用于电容传感器信号转换的集成电路CAV424

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　　摘要：文中介绍了测量电容式传感器电容的一般方法，并针对AMG公司开发的电容式信号转换成电压信号的集成电路CAV424 作了应用性介绍。

　　1 　引言

　　在测量控制场合中经常需要将电容式信号转换成电压或电流信号。目前大多数是使用分立元件或者专门去开发专用的集成电路（CSICs） 。考虑到各种电容式传感器信号的检测和使用范围，由德国AMG公司开发的CAV424 集成电路则具有较大的应用灵活性。文中简要介绍了CAV424 的原理和使用方法。

　　2 　电容式信号的测量方法

　　几乎所有用来测量电容式传感器的电路是基于电容差值的测量方法，这是因为被测量的电容值通常是在几个10 ^{- 18} F 到几百个10 ^{- 12} F 范围内，而采用电容差值的测量方法恰好可以满足这个测量范围的要求。

　　一般情况下，选择一个电容值是固定的，作为参考电容；另一个则是传感器的被测电容值。选择一个合适的参考电容，比如与被测电容有相同的温度系数或与被测电容具有相同的干扰影响的参考电容，在差分测量电路中可以将此类干扰信号抵消，以达到较好的测量。

　　根据平板电容器的公式：

　　式中：ε0 = 8. 854 ×10- ¹² ;εr 为相对介电常数； A 为极板面积； d 为极板距离。

　　电容值是通过距离、面积或相对介电常数的变化而变化。比如测量一个平板电容器的电容值，它已含有某种介电常数的介质，与一个已知介电常数的参考平板电容器的电容值相比较，就可以用来区分不同的介质材料。这种方法常在液位仪或材料区分中加以应用。由于水有较大的介电常数，常会影响亲水性的介质测定，但可以用于电容式湿度传感器的湿度测量。

　　如果电容极板的面积A 发生变化，通过差分电容的测量方法，就可以辨别不同的物体或不同的形状。如果是极板距离发生变化，通过该方法可以检测距离。电容式位移传感器就是这样的。在一个较小的测量距离之内，并对电容测量头的极板外用一个保护环屏蔽电场，这样的电容位移传感器的电容变化值与距离就有较好的线性关系。在有压力或加速度变化的时候，电容极板距离也会发生变化，上述的差分电容测量方法同样也适用于电容式压力传感器、加速度传感器和角度传感器等。图1 显示了一个电容式压力传感器的传递函数曲线和线性情况。该传感器的电容值变化已经由处理电容信号的集成电路转换成电压信号了。

图1 　经信号转换的一个电容式压力传感器的传递函数与线性情况

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