本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据δ
εεS r o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。
电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。
布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。
关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真
第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3)
1.1厚度测量装置在工业环境下的意义 (3)
1.2 厚度测量装置的研究现状 (3)
1.3 简述设计的整体思路 (4)
第二章电容测厚装置的介绍 (6)
2.1 详细介绍电容测厚装置 (6)
2.2设计匹配电路 (8)
第三章仿真设计及分析 (9)
3.1 仿真电路的建立 (9)
3.2 仿真结果的分析 (13)
第四章对课程设计进行试验 (15)
4.1 实验过程 (15)
4.2 分析仿真与试验结果的差异 (15)
第五章设计体会 (16)
第一章对布料厚度测量装置所做的调研
1.1厚度测量装置在工业环境下的意义
在现代高科技社会中，发展一些厚度测量装置具有非常重大的意义，厚度测量装置的使用将会大大的减少人力的投入，更加方便快捷的得到高精度，高质量的产品，此次我们研究得课题是布料厚度的测量，我们很容易联想到我们身边的各种丝质，棉质等布匹，但是如何在生产时得到等厚度的布料呢。这里就会用到厚度测量装置，运用电容式传感器对布料厚度进行测量，将会非常快捷，而且非常准确，后面我们将介绍一下电容式传感器测量厚度的原理，将它运用于工业中我们能够及时发现问题以及能够及时进行对设备的修正，总之，厚度测量装置是发展高新技术，节省人力物力不可或缺的发明。
1.2 厚度测量装置的研究现状
因为我们所介绍的主要是布料厚度的测量，所以我们主要讲解一下非金属厚度测量的应用，经过查阅资料知道，现如今各种传感器的品种众多，所以测量方式也不尽相同。目前，非金属厚度的检测大多数是以位移检测为基础的无接触测量，测量方法很多，视对象不同，常采用超声，射线，微波，电磁涡流等不同方法进行测量。超声反射法从测量精度来说可满足生产中的要求，但需要耦合剂，被测厚度需要大于2mm。射线法需要放射源，存在需加防护措施，成本高等问题，推广使用有一定的难度。涡流测厚可在油污、尘埃、湿度、高温恶劣的工业环境下长期工作，但一般用于金属厚度检测，这些现状对当前非金属测厚技术提出了挑战。我们考虑到利用电容式传感器检测非金属的厚度，因为其设备简单、经济、测量精度可达2.5mm，所以方法具有可行性。
1.3 进行自己设计的整体思路
电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，通过电容传感元件，将被测物理量的变化转换为物理量的变化。因此电容式传感器的基本工作原理可以用图1-1所示的平板电容器来说明。当忽略边缘效应时，平板电容器的电容为
图1-1 平板电容器简图
δ
εεδεS S C O r ==
（1.3-1） 式中：S ——极板面积；
δ——极板间距离； o ε——真空介电常数， o ε=8.851-12-m 10F ?；
r ε——相对介电常数；
ε——电容极板间介质的介电常数。
当极板面积S 、极板间间距δ保持不变，而插入相对介电常数为r ε的介质，此时构成的电容传感器为变介电常数电容传感器，保持介电常数不变而改变介质的厚度。
如下图所示：
图1-2 装置测厚简图
r
o d d -a S
C εε+= （1.3-2）
式中:S ——测量电容的极板面积；
a ——测量电容的极板间距离；
d ——插入电容的测量棉布的厚度；
o ε——真空介电常数， o ε=8.851-12-m 10F ?；
r ε——棉布的相对介电常数；
在实验过程中，我们将得到电压与厚度的关系，然后我们最后会用图表的形式将这种关系表现出来，当测量布料厚度时，只需要测量出电压值然后与图表进行比较就会得到相应的厚度值。
第二章电容测厚装置的介绍
2.1 详细介绍电容测厚装置
（1）相关器件介绍
所需元件清单：1）信号发生器（1V交流电源，频率100HZ）
2）仪用放大器OPAMP一个
3）1.5PF电容一个
4）自制0.9PF电容一个
5）电压表一个0-10V
6）开关一个
7）布料：棉布（含化纤）
表（2.1-1）各种布料介电常数测试数据表
信号发生器：信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号，常用作测试的信号源或激励源的设备。利用信号发生器可以后的测量电路所需要的100HZ、1V的电压。
运算放大器：可以对电信号进行运算，一般具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的放大器。利用放大器可以对电信号进行放大
（2）自制电容参数:
cm，极板间距近似a=8.85mm，网上查询资料得棉布的极板面积92
=2.75，棉布厚度 d=0~2mm，自制电容如下图所示。
相对介电常数
r
图2-1 自制电容传感器
灵敏度：传感器的灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输入
的变化量之比即为其静态灵敏度。
灵敏度表达式： x
y K ??= （2.1-1） 对于线性传感器，其灵敏度为常数，也就是传感器特性曲线的斜率。对于非线性传感器，灵敏度是变量，其表达式为 ： dx
dy K = （2.1-2） 一般要求传感器的灵敏度较高并在满量程内是常数为佳，这就要求传感器的输出输入特性为直线（线性）。
自制电容的相对变化量：
]))((1[)(11d C C ???+??+?+??=?-???=?d
d N d d N d d N N d d d d N N d （2.1-3） 式中：d d -a 11-N r r ）（εε+
=
，为灵敏度因子和非显性因子。
2.2设计匹配电路
实际试验中运算放大器用OP07来接，并且在OP07上面接一个很大的电阻，但是试验中我们发现由于电阻值的改变会稍微影响一点输出电压值的变化，所以我们这里接的是实际中并没有的OPAMP 运算放大器。我们设计的匹配电路如下图：
图2-3 匹配电路原理图
根据放大器原理可以得出
x 0C U C E ?-=?
（2.2-1） 即 E C C U x
0?-= （2.2-2） 所以 ])11([E C C U 00x 0d a S E C r
-+??-=?-=εε （2.2-3） 即输出电压与布料的厚度成线性比例关系。
第三章 仿真设计及分析
3.1 仿真电路的建立
因为输入电压为交流电源，输出电压为交流电压的有效值，则根据以上公式带入测量参数得
（1）当电容极板间没有放入棉布时，可以得到电容
PF a S
C x 9.01085.81091085.834
1200=????==---ε （3.1-1） 此时电压表输出电压为 V 666.1V 19
.05.1E *C C U x000=?==
（3.1-2） 如图
图3-1 无棉布放入时输出电压仿真结果
（2）当假设极板间布料厚度为0.05mm 时，此时的电容为
PF
9033.0818
.810985.810]05.0175
.2185.8[1091085.8d
11
a S C 13
3
4
12r 0x1=??=??-+???=?-+=
----F F ）（）（εε （3-3） 输出电压为：
V V 661.119033
.05.1E C C U 1x 01=?=?= （3-4）
如图
图3-2 布料厚度0.05mm 时仿真电路
（3）当假设极板间布料厚度为0.10mm 时，此时的电容为
PF
9065.010]10.0175
.2185.8[1091085.8d 11
a S C 3
4
12r 0x1=??-+???=?-+=
---F ）（）（εε （3-5）
输出电压为
V V 654.119065
.05.1E C C U 1x 01=?=?=
（3-6） 如图：
图3-3 布料厚度为0.1mm 时仿真电路
（4）当假设极板间布料厚度为0.15mm 时，仿真结果如下图
图3-4 布料厚度为0.15mm 时仿真电路
（5）当假设极板间布料厚度为0.20mm 时，仿真结果如下图
图3-5 布料厚度为0.2mm 时仿真电路
（6）当假设极板间布料厚度为0.25mm时，仿真结果如下图
图3-6 布料厚度为0.25mm时仿真电路
（7）当假设极板间布料厚度为0.30mm时，仿真结果如下图
图3-7 布料厚度为0.3mm时仿真电路
以上就是我们截取的一部分数据，我们会在第（8）步详细给出布料厚度与电压关系表
（8）综合如上，我们组将0~2.0mm的布料以0.05mm每组为单位分成40组，
如下我们制成一个表格，将布料厚度与电压关系表示出来。
表（3-1）布料厚度与电压关系
3.2 仿真结果的分析
根据上面的表（3-1），我们用Matlab 绘制了厚度d 与电压u 的关系图线如下：
图3-8 厚度d 与电压u 的仿真图
由表3-1及图3-8可知布料厚度d 与输出电压u 呈线性关系
由公式（1.3-2）和（2.2-3）得：
1
-c 1-s d r r 0r r 0εαεεεε-=U E ）（ （3.2-1） 即： U 3443.8-907.13d = （3.2-2） 由公式(3.2-2)知厚度d 与输出电压u 的理论值也为线性关系。
根据上述线性关系，我们用模数转换元件，译码器，以及数码管将厚度d 用数字显示出来，其中电路图如下：
图3-9 仿真电路的结果
根据厚度d和输出电压u的关系，我们进行了模数转化，将厚度值通过数码管显示出来。如图3-9所示，每次改变电容值C2时，数码管将显示其对应的厚度值。
第四章对课程设计进行试验
4.1 实验过程
由于该实验在实验室比较难实验，缺少一些必备的元器件，所以我们没有进行实验，但是我们所用的OPAMP运算放大器在实验室并不存在，所以一般会选用OP07运算放大器代替。
4.2 分析仿真与试验结果的差异
误差分析：由于没有进行实际电路操作，故没有办法进行误差分析。
不过下面我们可以采用这些来消除误差：
1、消除和减少边缘效应（设计带保护环的电容传感器）；
2、提高设计结构的绝缘性能；
3、消除和减少寄生电容的影响
①增加传感器的原始电容值；
②集成化；
③运算放大器法；
④采用“驱动电缆”技术。
第五章设计体会
（1）本次课程设计，开始两天主要是查询有关关于课题方面的资料，并且学习Multisim软件的使用，之后我用Multisim软件仿真模拟了调频测量电路、交流电桥测量电路、运算放大器式测量电路二极管双T型交流电桥，由于我个人能力有限，在调试测量电路时，发现输出的电压有很大区别，综合各方面的考虑，最终选择了简单方便的运算放大器测量电路。确定好电路之后，我开始对电路参数进行调试，并运用课本知识计算自制电容大小，什么样的、多大的电容合适。最后开始分析电路，得出处理方法和结果，最后撰写课程设计说明书。
（2）这次课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，经过一周的课程设计，它不仅是巩固了之前所学的知识，加深了对学过的知识的印象，锻炼了我运用课本基础理论基础与解决实际问题相结合的能力，锻炼了我的动手操作能力，使我对课本的基础知识有了更深一步的了解，也使我熟悉了Multisim软件和mathtype软件的使用，使我以后可以利用此软件模拟课本自己不懂的电路，为以后的学习打下了基础。在完成课程设计过程中，每一处都凝聚了老师和同学对我的帮助，所有成果都是大家共同努力的成果。总之这次课程设计让我的收获很大！
参考文献：
《传感器原理及应用》赵燕版
《电子技术基础模拟部分》康华光版
《数字电子技术基础》常丹华版
1：简述金属电阻应变片的工作原理，主要测量电路种类及其应用情况 应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将测量物体变形转换成电阻变化的传感器。被广泛应用于工程测量和科学实验中。 一工作原理 （一）金属的电阻应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。如图2-1所示 设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，在未受力时，原始电阻为 （2－1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积相应减小ΔS，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变Δρ，故引起电阻值变化ΔR。对式（2－1）全微分，并用相对变化量来表示，则有: （2－2） 式中的Δl/l为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με＝1×10-6mm/mm）。若径向应变为Δr/r，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用 泊松比μ表示为，因为ΔS/S＝2(Δr/r)，则（2－2）式可以写成 （2－3） 式（2－3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，从式（2－3）可见，k0受两个因素影响，一个是（1+2μ），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是Δρ/（ρε），是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则k0≈1+2μ，对半导体，k0 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属电阻丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常金属丝的灵敏系数k0=2左右。 （二）应变片的基本结构及测量原理 各种电阻应变片的结构大体相同，以图2－2所示丝绕式应变片为例，它以直径为0.025mm左右的合金电阻丝2绕成形如栅栏的敏感栅，敏感栅粘贴在绝缘的基底1上，电阻丝的两端焊接引出线4，敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层3。l称为应变片的基长，b称为基宽，l×b称为应变片的使用面积。应变片的规格以使用面积和电阻值表示，例如3×10mm2，120Ω。 用应变片测量受力应变时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据式（2－3），可以得到被测对象的应变值ε，而根据引力应变关系 б=Eε（2－4） 式中б——测试的应力；
第十三届“长通杯”大学生电子设计竞赛 电容测量仪（A题） 2016年5月14日
摘要 电容测量仪装置是一种精度高、测试范围宽、操作简便、功能完善的电容测量仪。随着科技的不断发展，电容在电路中有着越来越多的应用，其容量大小直接决定着电路的稳定性和准确性。因此，电容值的的测量在日常使用中不可避免。 为了深入了解和学习52单片机的功能，本设计采用STC89C52和555振荡器为主要元件对电容进行测量。先将555设计为多谐振荡器产生输入脉冲信号，然后利用单片机对脉冲进行中断计数，再使用公式计算出电容值。在多谐振荡器终端加一个HD74LS08（二输入与门）稳定输出波形，从而使测量中更精确。多谐振荡器会因为连接电阻值的不同而产生的方波的频率不同，从而可以变换档位测量容量差距较大的电容。如果在工程问题中想寻找出符合要求的电容，便可通过矩阵键盘输入相应的电容值的范围，以方便筛选。当电容测定完以后，其数值通过LCD1602显示出来，以便阅读。 关键词：STC89C52单片机；电容测量；555定时器；LCD1602；
目录 1系统方案...................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1 电容测量仪的论证与选择.............................................................. 错误！未定义书签。 1.2 控制系统的论证与选择.................................................................. 错误！未定义书签。2系统理论分析与计算.................................................................................. 错误！未定义书签。 2.1 设计方案的分析............................................................................ 错误！未定义书签。 2.1.1利用电容器放电测电容实验原理................................ 错误！未定义书签。 2.1.2利用放电时间比率来测电容......................................... 错误！未定义书签。 2.1.3利用单片机测脉冲来测时间常数RC再计算电容.错误！未定义书签。 2.2 电容的计算...................................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.1 计算振荡周期....................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.2 计算频率............................................................................... 错误！未定义书签。 2.2.3 计算Cx ................................................................................. 错误！未定义书签。3电路与程序设计.......................................................................................... 错误！未定义书签。 3.1电路的设计....................................................................................... 错误！未定义书签。 3.1.1系统总体框图........................................................................ 错误！未定义书签。 3.1.2系统框图................................................................................ 错误！未定义书签。 3.1.3总程序框图............................................................................ 错误！未定义书签。 3.1.4电源........................................................................................ 错误！未定义书签。 3.2程序的设计....................................................................................... 错误！未定义书签。 3.2.1程序功能描述与设计思路.................................................... 错误！未定义书签。 3.2.2程序流程图............................................................................ 错误！未定义书签。4测试方案与测试结果.................................................................................. 错误！未定义书签。 4.1测试方案........................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 测试条件与仪器.............................................................................. 错误！未定义书签。 4.3 测试结果及分析.............................................................................. 错误！未定义书签。 4.3.1测试结果(数据) ..................................................................... 错误！未定义书签。 4.3.2测试分析与结论.................................................................... 错误！未定义书签。附录1：电路原理图...................................................................................... 错误！未定义书签。
课题名称：纸张厚度检测电路●张骏0862310129 徐伟0862310128 朱昊进0862310131 计算机及信息工程学院通信工程1班 指导老师：江冰 完成时间：2009年12月24日
关键词：纸张厚度电压比较器 Key Words:Paper thickness Voltage comparator Amplifier circuit 摘要： 纸张厚度检测是保证纸张品质的重要部分。本文将介绍一种基于LM339电压比较器的纸张厚度检测电路，它能够解决如何快速有效的检测纸张厚度，以提高实际生产中产品的检测效率。 Summary: Paper thickness detection is an important part to keep the quality of the paper. This passage will introduce a common circuit of paper thickness detection based on LM339 voltage comparator, which can solve the problem that how to detect the quality of the paper quickly and effectively, that to improve the efficiency of detection in the practical production.
目录Content 前言 关键词 2 摘要 2 目录 3 正文 电路研究意义 4 应用价值 4 总体方案框架图 4 原电路分析 4 Electronic Workbench 模拟 5 方法对比6参考文献9附件 电路原理图10 元器件清单10 实物照片11 LM339电压比较器介绍11
本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据δ εεS r o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。 电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。 布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。 关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真
第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3) 厚度测量装置在工业环境下的意义 (3) 厚度测量装置的研究现状 (3) 简述设计的整体思路 (4) 第二章电容测厚装置的介绍 (6) 详细介绍电容测厚装置 (6) 设计匹配电路 (8) 第三章仿真设计及分析 (9) 仿真电路的建立 (9) 仿真结果的分析 (13) 第四章对课程设计进行试验 (15) 实验过程 (15) 分析仿真与试验结果的差异 (15) 第五章设计体会 (16)
第一部分引言 本设计是应用于电容传感器微小电容的测量电路。 传感器是一种以一定的精度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。传感器在发展经济、推动社会进步方面有着重要作用。 电容式传感器是将被测量转换成电容量变化的一种装置，可分为三种类型：变极距（间隙）型、变面积型和变介电常数型。 二、电容式传感器的性能 和其它传感器相比，电容式传感器具有温度稳定性好、结构简单、适应性强、动态响应好、分辨力高、工作可靠、可非接触测量、具有平均效应等优点，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，广泛应用于压力、位移、加速度、液位、成分含量等测量之中[1]。 电容式传感器也存在不足之处，比如输出阻抗高、负载能力差、寄生电容影响大等。上述不足直接导致其测量电路复杂的缺点。但随着材料、工艺、电子技术，特别是集成电路的高速发展，电容式传感器的优点得到发扬，而它所存在的易受干扰和分布电容影响等缺点不断得以克服。电容式传感器成为一种大有发展前途的传感器[2]。 第二部分正文 一、电容式传感器测量电路 由于体积或测量环境的制约，电容式传感器的电容量一般都较小，须借助于测量电路检出这一微小电容的增量，并将其转换成与其成正比的电压、电流或者电频率[3],[4]。电容式传感器的转换电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。电容传感器性能很大程度上取决于其测量电路的性能。
由于电容传感器的电容变化量往往很小，电缆杂散电容的影响非常明显，系统中总的杂散电容远大于系统的电容变化值[5]。与被测物理量无关的几何尺寸变化和温度、湿度等环境噪声引起的传感器电容平均值和寄生电容也不可避免的变化，使电容式传感器调理电路设计相当复杂[6]。分立元件过多也将影响电容的测量精度[3]。 微小电容测量电路必须满足动态范围大、测量灵敏度高、低噪声、抗杂散性等要求。测量仪器应该有飞法（fF）数量级的分辨率[6]。 二、常用电容式传感器测量电路 1、调频电路 这种电路的优点在于：频率输出易得到数字量输出，不需A/D转换；灵敏度较高；输出信号大，可获得伏特级的直流信号，便于实现计算机连接；抗干扰能力强，可实现远距离测量[7]。不足之处主要是稳定性差。在使用中要求元件参数稳定、直流电源电压稳定，并要消除温度和电缆电容的影响。其输出非线性大，需误差补偿[8]。 2、交流电桥电路 电桥电路灵敏度和稳定性较高，适合做精密电容测量；寄生电容影响小，简化了电路屏蔽和接地，适合于高频工作。但电桥输出电压幅值小，输出阻抗高，其后必须接高输入阻抗放大器才能工作，而且电路不具备自动平衡措施，构成较复杂[9]。此电路从原理上没有消除杂散电容影响的问题，为此采取屏蔽电缆等措施，效果不一定理想[10]。 3、双T型充放电网络 这种电路线路简单，减小了分布电容的影响，克服了电容式传感器高内阻的缺点，适用
1?传感器的特性一般指输入、输出特性，有动、静之分。静态特性指标的 有____ 、____ 、—、—、等。P18— P20 2. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量结果的显示方式，可以分为—和_。P7 3. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照是否在工位上测量可以 分为_和________ 。P7 4. 对于测量方法，从不同的角度有不同的分类，按照测量的具体手段，可以 分为_、_和________ 。P7 5. 某0.1级电流表满度值X m = 100mA，测量60mA的绝对误差为—。 &服从正态分布的随机误差具有如下性质 ______ 、—、____ 。P13 7. ____________________________ 硅光电池的光电特性中，当___________ 时，光电流在很大范围内与照度呈__________ 。 P230 8、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据 的基本原理制成的，其次级绕组都用______ 形式连接，所以又叫差动变压器式传感 器。P67 9、霍尔传感器的霍尔电势U H为_若改变—或 _就能得到变化的霍尔电势。 P183 10、电容式传感器中，变极距式一般用来测量—的位移。 11、压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不适宜测量________ 的被测量，特别是不能测量_________ 。 12、差动电感式传感器与单线圈电感式传感器相比,线性 _____ 灵感度提高倍、测量精度高。 13、热电偶冷端温度有如下补偿方法：、、、仪表机械零点调整法。 P210 14. 空气介质变间隙式电容传感器中，提高其灵敏度和减少非线性误差是矛盾 的，为此实际中大都采用_______式电容传感器。
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？ 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。 答：框图如下： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。
精心整理 一、概述 随着科学技术的不断发展，人类社会进入高科技时代，而以电子元件组成的电器在生活中被运用的越来越广泛，大至航空航天技术，小到手机、电子手表等等。而这些电器都是由一些电容、电阻等元器件组成。特别是电容在这些电路中的作用，因此电容的大小的测量在电容使用过程中必不可少，测量电容的大小的办法也越来越多，并且多样化、高科技化。当然，测量的结果应该保持较高的精确度和稳定性，不仅如此，还应兼顾测量速度快等要求。 目前应用比较普遍的方法有电桥法测电容、容抗法测电容、基于NE555的RC 充放电原理等等，在这个脉（0.2uF —20uF 杂。 路、确的脉冲个数N ，而准确的数值大小为显示稳定后的数值。
由于本方案大多采用的是数字元器件，因此对外界的干扰信号有着很强的抵抗能力，而用容抗法测电容由于采用许多模拟元器件，只要外界存在有一定强度的干扰信号，就会使测量结果发生较 大的改变。不仅 如此，外界的温 度也会对模拟 元器件产生很 大的影响，而在 实际生活中的 多外界环境不 5V直流
首先是测量电路部分，电路图如图3所示，此部分由2片555定时器连成的单稳态触发器和多谐振荡器 定时器为单稳态振荡器。端输出 的单位脉发器2端2C 为待测电器中。由单稳 态触发器电容大小这个信号经存器的时的输出单产生的脉后作为计计数。 图3 单稳号的脉宽 当R 与2C 的 2C 与4 C 出信号、单稳态触发器输出信号、非门输出信号、与门输出信号如图4所示。
图4待测电容为1uF 时各输出信号波形 上图中的波形自上至下分别为单稳态输出信号、非门输出信号、多谐振荡器输出信号、与门 74L S 160N
第4章 电容式传感器 电容式传感器可分为哪几类各自的主要用途是什么 答:电容式传感器可分为三类，具体如下： （1）变极距型电容传感器：在微位移检测中应用最广。 （2）变面积型电容传感器：适合测量较大的直线位移和角位移。 （3）变介质型电容传感器：可用来测量纸张，绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要如何解决 答：电容式传感器由于受结构与尺寸的限制，其电容量都很小，属于小功率、高阻抗器，因此极易受外界干扰，尤其是受大于它几倍、几十倍的、且具有随机性的电缆寄生电容的干扰，它与传感器电容相并联，严重影响传感器的输出特性，甚至会淹没没有用信号而不能使用。 解决办法：采用驱动电缆法、整体屏蔽法、组合式与集成技术。 试计算下图所示各电容传感元件的总电容表达式。（极板的有效面积为A ，真空介电常数为0ε ） (a ) (b ) (c ) 解（1）图(a )等效为三个平板电容器串联 0111 A C d εε= ，022 2 A C d εε= ，0333 A C d εε= 总电容量为 31232133121212301020301231111 d d d d d d C C C C A A A A εεεεεεεεεεεεεεεε++=++=++=串
故 01233 1 21232 133******** A A C d d d d d d εεεεεεεεεεεεεεεε= =++++串 （2）图(b )等效为两个平板电容器并联 012A C C C d εε=== 0122A C C C d εε=+= 并 （3）图(c )等效为两柱形电容器并联，总电容量为 ()H d d d d L d d H L d d H C )/ln()(2)/ln(2)/ln()(2/ln 212012012012εεππεπεπε-+=-+= 在压力比指示系统中采用差动式变间隙电容传感器和电桥测量电路。已知：δ0=；D =；R =Ω；U sr =60V(交流)，频率f =400Hz 。试求： (1)该电容传感器的电压灵敏度K u (V /μm )； (2)当电容传感器的动极板位移△δ=10μm 时，输出电压U sc 值。 解：（1）根据图中所示的桥路连接方法，可得 2 21 121212 1 111 222 sr sc sr sr R U j C C C U U U C C j C C R R R j C j C ωωωω+ -=-=?+++ ++&&&& 初始电容 () 2 1232 12001203 00 8.851038.21040.61040.6440.2510 r A D C C C F pF πεεεπδδ----????=== ===?=??
2011 ~ 2012 学年第二学期 《电容测量电路》 课程设计报告 题目：电容测量电路 专业：通信工程 班级： 10通信(2)班 组员：吴悦肖梦奇方克文胡勇 吴冬冬徐磊付文涛卢大卫指导教师：王银花 电气工程系 2012年5月20日
1、任务书
目录 第一章:摘要 (4) 第二章:题目分析和设计构思 (5) 2.1题目分析 (5) 2.2设计构思 (5) 第三章:测量电路原理 (5) 3.1工作原理 (5) 第四章:硬件电路设计 (6) 4.1了解功能 (6) 4.2化整为零 (7) 4.3功能分析 (7) 4.4统观整体 (11) 第五章:元件参数 (12) 第六章:调试 (12) 6.1仿真截图 (12) 第七章:课程设计心得体会 (15) 附录一：参考文献 (16)
第一章:摘要 五量程电容测量电路是以集成运放为核心器件可将其分解为四个部分。可分解为文氏桥振荡电路、反相比例运算电路、C/ACV电路、有源滤波电路。该电路是利用容抗法测量电容量的。起基本设计思想是：将400Hz的正弦波信号作用于被测电容Cx,利用所产生的容抗Xc实现C/ACV转换，将Xc转换为交流电压；再通过测量交流电压来获得Cx的电容量。本课题小组通过小组分工到图书馆、网上查找课题参数资料；了解电容测量电路应用及其工作原理，运用Multisim仿真软件绘制电路图并进行仿真实验；分析仿真实验数据和记录课题实验过程；制作打印课题实验报告。 综上所述，在测量电容量时，文氏桥振荡电路所产生400Hz正弦波电压，经过反相比例运算电路作为缓冲电路，作用于被测电容Cx；通过C/ACV转换电路将Cx转换为交流电压信号，再经二阶带通滤波电路滤掉其他频率的干扰，输出是幅值与Cx成比例的400Hz正弦波电压。 电容测量电路的输出电压作为AC/DC转换电路的输入信号，转换为直流电压；再由A/D转换电路转换为数字信号，并驱动液晶显示器，显示出被测电容的容量值。 电路有如下特点： （1）在C\ACV转换电路中，电容挡愈大，反馈电阻值愈小，使得各挡转换系数的最大数值均相等，从而限制了整个电路的最大输出电压幅值，也就限制 了A\D转换电路的最大输入电压，其值为200mV； （2）电路中所有集成运放的输入均为交流信号，因而其温漂不会影响电路的测量精度，也就需要对电容挡手动调零。电路中仅有一个电位器Rw1用于校准电容挡，一般一经调好就不再变动。 （3）二极管D9和D10用于A2输出电压的限幅，二极管D11和D12用于限制A3净输入电压幅值，以保护运放。此外，尽管电容挡不允许带电测量，但是若发生误操作，则二极管可为被测电容提供放电回路，从而在一定程 度上保护壳测量电路。 重点：电容测量电路；Multisim仿真软件。
摘要 本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据δ εεS r o = C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。 电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。 布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。
关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真 目录 第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3) 1.1厚度测量装置在工业环境下的意义 (3) 1.2 厚度测量装置的研究现状 (3) 1.3 简述设计的整体思路 (4) 第二章电容测厚装置的介绍 (6) 2.1 详细介绍电容测厚装置 (6) 2.2设计匹配电路 (8) 第三章仿真设计及分析 (9) 3.1 仿真电路的建
PT100温度传感器测量电路 温度传感器PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200℃ 至650℃ 的围.本电路选择其工作在 -19℃ 至500℃ 围。 整个电路分为两部分,一是传感器前置放大电路,一是单片机 A/D 转换和显示,控制,软件非线性校正等部分。 前置放大部分原理图如下： 工作原理: 传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式. 按照 PT100 的参数,其在0℃ 到500℃ 的区间,电阻值为 100 至280.9Ω，我们按照其串联分压的揭发，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 输出电压（mV），可以计算出其在整百℃时的输出电压，见下面的表格：
单片机的 10 位 A/D 在满度量程下，最大显示为 1023 字，为了得到PT100 传感器输出电压在显示 500 字时的单片机 A/D 转换输入电压，必须对传感器的原始输出电压进行放大，计算公式为：(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压( mV/℃ ) ，（Vcc＝系统供电＝5V），可以得到放大倍数为10.466 。 关于放大倍数的说明：有热心的用户朋友询问，按照 (500/1023 * Vcc)/传感器两端电压不能得到 10.466 的结果，而是得到 11.635的结果。实际上，500 个字的理想值是无法靠电路本身自然得到的，自然得到的数字仅仅为 450 个字，因此，公式中的500℃ 在实际计算时的取值是 450 而不是 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。其实，计算的方法有多种，关键是要按照传感器的mV/℃ 为依据而不是以被测温度值为依据，我们看看加上非线性校正系数：10.47*1.1117=11.639499 ，这样，热心朋友的计算结果就吻合了。 运算放大器分为两级，后级固定放大 5 倍（原理图中 12K/3K+1=5），前级放大为：10.465922/5=2.0931844 倍,为了防止调整时的元器件及其他偏差，使用了一只精密微调电位器对放大倍数进行细调，可以保证比较准确地调整到所需要的放大倍数(原理图中 10K/(8K2+Rw)+1)。
一、概述 随着科学技术的不断发展，人类社会进入高科技时代，而以电子元件组成的电器在生活中被运用的越来越广泛，大至航空航天技术，小到手机、电子手表等等。而这些电器都是由一些电容、电阻等元器件组成。特别是电容在这些电路中的作用，因此电容的大小的测量在电容使用过程中必不可少，测量电容的大小的办法也越来越多，并且多样化、高科技化。当然，测量的结果应该保持较高的精确度和稳定性，不仅如此，还应兼顾测量速度快等要求。 目前应用比较普遍的方法有电桥法测电容、容抗法测电容、基于NE555的RC充放电原理等等，而此次课程设计采用的是基于NE555的RC冲放电原理。用2片NE555芯片分别接成单稳态触发器和多谐振荡器，将待测电容接入单稳态触发器中，将电容的大小转换成一定的脉冲宽度，在这个脉冲宽度内的多谐振荡器产生的脉冲个数经过计数器的计数、锁存后用数码管显示出来。因此可以直接计算出待测电容的大小，并且达到精确度比较高（±10%）、测量数值较为稳定，量程可控制（0.2uF—20uF）的要求，而且所设计的电路比较简易，所用的都是一些常用的元器件，电路连接简单不繁杂。 本设计报告由方案论证、电路设计、性能测试、结论、性价比、课程设计体会及合理和建议等部分组成，另外还附有参考文献、总电路图和元器件清单。 二、方案论证 本设计方案采用的是基于NE555的RC充放电原理的脉冲宽度测量法，本设计的主要由测量电路、计数锁存电路和显示电路三部分构成。测量电路核心就是由2片555定时器构成的单稳态触发器和多谐振荡器组成，计数电路由3片 74LS160构成的计数器和2片74LS273构成的锁存器组成，显示电路由3片内部自带译码器的数码显示管（DCD_HEX）组成。 脉冲宽度测量法的系统功能框图如图1所示，利用单稳态触发器在待测电容C上的充放电的规律，将电容的大小转换成输出信号的脉冲宽度Tw，再将单稳2 态触发器的输出信号和多谐振荡器的输出信号一起接入一个与门，与门的输出信号中脉冲宽度Tw内的脉冲个数N通过3片十进制计数器计数后输入到2片锁存器，最后由锁存器输入到自带译码器的数码显示管，数码显示管所显示的数值就是脉冲个数N。由于初始相位不定和传输的时间差等原因，第一个显示的数字并不是准确的脉冲个数N，而准确的数值大小为显示稳定后的数值。 由于本方案大多采用的是数字元器件，因此对外界的干扰信号有着很强的抵抗能力，而用容抗法测电容由于采用许多模拟元器件，只要外界存在有一定强度的干扰信号，就会使测量结果发生较大的改变。不仅如此，外界的温度也会对模拟元器件产生很大的影响，而在实际生活中的多外界环境不如在实验室环境。采
第4章 电容式传感器 电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种传感器。它具有结构简单，分辨率高，抗过载能力大，动态特性好的优点，且能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。电容式传感器可用于测量压力、位移、振动、液位。 4.1 电容式传感器工作原理 平行板电容器是由绝缘介质分开的两个平行金属板组 成的，如图4.1所示，当忽略边缘效应影响时，其电容量与绝缘介质的介电常数ε、极板的有效面积S 以及两极板间的距离d 有关，即 S C d ε= （4.1） 若被测量的变化使电容的d 、S 、ε三个参量中的一个参数改变，则电容量就将产生变化。如果变化的参数与被测量之间存在一定的函数关系，那么被测量的变化就可以直 接由电容量的变化反映出来。所以电容式传感器可以分成3种类型：改变极板面积的变面积式、改变极板距离的变间隙式和改变介电常数的变介电常数式。 4.1.1 变面积式电容传感器 变面积式电容传感器的两个极板中，一个是固定不动的，称为定极板，另一个是可移动的，称为动极板。根据动极板相对定极板的移动情况，变面积式电容传感器又分为直线位移式和角位移式两种。 1．直线位移式 其原理结构如图4.2所示，被测量通过使动极板移动，引起两极板有效覆盖面积S 改变，从而使电容量发生变化。设动极板相对定极板沿极板长度a 方向平移?x 时，电容为 0a x b ab xb C C C d d d εεε-??==-=-?() （4.2） 式中，0ab C d ε=，为电容初始值；电容因位移而产生的变化量为 a x C x d b C C C ?-=??-=-=?0 0ε。 电容的相对变化量为 a x C C ?- =?0 （4.3） 图4.1 平行板电容器 图4.2 变面积型电容传感器原理图
精心整理 摘要 本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量 可以把 根据实 很小， 根 1.1 1.2 1.3简述设计的整体思路 (4) 第二章电容测厚装置的介绍 (6) 2.1详细介绍电容测厚装置 (6) 2.2设计匹配电路 (8) 第三章仿真设计及分析 (9) 3.1仿真电路的建立 (9) 3.2仿真结果的分析 (13)
第四章对课程设计进行试验 (15) 4.1实验过程 (15) 4.2分析仿真与试验结果的差异 (15) 第五章设计体会 (16)
第一章对布料厚度测量装置所做的调研 1.1厚度测量装置在工业环境下的意义 在现代高科技社会中，发展一些厚度测量装置具有非常重大的意义，厚度测量装置的使用将会大大的减少人力的投入，更加方便快捷的得到高精度，高质量的产品，此次我们研究得课题是布料厚度的测量，我们很容易联想到我们身边的各种丝质，棉质等布匹，但是如何在生产时得到等厚度的布料呢。这里就会用到厚度测量装置，运用电容式传感器对布料厚度进行测量，将会非常快捷， 1.2经过查微波，1.3当忽略边缘效应时，平板电容器的电容为 图1-1平板电容器简图 δ εεδεS S C O r ==（1.3-1） 式中：S ——极板面积； δ——极板间距离； o ε——真空介电常数，o ε=8.851-12-m 10F ?； r ε——相对介电常数；
霍尔传感器测量电路 咨尔元件的基本电路如图1所示。控制电流颠电源f供给，RE，为调节电阻， 调节控制电流的大小。程尔输出端接负载RF，RR可以是一般电阻，也可以是放大器 的 输入电阻或指示器内阻。在磁场与控制电流的作用下，负裁上就有电压输出。在实际 使用时，J或B或两者同时作为信号输入，而输出信号则正比于J或B或两者的乘积。 内于建立霍尔效应所需的时间很短(10 很高(几千兆赫＞。 ＝、温度误差及其补偿 因此，拧制电流为交流时 (一)温度误差 档尔死件测量的关镀是霍尔效府，而霍尔元件是内半导体制成的，固半导体对温度 很敏 感，霍尔元件的载流于迁移率、屯阻率和霍尔系数都陨温度而变化，因而使霍尔元件 的特性参 数(如霍尔电势和输入、输出电阻等)成为温度的函数，导致霍尔传感器产生温度误差。 [二)温度误差的补偿 为了减小霍尔元件的温度误差，需要对基本测量电路进行温度补偿的改进，可以来 用的补 偿方法柯许多种，常用的合以下方艾博希电子法：采用恒流源提供控制电流，选择合 理的负载电阻进行补
偿，利用霍尔元件回路的串联或并联电阻进行补偿，也可以在输入凹路或输出回路中加入热敏 电阻进行温度误差的补偿。 采用温度补偿元件是一种最常见的补偿方法。图2所示为采用热敏电阻进行补偿 的几种补偿方法。图2(n)所示为输入回路补偿电路，锑化钥元件的霍d；输出随温度 升高 而减小的出素，被控制屯流的增加(热敏电阻的阻位随温度升高旧减小)所补偿。图2(b) 所示为输出回路补偿电路成载上得到的霍尔电势随温度J1高而减小的因素，被热敏电阻阻佰 减小所补偿。图2(c)所示为用正温度系数的热敏电阻进行补偿的电路。 在使用时，温度补偿元件最好和霍尔元件封在一起或靠证，使它们温度变化一致。 随着微电子技术的发展，日前霍尔元件多已集成化。集成霍尔九件有许多优点 小、灵敏度高、输出幅度大、NXP代理商温漂小且对电流稳定性要求低等。 集成霍尔元件可分为线性型和开关则两大类。前者是将霍尔冗件和恒流源、线性放大器 等做公‘个芯片卜，输出电压较高，使用非常方便，日前已得到广泛的应蝴，较典型的线性霍尔 元件有UGN35N等。八关型是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、(xj门等电路 做在同一个心片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，()川1由高电阻状态变为 导通状
光电综合课程设计报告 测量纸张测厚仪的设计 姓名（学号）：陈嘉伟（0201） 刘信生（0217） 黎澄伦（0212） 沈其治（0224） 叶伟雄（0227） 班级： 2007级电子科学与技术（2）班 指导老师：罗霞谢家兴赵懿琨张宇 日期： 华南农业大学工程学院 摘要 国内外测量纸张厚度(或定量)的仪器有接触式和非接触两类，由于接触式纸张测厚仪会损坏纸张，因此现在工业生产中常用非接触式测厚仪来测量产品的厚
度（如钢板、钢带、纸张等）。这类仪表中有利用α射线、β射线、γ射线穿透特性的放射性厚度计；有利用超声波频率变化的超声波厚度计；有利用涡流原理的电涡流厚度计；还有电容式厚度计等。纸张定量是衡量纸张质量的主要指标之一。纸的密度一定时，用其厚度或定量来衡量纸张质量指标是等效的。有些纸张(如电话电缆纸), 生产上要求直接检测其厚度.在线测量纸张厚度是保证纸张质量和实现造纸生产过程自动控制必须解决的重要课题。 自1 800年F．W．Hcr~ctwl发现红外辐射以来，红外技术己在许多领域内得到广泛应用，但在测量纸张厚度方面的应用国内外尚未见报道，说明在这方面的应用尚有一些理论与技术实践问题需要进行探索研究。 本文采用了红外纸张测厚仪，主要论述了红外纸张测厚仪的理论及个部件的设计，我们以实验报告纸为对象研制的红外纸厚传感器，配有放大，采样及模数转换等环节的信号处理单元，应用了AVR系列单片机的运算及控制功能，组成一台智能型的红外纸张测厚仪。与射线定量仪比较，具有价格低，相应速度快，较好的稳定性，切避免了由于存放在放射性物质所引起的问题，最后对该研究结果及进一步的工作提出了看法。 关键词：光电纸张测厚
1、题目:简易电容测试电路 要求：能够测0.01微法—99微法范围内的电容值，且可以换档操作。用两个数码管作为显示原件。测试时，测试电容接至测试端自动显示出被测电容值，且响应时间不超过2秒。 2、主要技术指标： （1）设计制作一个具有数字显示功能的电容测量仪。 （2）测量电容范围为0.01μF~99μF。 （3）设计电容数字测量仪的电路图。 （4）组装、调试电容数字测量仪单元电路和整机系统。 3、方案论证及选择（电路仿真部分）： 数字式电容测量仪的方案分析 方案一容抗法测量电容电路其设计思想是首先利用一定频率（例为400Hz）的正弦波信号将被测量电容量Cx变成容抗Xc，然后进行C / VCA转换，把Xc 转换成交流信号电压，再经过AC / DC转换期取出平均值电压V0，送至31/2位或41/2位A/D转换器。由于平均值电压V0∝Cx，只要适当调节电路参数，即可直读电容量。容抗法测电容的优点是能自动调零，缩短了测量时间。 优缺点：容抗法测电容的优点是能自动调零，缩短了测量时间。但精度不高，分立元件太多。 方案二单片机法测电容其设计思想是利用对被测电容进行冲放电，通过施密特触发器输出相应的时间脉冲宽度，送入单片机处理，最后送出正确的显示信号给显示电路。 方案三电容、电阻和施密特触发器构成一个多谐振荡器。在电源刚接通时，电容C上的电压为0，多谐振荡器输出Vo为高电平，Vo通过R对电容C充电。当C上充得的电压Vc=Vt+时，施密特触发器翻转，Vo变成低电平，Vc又通过R放电，Vc下降，当Vc=Vt-时施密特触发器又翻转，输出Vo又变成高电平。如此往复振荡产生一系列时间脉宽送入单片进行中央处理，最后送出显示信号通过LED显示。 本系统设计主要采用555集成定时器构成多谐振荡器、单稳态触发器等电路把被测电容的电容量转换成电压量，再把电压量通过译码器把电压量转换成数字量并显示，从而实现电容测量。 4、系统组成框图： 它由测试电路和显示电路两部分组成。在测试电路中，第一个555定时器做多谐振电路，它通过电容配合电阻冲放电产生一系方波脉冲。第二个555定时器组成单稳态触发器，它利用被测电容Cx的充放电过程去调制一个频率和占