差动电容式传感器的灵敏度高
汽车传感器复习题库
59.进气岐管压力传感器的作用是检测进气岐管内的压力变化。 60.涡轮增压传感器的作用是检测涡轮增压机的增压压力。 61.制动总泵压力传感器的作用是检测主油缸的输出压力。 62.热模式和热线式空气流量计都是空气流量增大电阻减小。 63.检查热模式和热线式空气流量计的好坏都是测量电源电压和 信号电压。 64.检查测量芯式流量传感器的方法是用万用表测量传感器各端 子之间的电阻。 65.氧化锆型(ZrO2)氧传感器输出的是电位差。 66.氧化钛型(TiO2)氧传感器的输出量是电阻变化。 67.共振型爆震传感器不能用在不同的发动机上。 68.非共振型爆震传感器可以用在不同的发动机上。
44.汽车中应用的转速传感器的类型有： 脉冲检波式、电磁式、光电式、外附型盘形信号板式等几种。 45.汽车中应用的车速传感器的类型有：磁电式、光电式、 磁阻式等。 46.汽车中应用的角速度传感器的类型有：振动型和音叉型。 47.汽车中应用的爆震传感器类型有： 共振型压电式和非共振型压电式。 48.汽车中应用的碰撞传感器的类型有： 钢球式、半导体式、水银式和光电式。 49.汽车中应用的节气门位置传感器的类型有： 编码式、线性式、滑动式三种。
50.编码式节气门位置传感器开关触点的状态编码是： 怠速状态（IDL）、负荷状态（PSW）、加减速状态（ACC1、 ACC2）。 51.车高传感器的类型有：防滴型转角传感器、霍尔式角度 传感器、光电式车高传感器。 52.转向传感器在汽车中的作用是检测转向盘的：中间位置、 转动方向、转动角度和转动速度。 53.汽车中应用的模拟型液位传感器类型有：浮子式、电热 式、电容式等； 54.汽车中应用的开关型液位传感器类型有：热敏电阻式、 浮子式和舌簧开关式。 55.汽车中应用的曲轴位置传感器的类型有：脉冲式、光电 式、霍尔式。
电容式传感器
电容值与电极材料无关，仅取决于电极的几何尺寸，且空 气等介质的损耗很小。因此仅需从强度、温度系数等机械性考 虑，合理选择尺寸即可，本身发热极小，影响稳定性甚微。 2）结构简单，适用性强。
3)动态响应好。 （固有频率很高，动态响应时间很短外，又由于其介质损耗小， 可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。 4)可以实现非接触式测量，具有平均效应。
d d0
d d0
2
d d0
3
C
C1
C2
C0
2
d d0
2
d d0
3
2
d d0
C
0
1
d d0
2
d d0
4
略去高次项，则
C
2
d d0
C0
传感器的灵敏度为 K C 2C0 d d0
其非线性误差为
( d )3
d 0 (d /d 0)2 100%
( d ) d0
灵敏度较单组变极距型提高了一倍，非线性大大减小。
②等有U关sc ，与任电何源这电些压参U数的、波固动定都电将容使C0及输电出容特式性传产感生器误的差ε，0因、此A 固定电容C0必须稳定，且需要高精度的交流稳压源。 ③由于电容传感器的电容小，容抗很高，故传感器与放大器之 间的联结，需要有屏蔽措施。 ④不适用于差动式电容传感器的测量。
五、电容式传感器的特点及设计要点
主要缺点：
输出阻抗高，负载能力差 寄生电容影响大
输出特性是非线性
2、设计要点
设计时可从以下几个方面考虑：
1)减小环境温度、湿度等变化所产生的误差，保证绝缘材料
的绝缘性能；
2)消除和减小边缘效应 边缘效应不仅使电容传感器灵敏度降低而且产生非线性，
传感与检测技术复习题与解答
第1章传感与检测技术基础1、电感式传感器有哪些种类？它们的工作原理分别是什么？2、说明3、变气隙长度自感式传感器的输出特性与哪些因素有关？怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？答：根据变气隙自感式传感器的计算式：00022l S W L μ=，线圈自感的大小，即线圈自感的输出与线圈的匝数、等效截面积S 0和空气中的磁导率有关，还与磁路上空气隙的长度l 0有关；传感器的非线性误差：%100])([200⨯+∆+∆=Λl ll l r 。
由此可见，要改善非线性，必须使l l∆要小，一般控制在0.1~0.2。
（因要求传感器的灵敏度不能太小，即初始间隙l 0应尽量小，故l ∆不能过大。
）传感器的灵敏度：20022l S W dl dLl L K l ⨯-=≈∆∆≈μ，由此式可以看出，为提高灵敏度可增加线圈匝数W ，增大等效截面积S 0，但这样都会增加传感器的尺寸；同时也可以减小初始间隙l 0，效果最明显。
4、试推导 5、气隙型 6、简述 7、试分析 8、试推导 9、试分析 10、如何通过 11、互感式12、零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？答：在差动式自感传感器和差动变压器中，衔铁位于零点位置时，理论上电桥输出或差动变压器的两个次级线圈反向串接后电压输出为零。
但实际输出并不为零，这个电压就是零点残余电压。
残差产生原因：①由于差动式自感传感器的两个线圈结构上不对称，如几何尺寸不对称、电气参数不对称。
②存在寄生参数；③供电电源中有高次谐波，而电桥只能对基波较好地预平衡。
④供电电源很好，但磁路本身存在非线性。
⑤工频干扰。
差动变压器的零点残余电压可用以下几种方法减少或消除：①设计时，尽量使上、下磁路对称；并提高线圈的品质因素Q=ωL/R；②制造时，上、下磁性材料性能一致，线圈松紧、每层匝数一致等③采用试探法。
在桥臂上串/并电位器，或并联电容等进行调整，调试使零残最小后，再接入阻止相同的固定电阻和电容。
电容式传感器习题及解答
第6章电容式传感器一、单项选择题1、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，则其灵敏度将（）。
A. 保持不变B.增大一倍C. 减小一倍D.增大两倍2、差动电容传感器采用脉冲调宽电路作测量电路时，其输出电压正比于（）。
A．C1-C2 B. C1-C2/C1+C2C. C1+C2/C1-C2D. ΔC1/C1+ΔC2/C23、当变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离d0增加时，将引起传感器的（）A．灵敏度K0增加 B．灵敏度K0不变C．非线性误差增加 D．非线性误差减小4、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（）。
A．灵敏度会增加 B．灵敏度会减小C．非线性误差增加 D．非线性误差不变5、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（）。
A．变间隙式 B．变面积式C．变介电常数式 D．空气介质变间隙式6、电容式传感器通常用来测量（）。
A．交流电流 B．电场强度 C．重量 D．位移7、电容式传感器可以测量（）。
A．压力 B．加速度 C．电场强度 D．交流电压8、电容式传感器等效电路不包括（）。
A. 串联电阻B. 谐振回路C. 并联损耗电阻D. 不等位电阻9、关于差动脉冲宽度调制电路的说法正确的是（）。
A. 适用于变极板距离和变介质型差动电容传感器B. 适用于变极板距离差动电容传感器且为线性特性C. 适用于变极板距离差动电容传感器且为非线性特性D. 适用于变面积型差动电容传感器且为线性特性10、下列不属于电容式传感器测量电路的是（）A．调频测量电路 B．运算放大器电路C．脉冲宽度调制电路 D．相敏检波电路11、在二极管双T型交流电桥中输出的电压U的大小与（）相关A．仅电源电压的幅值和频率B．电源电压幅值、频率及T型网络电容C1和C2大小C．仅T型网络电容C1和C2大小D．电源电压幅值和频率及T型网络电容C1大小12、电容式传感器做成差动结构后，灵敏度提高了（）倍A．1 B．2 C．3 D．0二、多项选择题1、极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距（）。
作业2(答案)
γ=
1 ω 1 − ωn
2 2 ω + 2ζ ωn 2
− 1 × 100%
当ωn = 200KHz时γ =0.2% 当ωn = 35KHz时γ =36.23%
所以应该选者固有频率为200kHz的传感器
6-7 为了扩大压电式传感器的低频响应范围，是否可 为了扩大压电式传感器的低频响应范围， 以采用增加测量回路电容C的办法 为什么？ 的办法？ 以采用增加测量回路电容 的办法？为什么？ 不能，会降低传感器的灵敏度。 答: 不能，会降低传感器的灵敏度。 6-8 压电式传感器的上限频率和下限频率各取决于什 么因素？ 么因素？ 上限频率取决于传感器的结构， 答:上限频率取决于传感器的结构，即机械参数 上限频率取决于传感器的结构 下限频率取决于传感器前置放大器的输入阻抗， 下限频率取决于传感器前置放大器的输入阻抗，即测 量电路的时间常数。 量电路的时间常数。
某电容传感器（平行极板电容器） 2.某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半
ε s ∆δ ∆C = ⋅ = 0.0049pF δ 0 δ 0 − ∆δ
0.0049 ×100 × 5=2.45格
3.简述电容式传感器的优缺点。 见书) 3.简述电容式传感器的优缺点。(见书) 简述电容式传感器的优缺点
4.下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路， 4.下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中 下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路 为传感器电容， 为固定电容， A=∞， CX为传感器电容，C为固定电容，假设运放增益 A=∞， 输入阻抗Z=∞ 试推导输出电压U0与极板间距的关系 =∞； 与极板间距的关系， 输入阻抗 =∞；试推导输出电压 与极板间距的关系， 并分析其工作特点。 并分析其工作特点。
传感器与自动检测技术复习题
传感器与自动检测技术复习题（1）1.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。
2.自动检测技术是能够自动地完成整个检测处理过程的检测技术。
3.检测技术的发展水平决定了科学技术的发展水平，科学技术的发展又为检测技术的进步提供了有力的手段。
4.热工量是指温度、热量、比热容、热流、热分布、压强等。
5.机械量是指直线位移、角位移、速度、加速度、转速、应力等。
6.几何量是指长度、厚度、角度、直径、间距、形状、平行度等。
7.物体的性质和成分是指气体、液体、固体的化学成分、浓度等。
8.状态量是指机器的启和停运行状态、设备的过载和超温等异常状态等。
9.电工量是指电压、电流、功率、电阻、频率、电场强度、磁场强度等。
10.传感器是能感受或响应规定的被测量的量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
11.传感器的组成是敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路12.按被测量分类传感器可分为压力传感器、速度传感器等。
13.按测量原理分类传感器可分为电阻式传感器、电感式传感器等。
14.按信号特征分类传感器可分为结构变化型传感器、物性变化型传感器。
15.按能量关系分类传感器可分为能量转换型传感器、能量控制型传感器。
16.按输出信号分类传感器可分为模拟式传感器、数字式传感器。
17.按测量方式分类传感器可分为接触式传感器、非接触式传感器。
18.传感器与检测技术的发展动向是（1）测量仪器向高精度和多功能方向发展；（2）参数测量与数据处理向自动化方向发展；（3）传感器向智能化、集成化、微型化网络化方向发展；（4）测量向量子化极微弱信号、超高温、超低温等极端情况下的方向发展。
19.测量范围是检测系统能够测量的最小与最大输入量之间的范围。
20.灵敏度是检测系统输出增量与输入增量之比。
21.非线性度是标定曲线与拟合直线的偏离程度。
22.回程误差（滞后或变差）是在相同测量条件下，同一个输入量的两个不同输出量之差，同一个输入量有两个不同输出量是输入量由小变大或由大变小所致。
差动式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍
1．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。
2．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。
3．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。
4．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。
5．答：a.磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换为电信号的一种传感器。
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来测量的一种装置。
b.磁电式传感器具有频响宽、动态范围大的特点。
而电感式传感器存在交流零位信号，不宜于高频动态信号检测；其响应速度较慢，也不宜做快速动态测量。
c. 磁电式传感器测量的物理参数有：磁场、电流、位移、压力、振动、转速。
6．答：a.霍尔元件可测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。
自动检测技术及应用--课后题总结
测量定义是：借助专用的技术和设备，通过实验和计算等方法取得被测对象的某个量的大小和符号。
测量目的：从而掌握被测对象的特性，规律或控制某一过程等等。
测量方法：测量分为直接测量和间接测量。
根据测量结果的显示方式：测量分为模拟测量和数字量测量。
按被测量是否随时间变化：测量分为静态测量和动态测量。
根据测量是否与被测量对象接触：测量分为接触式测量和非接触式测量。
常用的具体测量方法：零位法，偏差法，微差法。
零位法是指被测量与已知标准进行比较，使这两种量对仪器的作用抵消为零，从而可以肯定被测量就等于已知标准量。
偏差法是指测量仪器表用指针相对于表盘上分度线的位移来直接表示被测量大小。
微差法是零位法和偏差法的结合。
误差可分系统误差，随机误差，粗大误差系统误差在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。
随机误差在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。
粗大误差超出在规定条件下预期的误差称为粗大误差。
衡量仪表测量能力的指标，较多的是精确度，简称精度，与精度有关的指标为：精密度，准确度，精确度等级。
精密度是指测量仪表示值不一致程度的量，即对某一稳定的被测量，在相同的工作条件下，由同一测量者使用同一仪表，在相当短的时间内按同一方向连续重复的测量获得测量结果不一致的程度。
准确度是指仪表指示值有规律地偏离真值的程度仪表精确度等级定义：仪表在规定工作条件下，其最大绝对允许误差值对仪表测量范围的百分数绝对值。
随机误差一般具有特征1集中性2对称性3有界性传感器的定义包含几个方面的意思1传感器是一种测量装臵，能完成检测任务2它的输入量是某一被测量3它的输出量是某种物理量4输出输入有对应关系，且应有一定的精确度。
传感器一般由敏感元件转换元件转换电路组成1说明电阻应变片的组成，规格及分类。
答：电阻应变片由引出线，覆盖层，基片和敏感栅等部分组成。
传感器选择题题库
传感器单选和多选题库－王永青200404绪论一. 单项选择题1. 将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量的装置称之为（）。
A.传感器B.敏感元件C.转换元件D.传感器技术2. 将感受的非电量直接转换为电量的器件称为（）。
A.敏感元件B.预变换器C.转换元件D.传感器二. 多项选择题1. 传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，它是（）三个要素的最佳结合。
A.检测（传感）原理B.材料力学C.工艺加工D.测量电路E.辅助电源2. 传感器一般由三部分组成，其中包括（）。
A传感器的接口B敏感元件C转换元件D测量电路E软件技术3. 能够将被测非电量预先变换成一种易于变换成电量的非电量的器件称为（）。
A.转换元件B.预变换器C.敏感元件D.测量元件4. 传感器的发展方向为（）。
A.固态化B.集成化和多功能化C.图像化D.智能化E.数字化答案：一.1.A 2.C二.1.ABC 2.BCD 3.BC 4.ABCDE第一章传感器的一般特性一. 单项选择题1.下列传感器的特性指标中属于静态特性的是（）。
A.频率响应B.动态灵敏度C.过渡时间D.重复性2.传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称之为（）。
A.动态特性B.静态特性C.静态量D.动态量3.传感器对于随时间变化的输入量的响应特性称为（）。
A.静态特性B.动态特性C.频率特性D.幅频特性4.属于传感器动态特性指标的是（）A.重复性B.线性度C.灵敏度D.固有频率5.在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百分比称之为（）。
A.灵敏度B.分辨率C.精确度D.线性度6.已知一传感器的静态特性方程为Y=2+3X，则其灵敏度为（）。
A .2 B.3 C.3/2 D.2/37.一个0.5级仪表的输出电压为（0~50）mv，那么该仪表的最大绝对误差为（）mv。
电容式传感器的应用举例.
电容式传感器的应用举例
电容传感器可用来测量直线位移、角位移，振动振 幅(可测至0.05μm的微小振幅)，尤其适合测量高频振动 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、厚度等等。在自动检测和控制系统中也常常用来作 为位置信号发生器。
0
当测量导电固体的料位时，采用
P93图4—22（b）方案。
4、电容式位移传感器
1. 平面测端（电极） 2. 绝缘衬塞 3. 弹簧 7. 螺母
振动位移测量
电容式振动位移传感器应用示意图
贝尔实验室
指纹传感芯片：电容感应原理
Veridicom的指纹传感芯片表面由300×300个电容传感 器组成。 当个人把他的手指放在传感器上时，手指充当电容器 的另外一极。由于手指上指纹纹路及深浅的存在，导致硅 表面电容阵列的各个电容电压的不同，通过测量并记录各 点的电压值就可以获得具有灰度级的指纹图象。
r1
前述公式：
2x C ln D / d
h
对照着应用：
0
hx
20 h hx 2hx C ln r2 / r1 ln r2 / r1
r2
内外极板间要加绝缘层！
注意：不做特殊处理的情况下，仅可用于检测非导电液体介质。
20 h hx 2hx C ln r2 / r1 ln r2 / r1 C 2 0 S hx ln r2 / r1 h
传感器原理及应用智慧树知到答案章节测试2023年菏泽学院
第一章测试1.下列传感器不属于按基本效应分类的是（）。
A:物理传感器B:磁电式传感器C:半导体传感器D:真空传感器答案:D2.传感器的输出量通常为（）。
A:位移信号B:电量信号C:光信号D:非电量信号答案:B3.传感器一般包括（）。
A:感应器B:基本电路C:转换元件D:敏感元件答案:BCD4.敏感元件，是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。
（）A:错B:对答案:B5.传感器是与人感觉器官相对应的原件。
（）A:对B:错答案:A第二章测试1.传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的（）。
A:线性度越好B:迟滞越小C:重复性越好D:分辨力越高答案:D2.按照依据的基准线不同，下面哪种线性度是最常用的（）。
A:理论线性度B:独立线性度C:最小二乘法线性度D:端基线性度答案:C3.下列为传感器动态特性指标的是（）。
A:灵敏度B:重复性C:固有频率D:线性度答案:C4.用一阶系统描述的传感器，其动态响应特性的优劣主要取决于时间常数，越大越好。
（）A:错B:对答案:A5.传递函数表示系统本身的传输、转换特性，与激励及系统的初始状态无关。
（）A:错B:对答案:B第三章测试1.电阻应变计的电阻相对变化与应变之间在很大范围内是线性的，则为（）。
A:B:C:D:答案:A2.下列哪种温度补偿方法是常用和效果较好的补偿方法（）。
A:热敏电阻补偿法B:电桥补偿法C:计算机补偿法D:应变计自补偿法答案:B3.电桥测量电路的作用是把传感器的参数转换为（）的输出。
A:电压B:电阻C:电荷D:电容答案:A4.对应变式传感器来说，敏感栅愈窄，基长愈长的应变计，其横向效应引起的误差越大。
（）A:对B:错答案:B5.等臂电桥当电源电压及电阻相对变化一定时，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
（）A:对B:错答案:A第四章测试1.变介电常数型电容式传感器无法测量的物理量是（）。
A:光信号B:位移C:湿度D:温度答案:A2.电容式传感器常用的转换电路包括（）。
(完整版)传感器选择题题库
传感器单选和多选题库－王永青200404绪论一. 单项选择题1. 将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量的装置称之为（）。
A.传感器B.敏感元件C.转换元件D.传感器技术2. 将感受的非电量直接转换为电量的器件称为（）。
A.敏感元件B.预变换器C.转换元件D.传感器二. 多项选择题1. 传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，它是（）三个要素的最佳结合。
A.检测（传感）原理B.材料力学C.工艺加工D.测量电路E.辅助电源2. 传感器一般由三部分组成，其中包括（）。
A传感器的接口B敏感元件C转换元件D测量电路E软件技术3. 能够将被测非电量预先变换成一种易于变换成电量的非电量的器件称为（）。
A.转换元件B.预变换器C.敏感元件D.测量元件4. 传感器的发展方向为（）。
A.固态化B.集成化和多功能化C.图像化D.智能化E.数字化答案：一.1.A 2.C二.1.ABC 2.BCD 3.BC 4.ABCDE第一章传感器的一般特性一. 单项选择题1.下列传感器的特性指标中属于静态特性的是（）。
A.频率响应B.动态灵敏度C.过渡时间D.重复性2.传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称之为（）。
A.动态特性B.静态特性C.静态量D.动态量3.传感器对于随时间变化的输入量的响应特性称为（）。
A.静态特性B.动态特性C.频率特性D.幅频特性4.属于传感器动态特性指标的是（）A.重复性B.线性度C.灵敏度D.固有频率5.在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程输出值的百分比称之为（）。
A.灵敏度B.分辨率C.精确度D.线性度6.已知一传感器的静态特性方程为Y=2+3X，则其灵敏度为（）。
A .2 B.3 C.3/2 D.2/37.一个0.5级仪表的输出电压为（0~50）mv，那么该仪表的最大绝对误差为（）mv。
工程测试技术判断题
判断下列各题的叙述是否正确？一个理想的测试装置，其输入和输出之间具有线性关系为最佳。
√用一阶系统作测试系统，为获得较佳的工作性能，其时间常数τ应尽量大。
╳压电式传感器是利用某些物质的压阻效应而工作的。
╳若随机信号x(t)和y(t)的均值都为0，当τ→∞时，则Rxy(τ)=0。
╳交流电桥中，四个臂为电容性阻抗时，电压与电流关系为电压超前电流。
╳`传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的被测量越小。
╳传感器的响应特性必须在所测频率范围内努力保持不失真测试条件。
√在电桥测量电路中，由于电桥接法不同，输出的电压灵敏度也不同，差动半桥接法可以获得最大的输出。
╳为了提高变极距型电容传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响,实际应用时常常采用同步工作方式。
╳信噪比越大则有用信号的成分越大,噪声影响也大。
╳测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取有用信息。
√概率密度函数提供了随机信号沿频率域分布的信息。
╳时域信号的时移，则频谱变化为压缩。
╳记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽扩宽，幅值压低。
╳用二阶系统作测量装置时，为获得较宽的工作频率范围，则系统的阻尼比应接近0.707。
√自感型可变磁阻式传感器，当气隙δ变化时，其灵敏度S与δ之间关系是：S=kδ-2 。
√电路中鉴频器的作用是使频率变化转变成电压变化。
√一选频装置，其幅频特性在f1~f2区间急剧衰减（f2>f1），在0～f1和f2～∞之间近于平直，这是带通滤波器。
√品质因数Q值增加，则滤波器分辨能力减小。
╳各态历经随机过程必须是周期的。
╳当τ＝0时，自相关函数值最小值。
╳二阶系统，当相频特性中φ（ω）＝－90°所对应的频率ω作为系统固有频率ωn的估计，该值与系统阻尼比的大小略有关系。
╳滤波器中，规定幅频特性值等于 1.414A时所对应的频率称为截止频率。
╳用二阶系统作测量装置时，影响幅值测量误差大小的参数有灵敏度。
╳光敏电阻吸收了光量子能量，使得载流子迁移率增加，导致电导率增加。
《差动式传感器》课件
光电式差动传感器通常由光源、光路和光电元件组成。当被测量发生变化时，光 束的遮挡或透过情况会相应改变，从而引起输出信号的变化。这种传感器常用于 测量位移、速度、角度等参数。
压阻式差动传感器
总结词
利用压阻效应原理，通过测量电阻值的变化来检测被测量的传感器。
详细描述
压阻式差动传感器通常由敏感元件和测量电路组成。当被测量发生变化时，敏感元件的电阻值会相应改变，从而 引起输出信号的变化。这种传感器常用于测量压力、加速度、力等参数。
02
它通常由两个或多个电感线圈或 电容极板组成，通过比较两个或 多个输出信号的差值来检测被测 量物体的变化。
差动式传感器的工作原理
当被测量物体发生变化时，差动式传 感器中的电感线圈或电容极板会相应 地发生变化，从而引起输出信号的变 化。
差动式传感器通过比较两个或多个输 出信号的差值来检测被测量物体的变 化，具有较高的灵敏度和线性度。
电容式差动传感器
总结词
利用电容原理，通过测量电容器极板间距的变化来检测被测 量的传感器。
详细描述
电容式差动传感器通常由两个平行板电极组成，通过可动电 极的位移来改变电容器极板间距，从而引起电容量的变化。 这种传感器常用于测量位移、压力、重量等参数。
光电式差动传感器
总结词
利用光电效应原理，通过测量光束的遮挡或透过情况来检测被测量的传感器。
在加速度测量中的应用
总结词
差动式传感器能够准确测量加速度值，且具有高灵敏度 的优点。
详细描述
差动式传感器通过测量电感线圈之间互感系数的变化来 检测物体的加速度。当被测物体发生加速度时，传感器 的电感线圈受到惯性力的作用而发生形变，进而改变互 感系数，输出相应的电信号。由于其高灵敏度和低噪声 的特点，差动式传感器在加速度测量中展现出准确测量 加速度值的能力，广泛应用于振动监测、地震检测等领 域。
传感器作业及习题知识讲解
3.电感式传感器和涡流式传感器都是通过电感量的变化检测信号的，所以它们结构和工作原理没有任何不同。
4.自感式电感传感器改变空气隙等效截面积类型变换器转换关系为非线形的，改变空气隙长度类型的为线形的。
5.变压器式电感传感器多采用差动结构，并用线圈间互感M的大小确定被测非电量的数值。
讨论习题
1．试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。
思考题
1．在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合？用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？
4、电感式传感器
作业习题
1.叙述变磁阻式传感器的工作原理。
2.说明差动变压器（螺线管式）传感器的结构形式与输出特性。
9.在膜厚传感器上，厚度l越大，线圈的自感系数是变大还是变小？
10.将非电量的变化转换成线圈______ (或______)变化，这种测量装置叫做电感式传感器。该传感器按转换原理不同可分为_______式或_______式两大类。
11.判断题：
1.对变间隙的电容式传感器而言即使采用差动结构也不能完全消除非线性误差。
4）石英晶体和压电陶瓷均呈压电现象，压电机理也一样，但后者的压电常数要大的多。
5）在压电式传感器的测量线路中，电荷放大器的低频特性要比电压放大器的好的多。
6）压电晶体有三个互相垂直的轴，分别为X轴（电轴）、Y轴（力轴）、Z轴（光轴），当沿某一轴的方向施加外作用力时，会在另外两个轴的表面出现电荷。
2.什么是正压电效应？什么是逆压电效应？压电效应有哪些种类？压电传感器的结构和应用特点是什么？能否用压电传感器测量静态压力？
讨论习题
1.霍尔元件能够测量哪些物理参数？霍尔元件的不等位电势的概念是什么？温度补偿的方法有哪几种？
电容传感器的误差分析
电容传感器的误差分析摘要：电容传感器具有高灵敏度、高阻抗、小功率、动态范围大、动态响应较快、几乎没有零漂、结构简单和适应性强等优点，在测量荷重、位移、振动、角度、加速度的工业领域有着广泛的应用,随着新材料、新材料的应用，电容式传感器在我们日常生活中广泛的使用，如现在手机的电容式触摸屏，凭借其多点触控、不易误触等优点取代了电阻触摸屏；最近Apple公司推出的最新款手机Iphone5s的HOME键的指纹识别功能，也是使用电容传感器实现指纹采集的。
电容传感器的高灵敏度、高精度的优点离不开精细的加工技术、正确的选材以及正确的设计。
本文从不同方面考虑以发扬优点、克服缺点。
1、减小环境温度、湿度变化所产生的误差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，从而改变电容传感器的电容量,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。
因此必须从选材、材料加工工艺等方面来减小温度等误差以保证绝缘材料具有高的绝缘性能。
电容传感器的金厲电极材料以选用温度系数低的铁镍合金为好，但较难加工也可釆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。
传感器内电极表面不便经常淸洗，应加以密封，用以防尘、防潮。
若在电极表面镀以极薄的惰性金属（如铑等)层，则可代替密封件而起保护作用，可防尘、防湿、防腐蚀，并且可以在高温下减少表面损耗，降低温度系数，但成本较高。
传感器内电极的支架除要有一定的机械强度外还要有稳定的性能。
因此选用温度系敷小和几何尺寸长期稳定性好，并具有髙的绝缘电阻、低的吸潮性和高的表面电阻的材料作为支架。
例如，可以采用石英、云母、入造宝石及各种陶瓷，虽然它们较难加工，但性能远高于塑料、有机玻璃等材料。
在温度不太高的环境下，聚四氟乙烯具有良好的绝缘性能，选用时也可予以考虑。
尽量采用空气或云母等介电常数的温度系数近似为零的电介质作为电容传感器的电介质。
若用某些液体如硅油、煤油等作为电介质，当环境温度、湿度变化时，它们的介电常数随之改变，产生误^这种误差虽可用后接的电子电路加以补偿(如采用与测量电桥相并联补偿电桥)，但不易完全消除。
差动式电容传感器的特性实验-实验报告
一、实验目的1、了解差动式电容传感器的基本结构。
2、掌握差动式电容传感器的调试方法。
二、实验原理电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器放大后，用数字电压表显示出来。
图1.1图2.1三、实验过程与数据处理1、固定好位移台架，将电容式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示12mm左右。
将测微器装入位移台架上部的开口处，再将测微器测杆与电容式传感器动极旋紧。
然后调节两个滚花螺母，使电容式传感器的动极上表面与静极上表面基本平齐，且静极能上下轻松滑动，这时将两个滚花螺母旋紧。
2.用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器 RP2旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP1。
3.按图1.2接线，将可变电容Cx1与Cx2接到实验板上，位移台架的接地孔与转换电路板的地线相连。
4.接通电源，调节测微器使输出电压UO 接近零，然后上移或下移测微器1mm ，调节差动放大器增益，使输出电压的值为200～400mV 左右，再回调测微器，使输出电压为0mV ，并以此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm ，上下各2.5mm ，将位移量X 与对应的输出电压U0记入下表1，表2中。
灵敏度XU S ∆∆=1=-476.09mV/mm %1000⨯∆=d dδ=4.896%XU S ∆∆=1=-567.8mV/mm %1000⨯∆=d dδ=5.738%四、问题与讨论1.试比较差动式和变面积式两种电容传感器的优劣 优点：（1）当移动板线性移动时，相应的电容会发生变化，其中K 为灵敏度，其输出与输入呈线性关系，并且灵敏度是恒定的。
但是，平行板结构对极距的变化特别敏感，会影响测量精度，而圆柱结构受极板的径向变化影响较小，已成为最常用的结构（2）差动电容传感器之所以采用差动连接，是因为在机械位移很小时，输出电容变化量与机械线位移有很好的线性关系，精度很高。
电容式传感器的工作原理和结构
差动电容式传感器的相对非线性误差γ近似为
2
d d0
3
2
d d0
100%
d d0
2
100%
然而，非差动式电容传感器的非线性可由如下分析知道，以
式（6-3）为例：
C
C0
1
1 d
d0
上一页 下一页 返回
第一节 电容式传感器的工作原理和 结构
则
C C0
d d0
1
d d0
1
也按级数展开得
C0
1A d
式中：ε1——介电常数。
（6-6）
当θ≠0时，则
C1
1 A1
d
C0
C0
（6-7）
可以看出，这种形式的传感器电容量C与角位移θ是成线性关
系的。
上一页 下一页 返回
第一节 电容式传感器的工作原理和 结构
图6-6为圆柱式电容式位移传感器。在初始的位置（即 a=0） 时，动、定极板相互覆盖，此时电容量为
ε0——空气的介电系数， εg=1；
dg——云母片的厚度；
d0——空气隙厚度。
（6-5）
上一页 下一页 返回
第一节 电容式传感器的工作原理和 结构
三、变极板面积型电容式传感器
图6-5是一只电容式角位移传感器的原理图。当动极有一个
角位移时，与定极板的遮盖面积就改变，从而改变了两极板
间的电容量。当θ=0时，则
1
1
jwL
jCe
jC
Ce
C
1 2LC
(6-18)
Ce
C
1 2LC
w2 LCC
1 2LC 2
C
1 2LC
上一页 下一页 返回
差动变面积式电容位移传感器设计
差动变面积式电容位移传感器设计燕山大学课程设计说明书题目:差动变面积式电容位移传感器设计学院(系):电气工程学院年级专业:学号:学生姓名:指导教师:提交日期: 2012年1月6日燕山大学《传感器原理与设计》任务书院(系):电气工程学院基层教学单位:仪器科学与工程系0901030学号学生姓名张晓丽专业(班级) 09精仪1班20002设计具有长线补偿能力的直流放大器的称重传感器设计题目设 1. 测量范围:-1mm,+1mm计 2. 线性度(,Fs):0.5 技3. 分辨率(μm):0.01 术参 4. 灵敏度(P,,,,):2.3数1.理论设计方案及论证2.传感器结构设计、理论分析、参数计算设3.测量电路设计、分析、参数计算计 4.寄生电容的干扰及消除5.绘出传感器的结构示意图和测量电路要6.结合传感器试验平台，确定传感器的静态的灵敏度和线性范围。
求7.结合试验平台，设计电容传感器的电子秤应用试验8.提交课程设计说明书工第一周:周1~周2:收集消化资料及拟定设计方案作周3~周5:敏感元件、传感元件设计、转换电路设计计第二周:周1~周3:设计结果实验验证与演示。
划周4~周5:撰写设计说明书，答辩。
参 1.唐文彦《传感器》(第4版)机械工程出版社 2007年考 2.李科杰《新编传感器技术手册》国防工业出版社 2002年资 3.其他:传感器原理、接口电路、设计手册类参考书料指导教基层教学单位主任签字师签字摘要差动式电容传感器灵敏度高、非线性误差小，同时还能减小静电引力给测量带来的影响，并能有效的改善高温等环境影响造成的误差，因而在许多测量场合中被广泛应用。
把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
本设计采用变压器电桥测试电路将电容变化转化为电压变化，电容式传感器的电容值十分微小，必须借助信号调理电路，将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输出。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
引言
差动电容式传感器的灵敏度高、非线性误差小，同时还能减小静电引力给测量带来的影响，并能有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差，因而在许多测量控制场合中，用到的电容式传感器大多是差动式电容传感器。
然而，电容式传感器的电容值十分微小，必须借助信号调理电路，将微小电容的变化转换成和其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输。
目前，大多数电容式传感器信号调理电路使用分立元件或者专门去开发专用集成电路(ASIC)。
因为差动电容式传感器的电容量很小，传感器的调理电路往往受到寄生电容和环境变化的影响而难以实现高精度测量；而由德国AMG公司开发的CAV424集成电路则能有效地减小这些影响所带来的误差，因而具有较大的使用灵活性。
设计中的倾角传感器是新型变质面积电容式倾角传感器。
该倾角传感器技术是为数不多的能够兼有结构简单、可靠性高、有通用传感器集成电路等优点的倾角传感器技术之一。
在测量仪器仪表、建筑机械、天线定位、机器人技术、汽车四轮定位等方面有广泛使用。
1 系统工作原理
系统硬件结构模块框图如图1所示，主要由差动电容、CAV424、运放、单片机和显示电路等组成。
系统由差动电容检测到倾角传感器安装位置的倾斜角度，并把角度变化转换成电容量变化。
此差动电容在一个增大的同时另一个减小，然后把两个电容的变化值分别送入2片CAV4 24中，由2片CAV424把电容的变化值转换成两个不同的电压值。
这两路电压经过差动放大后送入单片机进行处理。
最后由显示电路显示出被检测对象的倾斜角度大小。
由上述原理可知，被检测对象的倾斜角度经过了三级差动处理，同时CAV424自带有温度传感器。
此传感器的输出信号又送入单片机内进行温度补偿处理。
因而该系统具有较高的精度和灵敏度。
2 系统各部分电路设计
2.1 差动电容／电压转换电路设计
考虑到差动电容的容量很小，传感器的调理电路往往易受到寄生电容和环境变化的影响，因此采用德国AMG公司开发的CAV424作为差动电容的信号调理电路。
又因为单片CAV424只能检测到1个电容，因而采用2片CAV424来完成差动电容的检测。
（1）CAV424简介
CAV424是一个多用途的处理各种电容式传感器信号的完整的转换接口集成电路。
它同时具有信号采集(相对电容量变化)、处理和差分电压输出的功能，能够测量出一个被测电容和参考电容的差值。
在相对于参考电容值(10 pF~1nF)5％～100％的范围内，可以检测0pF一2nF的电容值，且其输出差分电压最大可达士1．4 V；同时，CAV424还具有内置温度传感器，可以直接给微处理器提供温度信号用于温度补偿，从而简化整个传感器系统，原理如图2所示。
(2)CAV424的检测原理
1个通过电容Cosc确定频率的参考振荡器驱动2个构造对称的积分器，并使它们在时间和相位上同步。
这2个积分器的振幅通过电容Cxl和Cx2确定(如图2)。
这里，Cxl作为参考电容，而Cx2作为被测电容。
由于积分器具有很高的共模抑制比和分辨率，所以比较2个振幅的差值得到的信号反映出2个电容Cxl和Cx2的相对变化量。
该差分信号通过1个二级低通滤波器转换成直流电压信号，并经过输出可调的差分级输出。
只要简单调整很少的元件，就可以改变低通滤波器的滤波常数和放大倍数。
参考振荡器对外接的振荡器电容Cosc和和它相关的内部寄生电容Cosc，PAR，INT以及外接的寄生电容Cosc．PAR．EXT充电，然后放电。
振荡器的电容近似地取为Coc=1．6Cxl。
参考振荡器电流Iosc=VM／Rosc。
实测振荡器的输出波形，即任一片CAV424的12脚输出波形，如参考文献[1]的图2所示。
电容式积分器的工作方式和参考振荡器的工作方式接近，区别在于前者放电时间是参考振荡器的一半，其次前者的放电电压被钳制在一个内部固定的电压VCLAAMP上，实测2片CAV42
4的14脚和16脚(电容积分器的输出电压)，输出波形可从参考文献[1]中查找。
两个积分器的输出电压经内部信号调理后的输出，在理想状况下应为VLPOUT=VDIFF+VM
其中差分信号VDIFF=3／8(Vcx1-Vx2)，VM为参考电压。
（3)实际硬件电路及电路参数设计
实际的差动电容／电压转换电路如图3所示。
倾角传感器放在水平位置时，差动电容C10=C20=50pF，所以应选CAV424的参考电容C11=C 21=50pF，振荡电容C12=C22=1.6C11=80pF，低通滤波电容C13=C14=C23=C24=200C11=10n F，稳定参考电压VM的电容负载C15=C25=100 nF，电流调整电阻R11=R12=R21
=R22=500kΩ。
参考振荡器电流设定电阻R13=R23=250kΩ。
为了调整VLPOUT，把输出级电阻均调整为100kΩ的电位器。
另外，为了提高电路的稳定性，在CAV424的引脚4和地之间接了10nF的电容C16和C26。
2. 2运算放大器电路设计
运放电路用来合成和放大2片CAV424输出的电压信号，使其转换为易被单片机处理的O～5 V直流电压。
若按一般设计原则，这里应选用仪用放大器；但考虑到仪用放大器成本较高，而且由于前级使用了两片CAV424，其输出电压已经较高，所以这里选用了性价比较高的四运放TL084作为信号调理电路。
实验表明其精度完全达到了预定的设计要求。
考虑到后级电路的简易性，这里采用两级运放。
第一级用两片CAV424的VLPOUT分别作为运放的正反相输入，使倾角传感器在±90°变化时，Vol输出为±2.5V，用2片CV424的任一VM端作为第二级运放的同相输入端，使V02输出电压为0～5V。
然后，再把此信号作为单片机的模拟输入信号，实际电路如图4所示。
这里，选取R1=R2=R3=R4=R5=R f2=10 kΩ，Rf1=Rp1=100 kΩ，则
Uol=Rfl/R1(Vlpoutl-Vlpout2) (1)
Uo=VM-Uol(2)
把式(1)代入式(2)，可得Uo=VM+Rf1／R1(Vlpout1-Vlpout2)；同时，调整Rf2和Rp1，使倾角
传感器在±90°内变化时，Uo在0～5V内变化。
2．3单片机及其显示系统的软硬件设计
(1)硬件设计
考虑到运算放大器输出的是0～5V模拟电压信号，同时CAV424的温度传感器输出也是模拟电压信号，一般单片机无法直接处理，因此这里选用Microchip公司生产的PIC16F872作为系统的微处理器。
它除了具有一般PIC系列单片机的精简指令集(RISC，Reduced Instruetion Set C omputer)、哈佛(Harvard)双总线和两级指令流水线结构等特征外，还自带有5个10位A／D转换部件，2K×14位的Flash存储器，为开发系统提供了极大的方便。
另外，考虑到倾角传感器既要显示倾斜角度的大小，又要显示角度的正负，同时考虑到编程方便和倾角传感器的显示精度问题，本设计选用HD7279作为8段数码管显示驱动电路，用以显示倾角的大小及正负。
这部分的设计电路如图5所示。
(2)软件设计
本系统的软件设计主要包括A／D转换、工程量转换和显示等几部分。
主程序流程如图6所示。
结语
实验证明，该倾角传感器的测量精度及灵敏度均达预期要求。
该设计是一个通用型模块，把倾角传感器的差动电容换成其他的差动电容式传感器，就可以进行振动、加速度、差压、液面等基于差动电容原理的精确测量，因此该系统的设计方案具有很大的使用价值。
(end)。