现代检测技术-李英顺-电子教案-第7章
现代检测技术 李英顺 电子教案
图一二-一 各种压力之间的关系
一二.一概
述 一二.一.三压力检测的基本
根据不方同法工作原理,压力检测方法可分为如下几种：
⑴重力平衡方法 这种方法利用一定高度的工作液体产生的重力或砝码的重量
弹簧管压力计结构简单,使用方便,价格低廉, 测压范围宽,应用十分广泛.
范围为 105 ~109Pa,精度最高可达 0.1%
一二.三弹性压力 计
图一二-五 弹簧管压力表
一—弹簧管 二—拉杆 三—扇形齿轮 四—中心齿轮 五—指针 六—面板 七—游丝 八—调整螺钉 九—接头
一二.三弹性压力计
弹性压力计可以在现场指示,但是许多情况下要求将信 号远传至控制室.一般可以在已有的弹性压力计结构上增加转 换部件,实现信号的远距离传送.弹性压力计信号多采用电远 传方式,即把弹性元件的变形或位移转换为电信号输出.常见 的转换方式有电位器式、霍尔元件式、电感式、差动变压器 式等,图一二-六给出两种电远传弹性压力计结构原理.
力计 式中, L—倾斜管内液柱的高度； —斜面与水平面夹角. 为准确测定角,可用水准仪测校水平位置.
由于酒精有较小的密度,常用它作为斜管压力计 的工作液体,以提高微压计的灵敏度.
如果要求倾斜式压力计测量不同的压力范围 时,则可采用斜管倾斜角度可变的微压计,即通过
改变倾斜角
一二.二液柱式压
力计 由于 Lh,所以倾斜式压力计比单管压力计更
一二.二液柱式压 力计 一二.二.二单管压力计
单管压力计如图一二-二[b]所示,它相当于将U形 管的一端换成一个大直径的容器,测压原理仍然与U 形管相同.当大容器一侧通入被测压力 p,管一侧通入 大气压时,满足下列关系
现代检测技术教案
绪论教学要求1．掌握检测等基本概念。
2．了解工业检测技术涉及的内容。
3．掌握自动检测系统的组成。
4．明确本课程的任务。
5．了解检测技术的发展趋势。
教学手段多媒体课件，实物演示教学课时1学时教学内容一．检测（Detection）的定义（联系具体、日常生活的例子，如举“操冲秤象”的例子过程来说明检测的定义）检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。
能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测与转换技术。
二．检测技术在国民经济中的地位和作用举例说明：检测技术是现代化领域中很有发展前途的技术，它在国民经济中起着极其重要的作用。
三．工业检测技术的内容（了解）四．自动检测系统的组成（掌握）1. 系统框图(0-1)2. 传感器（Transducer）及定义3. 显示器4. 数据处理装置5. 执行机构6. 自动检测系统举例(0-2)五．检测技术的发展趋势（举例介绍）当前，检测技术的发展主要表现在以下几个方面：1.不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域3.发展集成化、功能化的传感器4.采用计算机技术，使检测技术智能化5.发展网络化传感器及检测系统六．本课程的任务和学习方法本课程的任务是：在阐明测量基本原理的基础上，逐一分析各种传感器是如何将非电量转换为电量的，并介绍相应的测量转换电路、信号处理电路及各种传感器在工业中的应用。
本课程的学习方法是：要理论联系实际，要举一反三（演示光电开关，提问和讨论可以哪有几种用途，启发！），富于联想，善于借鉴，关心和观察周围的各种机械、电气等设备，重视实验和实训，这样才能学得活、学得好，才有利于提高今后解决实际问题的能力。
留一个问题给学生回去思考：举出课堂上演示过的光电开关共有哪几种用途，第二次上课时，回答得越多越好。
第一章检测技术的基本概念教学要求1．掌握测量的基本概念和测量方法。
现代检测技术教案模板及范文
教学目标：1. 了解现代检测技术的概念和发展历程；2. 掌握现代检测技术的主要方法和应用领域；3. 培养学生运用现代检测技术解决实际问题的能力。
教学重点：1. 现代检测技术的概念和发展历程；2. 现代检测技术的主要方法和应用领域。
教学难点：1. 现代检测技术在实际应用中的问题与解决方案。
教学过程：一、导入1. 提问：同学们，什么是检测技术？它在我们生活中有哪些应用？2. 引导学生思考，激发学生学习兴趣。
二、新课讲授1. 现代检测技术的概念和发展历程（1）介绍现代检测技术的定义，强调其在各个领域的应用；（2）简要回顾现代检测技术的发展历程，从传统检测技术到现代检测技术；（3）分析现代检测技术的发展趋势。
2. 现代检测技术的主要方法和应用领域（1）介绍现代检测技术的主要方法，如光电检测、声波检测、电磁检测等；（2）分析各种检测方法的特点和适用范围；（3）举例说明现代检测技术在各个领域的应用，如工业、农业、医疗等。
三、案例分析1. 选择一个具体的应用案例，如工业无损检测；2. 分析案例中使用的现代检测技术及其原理；3. 讨论案例中可能遇到的问题及解决方案。
四、课堂小结1. 回顾本节课所学内容，强调现代检测技术的概念、方法和应用领域；2. 总结现代检测技术在各个领域的实际应用，提高学生对现代检测技术的认识。
五、作业布置1. 阅读相关文献，了解现代检测技术在某个领域的应用；2. 结合所学知识，思考如何运用现代检测技术解决实际问题。
教案范文：一、导入同学们，你们知道什么是检测技术吗？它在我们生活中有哪些应用呢？今天，我们就来学习一下现代检测技术。
二、新课讲授1. 现代检测技术的概念和发展历程现代检测技术是指利用物理、化学、生物等原理，对物体、材料、环境等进行检测和分析的方法。
从传统检测技术到现代检测技术，经历了多个发展阶段。
现代检测技术具有精度高、速度快、应用范围广等特点。
2. 现代检测技术的主要方法和应用领域现代检测技术主要包括光电检测、声波检测、电磁检测等方法。
《现代检测技术》课程教学大纲(2022版)
1、课程基本信息2、毕业要求与课程目标的关系2.1本课程支撑的毕业要求指标点自动化专业培养方案为本课程设置了3个毕业指标观测点，具体如下：（1）毕业要求观测点1-3：工程知识能够理解和掌握自动化学科相关的基本理论与工程基础知识，用于解决自动化相关领域的复杂工程问题。
（2）毕业要求观测点4-1：研究能够基于科学原理和科学方法在自动化相关领域进行实验设计。
（3）毕业要求观测点6-1：工程与社会熟悉自动化领域相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规，能客观分析和评价自动化专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
2.2课程目标根据自动化专业毕业要求指标观测点安排，本课程设置了5个课程知识能力目标（简称：JC-X）。
JC-1目标1：检测技术的基本概念和基础知识了解检测技术在自动化系统中的作用，理解检测系统静态特性指标和动态特性指标的涵义，了解检测系统静动态特性标定过程，熟悉典型传感器的检测原理、接口电路、应用特点和适用条件。
JC-2目标2：掌握基本的检测数据误差分析方法了解系统误差、随机误差、粗大误差的特点和判别方法，掌握绝对误差、相对误差、残差、标准差、标准不确定度、扩展不确定度等不同误差表示形式及计算方法，能够利用计算工具对测量数据进行基本的误差分析。
JC-3目标3：检测系统的架构和设计熟悉检测系统模块组成及模块功能，了解现代检测系统的基本架构形式（独立式、总线式、微机扩展式、虚拟仪器式等）、架构优缺点和系统设计方法。
JC-4目标4：检测技术相关的行业标准和国家/国际标准了解检测仪器仪表相关的行业标准、国家标准和国际标准，能够根据实际应用特点及环境、成本、社会等因素选择合适的检测系统方案，并能客观地分析和评价检测方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。
JC-5目标5：培养实事求是的科学态度，树立科学发展观结合课程思政要求，培养学生实事求是的科学态度，树立科学发展观。
李新光-Y2014600102现代检测技术基础Chapter7
I=f(U,Φ)=Id+Ip=GU+S Φ
(7-3)
光通量做微小变化时: dI=G dU+S d Φ
(7-4)
1 确定线性工作区
由Φmax----确定转折点M. 在线段MN上有:
G0U0=GU0+SΦmax
(7-5)
由此可得:
Uo=S Φmax/(G0-G)
或
G0=G+S Φmax/U0
(7-6)
9
23
§ 7.2 交变光信号检测电路设计
7--15 反向偏置光电二极管交流检测电路及图解计算 （a）检测电路 （b）图解法 24
§ 7.2 交变光信号检测电路设计
(一)光电二极管交流检测电路 图7-15(a)给出了反自偏置光电二极管交流检测电路的基本形式。
首先确定在交变光信号作用下电路的最佳工作状态。假定输入光照度为正弦变化即 e=E0+Emsinωt，光照度的变化范围为E0±Em。若在信号通频带范围内，耦合电容Cc可 认为是短路．则等效交流负载电阻是Rb和RL并联。对应的交流负载线MN应该通过特性 曲线的转折点见图7-15(b)，以便能充分利用器件的线性区间，其斜率由Rb和RL的并联电 阻决定。交流负载线与光照度E=E0对应的伏安特性相交于Q点。该点对应交变输入光照 度的直流分量．是输入直流偏置电路的静态工作点。
§ 7.1 缓变光信号检测电路设计 18
§ 7.1 缓变光信号检测电路设计
也可以取0.6Uoc对应的点与原点连线来确定线性区间 19
三, 可变电阻型
20
(二), 电桥输入电路 21
§ 7.2 交变光信号检测电路设计 在许多场合下，光电检测电路接收到的是随时间变化的光信号，如瞬变光信号或各种类 型的调制光信号，这类信号称为交变光信号，其特点是信号中包含着丰富的频率分量， 当信号微弱时．还需要多级放大等。与缓变光信号检测电路的设计不同，在分析和设计 交变光信号检测电路时，需要解决下面的动态计算问题： （1）确定检测电路的动态工作状态．使在交变光信号作用下负载上能获得最小非线性失 真的电信号输出。 （2）使检测电路具有足够宽的频率响应．以能对复杂的瞬变光信号或周期光信号进行无 频率失真的变换和传输。 在本节里．我们将分别讨论这两方面的问题。
现代检测技术-李英顺-电子教案资料
4.2.1电阻应变片—金属丝的电阻应变效应
l R S
当金属丝受到轴向拉力F作用时，将伸长 l ，横截 面积相应减少 S 。电阻率因晶格变化等因素的影响而 改变 ，故引起电阻值变化 R 。对两边取对数，等式 两边微分，
ln R ln ln l ln S
dR d dl dS R l S
电阻应变片的安装
应变片的粘贴：
1. 去污：采用手
持砂轮工具除去构件
表面的油污、漆、锈 斑等，并用细纱布交 叉打磨出细纹以增加 粘贴力 ，用浸有酒精
或丙酮的纱布片或脱
脂棉球擦洗。
2.测量 ： 从分开的端子 处，预先用万 用表测量应变 片的电阻，发 现端子折断和 坏的应变片。
3.焊接： 将
引线和端子用烙铁
4.2.1电阻应变片—应变片的基本结构及测量原理
（3）粘贴工艺： ①应变片在安装之前，应对其外观和电阻值进行检查； ②为了使应变片粘贴牢固，须事先对试件粘贴表面进行 机械、化学处理，处理面积约为应变片面积的3倍试件表 面处理，清洁使之无油污、氧化层、锈斑等； ③定位划线； ④粘贴应变片，并压合，使粘合剂的厚度尽量减薄； ⑤按规范对粘接剂进行加温固化或者加压； ⑥引线的焊接处固定以及防护与屏蔽处理等。 最后进行电阻测量和绝缘测量。
E
R Km R
应变片的 优点：
三、电阻应变片的主要特性
1、灵敏系数 应变片的应变灵敏系数是指应变片安装于试 件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变 片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域 的轴向应变之比,又称“标称灵敏系数”。
K R R
K Km
原因： 粘接层传递变形失真，存在横向效应。
R Rx x L
《现代测试技术》实验教案.doc
一.实验地点K1-305测控技术实验室二.实验时间表1 本学期安排实验项目及时间分配三、实验项目1.常用信号观察2.信号无失真传输3.金属箔式电阻应变片性能实验4.电容式传感器性能实验5.电涡流式传感器测转速实验注：以上为可选项目，本学期实验以实际安排项目为准四.实验教学目的和任务本实验教学课程的核心是《现代测试技术》课程中的信息测试与处理，是测试理论在工程中的应用，是一门面向应用的综合性专业基础训练课程，针对性地加强学生的测试技术应用能力，达到熟练掌握常用信号的特性、掌握常用信号的测试技术与处理方法、初步掌握实验现象的相关理论分析方法的目的。
实验教学在机电工程学院(K1)测控技术实验室展开。
采用教师讲授、辅导和学生动手操作的方法，其中，每次实验教师讲授时间不超过1/3(15分钟)课时，通过学习，要求学生掌握THBCC-1信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台、CSY2001(CSY2001B型)型传感器综合实验台、(虚拟)示波器等仪器设备的使用，了解测试技术在工程中的实际应用，达到熟练使用测试设备的目的，为以后学习及工作打下良好基础。
五、实验教学基本要求1.充分进行实验准备，并进行现场实验指导，检查实验结果，认真批改实验报告。
要求学生充分阅读实验指导书及相关教学内容，按分组独立完成每个实验，每完成一个实验，必须写一份实验报告，要求报告完整、数据详实、结论合理。
2.介绍实验仪器设备的结构、使用方法、注意事项。
3.学生分组按学号自然分组，可根据学习成绩由学生自己适当调整，但必须报指导教师备案。
各班一般共分10组。
4.指导教师严格考勤。
六.实验项目、学时分配、实验主要仪器设备表2 可安排实验项目与学时分配表序号实验项目名称学时实验类型实验主要仪器设备备注1常用信号的观察2验证性THBCC-1信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台、示波器必做2信号无失真传输2综合性3金属箔式电阻应变片式性能实验2验证性CSY2001(CSY2001B 型)型传感器综合实验台、示波器4电涡流式传感器转速测量实验2综合性5电容式传感器性能实验2验证性6崔尔式传感器直流激励特性实验2验证性注：以上为可选项目，本学期实验以实际安排项目为准，在时间允许的情况下, 可根据教学实际要求适当增加实验项目，但不计课时，以学生自愿为主。
《现代检测技术,》PPT课件
7.1
1. 智能传感器的定义
目前，智能传感器的中、英文称谓尚未完全统一。英国人将智能传 “Intelligent Sensor”；美国人则习惯于把智能传感器称做
“Smart Sensor”，直译就是“灵巧的、 聪明的传感器”。
所谓智能传感器，就是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器。 智能传感器的最大特点就是，将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能 有机地融合在一起。从一定意义上讲，它具有类似于人工智能的作用。
Honeywell公司推出的APMS－10G 型智能传感器，内含混浊度传感器、电导传 感器、温度传感器、 A/D转换器、微处理器(μP)和单线I/O接口，能同时测量液体 的混浊度、电导及温度并转换成数字输出，是进行水质净化和设计清洗设备的优选 传感器。
4)
某些智能传感器还具有很强的自适应能力。例如， US0012是一种基于数字信 号处理器和模糊逻辑技术的高性能智能化超声波干扰探测器集成电路，它对温度环 境等自然条件具有自适应(Self adaptive)能力。 美国Mierosemi公司、 Agilent 公司最近相继推出了能实现人眼仿真的集成化可见光亮度传感器，其光谱特性及灵 敏度都与人眼相似，能代替人眼去感受环境亮度的明暗程度，自动控制LCD显示器 背光源的亮度，以充分满足用户在不同时间、不同环境中对显示器亮度的需要。
7.3. 智能传感器的特点
1)
由于智能传感器采用了自动调零、自动补偿、自动校准等多项新技术，因此其测 量精度及分辨力都得到大幅度提高。
例如，美国霍尼韦尔(Honeywell)公司推出的PPT系列智能精密压力传感器，测 量液体或气体的精度为±0.05％，比传统压力传感器的精度大约提高了一个数量级。 美国BB(BURR BROWN)公 司生产的 XTR 系列精密 电流 变送器 ， 转换 精度可达 ±0.05％，非线性误差仅为±0.003％。
现代检测技术教案资料
现代检测技术教案资料一、教材分析《现代检测技术》是一门面向工科专业的专业课程。
本门课程的主要内容包括：现代检测技术的基本原理、仪器与设备的应用、常见的测试方法与技术等。
通过学习这门课程，学生能够掌握现代检测技术的基本理论和实践技能，为工程实际应用提供有效的测试手段。
二、教学目标1.了解现代检测技术的发展现状和应用领域。
2.掌握现代检测技术的基本原理和常见的测试方法。
3.了解现代检测技术中的仪器与设备的应用。
4.培养学生的实验操作能力和数据处理能力。
5.提高学生的创新意识和解决实际问题的能力。
三、教学重点和难点1.现代检测技术的基本原理和常见的测试方法。
2.现代检测技术中的仪器与设备的应用。
3.实验操作和数据处理能力的培养。
四、教学方法1.理论讲授与案例分析相结合。
通过理论讲授，使学生了解现代检测技术的基本原理和常见的测试方法。
通过案例分析，将理论知识应用到实际问题中，培养学生的解决问题的能力。
2.实验教学。
通过实验操作，培养学生的实验操作能力和数据处理能力，加深对理论知识的理解和掌握。
五、教学内容和步骤1.现代检测技术的基本原理和常见的测试方法（4周）a.现代检测技术的基本概念和发展历程。
b.常见的测试方法和技术，如非破坏性检测、光学测量、电子测试等。
c.常用的检测技术的原理和应用案例。
2.现代检测技术中的仪器与设备的应用（4周）a.仪器与设备分类和特点。
b.常见的仪器和设备的原理、特点和应用场景。
c.仪器和设备的选型和购买注意事项。
3.实验教学（6周）a.设计和实施一系列与现代检测技术相关的实验。
b.进行实验操作并记录实验数据。
c.数据处理和结果分析。
d.撰写实验报告。
六、教学评价方式1.平时表现评价：包括课堂表现、参与讨论和实验操作能力等。
2.实验报告评价：评价学生的实验设计和操作能力。
3.课程考试：考核学生对现代检测技术的掌握情况。
七、教学参考资料1.教材：《现代检测技术》。
2.参考书：《现代检测技术原理与应用》、《传感器技术与现代检测技术》等。
现代检测技术教案模板及范文
课时安排：2课时教学目标：1. 让学生了解现代检测技术的基本概念和发展趋势。
2. 使学生掌握常用检测方法的基本原理和操作步骤。
3. 培养学生运用现代检测技术解决实际问题的能力。
教学重点：1. 现代检测技术的基本概念和发展趋势。
2. 常用检测方法的基本原理和操作步骤。
教学难点：1. 现代检测技术在实际工程中的应用。
2. 不同检测方法的优缺点及适用范围。
教学过程：一、导入1. 教师简要介绍现代检测技术的发展背景和意义。
2. 引导学生思考：现代检测技术在工程领域的应用有哪些？二、新课讲授1. 现代检测技术的基本概念和发展趋势- 介绍现代检测技术的定义和发展历程。
- 分析现代检测技术的发展趋势，如智能化、微型化、网络化等。
2. 常用检测方法的基本原理和操作步骤- 钻芯法：介绍钻芯法的原理、操作步骤和注意事项。
- 回弹法：介绍回弹法的原理、操作步骤和注意事项。
- 超声波法：介绍超声波法的原理、操作步骤和注意事项。
- 射线法：介绍射线法的原理、操作步骤和注意事项。
三、案例分析1. 教师结合实际工程案例，讲解现代检测技术在工程中的应用。
2. 学生分组讨论，分析不同检测方法的优缺点及适用范围。
四、实践操作1. 学生分组进行现代检测技术的实践操作，如回弹法、超声波法等。
2. 教师巡回指导，解答学生在实践过程中遇到的问题。
五、总结与反思1. 教师总结本节课的主要内容，强调现代检测技术在工程中的应用。
2. 学生反思自己在学习过程中的收获和不足，提出改进措施。
教学评价：1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和讨论情况。
2. 实践操作能力：评估学生在实践操作过程中的技能掌握程度。
3. 课后作业：布置与检测技术相关的课后作业，检查学生对知识的掌握情况。
教学反思：1. 教师在授课过程中要注意理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
2. 注重培养学生的创新意识和团队合作精神，激发学生的学习兴趣。
3. 根据学生的实际情况，调整教学内容和方法，提高教学效果。
现代检测技术 (9)
（BPF）、带阻（BEF）
A( )
A( )
kp
kp
p
A()
A( )
p
kp
kp
p 0 p
p 0 p
图7-5 (a) 四种滤波器的幅频特性
第七章 信号调理
现代检测技术
A()
kp
kp /2
3dB
通带
kP
2
过渡带
r1 c1 p1 0 p2c2 r2
阻带
图7-5(b) 带通滤波器（BPF）
第七章 信号调理
vi R1
(1
R2 ) R3
优点：较小的输入电压能得到较大输出电流。
第七章 信号调理
现代检测技术
大电流、高电压电压/电流变换
VCC
Vi
IC
T
ZL
iL
R
i1
图7-8 大电流电压/电流变换
第七章 信号调理
现代检测技术
（2）负载接地型电压/电流变换
Vi
IC1
K
IC2
R
i1
VL
iL
ZL
图7-9 负载接地型电压/电流变换
现代检测技术
主要内容
7.1 7.1 信号放大
7.2
7.2 信号滤波
7.3 7.3 信号线性变换
第七章 信号调理
现代检测技术
信号调理
被测量
电信号
标准电
数字量
传感器
信号
信号调理
A/D转换
放大、滤波、衰 减、信号变换等
第七章 信号调理
现代检测技术
7.1 信号放大 7.1.1仪用放大器
C
R1
U1
R2
U01 R6
现代检测技术教案
现代检测技术教案教案标题：现代检测技术教案教学目标：1. 了解现代检测技术的定义、分类和应用领域。
2. 掌握常见的现代检测技术原理和操作方法。
3. 培养学生的实验操作能力和科学思维能力。
4. 培养学生的团队合作和沟通能力。
教学内容和步骤：一、导入（5分钟）1. 利用图片或视频展示现代检测技术在日常生活中的应用，引起学生的兴趣。
2. 提问学生对现代检测技术的了解和认识，激发学生思考。
二、知识讲解（15分钟）1. 介绍现代检测技术的定义和分类，如光学检测技术、电化学检测技术、生物传感器等。
2. 针对每种检测技术，讲解其原理和应用领域，并通过实例加深学生的理解。
三、实验操作（30分钟）1. 分组进行实验操作，每组学生至少一个人负责记录实验过程和结果。
2. 针对不同的现代检测技术，设计相应的实验内容，如利用光学检测技术检测水质、利用电化学检测技术检测电解质浓度等。
3. 强调实验的操作规范和安全注意事项，指导学生进行实验操作。
四、实验结果分析和讨论（15分钟）1. 学生汇报实验结果和数据分析，讨论实验过程中遇到的问题和解决方法。
2. 引导学生思考实验结果与理论知识的联系，加深对现代检测技术原理的理解。
五、拓展延伸（10分钟）1. 提供相关的案例和文献，让学生了解现代检测技术在不同领域的应用。
2. 鼓励学生进行自主学习和研究，探索现代检测技术的新领域和发展方向。
六、总结与评价（5分钟）1. 小结本节课的内容和学习收获。
2. 针对学生的表现和理解情况，进行个别评价和反馈。
教学资源和评价方式：1. 教学资源：图片、视频、实验器材和材料、案例和文献等。
2. 评价方式：实验记录、实验结果分析和讨论、课堂参与和表现等。
教学特点和教学重点：1. 教学特点：理论与实践相结合，强调学生的实验操作能力和科学思维能力培养。
2. 教学重点：现代检测技术的原理和应用、实验操作的规范和安全注意事项。
教学延伸活动：1. 组织学生参观相关的实验室或企业，了解现代检测技术的实际应用和发展情况。
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d0
U C x U0 i C0
C
将
C 0 (1
l l0
)
代入得
图7-11 比例运算法电路
U 1 l U0 i l0
输出电压与被测位移 l 成线性关系。
7.4 测量电路
⒉电阻平衡臂交流电桥
2、电容式（位移式）差压传感器
图7-18 电容式差压传感器的两种结构
7.6 电容式传感器的应用
3、电容式物位计 ①非导电介质的液位测量
C
2 X 0 ln R r
H
图7-19 非导电液位测量 1—内电极 2—外电极 3—绝缘材料
7.6 电容式传感器的应用
3、电容式物位计 ②导电介质的液位测量
2d
( 0 ) C 0 (1
0
)
C 2 C 0 (1
图7-6 扇形结构 角位移式变面积 型电容式传感器
0
)
差动电容公式为：
C1 C 2 C1 C 2
0
7.2 输入—输出特性 变面积型电容式传感器
②柱面形结构 初始时
C AC 0 C BC 0 C 0
状分：平板电容和圆筒电容或平行平面与平行曲面型。
7.2 输入—输出特性
1、变极距型电容式传感器 ①单一式 C 0 s / d 0 设初始时，电容值为
当被测量变化使动极板上移 d 时，电容值为
C
s
d0 d
s
d 0 (1 d d0 )
C0 1 d d0
7.2 输入—输出特性 变极距型电容式传感器
2l 0 1 C2 C0 l 0
l
当固体介质偏离中间位置
C1 C 2 C1 C 2
时，差动电容公式为
2l l 1r 1 r 2l l
0 0
7.2 输入—输出特性
（2）电容液面计 气体介质间的电容量C2和液体介 质间的电容量C1，分别为：
C
2 ln R r
H
图7-20 导电液位测量
7.6 电容式传感器的应用
3、电容式物位计 ③固体料位的测量
2 X 0 ln R r
C
H
图7-21 非导电料位测量 1—金属棒内电极 2—容器壁
C C 2 C1 2 l1 1 ln R r 2 l l 1 2 ln
2 l 2 ln R r
A
2 1 2 ln R r
B
C A Bl 1
7.3 等效电路分析
1、等效电路
Rp 并联损耗电阻：代表极板间的泄露电阻和极板间的介
7.2 输入—输出特性
（1）电容式位移传感器
变介质型（差动式）
初始时固体介质居中，有
C1 C 2 C 0 lb 2d ( 0 0 r )
l
当固体介质右移
，有
图7-8 电容式位移传感器
2l 0 1 C1 C 0 l 0
1 j C e j L 1 j C ， Ce C 1 LC
2
Ce Ce
C C
1 LC
2
如果改变激励频率或更换连接电缆时须重新进行标定。
7.4 测量电路
电容式传感器将位移等非电量转换为电容的变化，测 量电路将电容的变化转换为电压或频率。选择的基本原则 是尽可能使输出电压或频率与被测非电量成线性关系。 ⒈比例运算法电路 若为恒电压激励电路，应用于 单一的变面积式电容传感器时，其 特点是输出电压与被测电容Cx成正比
C1 C 2 C1 C 2 d 2 d1 d 2 d1 d d0
7.2 输入—输出特性 变极距型电容式传感器
③具有固体介质的变极距型电容式传感器
电容器的初始电容为 C
0s
d1
d2
r2
C
如果气隙 d1 减小d1 ，电容 将增大 C ， 变为
C C
d
C
s d d0
1 2 ⒉电容传感器中一些量的变化范围 在变极间距离的电容传感器中，减小极间距离可提高 灵敏度，用来测量微米级的位移，一般极板间距离不超过
d0
1mm，最大位移量应限制在间距1/10范围内； 在变极板工作面积的传感器中，可测量厘米级的位移。 在电容传感器中，正确选择电容的大小很重要。合理 的设计既可使传感器满足测量范围的要求，又可以提高灵 敏度，减小非线性误差。
C2 2 l 2 2 ln R r 2 l l 1 2 ln R r
变介质型（差动式）
C1
2 l1 1 ln R r
图7-9 电容液面计 1、2——圆柱状极板
R r 2 l 2 ln R r 2 l 1 1 2 ln R r
总电容量为两电容之和：
lr
R r
0
动极板转动 后，差动电容分别为
C1 C 2 C1 C 2
图7-7 柱面形结构角位移 式变面积型电容式传感器
0
7.2 输入—输出特性
3、变介质型（差动式） 两电容极板之间的介质变化引起电容变化，有两种 情况： 一是两电容极板之间只有一种介质，介质的介电常 数随被测非电量（如温度、湿度）而变化。 电容式温度传感器和电容式湿度传感器； 二是两电容极板之间有两种介质，两介质的位置或 厚度变化。 电容式位移传感器、电容式厚度传感器、电容式物 （液）位传感器。
②差动式
当动极板位移 d 时， d 1 d 0 d
C1
d 2 d 0 d
C 1 C 0 /( 1
C 2 C 0 /( 1
s
d0 d
s
d 0 (1 d d0 )
C0 1 d d0
d
d d0
)
)
ds
差动式变极距型电容传感器的差动电容公式为
0s
d1 d1 d2
r2
图7-3 具有固体介质的 变极距型电容式传感器
7.2 输入—输出特性
2、变面积型电容式传感器 （1）线位移式变面积型： 初始电容
C0
b l0
d
在保持d不变的前提下，动极板沿长度方向平移 l 后，则电容量变为
C
b (l0 l )
C 10
3
~ 10 pF
8
3Hale Waihona Puke C C 106
~1
R o 10
~ 10
6
f 50 kHz
7.5 电容传感器的一些特殊问题
⒊提高灵敏度的一些措施 ①提高电源频率； ②用双层屏蔽线，将电路(例如集成电路)向电容
传感器装在一个壳体中，可减小寄生电容和外界干扰
的影响； ③减小极板厚度可削弱边缘效应。
0s
ad d
a
0s r 1 r
d d0
0
CX
0s
r
d
C0 1 n
a
r 1 r
d 0
d
图7-16 电容式厚度测量原理
U C 0 U 1 n d UX 0 0 CX d
7.6 电容式传感器的应用
s ——两个极板相互覆盖的面积； d ——两个极板间的距离；
7.1 基本原理和结构类型
C
s
d
基本工作原理：使电容量与被测量有单值的函数关系， 从而把被测量变化转换为电容器电容的变化。 结构类型：按被测量改变电容器的参数分：变极距型、 变面积型和变介质型；按被测位移分：角位移式和线位 移式；按组成方式分：单一式和差动式；按电容极板形
质损耗。低频时损耗的影响大。频率增高，容抗减小，影 响减弱。
串联电阻：代表引线电阻，电容器支架和极板的电阻 在几兆赫以下频率工作时，其值极小，频率增高，其值增 大，高频工作时才考虑。
Rs
L：电容器本身的电感与外部引线电感，与电容器的结构 和引线长度有关。
图7-10 等效电路
7.3 等效电路分析
2、引线电感的影响 等效电路有谐振频率，为几十 兆赫，在谐振或接近谐振时，它破 坏了电容器的正常使用，因此，只有在低于谐振频率的频 1 1 ~ 率上（通常为谐振频率的 2 3 ），才能使电容传感元件正 常工作。同时由于电路的感抗抵消了一部分容抗，传感元 件的有效电容Ce增加
7.6 电容式传感器的应用
1、电容式测厚仪
变间隙式电容传感器检测绝缘材料薄膜厚度
C0
s
d
CX
s
x
U X U 0
C0 CX
U 0C 0
s
x
图7-16 电容式厚度测量原理
7.6 电容式传感器的应用
1、电容式测厚仪
变间介质电容传感器检测板材或薄膜厚度
C0 s ad d
7.1 基本原理和结构类型
电容式传感器中的电容做成平行平面形或平行曲面形。 以平行平面电容器为例，当极板的几何尺寸（长和宽） 远大于极间距离和介质均匀条件下（此时电场的边缘效应 可忽略），平行平面电容器电容为
s
d
C
式中：
——极板间介质的介电常数（空气或真空的介电
常数为 0 8 . 85 10 12 F m ）
图7-12 电阻平衡交流电桥
7.4 测量电路
⒊差动脉冲调宽电路
图7-13 差动脉冲调宽电路
7.4 测量电路
⒋二极管环形电桥
a) 原理电路 b)改进电路 图7-14 二极管环形电桥