同轴圆柱形电容传感器作为感应器件，通过二极管双T 型电路，将降雨量转换为电压信号输出，可用于气象、水文、环境等领域。

同轴圆柱形电容传感器结构，如图7-18 所示。在忽略边缘效应情况下，有降雨的电容器容量为

没有降雨的电容器容量为

图7-18　同轴圆柱形电容传感器结构

式中，r1和r2分别为同轴圆柱形电容器内电极外半径和外电极内半径，h 和hx分别为圆筒高度和降雨水高度(降雨量)。ε 和ε0分别为雨水和空气的介电常数。

测量降雨量的二极管双T 型电路，如图7-19 所示，C1和C2为两个相同的同轴圆柱形电容传感器，C1放置于室外接收雨水，C2密封不接收雨水作为参照，二极管VD1和VD2特性相同，R1和R2电阻值相等，电源Ui输出正、负脉冲电压，占空比为50%。

电源输出正脉冲时，通过二极管VD1给C1充电，电源输出负脉冲时，VD1截止，C1通过电阻R1和RL放电。电源输出负脉冲时，通过二极管VD2给C2充电，电源输出正脉冲时，VD2截止，C2通过电阻R2和RL放电。

无降雨时C1和C2容量相等，充放电电流相等，负载电阻RL输出电压U0为0。有降雨时C1电容量增大，充放电电流增大，C2电容量不变，充放电电流不变。负载电阻RL输出电压为正值，大小与降雨量成正比。RL输出电压U0为

式中，f 为正负脉冲频率；M 为比例系数，与电路中的二极管特性及电阻R1和RL有关，可由计算或实验获得。

由U0值可计算出C1值，从而计算出降雨量hx。

图7-19　测量降雨量的二极管双T 型电路

1. 灯光照射测转盘转速

一般荧光灯的明暗闪动频率为50Hz/s，荧光灯光照射到转盘上，将会产生反射。在转盘的圆周均匀画上长方形的黑白相间格子，转动时，若能看清楚格子，则转速为荧光灯闪动频率的某一比例数。

用玩具转盘做该试验，圆周上黑白方格数分别为8、10、12、14、16，估计转盘转速。

使用可改变闪动频率的荧光灯。慢慢增加荧光灯闪动频率到再一次看清楚长方形的格子，根据两次荧光灯的闪动频率可以计算出转盘的转动速度。

该方法可用于测电动机的转速。

将转盘盘面打孔，用光敏元器件检测通过孔的无频闪的白炽灯光，用频率计计数可实现用光电传感器测量转速。画出该光电传感器测转速的电路组成框图。

2. 太阳能热水器水位报警器的装配与调试(www.daowen.com)

一般都将太阳能热水器设在室外房屋的高处，所以热水器的水位在使用时不易观测。在使用水位报警器后，则可实现水箱中缺水或加水过多时自动发出声光报警。太阳能热水器水位报警器电路，如图7-20 所示。

图7-20　太阳能热水器水位报警器电路

导电式水位传感器的3 个探知电极分别和VT1、VT3的基极及地端相连，电路的电源由市电经变压器降压、整流器整流提供，发光二极管VL5为电源指示灯。报警声由音乐集成电路9300 产生，R8和稳压二极管VD10产生的3.6V 直流电压为其提供电源，VT4和VT5组成音频功放级，将IC 输出的信号放大后，推动扬声器发出报警声。

当水位在电极1、2 之间正常情况下，电极1 悬空，VT1截止，高水位指示灯VL8为熄灭状态。由于电极2、3 处在水中存在水电阻的原因，使VT3导通，VT2截止，低水位指示灯VL9也处于熄灭状态。整个报警器系统处于非报警状态。

当热水器水箱中的水位下降低于电极2 时，VT3截止，VT2导通，低水位指示灯VL9点亮。由C3及R4组成的微分电路在VT2由截止到导通的跳变过程中产生的正向脉冲，将触发音乐集成电路IC 工作，扬声器发出30s 的报警声。告知用户水箱将要缺水了。

同理，当水箱中的水超出电极1 时，VT1导通，高水位指示灯VL8点亮，同时C2和R4微分电路产生的正向脉冲触发音乐集成电路IC 工作，使扬声器发出报警声，告知用户水箱中的水快溢出来了。

制作印制电路板装调该太阳能热水器水位报警器电路，并用一个水盆作为热水器的水箱，在水盆的不同水位高度安置3 个探知电极，进行水位报警实验，过程如下：

(1)准备电路板、晶体管、电极、报警器等元器件，认识元器件。

(2)装配水位报警器电路。

(3)将3 个探知电极安置于水盆的不同水位高度，接通水位报警器电路，给水盆中慢慢加水。

(4)在正常水位、缺水水位、超高水位对电路的报警效果进行电路调整。

(5)进行正常水位、缺水水位、超高水位时电路的报警实验。

(6)记录实验过程和结果。

(1)用作位移测量的电位器式传感器的主要作用有哪些?

(2)画图分析光栅位移传感器莫尔条纹放大作用原理，并讨论数量关系。

(3)简单分析磁电式转速传感器的工作原理。

(4)导电式液位传感器要求被测液体必须具有什么特性? 它在哪些工程和设备中获得应用?

(5)试设计一个多电极、多水位的水位控制系统。

(6)什么是热释电式传感器? 热释电式自动门开关电路是如何工作的?

(7)可否用电磁式流量计测量自来水的流量? 如何测量?

(8)涡轮式流速传感器如何测流体的流速和流量?

(9)解释同轴圆柱形电容传感器测量降雨量的工作原理。