電容式傳感器習(xí)題

第4章電式感4.1電容式傳感器分為哪類？各自的要用途什么？答:電容式傳感器可分為三類，具體如下：（1）變極距型電容傳感器：在微位移檢測中應(yīng)用最廣。（2）變面積型電容傳感器：適合測量較大的直線位移和角位移。（3）變介質(zhì)型電容傳感器：可用來測量紙張，絕緣薄膜等的厚度，也可用來測量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體物質(zhì)的濕度。4.2為什電容式感器的絕緣屏蔽和纜問題特別要？如解決？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，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]沒有用信號而不能使用。解決辦法：采用驅(qū)動電纜法、整體屏蔽法、組合式與集成技術(shù)。4.3試計(jì)下圖所各電容傳感件的總?cè)荼磉_(dá)式極板的有面積A，真空介電數(shù)為

）a()()解（1）圖(a等效為三個平板電容器串聯(lián)C1

0d1

A

，

C2

02d2

A

，

C3

03d3

A總電容量為11d1233233CCC串123100131

串120串120故d12133（2）圖(b等效為兩個平板電容器并聯(lián)

Add12010012

0d

并2

0d

（3）圖(c等效為兩柱形電容器并聯(lián)，總電容量為C

2L)00lnd/d/d)d/d)d/)2

H4.4在壓比指示統(tǒng)中采用差式變間電容傳感器電橋測電路。已知δ；=38.2mm；=5.1k；交)，頻率f。試求：0sr(1)該容傳感的電壓靈敏K(/)；u(2)當(dāng)容傳感的動極板位△δμm，輸出電值。解1）根據(jù)圖中所示的橋路連接方法，可得1UU2

R

1Rj21jj1

2

U

U2jCR1初始電容20r40

0.25

F2

sc0sc0當(dāng)極板移動時，在線性近似條件下，即/C時，兩電容的改變量大小0相等，符號相反，C減增反之亦然。1故

CUU2sr0srCjj)(R11200＝

CjC)0

2

/U/Usr＝0sr0sr]R2j/C)2]21jR00在線性近似的條件下有*2C0可得U

0srjR20sc

sc

0)0

2

U0sr)220因5.2所U0從而得Ku

UU60sc/mm0.12V/20.50

(2)K

0.12V4.5有一變間隙接觸式電容微儀其傳感的極板半徑r=4mm假設(shè)與被測工件初始間隙=0.3mm。試求：0（1）果傳感器與件的間變化量△，電容變化量多少?（2如果測量電的靈敏足=100，則在d=±1μm時的出電壓u多少解：由題意可求（1）初始電容：8.8540rr3

F

00-1212010200-12120102由，則當(dāng)Δd±10umCd00(2)當(dāng)Δd1時

pFC1.480

pF100/pF0.0049mV04.6有一間隙式動電容傳感，其結(jié)如下圖所示選用變器交流電橋測量電。差動電容參數(shù)：；=d=；=8.85×10F/m，極12板間介為空氣測量電參數(shù)：3sin

V試求當(dāng)極板上入位移(向上位移△d時，電橋出端壓。解：初始電容CCr0rdd0

2

2

2

F變壓器輸出電壓U

Z2ZZ1

1ZZjjC2U211UZZ111jjC12其中Z、分別為差動電容傳感器C、C的阻抗。12當(dāng)動極板向上位移時，C=C+ΔC，C，且

，由此可得C0C0.05tU0.125sintV)CCdd20.621004

20CC20CC4.7已知平電容傳感器板間介為空，極板積=a×a=(22)cm

，間隙d=0.1。求：傳器的初電容值。若于裝配系，使傳感極板一間0隙，而一側(cè)間為+bb，此時傳器的電值。0解：初始電容Cr0

S8.85

)

2

pF當(dāng)兩極板不平行時，用積分法計(jì)算傳感器的電容，如上圖所示，位置為x，寬度為dx、長度為a的個狹窄長條之間的電容為dC

d/所以，總電容為

0

0r0

dxr

2

ln(1)0.010

)

2

0.01)

F4.8下圖(a所示差動式心圓筒形電容傳感，其可內(nèi)電極圓筒經(jīng)d，固定電外圓筒內(nèi)經(jīng)D，初始平衡時上、下容器電極覆蓋長度L=L==2mm，電間為空介質(zhì)。試求12（1）始狀態(tài)時電器C、的值；1（2當(dāng)將接入習(xí)圖所示差動變器電橋路供橋電E=10（交流若傳感工作時可動極筒最位移x=，電輸出電壓的大變化圍為多？5

12121212(a)(b)解1）初始狀態(tài)時CCC0

20lnln

5.51

FpF（2電極筒位移+0.2mm（向上=2+0.2=2.2mm0.2=1.8mm，則C0D10lnln

FpFC

2ln

L2ln9.8

F4.96差動變壓器電橋輸出為E6.06U20.5