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《 机械工程测试技术基础 》-第三版- 熊诗波等 著绪 论0-1 叙述我国法定计量单位的基本内容。
解答：教材P4~5，二、法定计量单位。
0-2 如何保证量值的准确和一致？ 解答：（参考教材P4~6，二、法定计量单位~五、量值的传递和计量器具检定） 1、对计量单位做出严格的定义； 2、有保存、复现和传递单位的一整套制度和设备； 3、必须保存有基准计量器具，包括国家基准、副基准、工作基准等。
3、必须按检定规程对计量器具实施检定或校准，将国家级准所复现的计量单位量值经过各级计算标准传递到工作计量器具。
0-3 何谓测量误差？通常测量误差是如何分类表示的？ 解答：（教材P8~10，八、测量误差）0-4 请将下列诸测量结果中的绝对误差改写为相对误差。
①1.0182544V±7.8μV ②(25.04894±0.00003)g ③(5.482±0.026)g/cm 2 解答： ①-667.810/1.01825447.6601682/10±⨯≈±②60.00003/25.04894 1.197655/10±≈±③0.026/5.482 4.743±≈‰ 0-5 何谓测量不确定度？国际计量局于1980年提出的建议《实验不确定度的规定建议书INC-1(1980)》的要点是什么？ 解答： (1)测量不确定度是表征被测量值的真值在所处量值范围的一个估计，亦即由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。
(2)要点：见教材P11。
0-6为什么选用电表时，不但要考虑它的准确度，而且要考虑它的量程？为什么是用电表时应尽可能地在电表量程上限的三分之二以上使用？用量程为150V 的0.5级电压表和量程为30V 的1.5级电压表分别测量25V 电压，请问哪一个测量准确度高？ 解答： (1)因为多数的电工仪表、热工仪表和部分无线电测量仪器是按引用误差分级的（例如，精度等级为0.2级的电表，其引用误差为0.2%），而 引用误差=绝对误差/引用值其中的引用值一般是仪表的满度值(或量程)，所以用电表测量的结果的绝对误差大小与量程有关。
1测量1．直接测量方法中，又分，和。
（零位法；偏差法；微差法）2．零位法是指与在比较仪器中进行，让仪器指零机构，从而确定被测量等于。
该方法精度。
（被测量；已知标准量；比较；达到平衡（指零）；已知标准量；较高）3．偏差法是指测量仪表用相对于，直接指出被测量的大小。
该法测量精度一般不高。
（指针、表盘上刻度线位移）7．微差法是和的组合。
先将被测量与一个进行，不足部分再用测出。
（零位法；偏差法；已知标准量；比较；偏差法）8．测量仪表指示值程度的量称为精密度。
测量仪表指示值有规律地程度的量称为准确度。
（不一致；偏离真值）9．测量仪表的精确度简称，是和的总和，以测量误差的来表示。
（精度；精密度；准确度；相对值）10．显示仪表能够监测到被测量的能力称分辨力。
（最小变化）11．传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。
12．对一台确定的仪表或一个检测系统，最大引用误差是一个定值。
13．测量仪表一般采用最大引用误差不能超过的允许值作为划分精度等级的尺度。
14．某仪表的精度等级为0.1级，是表示在使用时它的最大引用误差不超过±0.1％；即在整个量程内它的绝对误差最大值不会超过其量程的±0.1％。
15．精度等级已知的测量仪表只有在被测量值接近满量程时，才能发挥它的测量精度。
16．静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。
静态特性的主要技术指标有：线性度、迟滞特性、重复性、灵敏度、分辨力和阈值、稳定性和温度稳定性、漂移、静态误差等。
17．传感器的动态性能指标主要有：固有频率、阻尼系数、频响范围、频率特性、时间常数、上升时间、响应时间、过冲量、衰减率、稳态误差、临界速度、临界频率等。
18．分辨力（分辨率）指传感器能检测到的最小的输入增量，可用绝对值、也可用满量程的百分数表示。
19．阈值：自控系统中能产生一个校正动作的最小输入值。
20．分辨力说明了传感器的最小的可测出的输入变量；阈值说明传感器的最小可测出的输入量。
《传感器技术》作业（2）一、填空题1、沿应变片轴向的应变εx必然引起应变片电阻的相对变化，而垂直于应变片轴向的横应变εy也会引起其电阻的相对变化，这种现象成为横向效应。
这种现象的产生和影响与应变片结构有关。
为了减小由此产生的测量误差，现在一般多采用箔式应变片。
2、为了消除应变片的温度误差，可采用的温度补偿措施包括：单丝自补偿法、双丝自补偿法、桥路补偿法。
3、应变片的线性（灵敏度系数为常数）特性，只有在一定的应变限度范围内才能保持。
当试件输入的真实应变超过某一限值时，应变片的输出特性将出现非线性。
在恒温条件下，使非线性达到10%时的真实应变值，称为应变极限εlim。
它是衡量应变片测量范围和过载能力的指标。
4、应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。
5、应变片的选择包括：类型的选择、材料的选择、阻值的选择、尺寸的选择。
6、应变式测力传感器弹性元件即为力敏元件，它将被测力的变化转换成应变量的变化。
弹性元件的形式通常有柱式、悬臂梁式、环式等。
7、利用半导体扩散技术，将P型杂质扩散到一片N型底层上，形成一层极薄的电导P型层，装上引线接点后，即形成扩散型半导体应变片。
若在圆形硅膜上扩散出4个P型电阻构成惠斯通电桥的4个桥臂，这样的敏感器件称为固态压阻器件。
8、压阻器件本身受到温度影响后，要产生零点温度漂移和灵敏度温度漂移。
因此，必须采用温度补偿措施。
9、压阻器件的零点温度漂移是由于4个扩散电阻值及它们的温度系数不一致而造成的，一般用串、并联电阻法来补偿。
10、压阻器件的灵敏度温度漂移是由压阻系数随温度变化而引起的。
补偿灵敏度温漂，可以采用在电源回路中串联二极管的方法。
11、利用导电材料的电阻率随本身温度而变化的温度电阻效应制成的传感器，称为热电阻式传感器。
12、电位计传感器也称变阻器式传感器，其工作原理是通过改变电位计触头位置，实现将位移变化转换为电阻的变化。
13、在应用中电容式传感器有三种基本类型，即变极距型或称变间隙(δ)型、变面积(S)型和变介电常数(ε)型。
摘要传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
电容式传感器就是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。
本文设计介绍了一种电容式传感器测量位移的设计结构及其工作原理。
关键字：电容式传感器，平行电极，位移目录摘要。
1 引言。
3 传感器转换电路仿真调试及原理分析。
3 1．同相比例放大电路2.二阶低通滤波器电路电容式传感器测量电路设计及分析。
5 误差分析。
8 学习心得。
8参考文献资料。
9引言传感器是科学仪器、自动控制系统中信息获取的首要环节和关键技术，是先进国家优先发展的重要基础性技术。
传感器与通信技术和计算机技术构成了信息技术的三大支柱。
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
随着现代科学技术的迅猛发展，非电物理量的测量与控制技术已越来越广泛地应用于航天、交通运输、机械制造、自动检测与计量等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。
70年代末以来，随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。
这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。
电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。
典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。
当薄膜受压力作用时，薄膜会发生一定的变形，因此，上下电极之间的距离发生一定的变化，从而使电容发生变化。
但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系，因此，要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。
传感器转换电路仿真调试及原理分析1．同相比例放大电路同相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻RS加到运放的同相输入端，输出电压vo通过电阻R1和Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。
根据虚短、虚断的概念有vN=vP=vS，i1=if于是求得所以该电路实现同相比例运算。
第三章 常用传感器与敏感元件3-1 在机械式传感器中，影响线性度的主要因素是什么？可举例说明。
解答：主要因素是弹性敏感元件的蠕变、弹性后效等。
3-2 试举出你所熟悉的五种机械式传感器，并说明它们的变换原理。
解答：气压表、弹簧秤、双金属片温度传感器、液体温度传感器、毛发湿度计等。
3-3 电阻丝应变片与半导体应变片在工作原理上有何区别？各有何优缺点？应如何针对具体情况来选用？解答：电阻丝应变片主要利用形变效应，而半导体应变片主要利用压阻效应。
电阻丝应变片主要优点是性能稳定，现行较好；主要缺点是灵敏度低，横向效应大。
半导体应变片主要优点是灵敏度高、机械滞后小、横向效应小；主要缺点是温度稳定性差、灵敏度离散度大、非线性大。
选用时要根据测量精度要求、现场条件、灵敏度要求等来选择。
3-4 有一电阻应变片（见图3-84），其灵敏度S g ＝2，R ＝120Ω。
设工作时其应变为1000με，问∆R ＝？设将此应变片接成如图所示的电路，试求：1）无应变时电流表示值；2）有应变时电流表示值；3）电流表指示值相对变化量；4）试分析这个变量能否从表中读出？解：根据应变效应表达式∆R /R =S g ε得∆R =S g ε R =2⨯1000⨯10-6⨯120=0.24Ω 1）I 1=1.5/R =1.5/120=0.0125A=12.5mA2）I 2=1.5/(R +∆R )=1.5/(120+0.24)≈0.012475A=12.475mA 3）δ=(I 2-I 1)/I 1⨯100%=0.2%4）电流变化量太小，很难从电流表中读出。
如果采用高灵敏度小量程的微安表，则量程不够，无法测量12.5mA 的电流；如果采用毫安表，无法分辨0.025mA 的电流变化。
一般需要电桥来测量，将无应变时的灵位电流平衡掉，只取有应变时的微小输出量，并可根据需要采用放大器放大。
3-5 电感传感器（自感型）的灵敏度与哪些因素有关？要提高灵敏度可采取哪些措施？采取这些措施会带来什么样后果？解答：以气隙变化式为例进行分析。
《传感器原理与应用》及《传感器与测量技术》习题集与部分参考答案 教材：传感器技术（第3版）贾伯年主编，及其他参考书第4章 电容式传感器4-1 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？答：（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：可用于非导电散材物料的物位测量。
4-2 试述变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及在设计中如何减小这一误差？答：原因：灵敏度S 与初始极距0δ的平方成反比，用减少0δ的办法来提高灵敏度，但0δ的减小会导致非线性误差增大。
采用差动式，可比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。
由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。
4-3 为什么电容式传感器的绝缘、屏蔽和电缆问题特别重要？设计和应用中如何解决这些问题？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：驱动电缆法、整体屏蔽法、采用组合式与集成技术。
4-4 电容式传感器的测量电路主要有哪几种？各自的目的及特点是什么？使用这些测量电路时应注意哪些问题？4-5 为什么高频工作的电容式传感器连接电缆的长度不能任意变动？答：因为连接电缆的变化会导致传感器的分布电容、等效电感都会发生变化，会使等效电容等参数会发生改变，最终导致了传感器的使用条件与标定条件发生了改变，从而改变了传感器的输入输出特性。
4-6 简述电容测厚仪的工作原理及测试步骤。
4-7 试计算图P4-1所示各电容传感元件的总电容表达式。
4-8如图P4-2所示，在压力比指示系统中采用差动式变极距电容传感器，已知原始极距1δ＝2δ＝0.25mm ，极板直径D ＝38.2mm ，采用电桥电路作为其转换电路，电容传感器的两个电容分别接R ＝5.1k Ω的电阻后作为电桥的两个桥臂，并接有效值为U1＝60V 的电源电压，其频率为f ＝400Hz ，电桥的另两桥臂为相同的固定电容C ＝0.001μF 。
自动检测技术期末复习题一、判断题1.在实际测量中，只要采用高准确度仪表，测量结果与被测量的真值之间就不会存在偏差。
22.在相同的测量条件下，对同一被测量进行多次测量时，显著偏离测量结果的误差，称为随机误差。
23相对误差是指被测量的绝双对误差与其真值的比植百分比，可表示为14.灵敏度表示弹性敏感元件在单位力作用下产生变形的大小25,电容式传感器的测量电路有二极管式、三极管式、晶闸管式、MOS管式四种26.弹簧管把被测力转换为管端部的位移，其灵敏度取决于材料的弹性模量和他的几何尺寸17.电阻应变式传感器是根据电磁原理，通过电磁敏感元件将机械结构的转变为立转换为电压的元件28.热电偶回路的四个定律包括均质导体定律、中间导体定律。
中间温度定律和标准电极定律19.压电式传感器是以某些晶体受力后在其内部产生电磁效应为原理的。
210.容栅传感器是在变面积型电容传感器的基础上发展起来的一中心型传感器111.红外传感器是利用物体产生热电势的特性来实现自动检测的传感器212.共模干扰又称横向干扰、异相干扰等，它是指检测装置两个输入端对地共有的干扰电压213. 共模干找又称横向干扰、异相干扰等，它是指检测装置两个输入周对地共有的干扰电压214.当检测装置的信号测量电路及信号源在两端接地时，很容易形成环路电流，引起干扰，这时就需要采用隔离的方法。
115.检测装置的内部干扰是由其内部的各种电子元器件引起的，包括固定干扰和过渡干扰116.感应同步器是一种根据电磁感应原理，利用两个平面型电路绕组，其互感随位置而变化的原理工作的位移传感器117.激光传感器可将输入他的一定形式的能量（光能热能等）转换成一定波长的光形式发射出来。
118.为了实现信号的远距离传送，经常将电压信号转换成5～10mA或0～20mA，的流量信号，以减少干扰的影响和长线电压传输的信号损失。
219.电磁耦合又称为容性耦合，当两个电路之间有互感存在时，一个电路的电流变化，就会通过磁交链影响到另一个路220.气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的PN结发生变化这一机理来进行检测的221.理论和实践均已证明，断开热电偶的任何一个极，用第三种导体引入测量仪表，其总电动势是不变的122.在两个电路间加入隔离变压器以切断地回路，可实现前后电路的隔离，两个电路接地点就不会产生共模干扰。
第一章习题答案1-1．什么是传感器？解：传感器是一种利用各种物理效应、化学效应（或反应）以及生物效应实现非电量到电量转换的装置或器件，以一定的精确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，能完成检测任务。
1-2.传感器特性在检测系统中起到什么作用？解：传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的器件或装置，它的作用是感受指定被测参量的变化并按照一定的规律将其转化成一个相应的便于传递的输出信号。
传感器作为检测系统的信号源，其性能的好坏将直接影响到检测系统的精度和其他指标。
1-3. 它由哪几个部分组成？说明各部分的作用？解：传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
1-4．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
1）传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
5）传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的、不需要的变化。
漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。
传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性：频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等。
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
简析电容式传感器常用的测量电路
电容式传感器的测量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。
因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T形交流电桥和环行二极管充放电法等。
调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分,当输入
量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。
虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此得加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。
在实际应用中，常采用差动式结构，既使灵敏度提高1倍，又使非线性
误差大大降低，抗干扰能力增强。
电容式传感器可用来测量直线位移、角位移、振动振幅(测至0.05μm的微小振幅)，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。
在自动检测和控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。
从能量转换的角度而言，电容变换器为无源变换器，需要将所测的力学
量转换成电压或电流后进行放大和处理。
力学量中的线位移、角位移、间隔、距离、厚度、拉伸、压缩、膨胀、变形等无不与长度有着密切联系的量；这些量又都是通过长度或者长度比值进行测量的量，而其测量方法的相互关系也很密切。
另外，在有些条件下，这些力学量变化相当缓慢，而且变化范围极小，
专注下一代成长，为了孩子。
电容式电压传感器工作原理
电容式电压传感器的工作原理主要是基于电容的原理。
它利用电容作为测量元件，将电压或电流的变化转化为电容量的变化，再通过测量电路将电容量的变化转换为电信号，从而实现对电压或电流的测量。
具体来说，电容式电压传感器由电容、输入电路和测量电路组成。
电容是传感器的主要元件，其容量与输入电压或电流成正比。
当输入电压或电流发生变化时，电容的容量也会相应地发生变化。
输入电路的作用是将输入电压或电流转换为适合测量电路的信号。
它通常包括一个阻抗转换器，将输入电压或电流转换为相应的电流或电压信号。
测量电路的作用是测量电容量的变化并将其转换为电信号。
它通常包括一个振荡器和一个检测器。
振荡器产生一个交流信号，该信号被施加到电容上。
当电容的容量发生变化时，交流信号的幅度和相位也会发生变化。
检测器检测交流信号的变化并将其转换为相应的电信号。
最后，通过适当的处理和放大电路，将电信号转换为可用的输出电压或电流信号，从而实现对电压或电流的测量。
需要注意的是，电容式电压传感器的测量精度和响应速度受到多种因素的影响，如温度、机械应力和老化等。
因此，在使用过程中需要进行适当的校准和维护，以确保其测量精度和稳定性。
电容式传感器的应用与发展系别电子信息与电气工程系专业自动化班级 12级自动化卓越班姓名刘安睿劼汪峰丁玉梦学号 120503 120503 1205031035 老师储忠成绩电容式传感器的应用与发展摘要：电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种参量型传感器。
它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、位移、液位、料面、成分含量等方面的检测。
由于形式多种多样，传感器电容值相差很大。
电容式传感器可分为变面积变化式、变间隙式、变介电常数式三类。
变面积变化式一般用于测量角位移或较大的线位移。
变间隙式一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。
变介电常数式常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
这种传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大及价格便宜等一系列优点，因此占有很重要的地位。
文中主要介绍了电容式传感器的工作原理,应用及发展趋势。
关键词：电容式传感器应用发展目录一、电容式传感器的工作原理 (1)二．电容式传感器的应用行业 (2)三．电容式传感器的基本方法 (3)1.普通交流电桥 (3)2.变压式电桥 (4)3.双T电桥电路 (4)4.运算放大器式测量电路 (4)5.脉冲调制电路 (5)6.调频电路 (5)四．电容式传感器在具体工程中的应用 (5)1.电容式位移传感器 (5)2.电容式转速传感器 (6)3.电容式加速度传感器 (6)4.电容式液位传感器 (6)5.电容式湿度传感器 (7)6.电容式测厚仪 (7)五．电容式传感器的发展趋势 (7)1.智能化 (7)2. 微型化 (8)六、参考文献 (8)一、电容式传感器的工作原理由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器, 如果不考虑边缘效应, 其电容量为图1.1平行板电容器式中：ε——电容极板间介质的介电常数ε=ε0·εr,其中ε0为真空介电常数;εr ——极板间介质相对介电常数;A ——两平行板所覆盖的面积;d 为两平行板之间的距离。
