机电工程系
《传感器与检测技术》
实验实训项目单
制定：朱良学
20##年9月5日
酒泉职业技术学院实训（验）项目单
编制系部：机电系 编制日期: 2014.9.5 编制人：朱良学 审核人：
第二篇：实验五 电容式传感器的位移特性实验
实验五电容式传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解电容式传感器的结构及其特点。
二、实验原理
平板电容器电容C＝
，它的三个参数 
、S、d中，保持两个参数不变，只改变其中一个参数，则可用于测量谷物干燥度（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。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，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。
本实验为变面积式电容传感器，采用差动式圆柱形结构，如图5-1所示，此结构可以消除极距变化对测量精度的影响，并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。其安装示意图如图5-2所示
图5-1圆柱形差动式电容传感器示意图 图5-2圆柱形差动式电容传感器实验装置安装示意图
电容式传感器调理模块的电路图如图5-3所示
图5-3
三、实验设备
THVZ-1型传感器实验箱、电容传感器、测微头、万用表、信号调理挂箱、电容式传感器调理模块。
四、实验步骤
1．将“电容传感器调理模块电路图”插放到相应的实验挂箱上，在确保上述模块插放无误后，从实验屏上接入实验挂箱所需的工作电源（电源的大小及正负极性不能接错）；
2．将电容式传感器引线插头插入信号调理挂箱“电容式传感器调理模块”旁边的黑色九芯插孔中；
3．调节“电容式传感器调理模块”上的电位器Rw1，逆时针调节Rw1使旋到底。用万用表测量此模块上输出两端的电压Uo；
4．旋动测微头改变电容传感器动极板的位置，每隔0.2mm记下位移量X与输出电压Uo，填入表5-1。
表5-1 电容传感器位移与输出电压值
五、实验注意事项
1．传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。
2．做实验时，不要用手或其它物体接触传感器，否则将会使线性变差。
六、思考题
简述什么是电容式传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不利影响。
七、实验报告要求
1．整理实验数据，根据所得的实验数据画出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法画出拟合直线，计算该传感器的非线性误差
。
2．根据实验结果，分析引起这些非线性误差的原因，并说明怎样提高传感器的线性度。