电容式传感器的位移特性实验报告

一、实验目的

了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理

利用平板电容C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。

三、需用期间与单元

电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。

四、实验步骤

1、按图1－1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别C_X1和C_X2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出。不然得调换接头。一般接线：二个静片分别是1号和2号引线，动极板为3号引线。

2、将电容传感器电容C₁和C₂的静片接线分别插入电容传感器实验模板C_x1、C_x2插孔上，动极板连接地插孔（见图1－3）。

图1－3电容传感器位移实验接线图

3、将电容传感器实验模板的输出端V_o1与数显表单元V_i相接（插入主控箱V_i孔），Rw调节到中间位置。

接入±15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表1－2。

表1－2  电容传感器位移与输出电压值

4、根据表1－2数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δ_f。

五、实验数据处理

      1、实验数据：

2、电容传感器位移与输出电压值数据表：

3、计算灵敏度和非线性误差：

用最小二乘法拟合的直线为：

灵敏度为0.037V/mm

在7.800mm处取最大相对误差为：0.006mv

非线性误差：

六、思考题

          试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？

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广东技术师范学院实验报告

实验九  项目名称： 电容式传感器的位移特性实验

一、实验目的

了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理

利用平板电容C＝和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、S、d中三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（变）测微小位移（变d）和测量液位（变S）等多种电容传感器。变面积型电容传感器中，平板结构对极距特别敏感，测量精度受到影响，而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，且理论上具有很好的线性关系，（但实际由于边缘效应的影响，会引起极板间的电场分布不均，导致非线性问题仍然存在，且灵敏度下降，但比变极距型好得多。）成为实际中最常用的结构，其中线位移单组式的电容量C在忽略边缘效应时为：                （1）

式中  ­——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；

          ——外圆筒内半径和内圆柱外半径。

当两圆筒相对移动时，电容变化量为：

          （2）           

于是，可得其静态灵敏度为：

   （3）            

可见灵敏度与有关，越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度与灵敏度无关，但不可太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。

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实验四  电容式传感器的位移特性实验

一、实验目的

了解电容传感器的结构及特点，电容传感器的位移测量原理。

二、实验仪器

电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源、绝缘护套

三、实验原理

电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器，它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理：

                                                  （4-1）

式中，S为极板面积，d为极板间距离，ε₀真空介电常数，ε_r介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使S、d或ε_r发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介质电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图4-1两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。

图4-1 差动电容传感器原理图

四、实验内容与步骤

1．按图4-2将电容传感器安装在传感器固定架上，将传感器引线插入电容传感器实验模块插座中。

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实验二  电容式传感器的位移特性测试

一、实验目的：

了解电容传感器的结构及特点

二、实验仪器：

电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源、绝缘护套

三、相关原理：

电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理：

                                                          （2-1）

式中，S为极板面积，d为极板间距离，ε₀真空介电常数，ε_r介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使S、d或ε_r发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介质电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图11-1两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。

                                          图2-1

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实验十一  电容式传感器的位移特性实验

一、实验目的：

了解电容传感器的结构及特点

二、实验仪器：

电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源

三、实验原理：

电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理：

                                                          （11-1）

式中，S为极板面积，d为极板间距离，ε₀真空介电常数，ε_r介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使S、d或ε_r发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介质电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图11-1两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。

四、实验内容与步骤

1．按图11-2将电容传感器安装在电容传感器模块上，将传感器引线插入实验模块插座中。

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电容式传感器的位移特性实验

实验序号：      实验十六            

      系别：      电子通信工程系         

      班级：          电****班         

      组别：           第五组            

      成员：1****************  连接线路  

            120******  ******  引导实验 

120/////4  ******  记录数据 

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实验三十一  电容式传感器的位移特性实验

一、实 验 目 的

  了解电容式传感器结构及其特点。

二、实 验 原 理

利用平板电容和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、S、d中三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变S）等多种电容传感器。变面积型电容传感器中，平板结构对极距特别敏感，测量精度受到影响，而圆柱形结构受极极板径向变化的影响很小，且理论上具有很好的线性关系，（但实际由于边缘效应的影响，会引起极板间的电场分布不均，导致非线性问题仍然存在，且灵敏度下降，但比变极距型好得多。）成为实际中最为常用的结构，其中线位移单组式的电容器C在忽略边缘效应时为：

                                           （1）

式中——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；r₂、r₁——外圆筒内半径和内圆柱外半径。当两圆筒相对移动时，电容变化量为

                    （2）

于是，可得其静态灵敏度为：

                （3）

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