电容传感器汇总

二

1.试分析变面积式电容传感器的灵敏度?为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题? 答：如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。

当动极板移动△x 后，覆盖面积就发生变化，电容量也随之改变，其值为

C=εb （a-△x ）/d=C0-εb ·△x/d （1）

电容因位移而产生的变化量为

a x C x d

b

C C C ∆-=∆-

=-=∆0

0ε

其灵敏度为

d b

x C K ε-=∆∆=

可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。

直线位移型电容式传感器

2.为什么说变极距型电容传感器特性是非线性的?采取什么措施可改善其非线性特征?

答：下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板，2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时，两极板间的距离d 发生变化，从而改变了两极板之间的电容量C 。

设极板面积为A ，其静态电容量为

d A

C ε=

，当活动极板移动x 后，其电容量为

2

2

011d x d x

C x d A C -+

=-=ε (1)

当x<

1

122

≈-d x 则

)1(0d x C C += (2) 由式（1）可以看出电容量C 与x 不是线性关系，只有当 x<

还可以看出，要提高灵敏度，应减小起始间隙d 过小时。但当d 过小时，又容易引起击穿，同时加工精度要求也高了。为此,一般是在极板间放置云母、塑料膜等介电常数高的物质来改善这种情况。在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，可采用差动式结构。

3.有一平面直线位移差动传感器特性其测量电路采用变压器交流电桥，结构组成如图所示。电容传感器起始时b1=b2=b=200mm ，a1=a2=20mm 极距d=2mm ，极间介质为空气，测量电路u1=3sinωtV ，且u=u0。试求当动极板上输入一位移量△x=5mm 时,电桥输出电压u0。

u i

题3图

解：根据测量电路可得

t t u a x u C C u u i i ϖϖsin 75.0sin 320

5

00=⨯=∆=∆=

=/V

4.变间隙电容传感器的测量电路为运算放大器电路，如图所示。C0=200pF ，传感器的起始电容量Cx0=20pF,定动极板距离

d0=1.5mm,运算放大器为理想放大器(即K →∞,Zi →∞),Rf 极大,输入电压ui=5sinωtV 。求当电容传感动极板上输入一位移量△x=0.15mm 使d0减小时,电路输出电压u0为多少?

i

解：由测量电路可得

ϖϖsin 45sin 515.05.15.120200000000-=⨯-⨯-=∆--=-

=t u x

d d C C u C C u i x i x

/V

5.如图3-22所示正方形平板电容器,极板长度a=4cm,极板间距离δ=0.2mm.若用此变面积型传感器测量

位移x,试计算该传感器的灵敏度并画出传感器的特性曲线.极板间介质为空气,

F/m 1085.812

-0⨯=ε。

解：这是个变面积型电容传感器，共有4个小电容并联组成。

2.283102.01085.81016443

1242

00=⨯⨯⨯⨯⨯==

---δ

εa C /pF

x kx C x a a C x 08.72.283)

(400-=+=-=

δ

ε (x 的单位为毫米)

δ

ε)

400ax C C C x -

=-=∆

08.710

2.01041085.8443

2

1200-=⨯⨯⨯⨯⨯-=-=-=---δεa x C C K x /pF/mm

cm

三

1何为电感式传感器？电感式传感器包含哪几个组成部分？电感式传感器分哪几类？各有什么特点？ 利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数L 或互感系数M 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。 电感式传感器通常包含线圈，铁芯，衔铁三个组成部分。

电感式传感器主要分为自感式、互感式、电涡流式三种。

自感式传感器利用改变磁路中的磁阻（间歇）从而改变自感系数，该种传感器的结构简单，但是灵敏度低，线性范围小，量程有限；

互感式传感器的结构等同变压器，利用非电量改变互感系数达到检测的目的，该种传感器灵敏度较高，检测电路比较简单，但存在零点残余误差；

电涡流传感器是利用涡流效应测量非电量的，结构最简单，灵敏度较高，线性度较好，成本较低，应用范围较广。

2.影响互感式电感传感器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？

解：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等。

3.电涡流式传感器的灵敏度主要受哪些因素影响？它的主要优点是什么？

解：电涡流式传感器的灵敏度主要受导体的电导率、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离等因素影响。电涡流式传感结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

4.试述变磁阻式传感器的工作原理

解：因为自感式传感器的电感L=n 2/R m 所以电感与磁回路磁阻成反比。而0

02A R m μδ

=

也就是说自感L 与气隙的厚度成反比。

5．试说明螺线管式互感传感器的结构形式与输出特性。 解：（1）如图所示，它由一次绕组、两个二次绕组和插入绕组中央的园柱形铁芯等组成。 （2）差动变压器输出，kx U -=0输出的电压与铁芯移动的位移成正比。