自动化传感器实验报告九 电容式传感器的位移特性实验

1、广东技术师范学院实验报告学院：自动化专业:自动化班级：08自动化成 绩:姓名：学号:组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：预习情况正常操作情况正常考勤情况正常数据处理情况正常实验九一项目名称：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= 8 S/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、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

2、，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八2兀 lC=Er1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l外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度;r2、r外圆筒内半径和内圆柱外半径。当两圆筒相对移动Al时，电容变化量AC为：2兀812兀8 （l - A l）2兀8A lmt=Er1r1A C = HYPERLINK l bookmark5 o Current Document ln (2一r r于是，可得其静态灵敏度为：2兀8 (l + A l) 2兀8 (l

3、- A l) -inVT-iztTTL，ririln,4兀8/ A l -(In (r2r1(2)(3)可见灵敏度与/，有关，与越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度l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，因此可以很好的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。三、需用器件与单元电容传感器、传感器实验箱（一）、传感器调理电路挂件、测微头、直流稳压源。智能 直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）四、实验步骤将电容式传感器装于传感器实验箱（一）的黑色支架上，将传感器引线插头插入传 感器调

4、理电路中电容式传感器实验单元的插孔中。Rw调节到大概中间位置（Rw为10圈电位器），将“电容传感器实验”单元的输出 端Uo接入直流电压表。把士 15V直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验 台面板上的直流稳压电源开关；旋转测微头，改变电容传感器动极板的位置，每隔0.2mm记下位移X与输出电压值， 填入表10-1。表10-1电容传感器位移与输出电压值X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0V(mv)22426686108133157180205235根据表10-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差5f。答：灵敏度 S=22/0.2

5、=110 （mv/mm） 非线性误差5 =9/240*100%=3.75%五、 实验注意事项f传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。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。 答：电容式传感器的电容极板之间存在静电场，使边缘处的电场分布不均匀，造成电容的 边缘效应，这相当于在传感器的电容里并联了一个附加电容，这就叫做边缘效应。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。电容式传感器和电感式传感器相比，有哪些优缺点？答：电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，灵敏度高；但由于

6、边缘效应会造成非线性误差，而且量程小。+ 12Vo图10-1电容传感器位移实验接线图七、实验报告要求1.整理实验数据，根据所得的实验数据做出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法做答：非线性误差 f=9/240*100%=3.75%2.根据实验结果，分析引起这些非线性的原因，并说明怎样提高传感器的线性度。 答：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。 采用差动式圆柱形结构，可以减小非线性误差。广东技术师范学院预习报告学院：自动化专业:自动化班级：08自动化成 绩:姓名：学号:组别：组员：实验地点：实验日期：指导教师签名：预习情况正常操作情况正常考勤情况正常数据处理情

7、况正常实验九一项目名称：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= 8 S/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、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(8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八2兀 lC=Qr1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

8、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l外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度;r2、r外圆筒内半径和内圆柱外半径。 当两圆筒相对移动Al时，电容变化量AC为：2兀812兀8 (l - A l)2兀8A lmtrr=Er1r1A C = HYPERLINK l bookmark11 o Current Document ln (2一11于是，可得其静态灵敏度为：2兀8 (l + A l) 2兀8 (l - A l)tn11(2)InIn，4兀8/ A l -ln (21(3)可见灵敏度与/，有关，与二越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度l与 灵敏度无关，但/不

9、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，因此可以很好的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。三、需用器件与单元电容传感器、传感器实验箱（一）、传感器调理电路挂件、测微头、直流稳压源。智能 直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）四、实验步骤将电容式传感器装于传感器实验箱（一）的黑色支架上，将传感器引线插头插入传 感器调理电路中电容式传感器实验单元的插孔中。Rw调节到大概中间位置（Rw为10圈电位器），将“电容传感器实验”单元的输出 端Uo接入直流电压表。把15V直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验 台面板上的直流稳压电源开关；旋转测微头，改变电容传感器动极板的位置，每隔0.2mm记下位移X与输出电压值，五、实验注意事项传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。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。 答：电容式传感器的电容极板之间存在静电场，使边缘处的电场分布不均匀，造成电容的边缘效应，这相当于在