精品文档
图4-7调幅式测量原理图
除此之外， 交流电桥也是常用的测量电路。 3、特点
? 调频式测量电路除结构简单、成本较低外，还具有灵敏度高、线性范围宽等优点。 ? 调幅式测量电路线路较复杂，装调较困难，线性范围也不够宽。
4-13 利用电涡流式传感器测板材厚度，已知激励电源频率f =1MHz，被测材料相对磁导率μr=1，电阻率ρ=2.9×10-6 ΩCm，被测板材厚度为
?=（1+0.2）mm。试求：
（1）计算采用高频反射法测量时，涡流透射深度h为多大？
（2） 能否采用低频透射法测板材厚度？若可以需采取什么措施？画出检测示意图。 【解】
1、为了克服带材不够平整或运行过程中上下波动的影响，在带材的上、下两侧对称地设置了两个特性完全相同的涡流传感器S1和S2。S1和S2与被测带材表面之间的距离分别为x1和x2。若带材厚度不变，则被测带材上、下表面之间的距离总有x1+x2=常数的关系存在。两传感器的输出电压之和为2Uo，数值不变。
如果被测带材厚度改变量为Δδ，则两传感器与带材之间的距离也改变一个Δδ，两传感器输出电压此时为2Uo±ΔU。ΔU经放大器放大后，通过指示仪表即可指示出带材的厚度变化值。带材厚度给定值与偏差指示值的代数和就是被测带材的厚度。 计算高频反射法测板材厚度时，涡流穿透深度：
?2.9?10?8?5h???8.57?10m?85.7?m可见穿透?76??0?rf3.14?4?3.14?10?1?10深度很浅。
随意编辑
精品文档
图4-8高频反射法测量原理图
2、若采用低频透射法测板材厚度，必须使涡流穿透深度大于板材厚度。由于ρ、μ0、μr都是常数，所以必须降低激励电源频率，使之满足：
h/?由此解得穿透板材所需的最高频率为：
??? /??0?rf?2.9?10?83f???5.1?10Hz?5.1KHz 2?7?6??0?r?3.14?4?3.14?10?1.2?10/
当满足激励电源频率小于5.1KHz时，发射探头的信号才能透过板材，被接收探头接收。发射探头在交变电压e1的激励下，产生交变磁场，透过被测板材后达到接收探头，使之产生感应电动势e2，它是板材厚度的函数，只要两个探头之间的距离x一定，测量e2的值即可测得板材厚度?。
图4-9低频透射法测量原理图
5-1 根据工作原理可将电容式传感器分为哪几种类型？每种类型各有什么特点？各适用什么场合？ 【答】
随意编辑
精品文档
1、电容式传感器分为：变极距(变间隙)(δ)型、变面积型(S)型、变介电常数 (εr)型三种基本类型。 2、特点与应用
（1）变极距(变间隙)(δ)型：只有在Δd/d0很小时，才有C与Δd 近似的线性关系，所以，这种类型的传感器一般用来测量微小变化量。
（2）变面积型(S)型：传感器的电容量C与线位移及角位移呈线性关系。测量范围大，可测较大的线位移及角位移。
（3）变介电常数(εr)型：传感器电容量C与被测介质的移动量成线性关系。常用来检测容器中的液位，或片状结构材料的厚度等。
5-2 如何改善单极式变极距型传感器的非线性？ 【答】
为了提高灵敏度，减小非线性误差，大都采用差动式结构。
5-3 图5-7为电容式液位计测量原理图。请为该测量装置设计匹配的测量电路，要求输出电压U0与液位h之间成线性关系。 【答】
用环形二极管充放电法测量电容的基本原理是以一高频方波为信号源，通过一环形二极管电桥，对被测电容进行充放电， 环形二极管电桥输出一个与被测电容成正比的微安级电流。原理线路如图所示，输入方波加在电桥的A点和地之间，Cx为被测电容，Cd为平衡电容传感器初始电容的调零电容，C4为滤波电容，
随意编辑
精品文档
Cx+5VU1VCC4RQ3C34D181C42L2R6RpC5R42TRIGDIS7GND3R1THR65CVoltCdU2OUT1C1C2NE555R3R2L1R5
1、电容式液位变换器结构
设被测介质的介电常数为ε1，液面高度为h, 变换器总高度为H，内筒外径为d，外筒内径为D，此时变换器电容值为
C?2??1h2?1(H?h)2??H2?h(?1??)2?h(?1??)????C0?DDDDD1n1n1n1n1nddddd
式中：ε——空气介电常数；
C0——由变换器的基本尺寸决定的初始电容值。
可见，此变换器的电容增量正比于被测液位高度h。
2、环形二极管充放电法测量电路 （1）当输入的方波由E1跃变到E2时
电容Cx和Cd两端的电压皆由E1充电到E2。对电容Cx充电的电流如图中i1所示的方向，对Cd充电的电流如i3所示方向。在充电过程中(T1这段时间)，VD2、 VD4一直处于截止状态。在T1这段时间内由A点向C点流动的电荷量为 随意编辑
精品文档
（2）当输入的方波由E2返回到E1时
q1?Cd(E1?E2) Cx、Cd放电，它们两端的电压由E2下降到E1，放电电流所经过的路径分别为i2、 i4所示的方向。
在放电过程中(T2时间内)，VD1、VD3截止。在T2这段时间内由C点向A点流过的电荷量为
q2?Cx(E1?E2)设方波的频率f=1/T0(即每秒钟要发生的充放电过程的次数)， 则：
由C点流向A点的平均电流为： I2=Cx f (E2-E1) 由A点流向C点的平均电流为： I3=Cd f (E2-E1) 流过此支路的瞬时电流的平均值为
式中, ΔE为方波的幅值，ΔE=E2-E1。
I?Cxf(E2?E1)?Cdf(E2?E1)?f?E(Cx?Cd)令Cx的初始值为C0，ΔCx为Cx的增量，则Cx=C0+ΔCx, 调节Cd=C0则
当液面在电容器零位，即h=0 时，调整调零电容，Cd=C0 ，从而使输出电流为零，当h≠0 时，输出电流的平均值为：
由式可以看出，此电路中若输入高频脉冲方波的频率f及其幅值差ΔE=E2-E1 为定值，则输出电流平均值I与待测液位h成正比。利用Rp实现电流信号到电压信号的变化，并利用放大器对其放大，实现输出电压U0与液位h之间成线性关系
6-1 什么叫正压电效应和逆压电效应？什么叫纵压电效应和横压电效应？
I?f?E(Cx?Cd)?f?E?CxI?f?E(Cx?Cd)?f?E?Cx?2??0(?r?1)(E2?E1)hln(D/d)随意编辑
传感器原理及工程应用(第三版)课后题答案-------郁有文---常健---程继红-著
