从而把微小电容差转换为可测电压。
介电常数是描述介质在电场中极化能力、决定电容器电容大小的物性参数,其绝对值为真空介电常数与相对介电常数之积,在平板电容器中电容与介电常数和极板覆盖面积成正比、与极板间距成反比。
单组变极距电容输出含偶次非线性项,差动结构用两电容一增一减的差值抵消偶次项,使相对变化量近似为 2x/d₀、灵敏度加倍并改善非线性。
双稳态触发器与两个电压比较器、二极管RC充放电支路构成闭环,使两电容轮流充电到参考电压,从而在Q与Q̄端输出占空比随C1、C2变化的方波。
变介质型电容式传感器利用介电常数ε的变化改变电容C=εS/d,通过并联或串联结构将介质位移、液位或料位转换为电容变化,其中并联型(平板插入、圆筒液位)的ΔC与介质相对介电常数及位移/液位呈线性关系,串联型平板结构的ΔC与ε₁呈非线性关系。
变极距型电容式传感器通过动极板位移改变极板间距 d,使电容量 C=εS/d 变化,从而将位移、振动等非电量转换为电容变化,其输出与位移呈非线性关系,小位移下可近似线性,差动结构能提高灵敏度并改善非线性。
相对非线性误差需要明确采用哪条零位线性参考及分母;单组首项为位移比,差动首项为其平方。
变极距电容传感器在位移远小于初始极距时近似线性,减小极距可提高灵敏度但缩小线性范围并增加击穿风险,采用差动结构可使相对输出近似为 2x/d₀ 并抵消偶次非线性项。
变面积型电容式传感器通过改变极板有效覆盖面积使电容量变化,在忽略边缘效应时,平板和圆筒结构的电容变化量均与线位移或角位移成线性关系。
圆筒变介质电容式液位传感器把液体段与空气段两个圆筒电容并联叠加,使总电容随液位高度 h 线性变化。
圆筒电容式传感器利用内外圆筒覆盖高度或介质变化改变电容量,其电容由同轴圆筒对数公式描述,液位测量中液体与空气两段电容并联,固定介质时电容与覆盖高度呈线性关系。
寄生电容是电容式传感器中由引线、测量电路和周围导体形成的非预期电容,它降低灵敏度、引起不稳定和干扰,需通过屏蔽、差动结构及合理选择激励频率等措施抑制。
差动变极距型电容式传感器用两个电容一增一减的差值输出,使偶次非线性项相消,从而在位移较小时获得近似线性、灵敏度为单边两倍的电容变化。
差动变面积型电容式传感器通过两路电容的有效覆盖面积随被测量反向变化,使输出与位移成线性关系且灵敏度加倍。
差动电容传感器中,极距之和或覆盖面积之和恒定使差和比输出与位移成线性。
差动电容式传感器用两个电容一增一减,使差值输出近似线性、灵敏度加倍,并抑制共模干扰。
差动脉冲宽度调制测量电路用两个比较器和双稳态触发器构成闭环,使差动电容 C1、C2 的充电时间 T1、T2 随电容变化,输出矩形波占空比改变,低通后得到与 (C1−C2)/(C1+C2) 成正比的直流电压。
平板电容式传感器以平行板电容器的决定式 C=εS/d 为核心,通过改变极板覆盖面积 S、极板间距 d 或极板间介质介电常数 ε 使电容量变化,从而把位移、介质成分等非电量转换为电容变化量,据此分为变面积型、变极距型和变介质型三种。
并联型平板变介质电容式传感器把极板间空间分成空气区和被测介质区两部分并联,总电容随介质插入深度 L 线性增大,从而把位移/液位等转换为电容变化。
极间漏电阻 Rg 是电容传感器两极板间因介质非绝对绝缘而存在的有限绝缘电阻,在低频时它与传感器电容 C 及寄生电容 Cp 并联构成等效电路,高频时其影响可忽略而由串联电感电阻主导。
理想运放的开环增益与输入阻抗无穷大、输入电流为零,线性负反馈下两输入端电位近似相等。
电介质在外电场下极化,正负电荷中心不重合;相对介电常数随成分或湿度变化并引入测量误差。
电容反馈运算放大器测量电路利用虚短虚断使输出电压与传感器电容成反比,从而把变极距型电容传感器的非线性关系转化为与极距成正比的线性输出。
变极距型电容传感器用动极板靠近定极板使间距由 d₀ 变为 d₀−x,电容按 C=εS/(d₀−x) 非线性增大,故需小位移近似线性化并用差动结构减小非线性与环境误差。
电容式传感器利用电容量变化测量位移、介质等非电量,其理想线性关系受边缘效应引起的电场不均匀、灵敏度下降和非线性影响,需通过减小极距、等位环和差动结构等措施改善。
电容式传感器利用非电量变化引起极板面积、极距或介质介电常数变化,从而改变电容量,实现位移、压力、液位等物理量的测量。
电容式传感器按变化参数分为变极距、变面积、变介质三类,其中以容抗 XC=d/(ωεS) 作为输出量时,变极距型可对极距 d 实现线性读出;变面积与变介质型在理想情况下线性良好,但实际受边缘不均匀电场影响会产生非线性并降低灵敏度。
在低频交流下,电容式传感器因容抗极大而忽略串联电感与电阻,等效为 Ce=C+Cp 与 Re≈Rg 的并联电路。
对称变压器交流桥用差动电容作两臂,高输入阻抗时输出为电容差和比乘半个激励电压。
电容式传感器通过一点接地、增大初始电容、缩短导线并采用直角或同轴屏蔽布线,来抑制寄生电容与外界电场干扰。
电容式传感器测量电路将微小电容变化转换为电压、频率或时间信号,核心路径包括复阻抗电压法、LC振荡频率法和RC充放电时间法,差动结构可提高灵敏度并改善非线性。
电容式传感器通过低温度系数电极与支架、空气或云母介质、密封防潮及差动结构,在给定量程温压条件下抑制温湿度引起的电容漂移并减弱寄生电容影响。
电容式传感器在低频时近似为 Ce=C+Cp 与 Re≈Rg 的并联,高频时须保留电缆电感电阻、忽略漏电阻并按串联阻抗求等效电容,且供电频率应低于谐振频率。
电容式传感器通过容抗 XC=d/(ωεS) 将极距 d 线性转换为输出,或利用运放虚短虚断得到 Uo=-Ui·C/Cx 实现极距线性读出,差动结构以差和比形式进一步保证对称线性。
调频测量电路把电容式传感器接入LC振荡回路,使振荡频率随被测电容变化,从而把电容变化转换为频率信号供数字读出。
电容式传感器的静态灵敏度描述缓变输入下电容变化量与输入变化量之比,变极距型经泰勒展开近似后灵敏度与初始极距成反比,差动结构使灵敏度加倍并改善非线性。
电容式传感器在高频下需考虑引线电感L和串联电阻R2,忽略漏电阻,由串联阻抗求得等效电容Ce=C/(1-ω²LC),等效灵敏度ke=kg/(1-ω²LC)²,供电频率须低于谐振频率。
电容式加速度传感器利用惯性质量块的相对位移改变差动电容间隙,把加速度转换为电容变化,再经测量电路输出与加速度成正比的电信号。
电容式压力传感器利用弹性膜片在压力差作用下产生微位移,改变与固定电极间电容,通过差动电容比值获得与差压成正比且与介电常数无关的输出,单侧密封抽真空时可用于绝对压力测量。
电容式厚度传感器把轧制带材夹在两块等面积、等距极板之间,带材本身作为公共极板与上下极板构成两个并联电容,总电容随带材厚度变化而改变,从而实现在线厚度检测。
电容式指纹传感器利用指纹脊与谷到电极的极距差引起局部电容差异,从而识别指纹轮廓。
电容式振动位移传感器利用探头与被测物表面构成电容极板,通过被测物振动或轴心偏摆引起的极距变化转换为电容量变化,从而测量振幅、轴回转精度和轴心偏摆。
电容式接近开关利用感测头与接近物构成电容,通过电容量变化驱动开关通断,可检测金属及液体、粉料等非金属物体。
电容式料位传感器利用罐壁与顶部插入电极构成的电容随物料高度改变而变化,通过检测电容量变化测定罐内物料高度。
电容式液位传感器利用液体与空气两段介质并联的圆筒电容,在介电常数固定时使总电容随液位高度线性变化。
电容式电缆芯偏心测量利用电缆芯与对置极板间的电容随极距变化,在两个正交方向各测一次电容,再合成出电缆芯的二维偏心量。
电容式荷重传感器把被测力或压力经弹性体形变转换为极板间距的微小变化,再由平行板电容公式把该位移转换为电容量变化,从而实现力/压力的电测。
电容式转速传感器利用齿轮旋转使齿顶齿底交替靠近固定电极、极距周期变化而产生电容脉冲,频率计读出脉冲频率 f 后按 n=60f/z 算出转速。
电容式麦克风利用声压推动轻薄振膜改变其与固定背极之间的极距,使电容变化并经偏置电路转换为电信号,从而实现声-电转换。
电容定义为电荷量与电压之比,给出C=Q/U及线性条件下电荷与电压的正比关系。
电容量既可由定义式 C=Q/U 描述,又由平行板决定式 C=ε₀εᵣS/d 决定,后者表明改变面积、介电常数或极距即可把被测量转换为电容变化,其中变极距型因 C=C₀/(1−Δd/d₀) 而呈非线性。
电荷平衡式电容位移传感器通过反相方波电压VM调节使公共电极信号为零,由平衡条件 VM=-(CM/CR)·VR 得到与测头位置成比例的输出电压,用于便携式孔径测量工具。
等位环是套在测量电极周围的环形电极,通过把边缘电场“拉平”来抑制边缘效应,从而在极距很小时仍保持电容与极距的线性关系。
类比利用已知相似性提出可检验的推测,性能能否移植还须核对模型与条件。
线位移变面积型电容式传感器通过动极板平移改变有效覆盖面积,使电容变化量ΔC与位移Δx成线性关系,静态灵敏度kg=εb/d由极板宽度b和极距d决定。
在差动脉宽调制电路中,两电容充电至同一阈值的时间T1、T2决定输出矩形波占空比,低通滤波后的平均直流电压为(T1-T2)/(T1+T2)U1,从而将电容差值转换为电压输出。
动定半月形极板相对旋转角位移θ时,有效覆盖面积按A=A0(1-θ/π)线性减小,使电容量按C=C0(1-θ/π)线性减小,可用于角位移测量和调谐可变电容器改变谐振频率。
超级电容器主要承担储能任务,柔性织物例说明形态创新,器件名称本身不决定传感功能。
静电容键盘利用PCB电极与硅胶碗内锥簧构成可变电容,按键下压改变极距使电容变化,由电路非接触识别触发,因而无需按到底,并在声音、手感与寿命上区别于薄膜和机械键盘。
驻极体电容麦克风用经电处理永久驻有极化电荷的聚四氟乙烯振膜取代电容传声器的极化极板,把声压引起的极距变化转换为电容变化,因而体积小、使用方便,广泛用于手机和电脑麦克风。