筛选-传感器原理及应用 - 周四春 - 习题

第5章电容式传感器

1.电容传感器有哪些类型？

2.叙述电容传感器的工作原理，输出特性。

3.为什么电感式和电容式传感器的结构多采用差动形式，差动结构形式的特点是什么？ 4.电容传感器的测量电路有哪些？叙述二极管双T型交流电桥工作原理。 5.说明P100图5-17差动式电容压力传感器结构和工作原理。

6.P90图5-6，已知变面积型电容传感器的两极板间距离为d=10mm;ε=50μF/m;两极板几何尺寸一样为30mm*20mm*5mm（长*宽*厚）;在外力作用下动极板在原位置向外移动10mm（宽）；试求ΔC=？。 7．差动式电容测厚传感器系统的工作原理？ 8．如图：电容传感器的双T电桥测量电路，已知 R1=R2=R=40K，RL=20K，

E=10V，f=1MHz，C1=10pF， C1=1 Pf。 求UL的表达试，带入参数求UL的值。

9．推导差动式电容传感器的灵敏度，并与单极式电容传感器相比较。

10．根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？

11．有一个直径为2m、高5m的铁桶，往桶内连续注水，当注水数量达到桶容量的80%时就应当停止，试分析用应变片式或电容式传感器系统来解决该问题的途径和方法。

12．总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的问题。

13．试推导图F1-8所示变电介质电容式位移传感器的特性方程C=f(x)。设真空的介电系数为ε0, ε2＞ε1 ，以及极板宽度为W。其他参数如图F1-8所示。

14. 在上题中，设δ=d=1mm，极板为正方形（边长50mm）。ε1 =1,ε2=4试在x=0到50mm范围内，输出磁位移传感器的特性曲线，并给以适当说明。

15. 简述电容式传感器用差动脉冲调宽电路的工作原理及特点。

答案 9．答：

差动式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍，而且非线性也大为减小。 10．答： 原理：

由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为C=εS/D 式中ε为两个极板间介质的介电常数，S为两个极板对有效面积，D为两个极板间的距离。由此式知，改变电容C的方法有三：

其一为改变介质的介电常数； 其二为改变形成电容的有效面积； 其三为改变各极板间的距离；

而得到的电参数的输出为电容值的增量这就组成了电容式传感器。 类型：

变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。 电容传感器的应用：

可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。 11．答：

可选用差分式电容压力传感器，通过测量筒内水的重力，来控制注水数量。或者选用应变片式液径传感器。 12．答：

①优点：a温度稳定性好 b结构简单、适应性强 c动响应好

②缺点：a可以实现非接触测量，具有平均效应 b输出阻抗高、负载能力差

c寄生电容影响大 ③输出特性非线性：

电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。

使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防止和减小外界的干扰。 13．解：

15．答：

工作原理：假设传感器处于初始状态，即Cx1 = Cx2 = C0,且A点为高电平，即Ua=U; 而B点为低电平，即Ub=0差分脉冲调宽型电路的特点就在于它的线性变换特性。