第6章电容式传感器
一、单项选择题
1、如将变面积型电容式传感器接成差动形式，则其灵敏度将（）。
A. 保持不变
B.增大一倍
C. 减小一倍
D.增大两倍
2、差动电容传感器采用脉冲调宽电路作测量电路时，其输出电压正比于（）。
A．C1-C2 B. C1-C2/C1+C2
C. C1+C2/C1-C2
D. ΔC1/C1+ΔC2/C2
3、当变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离d0增加时，将引起传感器的（）
A．灵敏度K0增加B．灵敏度K0不变
C．非线性误差增加D．非线性误差减小
4、当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（）。
A．灵敏度会增加B．灵敏度会减小
C．非线性误差增加D．非线性误差不变
5、用电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（）。
A．变间隙式B．变面积式
C．变介电常数式D．空气介质变间隙式
6、电容式传感器通常用来测量（）。
A．交流电流B．电场强度C．重量D．位移
7、电容式传感器可以测量（）。
A．压力B．加速度C．电场强度D．交流电压
8、电容式传感器等效电路不包括（）。
A. 串联电阻
B. 谐振回路
C. 并联损耗电阻
D. 不等位电阻
9、关于差动脉冲宽度调制电路的说确的是（）。
A. 适用于变极板距离和变介质型差动电容传感器
B. 适用于变极板距离差动电容传感器且为线性特性
C. 适用于变极板距离差动电容传感器且为非线性特性
D. 适用于变面积型差动电容传感器且为线性特性
10、下列不属于电容式传感器测量电路的是（）
A．调频测量电路B．运算放大器电路
C．脉冲宽度调制电路D．相敏检波电路
11、在二极管双T型交流电桥中输出的电压U的大小与（）相关
A．仅电源电压的幅值和频率
B．电源电压幅值、频率及T型网络电容C1和C2大小
C．仅T型网络电容C1和C2大小
D．电源电压幅值和频率及T型网络电容C1大小
12、电容式传感器做成差动结构后，灵敏度提高了（）倍
A．1 B．2 C．3 D．0
二、多项选择题
1、极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距（）。
A. 成正比
B. 平方成正比
C. 成反比
D. 平方成反比
2、变间隙式电容传感器测量位移量时，传感器的灵敏度随（）而增大。
A. 间隙的减小
B. 间隙的增大
C. 电流的增大
D. 电压的增大
3、电容式传感器中输入量与输出量关系为线性的有( )
A.变面积型电容传感器
B.变介质型电容传感器
C.变电荷型电容传感器
D.变极距型电容传感器
4、电容式传感器信号转换电路中，（）用于单个电容量变化的测量
A．调频电路B．运算放大电路
C．二极管双T型交流电桥D．脉冲宽度调制电路
5、电容式传感器信号转换电路中，（）用于差动电容量变化的测量
A．调频电路B．运算放大电路
C．二极管双T型交流电桥D．脉冲宽度调制电路
三、填空题
1、电容式传感器利用了将非电量的变化转换为的变化来实现对物理量的测量。
2、电容式传感器根据其工作原理的不同可分为电容式传感器、
电容式传感器和电容式传感器。
3、变极距型电容式传感器的灵敏度是指单位距离改变引起的。
4、变极距型电容式传感器单位输入位移所引起的灵敏度与两极板初始间距成关系。
5、差动脉冲宽度调制电路适用于型和差动电容传感器，且为线性特性。
6、电容式传感器中，变介电常数式多用于的测量；电容式传感器中，变面积式常用于较大的的测量。
7、变间距电容传感器的灵敏度与成反比，所以适合于微小位移的测量。变面积式电容传感器的灵敏度与成正比，所以不适合微小位移的测量。
8、电容式传感器的灵敏度是指单位距离改变引起的。
9、电容式传感器利用了将的变化转化为的变化来实现对物理量的测量。
10、电容传感器的输入被测量与输出被测量间的关系，除（①变面积型，②变极距型，③变介电常数型）外是线性的。
11、电容式传感器将非电量变化转换为的变化来实现对物理量的测量，广泛应用与、、角度、等机械量的精密测量。
12、电容式传感器可分为、
和的变介质型3种。
13、移动电容式传感器动极板，导致两极板有效覆盖面积A发生变化时，将导致电容量变
与动极板水平位移成关系、与动极板角位移成关化，传感器电容改变量C
系。
14、忽略边缘效应，变面积型电容式传感器输入量与输出量的关系为（线性、非线性），变介质型电容式传感器输入量与输出量的关系为（线性、非线性），变极距型电容式传感器输入量与输出量的关系为（线性、非线性）。
15、变极距型电容传感器做成差动结构后，灵敏度提高了倍，而非线性误差转化为
关系而得以大大降低。
16、电容式传感器信号转换电路中，和用于单个电容量变化的测量，和用于差动电容量变化的测量。
四、简答题
1、根据电容式传感器工作原理，可将其分为几种类型？每种类型各有什么特点？各适用于什么场合？
2、如何改善单极式变极距电容传感器的非线性？
3、电容式传感器有哪几种类型？差动结构的电容传感器有什么优点？
4、电容式传感器主要有哪几种类型的信号调节电路？各有些什么特点？
5、简述电容式传感器的工作原理与分类。
6、影响电容式极距变化型传感器灵敏度的因素有哪些？提高其灵敏度可以采取哪些措施，带来什么后果？
7、下图左是电容式差压传感器，金属膜片与两盘构成差动电容C1、C2 ,两边压力分别为P1、P2。下图右为二极管双T型电路，电路中电容是左图中差动电容，UE电源是占空比为50%的方波。试分析：
（1）、当两边压力相等P1=P2时负载电阻RL上的电压U0值；
（2）、当P1>P2时负载电阻RL上电压U0大小和方向（正负）。
8、简述差动式电容测厚传感器系统的工作原理？
9、根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？
10、总结电容式传感器的优缺点，主要应用场合以及使用中应注意的问题
11、为什么电容式传感器易受干扰？如何减小干扰？
12、简述电容式加速度传感器的工作原理（要有必要的公式推导）
13、简述变极距型电容传感器的工作原理（要求给出必要的公式推导过程）。
14、根据电容传感器的工作原理说明它的分类，电容传感器能够测量哪些物理参量？
15、试推导差动变极距型电容式传感器的灵敏度，并与单极式相比较。
16、电容式传感器的基本工作原理是什么？根据其基本原理说明它的分类并分别举例说明其应用（要求每种类型至少例出一项应用）。
17、试分析圆筒型电容式传感器测量液面高度的基本原理。
五、计算题
1、已知变面积型电容传感器的两极板间距离为10mm，ε=50μF/m，两极板几何尺寸一样，为30mm×20mm×5mm,在外力作用下，其中动极板在原位置上向外移动了10mm，试求△C=？K=？
2、当差动式极距变化型的电容传感器动极板相对于定极板位移了△d=0.75mm时，若初始电容量C1=C2=80pF，初始距离d=4mm，试计算其非线性误差。若将差动电容改为单只平板电容，初始值不变，其非线性误差有多大？
1
C
1
C
2
d
1
d
2
43
1—固定电极；
2—绝缘垫；
3—质量块；
4—弹簧；
5—输出端；
6—壳体
3、一个圆形平板电容式传感器，其极板半径为5mm ，工作初始间隙为0.3mm ，空气介质，所采用的测量电路的灵敏度为100mV/pF ,读数仪表灵敏度为5格/mV 。如果工作时传感器的间隙产生2μm 的变化量，则读数仪表的指示值变化多少格？
4、一个用于位移测量的电容式传感器，两个极板是边长为5cm 的正方形，间距为1mm ，气隙中恰好放置一个边长5cm 、厚度1mm 、相对介电常数为4的正方形介质板，该介质板可在气隙中自由滑动。试计算当输入位移（即介质板向某一方向移出极板相互覆盖部分的距离）分别为0.0cm 、2.5cm 、5.0cm 时，该传感器的输出电容值各为多少？
5、如图为电容式传感器的双T 电桥测量电路，已知Ω===k R R R 4021，Ω=k R L 20，V E 10=，MHz f 1=，pF C 100=，pF C 101=，pF C 11=?。求L U 的表达式及对应上述已知参数的L
U 值。
6、有一台变极距非接触式电容测微仪，其极板间的极限半径r=4mm ，假设与被测工件的初始间隙δ=03mm ，试求：
1) 若极板与工件的间隙变化量Δδ=±10μm 时，电容变化量为多少? 2) 若测量电路的灵敏度K=100mV/pF ，则在Δδ=±1μm 时的输出电压为多少?
7、已知两极板电容传感器，其极板面积为A ，两极板间介质为空气，极板间距1mm ，当极距减少0.1mm 时，其电容变化量和传感器的灵敏度？若参数不变，将其改为差动结构，当极距变化0.1mm 时，求其电容变化量和传感器的灵敏度？并说明差动传感器为什么能提高灵敏度和减少线性误差。
8、极板间距式电容式传感器，极板半径r=4mm ，间隙δ=0.5mm ，极板介质为空气，试求其静态灵敏度。若极板移动，求其电容变化。
9、有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径r=5mm ，假设与被测工件的初始间隙d 0=0.5mm 。已知试真空的介电常数等于8.854×10-12F/m ，求： （1）如果传感器与工件的间隙变化量增大△d=10μm ，电容变化量为多少？
（2）如果测量电路的灵敏度Ku=100mV/pF ,则在间隙增大△d=1μm 时的输出电压为多少？ 10、有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器（见下图）。其中
a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm 。一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置上平移了5mm ，求：
（1）极板未移动时，电容的初始电容值。
（2）极板沿不同方向移动时，传感器的位移灵敏度K （已知空气相对介电常数1ε=，真
空的介电常数F/m 108548ε120-?=.）。
11、有一只变极距电容传感元件，二极板重迭有效面积为4
2
810m -?，两极板间的距离为1mm ，已知空气的相对介电常数是1.0006，试计算该传感器的位移灵敏度。
12、变间距(d)型平板电容传感器，当mm d 10=时，若要求测量线性度为0.1%。求；允许间距测量最大变化量是多少?
六、综合分析设计题
1、已知：差动式电容传感器的初始电容pF C C 10021==，交流信号源电压有效值
V U 6=，频率kHZ f 100=。求：
（1）在满足有最高输出电压灵敏度条件下设计交流不平衡电桥电路，并画出电路原理图； （2）计算另外两个桥臂的匹配阻抗值；
（3）当传感器电容变化旦为pF 10±时，求桥路输出电压。
2、如图为二极管环形检波测量电路。1C 和2C 为差动式电容传感器，3C 为滤波电容，L R 为负载电阻，0R 为限流电阻，P U 为正弦波信号源。设L R 很大，并且13C C >>，23C C >>。 (1)试分析此电路工作原理；
(2)画出输出端电压AB U 在212121C C C C C C <>=、、三种情况下波形； (3)推导),(21C C f U AB =的数学表达式。
第6章电容式传感器
一、单项选择题
1、B
2、B
3、D
4、B
5、C
6、D
7、B
8、D
9、B 10、D 11、B 12、A
二、多项选择题
1、ABCD
2、ABCD
3、AB
4、AB
5、CD
三、填空题
1、电容量
2、变极距型；变面积型；变介质型
3、电容相对变化量
4、反比
5、变极板距离；变面积型
6、液位；位移量
7、电容极板初始距离；位移量
8、电容相对变化量9、非电量；电容量10、②变极距型
11、电容量；位移；振动；加速度
12、变极板间距离的变极距型；变极板覆盖面积的变面积型；变介质介电常数
13、线性；线性14、线性；线性；非线性15、1；平方
16、调频电路；运算放大电路；二极管双T型交流电桥；脉冲宽度调制电路
四、简答题
1、答：根据电容式传感器的工作原理，可将其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。
变极板间距型电容式传感器的特点是电容量与极板间距成反比，适合测量位移量。
变极板覆盖面积型电容传感器的特点是电容量与面积改变量成正比，适合测量线位移和角位移。
变介质型电容传感器的特点是利用不同介质的介电常数各不相同，通过介质的改变来实现对被测量的检测，并通过电容式传感器的电容量的变化反映出来。适合于介质的介电常数发生改变的场合。
2、答：单极式变极距电容传感器的灵敏度和非线性对极板初始间隙的要相反的，要改善其非线性，要求应增大初始间隙，但这样会造成灵敏度的下降，因此通常采用差动结构来改善
3、答：电容式传感器其分为3种：变极板间距的变极距型、变极板覆盖面积的变面积型和变介质介电常数的变介质型。
差动结构的电容传感器的优点是灵敏度得到提高，非线性误差大大降低。
4、答：电容式传感器的电容值及电容变化值都十分微小，因此必须借助于信号调节电路才能将其微小的电容值转换成与其成正比的电压、电流或频率，从而实现显示、记录和传输。相应的转换电路有调频电路、运算放大器、二极管双T 型交流电桥、脉冲宽度调制电路等。
调频电路的特点：灵敏度高，可测量0.01μm 级位移变化量；抗干扰能力强；特性稳定；能取得高电平的直流信号（伏特级），易于用数字仪器测量和与计算机通讯。
运算放大器的特点：能够克服变极距型电容式传感器的非线性，使其输出电压与输入位移间存在线性关系。
二极管双T 型交流电桥的特点：线路简单，不须附加相敏整流电路，便可直接得到较高的直流输出电压（因为电源频率f 很高）。
脉冲宽度调制电路的特点：适用于变极板距离和变面积式差动电容传感器，且为线性特性。
5、答：电容式传感器利用了将非电量的变化转换为电容量的变化来实现对物理量的测量。
当被测参数变化引起A 、εr 或d 变化时，将导致电容量C 随之发生变化。在实际使用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，通过策略电路转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为3种：变极板间距离的变极距型、变极板覆盖面积大变面积型和变介质介电常数的变介质型。 6、答：极距变化型电容传感器的灵敏度00
C/C 1
K=
d d ?=?，可见单位输入位移所引起的输出电容量相对变化（灵敏度）与d 0成反比关系。
要提高灵敏度，应减小初始间隙d 0，但这使得非线性误差增大，即灵敏度和非线性误差对d 0的要矛盾的。在实际应用中，为了既提高灵敏度，又减小非线性误差，通常采用岔洞结构。 7、答： ①U0=0
②U0=UfM （C1-C2）因为 C1〈 C2所以 U0〈 0 ，输出负电压。
平板电容器的结构
电容式传感器测量厚度原理图
电容式厚度传感器用于测量金属带材在轧制过程中的厚度，原理如图所示。在被测带材的上下两边各放一块面积相等、与带材中心等距离的极板，这样，极板与带材就构成两个电容器（带材也作为一个极板）。用导线将两个极板连接起来作为一个极板，带材作为电容器的另一极，此时，相当于两个电容并联，其总电容C=C1+C2。
金属带材在轧制过程中不断前行，如果带材厚度有变化，将导致它与上下两个极板间的距离发生变化，从而引起电容量的变化。将总电容量作为交流电桥的一个臂，电容的变化将使得电桥产生不平衡输出，从而实现对带材厚度的检测。
9、答：原理：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为C=εS/D 式中ε为两个极板间介质的介电常数，S为两个极板对有效面积，D为两个极板间的距离。由此式知，改变电容C的方法有三：
其一为改变介质的介电常数；
其二为改变形成电容的有效面积；
其三为改变各极板间的距离；
而得到的电参数的输出为电容值的增量这就组成了电容式传感器。
类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介电常数型电容传感器。
电容传感器的应用：
可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。
10、答：
①优点：a温度稳定性好
b结构简单、适应性强
c动响应好
②缺点：a可以实现非接触测量，具有平均效应
b输出阻抗高、负载能力差
c寄生电容影响大
③输出特性非线性：
电容传感器作为频响宽、应用广、非接触测量的一种传感器，在位移、压力、厚度、物位、湿度、振动、转速、流量及成分分析的测量等方面得到了广泛的应用。
使用时要注意保护绝缘材料的的绝缘性能；消除和减小边缘效应；消除和减小寄生电容的影响；防止和减小外界的干扰。 11、答：
(1)传感器两极板之间的电容很小，仅几十个μμF ，小的甚至只有几个μμF 。
(2)而传感器与电子仪器之间的连接电缆却具有很大的电容，如屏蔽线的电容最小的l 米也有几个μμF ，最大的可达上百个μμF 。这不仅使传感器的电容相对变化大大降低，灵敏度也降低，更严重的是电缆本身放置的位置和形状不同，或因振动等原因，都会引起电缆本身电容的较大变化，使输出不真实，给测量带来误差。
(3)解决的办法，一种方法是利用集成电路，使放大测量电路小型化，把它放在传感器部，这样传输导线输出是直流电压信号，不受分布电容的影响;
(4)另一种方法是采用双屏蔽传输电缆，适当降低分布电容的影响。由于电缆分布电容对传感器的影响，使电容式传感器的应用受到一定的限制。
12、答：当传感器壳体随被测对象沿垂直方向作直线加速运动时，质量块在惯性空间中相对静止。两个固定电极与动极板的距离发生变化，一个增加，一个减小，从而使C 1、C 2产生大小相等、符号相反的增量C ?,且有：0120021/)(2//)(d d d C C C C C -≈?=- 根据位移S 与加速度a 的关系有: 2
5.0at d S =?=
因此，有02
0120//)(2/d at d d d C C =-≈?
所以，输出电容变化量正比于被测加速度大小。 13、答：当传感器的εr 和S 为常数，初始极距为d 0时，其初始电容量C 0为
00d S
C r εε=
（1）
若电容器极板间距离由初始值d 0缩小了Δd ，电容量增大了ΔC ，则有
2
00000000111???
?
???-???? ???+=?-=?-=?+=d d d d C d d C d d S C C C r εε （2） 由（2）式可知，传感器的输出是非线性的
若Δd /d 0<<1时，1-(Δd /d 0)2≈1，则式（2）可简化为
0d d
C C C ?+=
此时C 与Δd 近似呈线性关系。
所以，在Δd /d 0很小时，变极距型电容式传感器的输出（电容）与输入（位移）有近似的线性关系。
14、答：由物理学知，两个平行金属极板组成的电容器。如果不考虑其边缘效应，其电容为
A
C d
ε?=
,式中ε为两个极板间介质的介电常数，A 为两个极板对有效面积，d 为两个极板
间的距离。由此式知，改变电容C 的方法有三：①为改变介质的介电常数；②为改变形成电容的有效面积；③为改变各极板间的距离。而得到的电参数的输出为电容值的增量，这就组成了电容式传感器。因此，它的类型有：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器、变介质型电容传感器。
电容传感器的可用来测量直线位移、角位移、振动振幅。尤其适合测温、高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量。还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等。 15、答：设在初始状态下，动极板位于两块定极板中间位置，则：
021d d d ==，0
021d A
C C C ε=
==
当动极板受被测量作用，其位置发生改变，设动极板向上移动了d ?，则：
d
d A
C C C ?-=
?+=0101ε，d
d A
C C C ?+=
?-=0202ε
∴2121C C C C C -=?+?=?
2
00)
(11
2d d d d
C d
d A
d
d A
?-??=?+-
?-=
εε 当0d d <
2d d
C C ?≈? ∴灵敏度为：0
01
2d C d C K =??=
由此可见，与单极式相比，其灵敏度提高了一倍（单极式为0
d C d C K =??=
）。
16、答：电容式传感器是利用将被测非电量的变化转换为电容量的变化的原理来实现对物理量的测量。根据d
A
C ε=
，当被测参数变化引起ε、A 或d 变化时，将导致电容量C 随之发
生变化。在实际应用中，通常保持其中两个参数不变，而只变其中一个参数，把该参数的变化转换成电容量的变化，再通过测量电路转换为电量输出。因此，电容式传感器可分为三类：变极距型（如测线位移）、变面积型（如测角位移）和变介质型（如测液位）。 17、答：当初始状态时，液面高度0=h ，则 r
R l
C ln 210πε=
当被测液面高度为h 时，则 r R h
h l r R h r R h l C ln 222ln 2ln )(221121πεπεπεπεπε+-=+-=
h r
R C r R h r R l ln )(2ln )(2ln 2120121εεπεεππε-+=-+=
∴ h r
R C C C ln )
(2120εεπ-=
-=?
∴ 由此可见，电容变化量C ?与液面高度h 成正比，只要将电容变化量检测出来，就可间接获得被测液面高度。
五、计算题 1、解：120r 0A
C=
8.85410F/m d
εεε-??=?，
660r 03
A
5010301010C=
1.5F d 1010
εεεμ---????????=?=? 0
C/C K=
x
?? 660r 003
A
5010302010C =3F d 1010
εεεμ---??????=?=? 3
1.5/3
K=
501010
-=? 2、解：差动变极距型电容传感器非线性误差：
2
2
0d 0.75100%()100% 3.5%d 4
δ?=?=?=
单只平板电容，其非线性误差为：
0d 0.75100%100%18.75%d 4
δ?=
?=?= 3、解：126
0r 0
6
A 8.854102510C 141pF d 210εεπ---???????=
==??
mV
141pF 100
14100mV pF
?= N 14100570500=?=格
4、解：（1）0.0cm 时：
124-11
0r 03
A
8.8541045510C =
8.85410F d 110
εε---???????==?? （2）2.5cm 时：
124
-1113
8.8541045 2.510C = 4.42710F 110---?????=?? 124-11
23
8.8541015 2.510C =1.10710F 110---?????=?? 1112C=C C 5.53410F -+=?
（3）5.0cm 时：
124-110r 03
A
8.854105510C =
2.2110F d 110
εε---??????==?? 5、解：
)(01C C EfM U L -=
L L L R R R R R R M 2
)
()
2(++=
∴C Ef R R R R R R U L L L L ?±++=
2
)()
2(
∴
V U
L
18
.0
)
10
1(
10
10
10
20
)
20
40
(
)
20
2
40
(
40
12
6
3
2
=
?
?
?
?
?
?
+
?
+
±
=-
6、解：1）0r
A
C=
d
εε??
1226
0r
6
A8.85410410
C=44.48pF
d1010
εεπ
--
-
??????
?==
??
2）d1m
μ
?=±时，输出电容变化为444.8pF
1226
12
03
8.85410410
C=1.4810F=1.48pF
0.310
π
--
-
-
????
=?
?
C=C C=1.48444.8
±?±
1
U C K=446.2810044.6V
=??=
2
U C K=-442.3210044.2V
=??=-
7、解：（1）0r0
A A
C=
d1mm
εεε
??
=
0r0
A A
C=
d0.1mm
εεε
???
?=
?
5
C/C10
K110
d0.1mm
?
===?
?
（2）差动0r
A
C=2
d
εε??
?
?
，5
C/C
K210
d
?
==?
?
（3）差动3
3
C/C22
K210
d d110-
?
====?
??
22
d0.1
100%100%1%
d1
δ
?
=?=?=
8、解：（1）掌握电容式传感器原理，写出电容的表达式。
（2)掌握静态灵敏度的概念，列出电容式传感器灵敏度的计算公式。
(3)带入给定参数计算
Δc=s×Δδ=2.847×10-7×2×10-3=5.694×10-10(F) 9、解：① 电容式传感器的电容量：d
A
C r 0εε=
则初始电容量：39pF .15
.010*********.8d A
C 3-6120
r 00=?????==
-πεε
间隙变化后的电容量：36pF .110
50010251010854.8d d A
C'6
-6120r 0=+?????=?+=-πεε
则电容变化量：0.03pF 1.36-39.1'C C C 0==-=? ② 灵敏度pF mV 100C U K O U =?=，所以pF
mV 100C U O ??= 则：
78mV .2100)501
15001(
10251010854.8100)d
d 1d 1(
A U 66-1200r 0O =?-??????=?+-=-πεε
10、解：（1）
d
A
C r ??=
εε00
33
312104104210611108.854----???????=
0.85(PF)= （2）当一块极板沿长度方向在原始位置上平移时，有：
b
b
C C ?=?01
当一块极板沿宽度方向在原始位置上平移时，有：
a
a
C C ?=?02
(F/m)103.5421024100.85b C Δb ΔC k 11
3
12011---?=??===∴
或：
)(m 671410241
b 1Δb C ΔC k 1-3
011./=?===
-
(F/m)
10
0.53125
10
61
10
0.85
a
C
Δa
ΔC
k10
3
12
2
2
-
-
-
?
=
?
?
=
=
=
或：
)
(m
5
26
10
61
1
a
1
Δa
C
ΔC
k1-
3
2
2
.
/
=
?
=
=
=
-
11、解：由0
r
A
C
d
εε
=得：00
2
00
r
dC A
dd d
εε
=-，代入已知数据得：
124
32
10
8.8510 1.0006810
(110)
7010/7/
dC
dd
F m nF m
--
-
-
????
=-
?
=-?=-
12、解：当变间距平板型电容传感器的1
<<
?
d
d
时，其线性度表达式为
%
100
)
(?
?
=
d
d
L
δ
由题意故得%
1.0
%
100
)
1
(=
?
?d
，即测量允许变化量mm
d001
.0
=
?。
六、综合分析设计题
1、解：(1)根据交流电桥电压灵敏度曲线可知，当桥臂比A的模1
=
a，相角
90
=
θ时，桥路输出电压灵敏度系数有最大值5.0
=
m
k，按此设计的交流不平衡电桥如图所示。
要满足1
=
a，则
jwC
R
1
=。当
90
=
θ时要选择为电容和电阻元件。
（2）Ω
=
?
?
=
=
=
-
k
fC
jwC
R9.
15
10
10
2
1
2
1
1
10
5
π
π
（3）交流电桥输出信号电压根据差动测量原理及桥压公式得
V
U
C
C
k
U
m
SC
6.0
6
100
10
5.0
2
2±
=
?
±
?
?
=
?
?
?
=
2、解：(1)工作原理：
p
U为交流信号源，在正、负半周电流的流程如下
正半周：
点
点
点
）
点（
点）
（
、
点
B
R
E
D
C
F
I
B
A
R
C
D
C
F
L
→
→
→
→
→
→
→
→
→
3
2
1
3
1
1
负半周：
点
点
点
）
点（
点
、
点
F
C
D
E
R
B
I
F
C
D
A
R
C
B
L
→
→
→
→
→
→
→
→
→
→
1
4
2
2
2
3
由以上分析可知：在一个周期，流经负载
L
R的电流
1
I与
1
C有关，
2
I与
2
C有关。因此每个
周期流过负载电流是
2
1
I
I+的平均值，并随
1
C和
2
C而变化。输出电压
AB
U可以反映
1
C和2
C的大小。
(2) 输出端电压
AB
U在
2
1
2
1
2
1
C
C
C
C
C
C<
>
=、
、三种情况下波形如下图所示
（3）
P
U
C
j
I
1
1
?
=
因
1
3
C
C>>、
2
3
C
C>>，
3
C阻抗可忽略
则
P
U
C
j
I
2
2
?
=
AB
AB
Z
I
I
U)
(
2
1
+
=
3
3
2
11
1
)
(
C
j
R
C
j
R
U
C
C
j
L
L
P
?
?
?
+
?
?
-
=
L
R很大，所以分母
3
1
C
j?
可忽略
P
L L P U C C C R C j R U C C j 3
2
13211)(-=
?
?-=??
输出电压平均值P AB U C C C K
U 3
2
1-= K 为滤波系数
目录 第1章摘要 (4) 第2基本原理 (4) 第3章参数设计及运算 (5) 3.1 结构设计 (5) 3.2 电容设计与计算 (7) 第4章误差分析 (9) 第5章结论 (9) 第6章心得体会 (9) 参考文献 (10)
第一章 摘要 在这个信息化高速发展的时代，传感器作为一种最经典的微控制器，传感器技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，作为仪表专业的学生，我们学习了传感器，就应该把它熟练应用到生活之中来。本文将介绍一种基于传感器控制的布料厚度测量装置。电容传感器是电子技术中的三大类无源元件（电阻，电容，电感）之一，利用电容器的原理，将非电量转化为电容量，进而实现非电量到电量的转换。本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，通过变介电常数式电容传感器实现对布料厚度的测量。布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据 δ εεS r o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。介质变化型电容传感器可进行非接触测量。布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。 第二章 基本原理 传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。电容传感器是将被测非电量的变化转换成电容量变化的一种传感器。实际上，它本身（或和被测物）就是一个具有可变参数的电容器。在大多数场合，电容器由两平行极板以及中间的电介质组成，当不考虑边缘效应时，其电容量为 式中，C ：两极板间的电容（F ）； 0ε：真空介电常数，为8.854×10-12（F/m ），空气的介电常数与真空近似； r ε：极板之间介质的相对介电常数； s ：极板的有效面积（m2）；
传感器实验报告（二） 自动化1204班蔡华轩 U2 吴昊 U5 实验七： 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、需用器件与单元：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6-4 安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上。 2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图7-1。图 7-1 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V01 与数显表单元Vi 相接(插入主控 箱Vi 孔)，Rw 调节到中间位置。 4、接入±15V 电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔 记下位移X 与输出电压值，填入表7-1。
5、根据表7-1 数据计算电容传感器的系统灵敏度S 和非线性误差δf。 图（7-1） 五、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，并叙述一 下在此设计中应考虑哪些因素 答：原理：通过湿度对介电常数的影响从而影响电容的大小通过电压表现出来，建立起电压变化与湿度的关系从而起到湿度传感器的作用；结构：与电容传感器的结构答大体相同不同之处在于电容面板的面积应适当增大使测量灵敏度更好；设计时应考虑的因素还应包括测量误差，温度对测量的影响等
六：实验数据处理 由excle处理后得图线可知：系统灵敏度S= 非线性误差δf=353=% 实验八直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。 它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。 根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中 运动时，它就可以进行位移测量。图8-1 霍尔效应原理
实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥 1、实验目的了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 2、实验方法在CSY－998传感器实验仪上验证应变片单臂单桥的工作原理 3、实验仪器CSY－998传感器实验仪 4、实验操作方法 所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、F/V表、主、副电源。 旋钮初始位置：直流稳压电源打倒±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。 实验步骤： （1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。 （2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与F／V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F／V表显示为零，关闭主、副电源。 (3)根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V 档，F／V表置20V档。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，等待数分钟后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。 (4) 将测微头转动到10㎜刻度附近，安装到双平行梁的右端即自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使V/F表显示值最小，再旋动测微头，使V/F表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。 (5) 往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下V/F表显示的值，每旋动测微头一周即 压值的相应变化。
机 械 工 程 测 试 实 验 报 告 学 院： 机电工程学院 系 专业班级： 机制122 学生姓名： 黄余林 龙杰 李刚 孙龙宇 朱国帅 实验日期： 备，
目录 实验一箔式应变片性能—单臂电桥??????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1 .1 实验目的????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1. 2 实验原理????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1. 3 实验原理????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1. 4 实验步骤????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1. 5 注意事项????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1. 6试验数据?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3
本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据δ εεS r o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。 电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。 布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。 关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真
第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3) 1.1厚度测量装置在工业环境下的意义 (3) 1.2 厚度测量装置的研究现状 (3) 1.3 简述设计的整体思路 (4) 第二章电容测厚装置的介绍 (6) 2.1 详细介绍电容测厚装置 (6) 2.2设计匹配电路 (8) 第三章仿真设计及分析 (9) 3.1 仿真电路的建立 (9) 3.2 仿真结果的分析 (13) 第四章对课程设计进行试验 (15) 4.1 实验过程 (15) 4.2 分析仿真与试验结果的差异 (15) 第五章设计体会 (16)
“传感器与检测技术”实验报告 学号： 913110200229 姓名：杨薛磊 序号： 83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。
佛山职业技术学院 实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试 专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘’‘ 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院
《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级08152学号31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与 指导老师张教雄谢应然调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
实验开始，每组会得到分发的元件，我先由霍尔传感器的电路原理图开始分析，将每个元件插放好位置，这点很重要，如果出了问题那么会使电路不能正常工作，严重的还有可能导致电路元件受损而无法恢复。所以我先由霍尔传感器的电路原理图开始着手，分析清楚每个元件的指定位置，插放好了之后再由焊接，最后要把多余的脚剪掉。 整个电路的元件除了THS119是长脚直插式元件之外，其余的元件均为低位直插或者贴板直插。 焊接的过程中，所需要注意的事情就是不能出现虚焊脱焊或者更严重的烙铁烫坏元件的表壳封装损坏印制电路板等。这些都是在焊接的整个过程中要注意的事情。 比如，焊接三端稳压管7812时，要考虑到电路板的外壳封装和三端稳压管7812的散热问题，如果直插焊接的话那么就会放不进塑料外壳里，还有直插没有折引脚的话对三端稳压管7812的散热影响很大。综合这些因素再去插放焊接元件，效果会好很多。 又比如，焊接THS119的时，原本PCB板在设计的时已经排好版了，就是在TL082的背面插放THS119。这样的设计很巧妙，能够保证每一个THS119插进去焊接完了之后都能很好地与塑料外壳严密配合安放进去。因为这是利用了IC引脚与PCB板的间距来实现定距离的，绝不会给焊接带来任何麻烦。 最后，顺便提及一下，在保证能将每一个元件正确地焊接在印制电路板上的前提条件下要尽量将元件插放焊接得美观。 五、实验心得体会 （1）首先，从整个霍尔传感器来看，设计的电路的合理性，元件的选用，还有焊接的制作工艺是保证整个电路能正常工作前提。 （2）在学习电子电路的过程中，急需有一个过度期，焊接霍尔传感器电路的过程当中就会得到一个这样的练习。 （3）简单的说就是，拿到一张电路原理图未必做得出一个比较好的产品，这里需要对整个电路设计的元件参数的考虑和排版，元件插放等等。只有将这些问题逐一解决了，才能做好一个电路，也只有这样才能做好一个产品。 （4）霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。 六、实验收获 从拿到第一个元件开始，我仍然没有太多的收获，直到开始分析整个电路原理图的时候才慢慢开始了解到一些确实精巧的设计，可以说是独具匠心，到整个霍尔传感器电路完成之后才算是明白了一二。 在此，我具体地说说。首先，为什么不用一个普通的稳压管替代Z2这个精密稳压集成电路TL431呢？我查阅相关资料知道它的温度范围宽能在 区间工作。将其的R、C脚并焊再串上一个电阻来等效代替电
传感器实训心得体会 篇一：传感器实训心得 实训报告 学了一学期的传感器实训心得体会)传感器，在最后期末的时候我们也参加了传感器这一学科的实训，收获还是颇多。 在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验后,才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我们受益匪浅.做实验时,最重要的是一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,这样,也会有事半功倍的效果。 实验就是使我们加深理解所学基础知识，掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和适用范围;具有测试系统的选择及应用能力;具有实验数据处理和误差分析能力;得到基本实验技能的训练与分析能力的训练，使我们初步掌握测试技术的基本方法，具有初步独立进行机械工程测试的能力，对各门知识得到融会贯通的认识和掌握，加深对理论知识的理解。更重要的是能够提高我们的动手能力。 这次实习的却让我加深了对各种传感器的了解和它们各自的原理，而且还培养我们分析和解决实际问题的能力。 在做实验的时候，连接电路是必须有的程序，也是最重要的，而连接电路时最重要的就是细心。我们俩最开始做实验的时候，并没有多注意，还是比较细心，但当我们把电路连接好通电后发现我们并不能得到数据，不管怎么调节都不对，后来才知道是我们电路连接错了，然
后我们心里也难免有点失落，因为毕竟是辛辛苦苦连了这么久的电路居然是错了，最后我们就只有在认真检查一次，看错啊你处在哪里。有了这次的经验下次就更加细心了。以上就是我们组两人对这次实训最大的感触，下次实训虽然不是一样的学科，但实验中的经验和感受或许会有相似的，我们会将这次的经验用到下次，经验不断积累就是我们实训最大的收获。 篇二：传感器实训报告 上海第二工业大学 传感器与测试技术技能实习 专业：机械电子工程 班级：10机工A2 姓名： 学号： 指导老师：杨淑珍 日期：2013年6月24日~7月7日 项目五：转子台转速测量及振动监控系统。 （一）内容 设计一个转子台的振动检测系统，能实时测量转子台工作时的振动信号（振幅）并实时显示转速，当振幅超过规定值时，报警。具体要求： 1.能测量振动信号并显示波形，若振动超过限值，报警（软硬件报警）； 2.能测量并显示转子的转速； 3.限值均由用户可设定（最好以对话框方式设置，软件重新打开后，能记住上次的设置结果）；
二、国内外有关本选题研究的动态与现状 前景展望 板厚控制技术及其理论的发展经历了由粗到细、由低到高的发展过程。上世纪三十年代以前，板带轧机厚度控制一直属于人工操作阶段，这一阶段的轧机装机水平很低，厚度控制是以手动压下或简单的电动压下移动锟缝为主。自三十年代以来，到六十年代进入常规自动调整阶段，该阶段中轧制理论的发展和完善为板带的轧机厚度控制奠定了基础。第三阶段是六十年代到八十年代的计算机控制阶段。这一阶段主要形成了计算机控制ACG系统，它能最大限度的消除系统不利影响，在各部分独立工作的同时，充分发挥综合优势，使系统更加完善。第四阶段是八十年代到现在，板厚控制技术向着大型化，高速化，连续化的方向发展。这一阶段已将板厚控制技术的全部过程溶于计算机网络控制的过程自动化级和基础自动化级。两方面的不断追求合在一起，开发出高精度、无人操作的厚度自动控制系统。 ? 三、主要设计思路 设计方案1 如图所示电容测厚仪电路 1、传感器结构 】 (1)、传感器上下两个极板与金属板上下表面间构成电容传感器，如下图所示
(2)、原理 当两个极板间没有放入被测物体是，两个极板间电容量为 （1） 而当两个极板间放入被测物体后，电容量发生变化，如上图所示，电容分C1和C2、C3, 总电容量为 （2） 》 式中，S为极板覆盖面积； d为两极板间距离； d1为被测物体上侧到上极板间距离； d2为被测物体厚度； d3为被测物体下侧到下极板间距离； E1为被测物体上侧到上极板间的介电常数； E2为被测物体的介电常数； E3为被测物体下侧到下极板间的介电常数； : 由于，d1+d3=d-d2,且当E1=E3时，式（2）还可以写为 （3） 因此，在极板面积S，极板间距离d,介电常数E1、E2、E3确定时，电容量的大小就和被
实验一 直流激励时霍尔传感器位移特性实验 一、 实验目的： 了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势U H ＝K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为kx U H ，式中k —位移传感器的灵敏度。这样它就可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。1、3为电源±5V ， 2、4为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 图9-1 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，每转动记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表9-1。 表9－1 X （mm ） V(mv) 作出V-X 曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V ，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题：
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。 实验二集成温度传感器的特性 一、实验目的： 了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。 二、基本原理： 集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于－50℃－＋150℃之间测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极—发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管U b电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引
五邑大学 《传感器与电测技术》 实验报告 实验时间：2016年11月16日-17日实验班级：班 实验报告总份数： 4 份 实验教师：
信息工程学院(系) 611 实验室 __交通工程_____专业 班 学号 姓名_______协作者______________ 成绩：
实验一熟悉IAR 集成开发环境下C程序的编写 一．实验目的 1、了解IAR 集成开发环境的安装。 2、掌握在IAR 环境下程序的编辑、编译以及调试的方法。 二．实验设备 1、装有IAR 开发环境的PC 机一台 2、物联网开发设计平台所配备的基础实验套件一套 3、下载器一个 三．实验要求 1、熟悉IAR 开发环境 2、在IAR 开发环境下编写、编译、调试一个例程 3、实验现象节点扩展板上的发光二极管 D9 被点亮 三、问题与讨论 根据提供的电路原理图等资料，修改程序，点亮另一个LED 灯D8。（分析原理，并注释。） 先定义IO口，再初始化，最后点亮
一、实验目的与要求 1、理解光照度传感器的工作原理 2、掌握驱动光照度传感器的方法 二、实验设备 1、装有IAR 开发工具的PC 机一台 2、下载器一个 3、物联网开发设计平台一套 三、实验要求 1、编程要求：编写光照度传感器的驱动程序 2、实现功能：检测室内的光照度 3、实验现象：将检测到的数据通过串口调试助手显示，用手遮住传感器，观察数据变化。 四、实验讨论 讨论：光敏电阻的工作原理？光敏电阻是否为线性测量元件，为什么？常用于什么测量场合？ 1.它的工作原理是基于光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其 封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小 2.不是线性测量元件，可以说光敏电阻在照度固定时是线性的。光敏电阻的阻 值随光照的增强而减少,但这个关系不是线性的。 3.常用作开关式光电转换器
传感器综合实验报告( 2012-2013年度第二学期) 名称：传感器综合实验报告 题目: 利用传感器测量重物质量院系：自动化系 班级：测控1201 班 小组成员：加桑扎西，黄承德 学生：加桑扎西 指导教师：仝卫国 实验周数：1周 成绩：
日期：2015 年7 月12日
传感器综合实验报告 一、实验目的 1、了解各种传感器的工作原理与工作特性。 2、掌握多种传感器应用于电子称的原理。 3、根据不同传感器的特性，选择不同的传感器测给定物体的重量。 4、能根据原理特性分析结果，加深对传感器的认识与应用。 5、测量精度要求达到1%。 二、实验设备、器材 1、金属箔式应变片传感器用到的设备： 直流稳压电源、双平行梁、测微器、金属箔式应变片、标准电阻、差动放大器、直流数字电压表。 2、电容式传感器用到的设备： 电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、电压表、示波器。 3、电涡流式传感器用到的设备： 电涡流式传感器、测微器、铝测片、铁测片、铜测片、电压表、示波器。 三、传感器工作原理 1、电容式传感器的工作原理： 电容器的电容量C是的函数，当被测量变化使S、d或 任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而可实现由被测量到电容量的转换。电容式传感器的工作原理就是建立在上述关系上的，若保持两个参数不变，仅改变另一参数，
就可以把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路再转换为电量输出。 差动平行变面积式传感器是由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的相对面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为C X1，下层定片与动片形成的电容定为C X2，当将C X1和C X2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。依据该原理，在振动台上加上砝码可测定重量与桥路输出电压的对应关系，称未知重量物体时只要测得桥路的输出电压即可得出该重物的重量。 2、电涡流式传感器的工作原理： 电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。依据该原理可制成电涡流式传感器电子称。3、金属箔式应变片传感器工作原理： 应变片应用于测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。 实验中，通过旋转测微器可使双平梁的自由端上、下移动，从而使应变片的受力情况不同，将应变片接于电桥中即可使双平衡的位移转换为电压输出。电桥的四个桥臂电阻R1、R2、R3、R4，电阻的相对变化率分别为△R1／R1、△
电容式测厚仪 一、电容传感器基本原理 电容传感器具有温度稳定性好、结构简单、精度高、响应快、线性范围宽和实现非接触式测量等优点。近年来，由于电容测量技术的不断完善，微米级精度的电容测微仪已是一般性产品，电容测微技术作为高精度、非接触式的测量手段广泛应用于科研和生产加工行业。电容传感器最常用的形式为平行平板电容器，物理学上用下式描述： 即电容器的电容值C与极间距h成反比，与极板面积S和介电常数成正比。对于变 极距型传感器，测量中被测物与大地连接，单极式电容传感器与之形成一个电容器，此电容器接入开环放大倍数为A的运算放大器反馈回路中，由此得到其原理公式： 式中：为电容式精密测微仪的电压输出；为标准参比电容；为信号源标准方波输出信号；S为传感器测头有效端面面积；为传感器测头的有效待测电容；h为传感器与被测物体之间的距离。 二、电容测厚仪设计
图1 电容测厚仪传感器安装结构示意图 电容测厚仪用于测量金属板材在轧制过程中的厚度变化，，放在板材两边，板材是电容的动极板，总电容为，作为一个桥臂。 如果板材只是上下波动，电容的增量一个增加一个减少，总的电容量不变；如果板材的厚度变化使电容变化，电桥将该信号变化输出为电压，经放大器、整流电路的直流信号送出处理显示，显示为厚度变化。 图2 测厚原理示意图 图2所示为测厚原理，由于被测物3是非绝缘体，特别是在线测量时，由于工件加工中存在振幅为的振动，所以采用差动测量的方法，使其表面分别与传感器1、2构成电容器，由此形成对其厚度变化量的实时监测，即当给定传感器2的相对位置和板材初始厚度h时，板材厚度变化，则有，传感器引起电压的变化为：
“传感器与检测技术”实验报告 学号：913110200229 姓名：杨薛磊 序号：83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图1—4所示。 图1—4 传感器托盘安装示意图
电 子 设 计 实 验 报 告 电子科技大学 设计题目：电子称姓名：
学生姓名 任务与要求 一、任务 使用电阻应变片称重传感器，实现电子秤。用砝码作称重比对。 二、要求 准确、稳定称重； 称重传感器的非线性校正，提高称重精度； 实现“去皮”、计价功能； 具备“休眠”与“唤醒”功能，以降低功耗。
电子秤 第一节绪论 摘要：随着科技的进步，在日常生活以及工业运用上，对电子秤的要求越来越高。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。影响其精度的因素主要有:机械结构、传感器和数显仪表。在机械结构方面,因材料结构强度和刚度的限制,会使力的传递出现误差,而传感器输出特性存在非线性,加上信号放大、模数转换等环节存在的非线性,使得整个系统的非线性误差变得不容忽视。因此,在高精度的称重场合,迫切需要电子秤能自动校正系统的非线性。此外,为了保证准确、稳定地显示,要求所采用的ADC具有足够的转换位数,而采用高精度的ADC,自然增加了系统的成本。基于电子秤的现状,本文提出了一种简单实用并且精度高的智能电子秤设计方案。通过运用很好的集成电路,使测量精度得到了大大提高,由于采用数字滤波技术,使稳态测量的稳定性和动态测量的跟随性都相当好。并取得了令人满意的效果。 关键词：压力传感器，AD620N放大电路，ADC模数转换，STM32单片机，OLED 显示屏，矩阵键盘，电子秤。 1.1引言 本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用全桥测量电路，是系统产生的误差更小。输出的数据更精确。而AD620N放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D 转换器对输入信号电平的要求。A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模拟量转数字量转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由OLED
《传感器与检测技术》 实验报告 姓名：学号： 院系：仪器科学与工程学院专业：测控技术与仪器实验室：机械楼5楼同组人员： 评定成绩：审阅教师： 传感器第一次实验
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、实验目的 了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理 电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它反映被测部位受力状态的变化。电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压 1/4o U EK ε=，其中K 为应变灵敏系数，/L L ε=?为电阻丝长度相对变化。 三、实验器材 主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 四、实验步骤 1. 根据接线示意图安装接线。 2. 放大器输出调零。 3. 电桥调零。 4. 应变片单臂电桥实验。
050 100150200 246810x y untitled fit 1y vs. x 由matlab 拟合结果得到，其相关系数为0.9998，拟合度很好，说明输出电压与应变计上的质量是线性关系，且实验结果比较准确。 系统灵敏度 (即直线斜率)，非线性误 差= = 五、思考题 单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片；（3）正、负应变片均可以。 答：（1）负（受压）应变片；因为应变片受压，所以应该选则（2）负（受压）应变片。 实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 一、实验目的 了解全桥测量电路的优点
传感器课设布料厚度测 量装置的设计 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA
目录 第1章摘要 (4) 第2基本原理 (4) 第3章参数设计及运算 (5) 结构设计 (5) 电容设计与计算 (7) 第4章误差分析 (9) 第5章结论 (9) 第6章心得体会 (9) 参考文献 (10)
第一章 摘要 在这个信息化高速发展的时代，传感器作为一种最经典的微控制 器，传感器技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，作为仪表专业的学生，我们学习了传感器，就应该把它熟练应用到生活之中来。本文将介绍一种基于传感器控制的布料厚度测量装置。电容传感器是电子技术中的三大类无源元件（电阻，电容，电感）之一，利用电容器的原理，将非电量转化为电容量，进而实现非电量到电量的转换。本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，通过变介电常数式电容传感器实现对布料厚度的测量。布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据 δ εεS r o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感 器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。介质变化型电容传感器可进行非接触测量。布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测 量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。
测试技术与传感器 实验报告 班级： 学号： 姓名： 任课老师： 年月日
实验一：静压力传感器标定系统 一、实验原理： 压力传感器输入—输出之间的工作特性，总是存在着非线性、滞后和不重复性，对于线性传感器（如压力传感器）而言，就希望找出一条直线使它落在传感器每次测量时实际呈现的标准曲线内，并相对各条曲线上的最大偏离值与该直线的偏差为最小，来作为标定工作直线。标定工作线可以用直线方程=+表示。 y k x b 对压力传感器进行静态标定，就是通过实验建立压力传感器输入量与输出量 =+使它落之间的关系，得到实际工作曲线，然后，找出一条直线y kx b 在实际工作曲线内，由于方程中的x和y是传感器经测量得到的实验数据，因此一般采用平均斜率法或最小二乘法求取拟合直线。本实验通过最小二乘法求取拟合直线，并通过标定曲线得到其精度。即常用静态特性：工作特性直线、满量程输出、非线性度、迟滞误差和重复性。 二、准备实验： 1)调节活塞式压力计底座四个调节旋钮，使整个活塞式压力计呈水平状态如图6所示； 2)松开活塞筒缩紧手柄，将活塞系统从前方绕水平轴转动，使飞轮在水平转轴上方且活塞在垂直位置锁紧，调整活塞系统底座下部滚花螺母，使活塞筒上的水平仪气泡居于中间位置，如图6，并紧固调水平处的滚花螺母； 图6 调节好，已水平 3)被标定三个压力传感器接在截止阀上（参见下图7），打开截止阀、进气调速阀、进油阀，关闭进气阀和排气阀，将微调器的调节阀门旋出15mm左右位置； 4)打开空气压缩机，待空气压缩机压力达到0.4MPa时，关闭压气机。因为对于最大量程为0.25MPa的活塞式压力计，压力必须小于等于0.4MPa。 5)打开采集控制柜开关，检查串口连接情况。双击桌面的“压力传感器静态标定”软件，进入测试系统，如图7所示。
无线传感器网络实验报告 Contiki mac协议与xmac协议的比较 1.简介 无线传感器网络（wireless sensor networks, WSN）节点由电池供电，其能力非常有限，同时由于工作环境恶劣以及其他各种因素，节点能源一般不可补充。因而降低能耗、延长节点使用寿命是所有无线传感器网络研究的重点。 WSN中的能量能耗主要包括通信能耗、感知能耗和计算能耗，其中通信能耗所占的比重最大，因此，减少通信能耗是延长网络生存时间的有效手段。同时，研究表明节点通信时Radio 模块在数据收发和空闲侦听时的能耗几乎相同，所以要想节能就需要最大限度地减少Radio 模块的侦听时间（收发时间不能减少），及减小占空比。 传统的无线网络中，主要考虑到问题是高吞吐量、低延时等，不需要考虑能量消耗，Radio 模块不需要关闭，所以传统无线网络MAC协议无法直接应用于WSN，各种针对传感器网络特点的MAC协议相继提出。现有的WSN MAC协议按照不同的分类方式可以 分成许多类型，其中根据信道访问策略的不同可以分为： X-MAC协议 X-MAC协议也基于B-MAC协议的改进，改进了其前导序列过长的问题，将前导序列分割成许多频闪前导（strobed preamble），在每个频闪前导中嵌入目的地址信息，非接收节点尽早丢弃分组并睡眠。 X-MAC在发送两个相邻的频闪序列之间插入一个侦听信道间隔，用以侦听接收节点的唤醒标识。接收节点利用频闪前导之间的时间间隔，向发送节点发送早期确认，发送节点收到早
期确认后立即发送数据分组，避免发送节点过度前导和接收节点过度侦听。 X-MAC还设计了一种自适应算法，根据网络流量变化动态调整节点的占空比，以减少单跳延时。 优点： X-MAC最大的优点是不再需要发送一个完整长度的前导序列来唤醒接收节点，因而发送延时和收发能耗都比较小；节点只需监听一个频闪前导就能转入睡眠。 缺点： 节点每次醒来探测信道的时间有所增加，这使得协议在低负载网络中能耗性比较差。而且分组长度、数据发送速率等协议参数还需进一步确定 X-MAC原理图如图3所示： ContikiMAC协议 一．ContikiMAC协议中使用的主要机制： 1.时间划分
综合实验报告 ( 2015 -- 2016年度第一学期) 名称：传感器原理与应用题目：综合实验—仿真部分院系：控制与计算机工程班级：测控1303 学号：1131160318 学生姓名：魏更 指导教师： 设计周数：一周 成绩： 日期：2016 年1月15日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1、本实验的目的是配合《传感器原理与应用》课程的传感器静态特性与动态特性相关部分的内容，利用Matlab/Simulink 进行仿真验证。培养学生利用计算机进行数据处理和模型仿真的能力，为今后从事相关领域的工作打下基础。 2、要求学生了解传感器静态和动态特性的基础知识，掌握Matlab/Simulink 进行数据分析和仿真的基本方法。具体要求为：掌握基于最小二乘法的数据处理方法，能够进行简单的数据处理；掌握传感器动态特性的分析手段，了解不同阶次特性的基本性质，并能够进行相应的仿真实验，对传感器动态特性有感性认识。 二、实验正文 1、学习使用Matlab 进行最小二乘法数据处理，分别通过自己编写函数和使用Matlab 提供的函数实现相同功能。 ①按照最小二乘法原理编写Matlab 程序。 程序如下： x=(-200:100:1300); y=[-5.8914,-3.5536,0,4.0962,8.1385,12.2086,16.3971,20.6443,24.9055,29.129,33.2754,37.3259,41.2756,45. 1187,48.8382,52.4103]; z1=sum(x); z2=z1^2; z3=sum(power(x,2)); z4=sum(x.*y); z5=sum(y); n=length(x); k=(n*z4-z1*z5)/(n*z3-z2); a0=(z3*z5-z1*z4)/(n*z3-z2); fprintf('k=%f\n',k); fprintf('a0=%f',a0); y1=k*x+a0; plot(x,y1,'-b',x,y,'*r'); 输出结果： k=0.040274 a0=0.619114 拟合直线和各点的分布图见下图：