也随之改变。常用于某些材料的温度、湿度、厚度的测量。图2-15是用于测量的电容传感器，当纸张或电影胶片温度、介质层。湿度发生变化时，两极板之间的介质系数也发生变化，将引起电极之间的电容量的变化。图2-15介质变化型电容传感器根据式（2-9），其灵敏度为dC_EAS(2-11)d.式（2-11）表明，此类传感器的灵敏度是一个常数，输出与输入变化成线性关系。二、电容式传感器的测量电路（一）电桥型电路将电容式传感器作为电桥的一部分，利用电桥的特性，将电容变化转换为电桥的电压输出。图2-16是电感和电容组成的电桥，电桥的输出为一调幅波，经放大、相敏检波、滤波后输出，推动显示仪表显示A图2-16电桥型电路（二）调频电路如图2-17所示，电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当被测量使传感器电容量发生变化时，振荡器的频率发生相应变化，经过鉴频器（F/V）转换为电压变化，再经放大器放大后输出。限福整频放大荡器to上传感器自S保图2-17调频电路工作原理（三）运算放大器电路如图2-18所示，将电容式传感器C，接入运算放大器的反馈电路，根据理想运算放大器的运算关系11
11 也随之改变。常用于某些材料的温度、湿度、厚度的测量。 图 2-15 是用于测量的电容传感器，当纸张或电影胶片温度、 湿度发生变化时，两极板之间的介质系数也发生变化，将引 起电极之间的电容量的变化。 根据式（2-9）,其灵敏度为 A d dC S r 0 ＝ = （2-11） 式（2-11）表明，此类传感器的灵敏度是一个常数，输出与输入变化成线性关系。 二、电容式传感器的测量电路 （一） 电桥型电路 将电容式传感器作为电桥的一部分，利用电桥的特性，将电容变化转换为电桥的电压输出。图 2-16 是电感和电容组成的电桥，电桥的输出为一调幅波，经放大、相敏检波、滤波后输出，推动显 示仪表显示。 （二） 调频电路 如图 2-17 所示，电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当被测量使传感器电容量发生变 化时，振荡器的频率发生相应变化，经过鉴频器（F/V）转换为电压变化，再经放大器放大后输出。 （三） 运算放大器电路 如图 2-18 所示，将电容式传感器 Cx 接入运算放大器的反馈电路,根据理想运算放大器的运算关 系 图 2-16 电桥型电路 图 2-17 调频电路工作原理 图 2-15 介质变化型电容传感器
U. =-U,Coo(2-12)结合式（2-8）得U,=-USS,A式中U。-输出电压U,-激励电压由式（2-12）可见，输出电压U。与电容式传感器两极板的极距变化成线性关系，因而，这种测量电路的最大优点是能够克服变极距式传感器的非线性误差。C10-18运算放大器电三、电容式传感器的应用（一）电容式压力传感器图2一19所示为差动式电容压力传感器的结构图，传感器主要由一个动电极、两个固定电极和三个电极的引出线组成。动电极为金属膜片，它即是动电极，又是压力敏感元件：固定电极为两块中凹的玻璃圆片，在中凹内侧，即相对金属膜片侧镀上具有良好导电性能的金属层。当被测压力（或压差）作用于测量膜片（电容器的动极板）而产生位移时，电容器的电容量也随之发生变化。采用不同的测量电路，就有不同的信号输出，最常见的是采用交流电桥电路将电容量的变化转换成相应的电压或电流输出。oC图玻璃盘动式镀金层力传专金属膜片（二）电容式液位计图2-20是电容式液位传感器原理图。当被测液体的液面在电容式传感器的两同心圆柱形电极间变化时，引起极间不同介电系数介质的高度发生变化。设容器中介质是非导电的，液面介质淹没电极
12 x o i C C U U 0 = − 结合式（2-8）得 A C U U r o i 0 0 = − （2-12） 式中 U0 − 输出电压 Ui −激励电压 由式（2-12）可见，输出电压 U0 与电容式传感器两极板的极距变化成线性关系，因而，这种测 量电路的最大优点是能够克服变极距式传感器的非线性误差。 ` 三、电容式传感器的应用 （一）电容式压力传感器 图 2－19 所示为差动式电容压力传感器的结构图,传感器主要由一个动电极、两个固定电极和三 个电极的引出线组成。动电极为金属膜片,它即是动电极,又是压力敏感元件;固定电极为两块中凹的 玻璃圆片,在中凹内侧,即相对金属膜片侧镀上具有良好导电性能的金属层。 当被测压力（或压差）作用于测量膜片（电容器的动极板）而产生位移时,电容器的电容量也随 之发生变化。 采用不同的测量电路,就有不同的信号输出,最常见的是采用交流电桥电路将电容量的 变化转换成相应的电压或电流输出。 （二）电容式液位计 图 2-20 是电容式液位传感器原理图。当被测液体的液面在电容式传感器的两同心圆柱形电极间 变化时，引起极间不同介电系数介质的高度发生变化。设容器中介质是非导电的，液面介质淹没电极 图 2-20 是电容式液位传感器原理图。 图 2-19 差动式电容压力传感器 1—玻璃盘 2—镀金层 3—金属膜片 2-18 运算放大器电路
的高度为x(m),则输出电容与液面高度x的关系为C=25(h-)+2x_25g:h+2(6-0)h吧nAhR"R."R.式中?液体介质的介电系数（F/m）E。---空气的介电常数（F/m）h一一电极的总高度（m）R--内电极的外半经（m）R,--外电极的内半径（m）由上式可见，输出电容C与液面高度x成线性关系。电容式传感器具有结构简单、灵敏度和分辨率高、动态响应好等优点，但后续电路通常比较复杂。13
13 的高度为 x(m) ,则输出电容与液面高度 x 的关系为 1 2 1 0 1 2 0 1 2 1 1 2 0 ln 2 ( ) ln 2 ln 2 R R ln 2 R R x R R h R R h x x C − + = − ＋ （ ） ＝ 式中 1 ――液体介质的介电系数（F/m） 0 − − 空气的介电常数（F/m） h − − 电极的总高度（m） R1 − −内电极的外半经（m） R2 − −外电极的内半径（m） 由上式可见，输出电容 C 与液面高度 x 成线性关系。 电容式传感器具有结构简单、灵敏度和分辨率高、动态响应好等优点，但后续电路通常比较复杂
第五节磁电式传感器磁电式传感器的工作原理就是通过磁电作用原理把被测物理量的变化转换为感应电动势的变化，磁电式传感器主要有磁电感应式传感器、霍尔传感器等。一、磁电感应式传感器磁电感应式传感器是利用金属导体和磁场发生相对运动而在导体中产生感应电动势的原理，它是机-电能量变换型传感器，此类传感器不需要供电电源，电路简单，输出阻抗小、输出信号大：有时可以不经放大，直接输入给记录仪表，但是它们一般体积较大，通常多用于磁电式速度传感器。（一）工作原理和类型由电工学可知，对于一个匝数为W的线圈，在均匀磁场中沿垂直磁力线方向作切割磁力线运动时，穿过该线圈的磁通发生变化，线圈中产生感应电动势。e=-wdo(2-13)dt可见，线圈感应电动势的大小，取决于匝数和穿过线圈的磁通变化率。磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈的运动速度有关，因此若改变其中某一个参数，都会改变线圈的感应电动势。按照结构变化方式不同，磁电式传感器可分为是动圈式与可变磁阻式。(二） 动圈式动圈式又可分为线速度型与角速度型。图2-21（a）和（b）分别表示线速度型与角速度型传感器工作原理图。当可动线圈在永久磁场中作直线运动或回转运动时，所产生的感生电动势可分别由式(2-14)与(2-15)表示：e = WBlv sin 0(2-14)e=kWBAo(2-15)式中B--磁感应强度1--单匝线圈有效工作长度W--线圈匝数v--线圈与磁场的相对运动速度Q--线圈运动方向与磁场方向的夹角与结构有关的系数，k<1一角速度A--单匝线圈的截面积KXNa)2一1, 量定能电传感强工作照需理度型
14 第五节 磁电式传感器 磁电式传感器的工作原理就是通过磁电作用原理把被测物理量的变化转换为感应电动势的变 化，磁电式传感器主要有磁电感应式传感器、霍尔传感器等。 一、 磁电感应式传感器 磁电感应式传感器是利用金属导体和磁场发生相对运动而在导体中产生感应电动势的原理，它 是机-电能量变换型传感器，此类传感器不需要供电电源，电路简单，输出阻抗小、输出信号大；有 时可以不经放大，直接输入给记录仪表，但是它们一般体积较大，通常多用于磁电式速度传感器。 （一）工作原理和类型 由电工学可知，对于一个匝数为 W 的线圈，在均匀磁场中沿垂直磁力线方向作切割磁力线运动 时，穿过该线圈的磁通 发生变化，线圈中产生感应电动势。 dt d e W = − （2-13） 可见，线圈感应电动势的大小，取决于匝数和穿过线圈的磁通变化率。磁通变化率与磁场强度、 磁路磁阻、线圈的运动速度有关，因此若改变其中某一个参数，都会改变线圈的感应电动势。 按照结构变化方式不同，磁电式传感器可分为是动圈式与可变磁阻式。 （二）动圈式 动圈式又可分为线速度型与角速度型。图 2-21 （a）和（b）分别表示线速度型与角速度型传感 器工作原理图。当可动线圈在永久磁场中作直线运动或回转运动时，所产生的感生电动势可分别由式 (2-14)与(2-15)表示： e =WBlv sin (2-14) e = kWBA (2-15) 式中 B − −磁感应强度 l −−单匝线圈有效工作长度 W −−线圈匝数 v − −线圈与磁场的相对运动速度 − −线圈运动方向与磁场方向的夹角 − −角速度 A− −单匝线圈的截面积 k − −与结构有关的系数，k 1 2－21 动圈式磁电传感器工作原理图 （a）线速度型 (b)角速度型