传感器应用技能实训03习题答案

技能训练三电容式传感器二、思考题1．填空题（1）电容式传感器是通过一定的方式引起电容量发生变化，经测量电路将其转变为电压、电流或频率信号输出的一种测量装置。（2）决定电容量变化的三个参数为极板间介质的介电常数、两电极互相覆盖的有效面积和两电极之间的距离。电容式传感器根据改变参数的不同，可分变极距式、变面积式、变介电常数式三种类型。第一种常用于测量微米级的线位移，第二种常用于测量角位移及厘米级的线位移，第三种常用于测量测量固体或液体的料位（液位）。（3）测量绝缘材料的厚度须使用变介电常数类型的传感器。（4）测量金属材料的厚度须使用变介电常数类型的传感器。（5）电容式压力计测量中使用了变极距类型的传感器。（6）电容式料位计是利用介质料位变化对电容介电常数的影响这一原理制成的。（7）投入式电容液位计利用改变电容参数来测量，测量被测物重量的改变。（8）在实际应用中，为了提高电容式传感器的灵敏度，减小非线性，误差常常将传感器做成差动结构。（9）将非电量的位移转换为电容的变化称为位移式电容传感器，一般采用变极距式电容传感器。（10）变面积式电容传感器常用于测量较大的线位移。2．选择题（1）电容式接近开关传感器主要用于检测（acd）的位置。a.导电物体b.磁性物体c.塑料物体d.木材（2）有一个直流三线制的电容式接近开关，输出类型为PNP输出，三根芯线的颜色分别为棕、蓝、黑，接线时电源正极接（a）线，电源负极接（c）线。a.棕色b.黑色c.蓝色（3）电容式传感器是将被测物理量的变化转化为（b）量变化的一种传感器。a.电阻b.电容c.电感（4）使用（b）可测量液体中的成分含量。a.电阻式传感器b.电容式传感器（5）采用（a）电容式传感器可测量物体的振动量。a.变隙式b.变面积式c.变介电常数式（6）采用（a）测量角位移。a.电容式传感器b.电阻式传感器（7）电容直线位移传感器是把（a）转变为（b）来进行测量的。a.位移b.电容c.面积d.电压（8）采用（a）电容式传感器可测量物体的加速度。a.变隙式b.变面积式c.变介电常数式（9）采用（a）电容式传感器可测量压力参量。a.变隙式b.变面积式c.变介电常数式（10）电桥测量电路的作用是将电容式传感器参数的变化转换为（c）。a.电阻b.电容c.电压d.电量3．问答题（1）简述电容式传感器的工作原理。答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为式中，ε为极板间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积，d为两电极之间的距离。当被测量的变化使式中的A、d、ε三个参量中任一参数发生变化时，电容量C也就随之变化。（2）根据电容式传感器的工作原理说明它的分类；电容式传感器能够测量哪些物理参量？答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为式中，ε为极板间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积，d为两电极之间的距离。在A、d、ε三个参量中，改变其中任意一个量，均可改变电容量C。固定三个参量中的两个可以做成三种类型的电容传感器：变极距式传感器、变面积式传感器、变介电常数式传感器。电容式传感器不仅用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量，还广泛用于压力、差压、液位、物位或成分含量等方面的测量。（3）电容式传感器的测量电路功能是什么？有哪些类型？答：电容式传感器将被测的物理量转换为电容变化，但由于电容变化量很小，不易被观察、记录和传输，因此必须通过测量电路将电容变化量转换成电压、电流或频率信号，随后输出。测量电路的种类很多，主要有：1．桥式电路；2．调频电路；3．脉冲宽度调制电路。（4）为什么液位检测可以转化为压力检测？答：压力与液位成正比，液位高，压力大；液位低，压力小。（5）如果盛放液体的容器为金属圆筒型，则只需用一根裸导线即可完成液位的检测。用示意图说明这种情况，并标出电容传感器的位置。答：如下图所示，裸导线作为电容的一个电极，金属容器壁作为电容的另一电极，两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不同，比如：ε1ε2，则当液位升高时，两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液位下降，ε值减小，电容量也减小。所以，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。dACdAC（6）简述测量绝缘材料厚度的工作原理，如图3-19所示。图3-19测量绝缘材料厚度的原理图答：如3-19图所示，两金属板构成电容的两极，当被测绝缘材料的厚度发生变化时，两电极间的介电常数发生改变，从而引起电容量的改变。（7）简述投入式液位计的工作原理，如图3-20所示。图3-20投入式液位计的结构图答：如图3-20所示，测量电极外套绝缘套管，被测液体和容器作为另一个电极，三者形成圆筒形电容器，内、外电极的极距是聚四氟乙烯套管的壁厚。当液位发生改变时，电极间的介电常数发生改变，导致电容量发生改变。