专题六 电涡流式传感器和电容式传感器 （教案）-浙江省职教高考《传感器及应用》第2版 讲练测

专题六 电涡流式传感器和电容式传感器（讲义）-《传感器及应用》第2版 专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 了解电涡流传感器的基本工作原理：包括介绍电涡流传感器如何利用涡流感应现象来测量目标物体的位置、速度或其他相关参数。 2. 理解电涡流传感器的结构和测量转换电路：包括介绍电涡流传感器的主要组成部分，并了解其测量转换电路的原理和作用。 3. 熟悉电涡流式传感器的应用：包括介绍电涡流传感器在工业、汽车、航空航天等领域的具体应用情况，并了解其优势和局限性。 4. 理解电容式传感器的基本工作原理及结构方式：包括介绍电容式传感器如何利用电容变化来测量目标物体的位置、形状或其他相关参数，并了解其常见的结构方式。 5. 了解电容式传感器的测量转换电路和应用：包括介绍电容式传感器的测量转换电路的原理和作用，以及常见的应用领域。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1. 电涡流式传感器的基本工作原理 金属导体置于变化的磁场中，导体内就会有感应电流产生，这种电流在金属体内自行闭合，通常称为电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量，从而使激励线圈的阻抗发生变化。电涡流式传感器的工作原理就是基于这种涡流效应。凡是能引起涡流变化的非电量，例如金属的电导率、磁导率、几何形状、线圈与导体间的距离等，均可通过测量线圈的等效电阻、等效电感、等效阻抗来获得，这就是电涡流式传感器的工作原理。 2. 电涡流式传感器的结构和测量转换电路 结构：主要是一个固定在框架上的扁平圆线圈，线圈的导线要求选用电阻率小的材料，一般采用多股漆包铜线或银线绕制而成，放在传感器的端部。框架要求用损耗小，电性能好、热膨胀系数小的材料，一般可选用聚四氟乙烯、高频陶瓷等制成。 测量转换电路：电涡流式传感器的测量转换电路有电桥法、调幅法和调频法。 3. 电涡流式传感器的应用 位移测量：电涡流式传感器可用来测量各种形状金属导体试件的位移量。 振幅测量：电涡流式传感器可以无接触地测量旋转轴的径向振动；也可以测量汽轮机涡轮叶片的振幅。 转速测量：输出信号经放大、变换后，可以用频率计测出其变化频率，从而测出转轴的转速。 电涡流探伤：利用电涡流式传感器可以检查金属表面裂纹、热处理裂纹以及得接处的缺陷等。 4．电容式传感器的基本工作原理 利用介电层的电容值与被测介质的特性变化相关，实现对被测介质的测量。 电容式传感器通常由两个电极（也称为测量电极）和介电层组成。当电容式传感器与被测介质接触时，被测介质作为一种介电体存在于两个电极之间的介电层中。 当电容式传感器所在的电极通电产生电场时，介电层内的电场分布会受到被测介质的影响。被测介质的特性变化，例如湿度、液位等，会导致介电层中介质的电容值发生变化。 5.电容式传感器的测量转换电路 桥式电路：单臂接法的桥式转换电路，高频电源经变压器接到电桥的一条对角线上，交流电桥平衡时电容桥式电路常常与谐振电路相结合，通过对整个电路的频率进行调节，找到当谐振频率（电桥平衡）时的电压峰值。 调频电路：当输入量使电容量发生变化后，就使振荡器的振荡频率发生变化。频率的变化在鉴频器中变换为电压振幅的变化，经过放大后就可以用仪表指示或用记录仪器记录下来。调频接收系统可以分为直放式调频和外差式调频两种类型。 脉冲宽度调制电路：脉冲宽度调制电路是利用对传感器电容的充放电，电路输出脉冲的宽度随电容式传感器的电容量变化而改变，通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。 6.电容式传感器的应用 压力测量 ：被测压力或差压作用于膜片电极上，并使它产生位移时，两极板间距离将发生改变，从而导致电容器的电容量改变。 加速度测量：当传感器测量垂直方向的振动时，由于质量块的惯性作用，使两固定极板相对质量块产生位移，此时上下两个固定电极与质量块端面之间的电容量产生变化而使传感器有一个差动的电容变化量输出。 固体料位测量：一般用极棒和容器壁组成电容器的两个电极来测量非导电固体物料的料位。当固体物料的料位发生变化时，会引起极间不同介电常数介质的高度发生变化，因而导致电容变化。 转速测量：当电容式传感器的极板与齿顶相对时电容量最大，而电容极板与齿隙相对时电容量最小。当齿轮旋转时，电容量发生周期性变化，通过转换电路即可得到脉冲信号。 [真题练讲] 1.(2017年浙江省统一考试)电容式传感器的一般结构方式是？ A. 双线圈和磁芯 B. 双电极和介质材料 C. 单电极和介质材料 D. 四线圈和磁芯 解析：B. 电容式传感器一般由两个电极和介质材料构成。 2.(2016年吉林省统一考试) 电容式传感器的测量转换电路主要用来？ A. 放大电阻信号 B. 放大电容信号 C. 调节滤波电路 D. 控制电源电压 解析：B. 电容式传感器的测量转换电路主要用来放大电容信号，将微小的电容变化放大为可测量的电