传感器结构原理与设计---第四章电容式传感器.ppt

第四章 电容式传感器,优点：结构简单、适应性强、动态响应时间短、易实现非接触测量等。 由于材料、工艺，特别是测量电路及半导体集成技术等方面已达到了相当高的水平，因此寄生电容的影响得到较好地解决，使电容式传感器的优点得以充分发挥。 应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和成分含量等测量之中。,电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种装置，它实质上是一个具有可变参数的电容器。,一、工作原理 用两块金属平板作电极可构成电容器，当忽略边缘效应时，其电容C为 S极板相对覆盖面积； 极板间距离； r相对介电常数； 0 真空介电常数，0 8.85pF/m； 电容极板间介质的介电常数。,第一节 工作原理与类型,公式分析： 、S和r中的某一项或几项有变化时，就改变了电容C。 或S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可以间接反映压力、加速度等的变化； r的变化则可反映液面高度、材料厚度等的变化。,二、类型 三种基本类型： 变极距（变间隙）()型 变面积型(S)型 变介电常数(r)型 表4-1列出了电容式传感器的三种基本结构形式。 位移：线位移和角位移两种。 极板形状：平板或圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其他的形状，但一般很少用，故表中未列出。 其中差动式一般优于单组（单边）式的传感器。它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。,C- 特性曲线,1、变极距型电容传感器,图中极板1固定不动，极板2为可动电极(动片)，当动片随被测量变化而移动时，使两极板间距变化，从而使电容量产生变化 ，其电容变化量C为,2,变极距型电容传感器,1,C,C0,C0极距为时的初始电容量。,讨论： 该类型电容式传感器存在着原理非线性，所以实际应用中，为了改善非线性、常常作成差动式结构改善其非线性。,2、变面积型电容传感器 变面积型电容传感器中，平板形结构对极距变化特别敏感，测量精度受到影响。而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，成为实际中最常采用的结构，其中线位移单组式的电容量C在忽略边缘效应时为 l外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度； r2、r1 圆筒内半径和内圆柱外半径。 当两圆筒相对移动l时，电容变化量C为,这类传感器具有良好的线性,大多用来检测位移等参数。,3、变介电常数型电容传感器 变介电常数型电容式传感器大多用来测量电介质的厚度、液位，还可根据极间介质的介电常数随温度、湿度改变而改变来测量介质材料的温度、湿度等。 若忽略边缘效应，单组式平板形厚度传感器如下图，传感器的电容量与被测厚度的关系为,若忽略边缘效应，单组式平板形线位移传感器如下图，传感器的电容量与被位移的关系为,a、b、lx:固定极板长度和宽度及被测物进入两极板间的长度 ； :两固定极板间的距离； x、0:被测物的厚度和它的介电常数、空气的介电常数 。,若忽略边缘效应，圆筒式液位传感器如下图，传感器的电容量与被液位的关系为,液位传感器,h,C1,C,C2,可见，传感器电容量C与被测液位高度hx成线性关系。 注意事项：若电极之间的被测介质导电，电极表面应涂盖绝缘层（如0.1mm的聚四氟乙烯等）。,2r1,2r2,hx,一、电容式传感器等效电路 L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感： r由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成； C0为传感器本身的电容； Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容； Rg是极间等效漏电阻，它包括极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗介质损耗，其值在制造工艺上和材料选取上应保证足够大。,第二节 转换电路,讨论： 在低频时，传感器电容的阻抗非常大，因此L和r的影响可以忽略。其等效电路可简化为图4-4 b，其中等效电容Ce=C0+Cp，等效电阻ReRg。 在高频时，传感器电容的阻抗变小，因此L和r的影响不可忽略，而漏电的影响可忽略。其等效电路简化为图4-4 c。其中Ce=C0+Cp，而rer。 电容式传感器的等效电路存在一谐振频率，通常为几十MHz。供电电源频率必须低于该谐振频率，一般为其1/31/2，传感器才能正常工作。,将电容式传感器接入交流电桥的一个臂(另一个臂为固定电容)或两个相邻臂，另两个臂可以是电阻或电容或电感，也可是变压器的两个二次线圈。其中另两个臂是紧耦合电感臂的电桥具有较高的灵敏度和稳定性，且寄生电容影响极小、大大简化了电桥的屏蔽和接地，适合于高频电源下工作。而变压器式电桥使用元件最少，桥路内阻最小，因此目前较多采用。,二、电桥电路,特点：高频交流正弦波供电； 电桥输出调幅波，要求其电源电压波动极小，需采用稳幅、稳频等措施； 通常处于不平衡工作状态，所以传感器必须工作在平衡位置附近，否则电桥非线性增大，且在要求精度高的场合应采用自动平衡电桥； 输出阻抗很高(几M至几十M)，输出电压低，必须后接高输入阻抗、高放大倍数的处理电路。,三、二极管双T形电路 电路原理如图(a)。供电电压是幅值为UE、周期为T、占空比为50的方波。若将二极管理想化，则当电源为正半周时，电路等效成典型的一阶电路，如图(b)。其中二极管VD1导通、VD2截止，电容C1被以极其短的时间充电、其影响可不予考虑，电容C2的电压初始值为UE。根据一阶电路时域分析的三要素法，可直接得到电容C2的电流iC2如下：,C2,UE,(b),R,R,RL,C2,C1,VD1,VD2,iC1,iC2,+,+,UE,(a),C1,UE,RL,RL,R,R,R,R,+,+,iC1,iC2,在R（RRL）/（RRL）C2T/2时, 电流iC2的平均值IC2可以写成下式：,同理，负半周时电容C1的平均电流:,电路特点： 线路简单，可全部放在探头内，大大缩短了电容引线、减小了分布电容的影响； 电源周期、幅值直接影响灵敏度，要求它们高度稳定； 输出阻抗为R，而与电容无关，克服了电容式传感器高内阻的缺点； 适用于具有线性特性的单组式和差动式电容式传感器。,故在负载RL上产生的电压为,四、差动脉冲调宽电路 又称差动脉宽(脉冲宽度)调制电路 利用对传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随传感器电容量变化而变化。通过低通滤波器得到对应被测量变化的直流信号。,图4-6为差动脉冲调宽电路原理图，图中C1、C2为差动式传感器的两个电容，若用单组式，则其中一个为固定电容，其电容值与传感器电容初始值相等；A1、A2是两个比较器，Ur为其参考电压。,UAB经低通滤波后，得到直流电压U0为,UA、UBA点和B点的矩形脉冲的直流分量； T1、T2 分别为C1和C2的充电时间；U1触发器输出的高电位。 C1、C2的充电时间T1、T2为,则,因此，输出的直流电压与传感器两电容差值成正比。,Ur触发器的参考电压。,设电容C1和C2的极间距离和面积分别为1、2和S1、S2，将平行板电容公式代入上式，对差动式变极距型和变面积型电容式传感器可得 可见差动脉冲调宽电路能适用于任何差动式电容式传感器，并具有理论上的线性特性。这是十分可贵的性质。 另外，差动脉冲调宽电路采用直流电源，其电压稳定度高，不存在稳频、波形纯度的要求，也不需要相敏检波与解调等；对元件无线性要求；经低通滤波器可输出较大的直流电压，对输出矩形波的纯度要求也不高。,五、运算放大器式电路 其最大特点是能够克服变极距型电容式传感器的非线性。其原理如图 将Cx = 代入上式得,-A,uo,C,Cx,u,运算放大器式 电路原理图,讨论： 负号表明输出与电源电压反相。 显然，输出电压与电容极板间距成线性关系，这就从原理上保证了变极距型电容式传感器的线性。 这里是假设放大器开环放大倍数A=，输入阻抗Zi=，因此仍然存在一定的非线性误差，但一般A和Zi足够大，所以这种误差很小。,六、调频电路 电容传感器为振荡谐振回路的一部分； 输入量变化，传感器电容变化，振荡器振荡频率变化。 频率变化由鉴频器转换为振幅变化，放大输出。,C2,第三节 主要性能、特点和设计要点,一、主要性能 1、静态灵敏度 是被测量缓慢变化时传感器电容变化量与引起其变化的被测量变化之比。对于变极距型其静态灵敏度kg为,可见其灵敏度是初始极板间距的函数，同时还随被测量而变化。减小可以提高灵敏度。但过小易导致电容器击穿（空气的击穿电压为3kVmm）。可在极间加一层云母片（其击穿电压大于 103kV/mm）或塑料膜来改善电容器耐压性能。,灵敏度取决于r2/r1，r2与r1越接近，灵敏度越高。虽然内外极筒原始覆盖长度与灵敏度无关，但不可太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。 另外，变极距型和变面积型电容式传感器可采用差动结构形式来提高静态灵敏度，一般提高一倍。例如，对变面积型差动式线位移电容式传感器，其静态灵敏度为,对于圆柱形变面积型电容式传感器，其静态灵敏度为,可见比相应单组式的灵敏度提高一倍。变面积型和变介电常数型电容式传感器在忽略边缘效应时，其输入被测量与输出电容量呈线性关系，因而其静态灵敏度为常数。,显然，输出电容C与被测量之间是非线性关系。 只有当/1时，略去各非线性项后才能得到近似线性关系为 CC0(/)。由于取值不能大，否则将降低灵敏度，因此变极距型电容式传感器常工作在一个较小的范围内，而且最大应小于极板间距的1/51/10。,2、非线性 对变极距型电容式传感器，当极板间距变化时，其电容量的变化：,可见，差动式的非线性得到很大改善，灵敏度也提高了一倍。,采用差动形式，并取两电容之差为输出量C,二、特点 主要优点： 1温度稳定性好 传感器的电容值一般与电极材料无关，仅取决于电极的几何尺寸，有利于选择温度系数低的材料； 因本身发热极小，影响甚微。 2结构简单，适应性强 电容式传感器结构简单，易于制造。 此外传感器可以做得体积很小，以便实现某些特殊要求的测量。 金属作电极，无机材料作支撑。能在高低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下工作，适应能力强，尤其可以承受很大的温度变化，在高压力、高冲击、过载等情况下都能正常工作。,3动态响应好 极板间的静电引力很小，可动部分质量很轻，因此其固有频率很高，动态响应时间短，能在几MHz的频率下工作，特别适合动态测量。 介质损耗小可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。 可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等。 4可以实现非接触测量、具有平均效应 当被测件不能允许采用接触测量的情况下,电容传感器可以完成测量任务。当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。,a)测振幅,b)测轴回转精度和轴心偏摆,缺点： 1输出阻抗高，负载能力差 容量受其电极几何尺寸限制，一般为几十到几百pF，输出阻抗很高。尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻抗高达106108。因此传感器负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，必须采取屏蔽措施。 容抗大还要求传感器绝缘部分的电阻值极高（几十M以上），否则绝缘部分将作为旁路电阻而影响传感器的性能（如灵敏度降低）。,2寄生电容影响大 表现：传感器的初始电容量很小，而其引线电缆电容(l2m导线可达800pF)、测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大。 影响：降低了传感器的灵敏度；寄生电容(如电缆电容)常随机变化，将使传感器工作不稳定，影响测量精度。因此对电缆选择、安装、接法有要求。 措施：随着材料、工艺、电子技术，特别是集成电路的高速发展，使电容式传感器的优点得到发扬而缺点不断得到克服。,三、 设计要点 1减小环境温度湿度等变化的影响，保证绝缘材料的绝缘性能 主要影响： 温度变化使传感器内各零件的几何尺寸和相互位置及某些介质的介电常数发生改变,从而改变传感器的电容量,产生温度误差。 湿度也影响某些介质的介电常数和绝缘电阻值。 措施： 电极设计：金属电极的材料以选用温度系数低的铁镍合金；也可采用在陶瓷或石英上喷镀金或银的工艺，这样电极可以做得极薄，对减小边缘效应极为有利。,密封：内电极表面不便经常清洗，应加以密封，用以防尘、防潮；在电极表面镀以极薄的惰性金属（如铑等）层，则可代替密封件起保护作用，可防尘、防湿、防腐蚀。 电极支架设计：要有一定的机械强度外还要有稳定的性能。因此选用温度系数小和几何尺寸长期稳定性好，并具有高绝缘电阻、低吸潮性和高表面电阻的材料。例如石英、云母、人造宝石及各种陶瓷等做支架。 电介质选择：尽量采用空气等介电常数近零的电介质。,2消除和减小边缘效应 适当减小极间距，使电极直径或边长与间距比增大，可减小边缘效应的影响，但易产生击穿并有可能限制测量范围。 电极应做得极薄使之与极间距相比很小，这样也可减小边缘电场的影响。 结构上增设等位环来消除边缘效应。等位环3与电极2在同一平面上并将电极2包围，且与电极2电绝缘但等电位，这就能使电极2的边缘电力线平直，电极1和2之间的电场基本均匀，而发散的边缘电场发生在等位环3外周不影响传感器两极板间电场。,（1）增加传感器原始电容值 采用减小极片或极筒间的间距(平板式间距为0.20.5mm，圆筒式间距为0.15mm)，增加工作面积或工作长度来增加原始电容值，但受加工及装配工艺、精度、示值范围、击穿电压、结构等限制。一般电容值变化在 10-3103 pF范围内，相对值变化在 10-61范围内。,寄生电容与传感器电容相并联，影响传感器灵敏度，而它的变化则为虚假信号影响仪器的精度，必须消除和减小它。可采用方法：,3消除和减小寄生电容的影响,（1）增加传感器原始电容值 （2）注意传感器的接地和屏蔽；（3）集成化 （4）采用“驱动电缆”(双层屏蔽等位传输)技术 （5）采用运算放大器法；（6）整体屏蔽法,（2）注意传感器的接地和屏蔽 图为采用接地屏蔽的圆筒形电容式传感器。图中可动极筒与连杆固定在一起随被测量移动。可动极筒与传感器的屏蔽壳（良导体）同为地，因此当可动极筒移动时，固定极筒与屏蔽壳之间的电容值将保持不变，从而消除了由此产生的虚假信号。,引线电缆也必须屏蔽在传感器屏蔽壳内。为减小电缆电容的影响，应尽可能使用短而粗的电缆线，缩短传感器至电路前置级的距离。,绝缘体,屏蔽壳,固定极筒,可动极筒,连杆,导杆,接地屏蔽圆筒形电容式传感器示意图,（3）集成化 将传感器与测量电路本身或其前置级装在一个壳体内，省去传感器的电缆引线。这样，寄生电容大为减小而且易固定不变，使仪器工作稳定。 （4）采用“驱动电缆”(双层屏蔽等位传输)技术 适用情况：当电容式传感器的电容值很小，而因某些原因(如环境温度较高)，测量电路只能与传感器分开。 引线为双屏蔽层电缆，其内屏蔽层与信号传输线(即电缆芯线)通过1:1放大器成为等电位，从而消除了芯线与内屏蔽层之间的电容。由于屏蔽线上有随传感器输出信号变化而变化的电压，因此称为“驱动电缆”。 采用这种技术可使电缆线长达10m之远也不影响仪器的性能。,外屏蔽层接大地或接仪器地，用来防止外界电场的干扰。,（5）采用运算放大器法 电容传感器的一个电极经电缆芯线接运算放大器的虚地点,电缆的屏蔽层接仪器地,这时与传感器电容相并联的为等效电缆电容Cp/(1A)，因而大大地减小了电缆电容的影响。 外界干扰因屏蔽层接仪器地，对芯线不起作用。 传感器的另一电极接大地，用来防止外电场的干扰。,（6）整体屏蔽法 将电容式传感器和所采用的转换电路、传输电缆等用同一个屏蔽壳屏蔽起来，正确选取接地点可减小寄生电容的影响和防止外界的干扰。 差动电容式传感器交流电桥所采用的整体屏蔽系统，屏蔽层接地点选择在两固定辅助阻抗臂 Z3和Z4中间。 电缆芯线与其屏蔽层之间的寄生电容CP1和CP2分别与Z3和Z4相并联。如果Z3和Z4比CP1和CP2的容抗小得多，则寄生电容CP1和CP2对电桥平衡状态的影响就很小。,5防止和减小外界干扰 当外界干扰(如电磁场)在传感器上和导线之间感应出电压并与信号一起输送至测量电路时就会产生误差。接地点不同所产生的接地电压差也是一种干扰信号，也会给仪器带来误差和故障。防止和减小干扰的措施归纳为：,屏蔽和接地。传感器壳体；导线；传感器与测量电路前置级等等。 增加原始电容量，降低容抗。 导线和导线之间要离得远，线要尽可能短，最好成直角排列，若必须平行排列时，可采用同轴屏蔽电缆线。 尽可能一点接地，避免多点接地。地线要用粗的良导体或宽印制线。 采用差动式电容传感器，减小非线性误差，提高传感器灵敏度，减小寄生电容的影响和温度、湿度等误差。,第四节 电容式传感器举例,一、集成电容传感器 构成：运用集成电路工艺可以把电容敏感元件与测量电路制作在一起 。 核心部件：对被测量敏感的集成电容器。,（一）基本类型及工作原理 1、加速度集成电容传感器 技术应用：多晶硅表面微加工技术 。 结构组成： 三层多晶硅组成的差动电容器结构，各层多晶硅之间由气隙隔开。 顶层(第一层)和底层(第三层)是固定不动的，第二层是一个作为振动物的悬臂梁。 第一层多晶硅与第二层之间构成底层电容C1，第二层与第三层之间构成顶层电容C2。,加速度集成压力传感器,工作原理： 当没有加速度作用时，悬臂梁处于顶层和底层的中间位置。C1 = C2，系统处于平衡状态。 当有加速度作用时，悬臂梁与顶层和底层之间产生位移，使其中一个电容器的极间距增大，而另一个的减小。 此类属于变极距型的差动电容传感器，而且电容变化量的大小与加速度成正比。,2、压力集成电容传感器 技术应用：硅腐蚀技术、硅和玻璃的静电键合以及常规集成电路工艺技术。 结构组成： 电容器的两个电极，一个处在玻璃上，另一个在硅片的薄膜上。 硅薄膜是由腐蚀硅片的正面(约几微米)和反面(约200m)而形成的， 在硅片和玻璃键合在一起之后，就形成了具有一定间隙的电容器。,工作原理：当硅膜的两侧有压差存在时，硅膜就发生形变使电容器两极的间距发生变化，因而引起电容量的变化。,（二）转换电路 1、开关电容转换电路 结构组成：三个MOS开关、两个差动电容(即传感器电容)C1和C2以及一个反向器组成取样保持电路和积分电路。 工作原理： 振荡器产生的开关脉冲控制开关S1和S2分别将C1和C2接参考电压URef或接地，即轮流给C1和C2充电，C1和C2的电荷又转移给C3。S3为复位开关。 前半周期，开关S1接URef而开关S2接地，则形成输出电压U0为C1URef/C3；后半周期，开关S2接URef而开关S1接地，则形成输出电压U0为C2URef/C3。,输出电压经隔直后为一方波电压，其前后半周期的幅值差为(URef/C3)(C1C2)。该幅值差与电容变化量成正比。,URef,U0,S1,S2,C1,C2,C3,2、二极管环形检波转换电路 在激励信号的正半周，有电荷从B点通过VD2对Cx充电，同时也有电荷从A点经过VD3对C0充电。 在激励信号的负半周，Cx上的电荷经VD1向A点放电，同时C0 上的电荷也经VD4向B点放电。 即在一个周期内，有电荷QBA从B点经Cx转移到A点，同时有电荷QAB从A点经C0转移到B点。 被测压力使Cx变化，则CxC0，结果QBAQAB。这就使A点和B点有净电荷积累出现，导致两点的直流电位一个升高U0/2、另一个降低U0/2，反过来又减少了静电荷的积累。直至达到动平衡：静电荷积累结束，QBAQAB。,设二极管正向导通电压Ud，则有,（三）特点与应用 特点：集成电路工艺可以把间距和尺寸做得非常小，而且还可把测量电路与敏感电容集成在一起。它具有体积小、输出阻抗小、可批量生产、重复性好、灵敏度高、工作温度范围宽、功耗低、寄生电容小等许多优点，而且非常适合于CMOS制造技术，因此近年来得到很大发展。但这种传感器如果不加适当屏蔽的话，易受电磁干扰。 应用：加速度集成电容传感器应用于机械工具监控、工业振动监控、应急检测、汽车停车控制、汽车刹车控制、设备控制等，量程为40g、灵敏度为40mV/g、线性为0.5%、带宽为400Hz。,二、容栅式传感器 主要特点：工作原理基于变面积型电容传感器。具有电容式传感器的优点，又具有多极电容的平均效应，可采用闭环反馈式等测量电路。测量精度提高（5m），量程扩展（1m）。 应用：数显卡尺、测长机等数显量具。 容栅测量系统：栅状电容极板测量电路,（一）工作原理及转换电路 1、开环调幅式测量原理 组成：均匀排列的定栅；一对相同尺寸的交错对插动栅对。 工作过程：安装如右图，重叠面积为暗区域，随位移反向变化的差动电容器C1和C2。 测量电路：差动变压器。 特点：测量精度提高，可实现大位移测量。,2、闭环调幅式测量原理 A、B动尺的两组电极片，各由四片小电极片组成；位置a时，一组为小电极片14，另一组为58。 P-定尺上的一片电极片，与A、B间构成差动电容器CA、CB。 S1、 S2方波脉冲控制开关，轮流将参考直流电压U0和测量转换系统的直流输出电压Um分别接入两个小电极组A和B。,若系统保证电容极板P为虚地，则在一个周期内，激励信号通过差动电容CA和CB在电容极板P上产生的电荷量QP(CAU0-CBU0+CAUm+CBUm)。 当QP为零时，测量转换电路保证Um不变；否则导致测量转换电路使Um改变，并保证其变化使QP的值减小，直至为零。,说明：当相对位移量超过l0(小电极片的间距)即L0/4时，由控制电路自动改变小电极片组的接线，见图中位置b，这时电极片组由小电极片25构成；电极片组由小电极片69构成。这样，在电极片P相对移动的过程中，能保证始终与不同的小电极片形成同样的差动电容器，重复前述过程，而得到与位移成线性关系的输出电压。,3、调相式测量原理 （1）结构组成 极板K：数个发射极片组形成，每个极片组中有八个宽度均为l0的发射极片，分别加以八个幅值为Um、频率为、相位依次相差/4的正弦激励电压。 另一极板：包括许多反射极片M和接地的屏蔽极片S。 接收极片R。,反射式容栅传感器结构和安装示意图,（2）测量原理： 当两个极板处于相对位置a时，每个发射极片与反射极片完全覆盖，所形成的电容均为C0。 两个极板相对移动x(l0)而处于位置b时，若将反射极片的电压记为UM、接受极片的电压记为UR，反射极片与接受极片之间的电容记为CMR、接受极片与地之间的电容记为CRG，则有,传感器输出一个与激励同频的正弦波电压，其幅值近似为常数k，而其相位则与被测位移x近似成线性关系。通常采用相位跟踪法测出相位角 。 当被测位移x超过l0时，则重复上述过程，勿需改变发射极片的接线即可实现大位移测量。,（二）容栅传感器的结构形式 动栅：排列一系列尺寸相同、宽度为l0的小发射电极片18。 R为公共接收极。 定栅：均匀排列着一系列尺寸相同、宽度和间隙各为4l0的反射电极片M1、M2、和屏蔽极片S。电极片间互相绝缘。 动栅和定栅的电极片相对、平行安装。当发射电极片18分别加以激励电压U1U8时，通过电容耦合在反射电极片上产生电荷，再通过电容在公共接收极上产生电荷输出。 采用不同的激励电压和相应的测量电路，则可得到幅值或相位与被测位移成比例关系的调幅信号或调相信号。,反射式容栅传感器结构和安装示意图,三、力平衡式电容传感器 （一）闭环反馈式传感器的原理与特点 开环系统（传感器）组成：敏感元件、转换元件和测量电路。 闭环传感器原理：把系统输出(通常为电量)通过反馈环节变化成反馈量(通常为非电量)，然后与输入进行比较产生一个偏差信号。此偏差信号经前向环节放大后调节反馈量，直至偏差信号为零的平衡状态，此时输出即为测得值。 平衡式传感器采用的比较和平衡方式：力和力矩平衡、电流平衡、电压平衡、电荷平衡、热流量平衡、温度平衡等。,闭环传感器的系统框图与传递函数：,（二）力平衡式加速度电容传感器 1、系统组成和工作原理 组成：惯性敏感元件、位移传感器（电容式）、放大器和磁电式力矩器； 工作原理： 当传感器壳体相对惯性空间向上位移x时，壳体上的被测加速度ax=d2x/d2t。 在惯性力Fx=max的作用下，惯性敏感元件相对于壳体向下位移y。,电容位移传感器测出y，再经放大器输出电流I给力矩器。由力矩器产生的反馈力F