电容式位移发送器电路图
出处：2331 发布于：2009-06-15 00:00:00 | 1839 次阅读
通常位移发送器多采用差动变压器式结构，这种电路结构虽然比较稳定，但其制造工艺、造价和维修成本都相对较高。就此我们设计试制了这种电容式位移发送器，并通过了测试和实际应用，取得了良好的效果。
电容式位移发送器主要由可变电容器（位移检测元件）和转换电路组成。而转换电路是由多谐振荡器、微分型单稳电路和输出级的Ｕ－Ｉ变换电路组成。在图１中，Ｄ１、Ｄ２组成了一个频率为８２０Ｈｚ、占空比ｔ／Ｔ为５０％的矩形波发生器，其输出信号直接驱动由Ｄ３、Ｄ４组成的单稳电路。此单稳电路的特点是它没有反馈保持回路，故它的输出脉宽域在０＜ｔｄ≤ｔ之间。这个随Ｃｘ变化的脉宽信号，经Ｕ－Ｉ变换输出统一的标准电流信号。
电路工作原理： 多谐振荡器的信号由Ｄ２输出端引出，Ｄ２为高电平时单稳电路处于稳态，Ｄ３的输出端、Ｄ４的输入端、Ｄ５的输出端均为低电平。当Ｄ２输出为低电平时单稳电路进入暂稳状态，Ｄ３输出高电平时对Ｃｘ并通过Ｒ３和ＲＰ进行充电。同时Ｄ５也输出一高电平送入Ｕ－Ｉ输出级。而Ｄ４的输入端电压将随时间按指数规律降低，当这个电压低于Ｄ４的阈值电平时，输出跳变为高电平。经Ｄ５反相后又跳变为低电平。当Ｄ２输出的矩形波再跳变为高电平时，Ｃｘ则又通过Ｒ３和ＲＰ放电至Ｄ２的高电平结束，就此完成了一个单稳周期。各点波形见图２，输出脉冲的宽度ｔｄ是和Ｃｘ成正比的，这个电压经Ｒ４、Ｃ２平滑后送至ＶＴ基极，放大并转换成ＤＣ的４～２０ｍＡ统一信号。由于输出信号是从４ｍＡ起始的，可以避开ＶＴ的死区电压和非线性区，同时在发射极加有较大的负反馈电阻Ｒ５，能够有效改善温度稳定性和信号输出线性。
电路元件选择： ＩＣ采用六非门电路集成电路ＣＤ４０６９。Ｃｘ可以根据需要制成直行程式或角行程式线性可变电容器，以方便和执行器的机械连接。可变电容的容量范围可选择在１０～３００ｐＦ之间。容量取值大一些可减少杂散电容电路的影响。为了保证电路的稳定，电阻宜采用金属膜电阻。其他元件按电路图标称选择即可。
安装和调试： 整个电路装在一块８５ｍｍ×５８ｍｍ的印板上。应用时根据执行器的结构，将可变电容Ｃｘ与之机械连接。信号输出的零点由Ｃｘ的起始电容决定，调整Ｃｘ的起始电容，使输出为４ｍＡ。量程上限由电位器ＲＰ调整，配合机械位移的上止点，调整ＲＰ使其为２０ｍＡ。经几次调整后即可达到使用要求。
电容式位移发送器主要由可变电容器（位移检测元件）和转换电路组成。而转换电路是由多谐振荡器、微分型单稳电路和输出级的Ｕ－Ｉ变换电路组成。在图１中，Ｄ１、Ｄ２组成了一个频率为８２０Ｈｚ、占空比ｔ／Ｔ为５０％的矩形波发生器，其输出信号直接驱动由Ｄ３、Ｄ４组成的单稳电路。此单稳电路的特点是它没有反馈保持回路，故它的输出脉宽域在０＜ｔｄ≤ｔ之间。这个随Ｃｘ变化的脉宽信号，经Ｕ－Ｉ变换输出统一的标准电流信号。
电路工作原理： 多谐振荡器的信号由Ｄ２输出端引出，Ｄ２为高电平时单稳电路处于稳态，Ｄ３的输出端、Ｄ４的输入端、Ｄ５的输出端均为低电平。当Ｄ２输出为低电平时单稳电路进入暂稳状态，Ｄ３输出高电平时对Ｃｘ并通过Ｒ３和ＲＰ进行充电。同时Ｄ５也输出一高电平送入Ｕ－Ｉ输出级。而Ｄ４的输入端电压将随时间按指数规律降低，当这个电压低于Ｄ４的阈值电平时，输出跳变为高电平。经Ｄ５反相后又跳变为低电平。当Ｄ２输出的矩形波再跳变为高电平时，Ｃｘ则又通过Ｒ３和ＲＰ放电至Ｄ２的高电平结束，就此完成了一个单稳周期。各点波形见图２，输出脉冲的宽度ｔｄ是和Ｃｘ成正比的，这个电压经Ｒ４、Ｃ２平滑后送至ＶＴ基极，放大并转换成ＤＣ的４～２０ｍＡ统一信号。由于输出信号是从４ｍＡ起始的，可以避开ＶＴ的死区电压和非线性区，同时在发射极加有较大的负反馈电阻Ｒ５，能够有效改善温度稳定性和信号输出线性。
电路元件选择： ＩＣ采用六非门电路集成电路ＣＤ４０６９。Ｃｘ可以根据需要制成直行程式或角行程式线性可变电容器，以方便和执行器的机械连接。可变电容的容量范围可选择在１０～３００ｐＦ之间。容量取值大一些可减少杂散电容电路的影响。为了保证电路的稳定，电阻宜采用金属膜电阻。其他元件按电路图标称选择即可。
安装和调试： 整个电路装在一块８５ｍｍ×５８ｍｍ的印板上。应用时根据执行器的结构，将可变电容Ｃｘ与之机械连接。信号输出的零点由Ｃｘ的起始电容决定，调整Ｃｘ的起始电容，使输出为４ｍＡ。量程上限由电位器ＲＰ调整，配合机械位移的上止点，调整ＲＰ使其为２０ｍＡ。经几次调整后即可达到使用要求。
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