傳感器 思考題與習題

1、第四章 思考題與習題1、如何改善單組式變極距型電容傳感器的非線性？答：對于變極距單組式電容器由于存在著原理上的非線性，所以在實際應用中必須要改善其非線性。改善其非線性可以采用兩種方法。（1）使變極距電容傳感器工作在一個較小的范圍內(nèi)（0.01m至零點幾毫米），而且最大應小于極板間距的1/51/10。（2）采用差動式，理論分析表明，差動式電容傳感器的非線性得到很大改善，靈敏度也提高一倍。2、單組式變面積型平板形線位移電容傳感器，兩極板相對覆蓋部分的寬度為4mm，兩極板的間隙為0.5mm，極板間介質(zhì)為空氣，試求其靜態(tài)靈敏度？若兩極板相對移動2mm，求其電容變化量。（答案為0.07pF/mm,0.14

2、2pF）已知：b=4mm，=0.5mm，0=8.85×1012F/m求：（1）k=?；(2)若a=2mm時 C=?。解：如圖所示 ； ； 3、畫出并說明電容傳感器的等效電路及其高頻和低頻時的等效電路。答：電容傳感器的等效電路為：其中：r：串聯(lián)電阻（引線、焊接點、板極等的等效電阻）；L：分布電感（引線、焊接點、板極結(jié)構產(chǎn)生的）；CP：引線電容（引線、焊接點、測量電路等形成的總寄生電容）C0：傳感器本身電容；Rg：漏電阻（極板間介質(zhì)漏電損耗極板與外界的漏電損耗電阻）低頻時等效電路和高頻時等效電路分別為圖（a）和圖(b)： 4、設計電容傳感器時主要應考慮哪幾方面因素答：電容傳感器時主要應考

3、慮四個幾方面因素：(1)減小環(huán)境溫度濕度等變化所產(chǎn)生的影響，保證絕緣材料的絕緣性能；（2）消除和減小邊緣效應；（3）減小和消除寄生電容的影響；（4）防止和減小外界干擾。5、何謂“電纜驅(qū)動技術”？采用它的目的是什么？答：電纜驅(qū)動技術，即：傳感器與測量電路前置級間的引線為雙屏蔽層電纜，其內(nèi)屏蔽層與信號傳輸線（即電纜芯線）通過1 ：1放大器而為等電位，從而消除了芯線與內(nèi)屏蔽層之間的電容。由于屏蔽線上有隨傳感器輸出信號等大變化的電壓，因此稱為“驅(qū)動電纜”。采用“電纜驅(qū)動技術”的目的是減小或消除寄生電容的影響。6、畫出電容式加速度傳感器的結(jié)構示意圖，并說明其工作原理。答：電容式加速度傳感器的結(jié)構示意圖為

4、：其中：1、5為兩個固定極板；2為殼體；3為支撐彈簧片；4質(zhì)量塊；A面和B面為固定在質(zhì)量塊上的電容器的極板。當測量垂直方向上直線加速度時，傳感器的殼體2固定在被測振動體上，振動體的振動使殼體相對質(zhì)量塊運動，因而與殼體固定在一起的兩固定極板1、5相對質(zhì)量塊4運動，致使上固定極板5與質(zhì)量塊4的A面組成的電容器Cx1以及下固定極板與質(zhì)量塊4的B面組成的電容器Cx2隨之改變，一個增大，一個減小，它們的差值正比于被測加速度，而實現(xiàn)測量加速度的目的。7、什么是電容式集成傳感器？它有何特點？答：運用集成電路工藝把電容敏感元件與測量電路制作在一起構成電容式集成傳感器。她的核心部件是一個對被測量敏感的集成電容器。集成電容傳感器的特點是：體積小、輸出阻抗小、可批量生產(chǎn)、重復性好、靈敏度高、工作溫度范圍寬、功耗低、寄生電容小等特點。補充題：已知差動式極距型電容傳感器，原始極距0=0.25mm，極板直徑D=38.2mm，采用電橋作轉(zhuǎn)換電路，傳感器兩電容分別串接R=5.1K的電阻作為電橋兩臂，另兩臂為固定電容C=0.001F，電橋供電電壓為U=60V，頻率f=400Hz，求：傳感器靈敏度；動極板位移=10m時，輸出電壓有效值為多大。已知:0=0.25