专题五 电涡流式传感器与电容式传感器（教案）-山东省职教高考《传感器及应用》（高教版）专题复习讲练测

专题五 电涡流式传感器与电容式传感器（教案）-《传感器及应用》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1.能够清晰地描述电涡流式传感器和电容式传感器的基本工作原理和结构特点。 2.能够分析和比较不同测量转换电路的优缺点，理解其在不同应用场景中的选择依据。 3.能够应用所学知识解决实际问题，如选择合适的传感器及测量电路来满足特定测量需求。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 重点一 电涡流式传感器基本工作原理 （1）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。 （2）电涡流式传感器的基本原理示意图如图 2-33 所示。一个通有交变电流 的传感线圈，由于电流的周期性变化，在线圈周围就产生一个交变磁场 H1。 重点二 结构与测量转换电路 1.电涡流式传感器的结构 电涡流式传感器的结构比较简单，图 2-35 所示是 CZF-1型涡流传感器的结构。它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。CZF-1 系列传感器的性能见表 2-6。 2.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。下面简要介绍调频法的工作原理，其转换电路原理框图如图 2-36 所示。 并联谐振回路的谐振频率为 重点三 电容式传感器基本工作原理及结构形式 电容式传感器的基本工作原理可以用图 2-40 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2-41 表示一些电容式传感器原理的结构形式，其中:图 a、b 为变间隙式;图c、d、和f为变面积式;图g、h 为变介电常数式。图2-41a、b 是线位移传感器;图d 为角位移传感器;图 b、d 和f是差动式电容传感器。 重点四 测量转换电路 1.桥式电路 如图 2-42 所示为桥式转换电路。图2-42a 为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，电容 C1、C2、C3、C4构成电桥的四臂，Cx为电容式传感器，交流电桥平衡时: 2.调频电路 （1）电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，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。 （2）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。外差式调频线路比较复杂，但选择性好，特性稳定，抗干扰性能优于直放式调频。图 2-43a、b 分别表示这两种调频系统。 [真题练讲] 1.(2020年山东省统一考试) 电容式传感器的脉冲宽度调制电路通过什么来表示电容的变化？ A. 电压幅度 B. 脉冲频率 C. 脉冲宽度 D. 信号相位 答案：C。解析：脉冲宽度调制电路通过调节脉冲宽度来表示电容值的变化。 2.(2018年河南省统一考试)电涡流传感器的灵敏度通常受到哪些因素的影响？ A. 涡流强度 B. 电容变化 C. 电路设计 D. 温度变化 答案：A。解析：电涡流传感器的灵敏度主要由涡流在导体中的生成强度决定。 3.(2019年湖南省统一考试)电容式传感器在加速度测量中利用什么原理？ A. 电压变化 B. 电容变化 C. 电流变化 D. 阻抗变化 答案：B。解析：电容式加速度传感器利用电容的变化来检测物体的加速度变化。 4.(2022年山东省统一考试)电涡流传感器通常用于哪些物理量的测量？ A. 压力和温度 B. 位移和转速 C. 湿度和气体浓度 D. 光强和声音频率 答案：B。解析：电涡流传感器主要用于位移和转速的测量。 5.(2020年山东省统一考试)电容式传感器在压力测量中通常通过什么来实现对压力的测量？ A. 电容的变化 B. 电阻的变化 C. 电流的变化 D. 电压的变化 答案：A。解析：电容式传感器通过测量电容的变化来检测被测介质中的压力变化。 [限时练讲] 1.电涡流式传感器的工作原理是基于以下哪种物理现象？ A. 磁场感应 B. 涡流效应 C. 光电效应 D. 电磁感应 答案：B。解析：电涡流传感器利用涡流效应来测量金属导体中的物理量变化。 2.以下哪种应用场景最适合使用电涡流传感器？ A. 液体料位测量 B. 金属材料的压力测量 C. 非导电材料的位移测量 D. 电容器的液位测量 答案：C。解析：电涡流传感器主要用于导电材料的位移测量。 3.电涡流探伤技术通常用于检测材料中的哪种缺陷？ A. 表面缺陷 B. 内部结构 C. 机械强度 D. 光学特性 答案：A。解析：电涡流探伤主要用于检测导体材料表面和亚表面的缺陷。 4.电容式传感器利用什么来实现对被测量体物理量的测量？ A. 电阻变化 B. 电容变化 C. 电流变化 D. 电压变化 答案：B。解析：电容式传感器通过测量电容的变化来检测被测量体的物理量变化。 5.电容式传感器的桥式电路主要用来？ A. 调节电容值 B. 测量电流输出 C. 比较电容值 D. 改变电路频率 答案：C。解析：桥式电路通过比较电容值的差异来输出电压信号。 6.电容式传感器的调频电路通过什么来表示电容的变化？ A. 电流频率 B. 电压幅度 C. 电容值 D. 信号相位 答案：A。解析：调频电路通过调节频率来表示电容值的变化。 7.以下哪种应用场景最适合使用电容式传感器？ A. 固体料位测量 B. 非导体材料的压力测量 C. 液体料位测量 D. 金属材料的位移测量 答案：A。解析：电容式传感器特别适合用于固体料位的连续监测。 8.电涡流式传感器的工作原理是什么？ 答案：电涡流式传感器的工作原理基于涡流效应，即金属导体中由磁场感应产生的涡流变化。当导体置于变化的磁场中时，会在导体内感应出电流，这些电流以涡流的形式存在，当导体位置变化时，涡流的强度也会变化，这种变化可以被测量转化为与位移成比例的电信号。 9.电涡流式传感器通常用于哪些应用场景？ 答案：电涡流式传感器通常用于位移测量、振幅测量、转速测量和电涡流探伤。电涡流传感器的设计使它适用于测量导体材料的位置和距离，以及检测材料内部的缺陷。 10.电容式传感器的工作原理是什么？ 答案：电容式传感器的工作原理是基于电容的变化来实现对被测量体物理量的测量。电容传感器通过测量两个电极板之间电容的变化，来判断其间的距离变化或其他物理形态变化。 11.桥式电路在电容式传感器中是如何工作的？ 答案：桥式电路通过比较电容值的差异来输出电压信号，用以测量被测量体的状态。桥式电路的设计是为了确保电容值的平衡，当状态发生变化时，电容值的不平衡导致输出电压的变化。 12.调频电路在电容式传感器中是如何工作的？ 答案：调频电路通过调节频率来表示电容值的变化，从而实现对被测量物理量的检测。电容的变化会影响LC电路的振荡频率，调频电路将这种频率变动转化为可测量的电信号。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.电涡流式传感器基本工作原理：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。 2.电涡流式传感器：电涡流式传感器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。 3.调频电路：电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，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。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。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$