电容式传感器的位移特性实验卡

实验十六电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理：1、原理简述：电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。

电容传感器的输出是电容的变化量。

利用电容C＝εA／d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，则可以有测干燥度（ε变）、测位移（d变）和测液位（A变）等多种电容传感器。

电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其它的形状，但一般很少用。

本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，差动式一般优于单组(单边)式的传感器。

它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。

如图16—1所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。

设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2πｘ／ln(R／r)。

图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生∆X位移时，电容量的变化量为∆C =C1－C2=ε2π2∆X／ln(R／r)，式中ε2π、ln(R／r)为常数，说明∆C与∆X位移成正比，配上配套测量电路就能测量位移。

图16—1 实验电容传感器结构1、测量电路(电容变换器)：测量电路画在实验模板的面板上。

其电路的核心部分是图16—2的二极管环路充放电电路。

图16—2 二极管环形充放电电路在图16—2中，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C4电容、L1电感和C X1、C X2（实验差动电容位移传感器）组成。

当高频激励电压(ｆ>100kHz)输入到ａ点，由低电平E1跃到高电平E2时，电容C X1和C X2两端电压均由E1充到E2。

充电电荷一路由ａ点经D3到b点，再对C X1充电到O点(地)；另一路由由ａ点经C4到c点，再经D5到d点对C X2充电到O点。

此时，D4和D6由于反偏置而截止。

在t1充电时间内，由ａ到c点的电荷量为：Q1＝C X2(E2-E1) （16—1）当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时，电容C X1和C X2均放电。

06电容式传感器的位移特性实验
电容式传感器是一种常用的测量位移的传感器，它利用电容器的电容值与其电极间距离的关系来测量物体的位移。

以下是
06电容式传感器的位移特性实验步骤：
实验材料：
1. 06电容式传感器
2. 数字万用表
3. 电子秤
4. 尺子
5. 活动支架
步骤：
1. 将06电容式传感器放在活动支架上，调整传感器的高度，
使其平行地与实验台面接触。

2. 使用数字万用表测试传感器的电容值。

记录下传感器未受力时的电容值。

3. 在传感器上方放置一定质量的物体，使其挤压传感器。

在每个质量下，使用数字万用表再次测试传感器的电容值并记录。

注意每次测试前应等待其稳定。

4. 根据实验记录计算出传感器在不同挤压质量下的电容值变化，即位移量。

绘制出位移量-受力特性曲线。

实验注意事项：
1. 操作时要避免传感器受到横向的力，应保证其纵向受力，并且应尽量避免传感器的弯曲、捏压或折叠。

2. 测试数据时应先让传感器空置一段时间，等待温度稳定。

传
感器的输出信号应稳定后再进行测量。

3. 验证实验前要检查设备的正常运行,如电流表、电压表等应检查好其电子管,以免不必要损失。

实验结果：
通过实验可以得出传感器的位移特性曲线，可以了解到在不同的质量下，传感器的电容值发生的变化，从而得出传感器对力的检测能力及其灵敏度等基本特性。

接主控箱电源输出
接主
控箱数显表
V i
地
图4-1 电容传感器位移实验接线图
实验十六 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d A C /ε=和其他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 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（d 变）和测量液位（A 变）等多种电容传感器。

三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模块、测微头、数显单元（主控台电压表）、直流稳压源。

四、实验步骤：
1、按图3-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上。

2、将电容传感器专用连线插入电容传感器实验模块专用接口，接线图如下。

电容传感器安装示意图
3、将电容传感器实验模块的输出端V
o1与数显表单元（主控台电压表）V
i
相
接（插入主控箱V
i
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，每隔0.5mm 记下位移X与输出电压值（此时电压档位打在20v），填入表4-1。

表4-1 电容传感器位移与输出电压值
5、根据表4-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。

解：s=4.125 δ=16.6%
实验总结：根据实验结果显示非线性误差较大，可能由于边缘效应的影响
自己需要熟练掌握数据处理的能力，从此次实验显示自己能力较弱。

电容式传感器的位移特性实验报告资料一、实验内容：1、使用电容式传感器进行位移测量；2、采用锁相放大器，对位移测量进行信号检测，输出交流（AC）信号幅度和相位；3、掌握电容式传感器的阻抗和信号特性。

二、实验原理：1、电容式传感器：是将测量物体与一个接地电极分离，形成一个独立的电容二极管。

当测量物体发生位移时，该二极管电容Cc变化，即Cc=f（d），d是测量位移。

在保持传感器静态工作点C0不变的情况下，当Cc发生变化时，不受测物位移的干扰。

因此，电容式传感器可以实现高精度、无接触、无磨损位移测量。

2、锁相放大器：是一种适用于相位、频率、振幅等参数检测的精密电子测量仪器。

它可以对微弱的交流信号检测并输出信号幅度和相位。

三、实验器材：2、锁相放大器；3、信号调理器；4、多路开关；5、示波器。

四、实验过程：1、在传感器静态工作点时，接触传感器，调整微调电容，使电压稳定在一个固定值；2、调整开关，将传感器所测量的位移信号输入信号调理器内，进行信号调理，可以得到一个幅度为1V、频率为10kHz左右、带有微弱噪声的交流信号；3、将调理后的信号连接至锁相放大器的输入端，将锁相放大器的参考输入端连接至信号调理器输出端，调节锁相放大器的参考信号相位，使锁相放大器输出的交流信号幅度和参考信号相位一致；4、通过示波器连接至锁相放大器输出端，调节示波器测量参数，可以得到锁相放大器输出信号的AC幅度和相位值；5、通过多路开关改变传感器输入的位移值，重复以上步骤，得到传感器的位移特性曲线。

五、实验结果：在不同的测量点进行测量，在锁相放大器中得到具有不同幅度和相位的AC信号，通过信号处理以及调制，最终得到有关电容式传感器位移特性曲线，从中发现电容性传感器在不同测量点上具有不同的灵敏度，以及对于位移值的反应截然不同，这也是电容式传感器的特点，需要在实际应用中进行合理的选择和设计。

六、实验分析：通过实验，我们发现电容式传感器的测量值和测量量并非简单的线性关系，仅仅是对于位移变化而产生的电容变化，同时也受到感应现象、环境噪声的影响。

电容式传感器的位移特性实验电容式位移传感器实验是一种重要的引导应用考核技术，它要求用户在复杂的实验环境中结合理论知识和实际操作，使用电容式位移传感器来测量和检验其变化。

电容式位移传感器具有灵敏度高、稳定性好、良好的鲁棒性等优点，在工业控制领域中得到广泛应用。

实验 content一、研究内容1、电容式位移传感器介绍：介绍电容式位移传感器的原理工作原理、接线结构以及精度要求等。

2、等效电路仿真：使用电路仿真软件，仿真输入电压的变化对电容式位移传感器的影响。

3、实验素材：利用工业电容式位移传感器，测量传感器的位移特性，探查其非线性特性以及如何改善精度。

4、仪器设备：利用函数发生器、数字万用表、模拟量信号示波器等常用仪器设备，分别检测典型电容器位移传感器的精度。

5、结论性评价：评价：分析电容式位移传感器的特性，对它的优缺点进行总结，指出如何提高其精度，进一步建立相关的计算模型。

二、实验原理1、电容式位移传感器由两个电容构成，其原理是由于特定环境改变时，电容之间的介质改变，会在电容上形成电容电势差而发生变化，从而使电容式位移传感器的内部电路受到影响，最终通过电容变化改变其输出电压。

2、实验中利用函数发生器产生跨越输入电压，观察输出电压的变化，研究电容式位移传感器的补偿特性和灵敏度。

3、设置正反向斜率的步进电压，控制正反向补偿电压间隔，观察其非线性特性，探究其实际特性。

4、模拟量信号示波器给出电容式位移传感器的不同输出电压，观察实际精度，辅助分析结果。

三、实验结果1、经过仿真计算，确定电容式位移传感器补偿特性曲线，补偿范围较大，灵敏度及时响应速度较快，补偿特性良好。

2、观察实验电路中电容式位移传感器的输出电压，发现其在正反向补偿斜率步进电压下，相应的响应有非线性变化，合理，可靠。

3、通过模拟量信号示波器的输出，可分析典型电容式位移传感器的精度，表明电容式位移传感器的精度较高，可以满足应用要求。

四、结论1、电容式位移传感器具有灵敏度高、稳定性优、较好的精度等特点，在工业控制领域具有广泛应用。

电容式传感器测位移特性实验电容式传感器是一种常用的位移传感器，采用电容式将小的位移量变化，转变成模拟电压来发送，以实现检测和测量的目的，其具有快速响应、高精度和反应稳定的特点，被广泛应用到航空、航天、工业控制仪表等领域。

本实验将通过实验设备进行测量电容式传感器的位移特性，以更加深入的了解电容式传感器的工作特性。

实验装置是一台专业的电容测试仪，此外还配有一个线性位移模拟器、一个电容式传感器、一些实验电缆和接口线等辅助设备。

实验可分为三个步骤：绘制拟合曲线前的实验前准备工作、将电容式传感器的位移信号变为模拟电压的转换过程以及拟合测得的曲线。

1、实验前准备工作：首先，将位移模拟器接线连接到实验装置；随后，将电容式传感器接入实验装置，并将电容传感器安装在位移模拟器上；最后，调节电容测试仪偏置电路，矫正偏置电压，以设定有效位移信号范围。

2、将电容式传感器的位移信号变为模拟电压的转换过程：在实验中，将位移模拟器的调置电位从最小值（0mm）调至最大值（50mm），从而控制位移模拟器产生不同的位移量。

每次顺序调节时，实验装置将其位移量所产生的信号作为输入，经过转换后将电容式传感器的位移信号变成一定失真程度的模拟电压信号，从而可进行数据获取。

3、拟合测得的曲线：由于电容式传感器的反应特性的确定，在本实验中选择了一种标准的二次曲线进行拟合，以便更好地了解其工作原理。

在拟合曲线以及拟合曲线的过程中，采用的是软件的拟合算法，计算出最佳的参数并绘制拟合曲线。

实验结果表明，本次实验证明了电容式传感器位移特性测试实验使用电容式传感器和实验装置进行测量均具有可行性和准确性，为此类传感器的应用提供了足够的参考。

此外，本次实验也体现了软件算法拟合准确性以及实验数据在绘制曲线过程中的重要性等。

06电容式传感器的位移特性实验
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中南大学
仪器与自动检测实验报告
冶金科学与工程院系冶金专业 10级试验班级
姓名陈晓晨学号02 同组者席昭等
实验日期 2013 年 4 月 08 日指导教师
实验名称：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：
式中，S为极板面积，d为极板间距离，真空介电常数，介质相对介电常数，由此
可以看出当被测物理量使或发生变化时，电容量随之发生改变，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11-1
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。

电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理：1、原理简述：电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。

电容传感器的输出是电容的变化量。

利用电容C＝εA／d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）、测位移（d变）和测量液位（A变）等多种电容传感器。

电容传感器极板形状分成平板或圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其它的形状，但一般很少用。

本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，差动式一般优于单组(单边)式的传感器。

它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。

如图11—1所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。

设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2πｘ／ln(R／r)。

图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生∆X位移时，电容量的变化量为∆C =C1－C2=ε2π2∆X／ln(R／r)，式中ε2π、ln(R／r)为常数，说明∆C与∆X位移成正比，配上配套测量电路就能测量位移。

图11—1 实验电容传感器结构1、测量电路(电容变换器)：如图11—2所示，测量电路的核心部分是图11—3的电路。

图11—2 电容测量电路图11—3 二极管环形充放电电路在图11—3中，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C5电容、L1电感和C X1、C X2实验差动电容位移传感器组成。

当高频激励电压(ｆ>100kHz)输入到ａ点，由低电平E1跃到高电平E2时，电容C X1和C X2两端电压均由E1充到E2。

充电电荷一路由ａ点经D3到b点，再对C X1充电到O点(地)；另一路由由ａ点经C5到c点，再经D5到d点对C X2充电到O点。

此时，D4和D6由于反偏置而截止。

在t1充电时间内，由ａ到c点的电荷量为：Q1＝C X2(E2-E1) （11—1）当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时，电容C X1和C X2均放电。