傳感器原理與應(yīng)用習(xí)題_第4章電容式傳感器

1、1《傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用》及《傳感器與測(cè)量技術(shù)傳感器與測(cè)量技術(shù)》習(xí)題集與部分參考答案習(xí)題集與部分參考答案教材：傳感器技術(shù)（第3版）賈伯年主編，及其他參考書(shū)第4章電容式傳感器電容式傳感器41電容式傳感器可分為哪幾類？各自的主要用途是什么？答：（1）變極距型電容傳感器：在微位移檢測(cè)中應(yīng)用最廣。（2）變面積型電容傳感器：適合測(cè)量較大的直線位移和角位移。（3）變介質(zhì)型電容傳感器：可用于非導(dǎo)電散材物料的物位測(cè)量。42試述變極距型電容傳

2、感器產(chǎn)生非線性誤差的原因及在設(shè)計(jì)中如何減小這一誤差？答：原因：靈敏度S與初始極距的平方成反比，用減少的辦法來(lái)提高靈敏度，但的減小會(huì)導(dǎo)致0?0?0?非線性誤差增大。采用差動(dòng)式，可比單極式靈敏度提高一倍，且非線性誤差大為減小。由于結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，它還能有效地補(bǔ)償溫度變化所造成的誤差。43為什么電容式傳感器的絕緣、屏蔽和電纜問(wèn)題特別重要？設(shè)計(jì)和應(yīng)用中如何解決這些問(wèn)題？答：電容式傳感器由于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其電容量都很小，屬于小功率、高阻抗器

3、，因此極易受外界干擾，尤其是受大于它幾倍、幾十倍的、且具有隨機(jī)性的電纜寄生電容的干擾，它與傳感器電容相并聯(lián)，嚴(yán)重影響傳感器的輸出特性，甚至?xí)蜎](méi)沒(méi)有用信號(hào)而不能使用。解決：驅(qū)動(dòng)電纜法、整體屏蔽法、采用組合式與集成技術(shù)。44電容式傳感器的測(cè)量電路主要有哪幾種？各自的目的及特點(diǎn)是什么？使用這些測(cè)量電路時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？45為什么高頻工作的電容式傳感器連接電纜的長(zhǎng)度不能任意變動(dòng)？答：因?yàn)檫B接電纜的變化會(huì)導(dǎo)致傳感器的分布電容、等效電感都會(huì)發(fā)生變

4、化，會(huì)使等效電容等參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，最終導(dǎo)致了傳感器的使用條件與標(biāo)定條件發(fā)生了改變，從而改變了傳感器的輸入輸出特性。46簡(jiǎn)述電容測(cè)厚儀的工作原理及測(cè)試步驟。47試計(jì)算圖P41所示各電容傳感元件的總電容表達(dá)式。48如圖P42所示，在壓力比指示系統(tǒng)中采用差動(dòng)式變極距電容傳感器，已知原始極距3410有一臺(tái)變極距非接觸式電容測(cè)微儀，其極板間的極限半徑r=4mm。假設(shè)與被測(cè)工件的初始間隙=0.3mm，試求：0?（1）若極板與工件的間隙變化量時(shí)，電容

5、變化量為多少？m??10???（2）若測(cè)量電路的靈敏度K0=100mVpF，則在時(shí)的輸出電壓為多少？m??1???411差動(dòng)非接觸式電容位移傳感器如圖P44所示，由四塊置于空氣中的平行平板組成。其中極板A、C和D是固定的，極板B可如圖示移動(dòng)，其厚度為t，并距兩邊固定極板的距離為δ，極板B、C和D的長(zhǎng)度為l，極板A的長(zhǎng)度為2l。所有極板的寬度均為b，極板C與D之間的間隙以及邊緣效應(yīng)可以忽略。試導(dǎo)出極板B從中點(diǎn)移動(dòng)時(shí)電容CAC和CAD的表達(dá)

6、式，x=0為對(duì)稱位置。2lx??412圖45所示為油量表中的電容傳感器簡(jiǎn)圖，其中1、2為電容傳感元件的同心圓筒（電極），3為箱體。已知：R1=12mm，R2=15mm；油箱高度H=2m，汽油的介電常數(shù)=2.1。求：同心圓筒電r?容傳感器在空箱和注滿汽油時(shí)的電容量。413圖P46所示為某差動(dòng)電容傳感器的實(shí)用電路原理圖。已知C1、C2為變間隙式差動(dòng)電容，、、為濾波電容，其電容值遠(yuǎn)大于C1、C2；U為恒流電源，在工作中保證I0R=常數(shù)，測(cè)1L