電容式傳感器例題.ppt

第三講 電容式傳感器,例 題,下圖左是電容式差壓傳感器，金屬膜片與兩盤構(gòu)成差動(dòng)電容C1、C2 ,兩邊壓力分別為P1、P2。下圖右為二極管雙T型電路，電路中電容是左圖中差動(dòng)電容，UE電源是占空比為50%的方波。試分析： 當(dāng)兩邊壓力相等P1=P2時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓U0值； 當(dāng)P1P2時(shí)負(fù)載電阻RL上電壓U0大小和方向（正負(fù)）。,例題1：,電容式壓力傳感器,二極管雙T型電路,解答： 當(dāng)兩邊壓力相等P1=P2時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓U0值； （3-26） 因?yàn)?所以 ， 輸出負(fù)電壓。,例題1：,簡述電容式加速度傳感器的工作原理（要有必要的公式推導(dǎo)）。,例題2：,分析： 當(dāng)傳感器殼體隨被測對象沿垂直方向作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊在慣性空間中相對靜止。兩個(gè)固定電極與動(dòng)極板的距離發(fā)生變化，一個(gè)增加，一個(gè)減小，從而使C1、C2產(chǎn)生大小相等、符號(hào)相反的增量 ，且有： 根據(jù)位移S與加速度a的關(guān)系有: 因此，有 所以，輸出電容變化量正比于被測加速度大小。,例題2：,試分析圓筒型電容式傳感器測量液面高度的基本原理。 分析：當(dāng)初始狀態(tài)時(shí)，液面高度h=0， 則 當(dāng)被測液面高度為h時(shí)，則： 由此可見，電容變化量與液面高度h成正比，只要將電容變化量檢測出來，就可間接獲得被測液面高度。,例題3：,已知變面積型電容傳感器的兩極板間距離為10mm，=50F/m，兩極板幾何尺寸一樣， 為30mm20mm5mm,在外力作用下，其中動(dòng)極板在原位置上向外移動(dòng)了10mm，試求C=？ K=？,例題4：(作業(yè)）,解：,一個(gè)圓形平板電容式傳感器，其極板半徑為5mm，工作初始間隙為0.3mm，空氣介質(zhì)，所采用的測量電路的靈敏度為100mV/pF,讀數(shù)儀表靈敏度為5格/mV。如果工作時(shí)傳感器的間隙產(chǎn)生2m的變化量，則讀數(shù)儀表的指示值變化多少格？,例題5：,例題5：,解：,有一臺(tái)變間隙非接觸式電容測微儀，其傳感器的極板半徑r=5mm，假設(shè)與被測工件的初始間隙d0=0.5mm。已知試真空的介電常數(shù)等于8.85410-12F/m，求： （1）如果傳感器與工件的間隙變化量增大d=10m，電容變化量為多少？ （2）如果測量電路的靈敏度Ku=100mV/pF,則在間隙增大d=1m時(shí)的輸出電壓為多少？,例題6：,解： 電容式傳感器的電容量：,則初始電容量：,例題6：,間隙變化后的電容量：,則電容變化量：, 靈敏度,，所以,則：,有一個(gè)以空氣為介質(zhì)的變面積型平板電容傳感器（見下圖）。其中a=16mm,b=24mm,兩極板間距為4mm。 一塊極板分別沿長度和寬度方向在原始位置上平移了5mm，求： （1）極板未移動(dòng)時(shí)，電容的初始電容值。 （2）極板沿不同方向移動(dòng)時(shí)，傳感器的位移靈敏度K（已知空氣相對介電常數(shù) ，真空的介電常數(shù) ）。,例題7：,例題7：,解：（1）,（2）當(dāng)一塊極板沿長度方向在原始位置上平移時(shí)，有：,當(dāng)一塊極板沿寬度方向在原始位置上平移時(shí)，有：,或：,或：,如圖為二極管環(huán)形檢波測量電路。 和 為差動(dòng)式電容傳感器， 為濾波電容， 為負(fù)載電阻， 為限流電阻， 為正弦波信號(hào)源。設(shè) 很大，并且 ， 。 (1)試分析此電路工作原理； (2)畫出輸出端電壓 在 三種情況下波形； (3)推導(dǎo) 的數(shù)學(xué)表達(dá)式。,例題8：,1、一個(gè)用于位移測量的電容式傳感器，兩個(gè)極板是邊長為5cm的正方形，間距為1mm，氣隙中恰好放置一個(gè)邊長5cm、厚度1mm、相對介電常數(shù)為4的正方形介質(zhì)板，該介質(zhì)板可在氣隙中自由滑動(dòng)。試計(jì)算當(dāng)輸入位移（即介質(zhì)板向某一方向移出極板相互覆蓋部分的距離）分別為0.0cm、2.5cm、5.0cm時(shí)，該傳感器的輸出電容值各為多少？ 2、有一臺(tái)變極距非接觸式電容測微儀，其極板間的極限半徑r=4mm，假設(shè)與被測工件的初始間隙d=0.3mm，試求： 1) 若極板與工件的間隙變