电容式传感器的位移实验

实验一 （1）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，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变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：εK R R =∆/式中R R /∆为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，l l /∆=ε为电阻丝长度相对变化，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，通过它转换被测部位的受力状态变化，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UO14/εEK =。

三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。

四、实验步骤：1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。

传感器中各应变片已接入模块的左上方的R 1、R2、R3、R 4。

加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R 1= R 2= R 3= R 4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。

2、接入模块电源±15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块调节增益电位器Rw 3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi 相连，调节实验模块上调零电位器Rw 4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。

关闭主控箱电源。

图1-1 应变式传感器安装示意图3、将应变式传感器的其中一个应变片R 1（即模块左上方的R 1）接入电桥作为一个桥臂与R 5、R 6、R 7接成直流电桥（R 5、R 6、R 7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw 1，接上桥路电源±4V （从主控箱引入）如图1-2所示。

检查接线无误后，合上主控箱电源开关。

调节Rw 1，使数显表显示为零。

传感器与检测技术实验报告前言：位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。

在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。

按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。

模拟式又可分为物性型和结构型两种。

常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。

这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

一、电容式传感器1、传感器照片（luoshida-m30）2、应用场景管件材质：ABS塑料安装方式：齐平/非齐平检测距离：2-20mm/2-30mm可调节工作电压：10-40VDC输出方式：NPN/PNP NO/NC/NO+NC连接方式：2M PVC线缆3、测量原理这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。

这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。

当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由於它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。

这种接近开关检测的物件，不限於导体，可以绝缘的液体或粉状物等。

4、比较优点：温度稳定性好，结构简单，适应性强，动态响应好，可以实现非接触测量，具有平均效应：缺点：输出阻抗高，负载能力差，寄生电容影响大，输出特性非线性二、霍尔式位移传感器1、传感器照片（MIRAN-WOA-C-R角度位移）2、应用场景供电电压24V DC，输出信号有4-20MA、0-5V、0-10V等3、测量原理如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。

此技术使用起来非常简单，而且非常有效;唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。

实验三电涡流传感器位移测量实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

二、基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。

电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体—金属涡流片）组成，如图22.1.1所示。

根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流I1（频率较高，一般为1MHz～2MHz）时，线圈周围空间会产生交变磁场H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。

我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图22.1.2的等效电路。

图22.1.1 电涡流传感器原理图图22.1.2 电涡流传感器等效电路图图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。

短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。

线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。

根据等效电路可列出电路方程组：通过解方程组，可得I1、I2。

因此传感器线圈的复阻抗为：线圈的等效电感为：线圈的等效Q值为：式中：Q0—无涡流影响下线圈的Ｑ值，Q0＝ωＬ1／R1；Ｚ22—产生电涡流部分的阻抗，Ｚ22＝R22+ω2L22。

由式Z、L和式Ｑ可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗Z、电感L和品质因数Ｑ值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离x(H)的非线性函数。

因此Z、L、Ｑ均是ｘ的非线性函数。

虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为"S"型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。

其实Z、L、Ｑ的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。

如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参数不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。

位移测量及静态标定实验报告一、实验目的掌握常用的位移传感器的测量原理、特点及使用，并学会进行静态标定。

二、实验仪器CSY10B型传感器系统实验仪。

三、实验内容（一）电涡流传感器测位移实验1、测量原理：电涡流效应：扁平线圈中通以交变电流，与其平行的金属片中产生电涡流。

电涡流的大小影响线圈的阻抗Z。

Z = f（ρ，μ，ω，x）。

不同的金属材料有不同的ρ、μ，线圈接入相应的电路中，用铁、铝两种不同的金属材料片分别标定出测量电路的输出电压U与距离x的关系曲线。

2、测试系统组建电涡流线圈、电涡流变换器（包括振荡器、测量电路及低通滤波输出电路）、测微头、电压表、金属片（铁片和铝片）。

3、试验步骤①分别安装传感器、测微头；②连接电路；③依次用铁片、铝片进行位移测量，依次记录U(V) 铁片U(V) 铝片X/mmU(V) 铁片U(V) 铝片X/mmU(V) 铁片U(V) 铝片4、数据分析与讨论画出输入输出关系曲线，确定量程范围（在实验曲线上截取线性较好的区域作为传感器的位移量程），估算非线性误差，在测量范围内计算灵敏度，进行误差分析。

（二）光纤传感器测位移实验1、测量原理反射式光纤传感器属于结构型, 工作原理如图。

当发光二极管发射红外光线经光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电元件。

经光电元件转换为电信号。

经相应的测量电路测出照射至光电元件的光强的变化。

2、组建测试系统光纤、光电元件、发光二级管、光电变换测量电路、数字电压表、反射体(片)、测微头。

3、实验步骤①观察光纤结构；②安装光纤探头、反射片；③连接电路；④旋动测微仪测位移，记录位移及测试系统的输出电压。

4、数据分析与讨论画出输入输出关系曲线，实验曲线上截取线性较好的区域作为传感器的位移量程，估算非线性误差，在测量范围内计算灵敏度，进行误差分析。

（三）电容式传感器测位移实验1、测量原理电容式传感器是将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。

本实验采用的电容式传感器为二组固定极片与一组动极片组成二个差动变化的变面积型平行极板电容式传感器。

电容位移传感器原理
电容位移传感器是一种常用的测量物体位移或位移变化的传感器。

其工作原理基于电容的变化。

在传感器中，将一个固定的电容作为基准电容，并将传感器与被测物体相连，使得被测物体成为可变电容。

通过测量可变电容与基准电容之间的差异，可以确定被测物体的位移情况。

当被测物体发生位移时，与之相连的电容也发生了变化。

电容的变化可以通过测量电容器的容量或电介质的介电常数来确定。

传感器中通常会使用一个射频信号来以一定频率充电，并测量充电和放电过程中电容的变化。

电容值的变化与被测物体的位移成正比。

由于电容的变化通常较小，所以传感器一般会采用灵敏度较高的测量电路来测量电容的变化。

传感器输出的信号可以是电容的绝对值，也可以是相对于初始状态的变化量。

为了减少干扰，传感器通常会进行屏蔽，以保证测量的精度和准确性。

同时，传感器还需要进行校准，以消除因实际物理环境变化引起的误差。

电容位移传感器具有精度高、响应快、非接触式等优点，广泛应用于工业自动化、机械装配、汽车制造等领域。

它对于位移的测量能力在微米级别，可满足精密测量的要求。

电容位移传感器原理
电容位移传感器是一种常用的测量设备，用于测量物体的位移变化。

它的原理是基于电容的变化，通过测量电容的变化来确定物体的位移。

电容是一个和两个电极相关的物理性质，表示电荷储存的能力。

当物体靠近电容器的一个电极时，电荷的储存量会增加，从而导致电容的增加。

反之，当物体远离电容器时，电荷的储存量会减少，导致电容的减小。

为了测量电容的变化，常用的方法是搭建一个电容传感器。

电容传感器一般由两个平行的金属电极构成，它们之间有一个绝缘材料隔离。

当物体靠近电容传感器时，物体会影响金属电极之间的电场分布，从而改变电容的大小。

通过测量电容的变化，可以计算出物体相对于传感器的位移。

一种常用的方法是将一个高频信号施加到电容传感器上，然后测量电容器两个电极之间的电压。

位移越大，电容的变化就越大，电压的变化也越大。

为了提高测量精度，还可以采用差分方法。

通过引入一个参考电容器，可以消除环境因素对测量结果的影响，从而提高测量的准确性。

总的来说，电容位移传感器利用电容的变化来测量物体的位移。

它具有简单、灵敏和可靠的特点，在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。

《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。

测得数据如下，并且使用Matlab 的cftool 工具箱画出实验点的线性拟合曲线：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S =ΔUΔW =0.0535V /Kg (即直线斜率)，非线性误差= Δm yFS =0.0810.7×100%=0.75%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二、基本原理全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。

当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4、其变化值1234R R R R ∆=∆=∆=∆时，其桥路输出电压3o U EK ε=。

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。

位移传感器中的电容测量与精度分析位移传感器是一种用于测量物体位置或位移变化的装置。

在现代工业中，位移传感器被广泛应用于各种测量和控制系统中。

而其中电容测量是位移传感器中常用的一种测量技术。

位移传感器中的电容测量原理是利用物体与电容电极之间的距离变化来测量位移。

当物体偏离原来的位置时，电容电极与物体之间的距离会发生改变，从而导致电容值的变化。

通过测量电容值的变化，可以间接得到物体的位移信息。

在电容测量中，精度是一个非常重要的指标。

精度决定了位移传感器的测量结果与实际位移之间的偏差。

一般来说，精度越高，测量结果与实际位移之间的差值越小，反之亦然。

因此，提高电容测量的精度是位移传感器设计中的一个重要目标。

位移传感器的精度受到多种因素的影响，其中一个重要的因素是电容传感器本身的设计和特性。

首先，电容传感器的结构和材料选择对精度有很大影响。

传感器的结构应该尽量减少干扰因素，如温度变化、湿度变化等对电容测量的影响。

同时，电容传感器的材料应具有良好的稳定性和耐用性，以保证长期稳定的测量精度。

此外，电容测量的精度还受到环境条件的影响。

例如，温度、湿度等环境变化会导致电容传感器的灵敏度和稳定性发生改变，进而影响测量精度。

因此，在位移传感器的设计中，需要考虑如何抵消环境条件对电容测量的影响，以提高测量精度。

除了传感器本身的设计和环境条件，电容测量的精度还受到外部干扰的影响。

例如，电磁辐射、电源噪声等因素会引起传感器的干扰，从而降低测量精度。

为此，位移传感器的设计中需要采取一些干扰抑制措施，如使用屏蔽材料、增加滤波器等，以提高测量精度。

此外，位移传感器的读取电路和信号处理也对测量精度有影响。

传感器的读取电路应具备高精度的放大和滤波功能，以保证测量信号的准确性和稳定性。

信号处理算法也需要根据具体应用场景进行优化，以提高测量精度。

总之，位移传感器中的电容测量是一种常用的测量技术。

提高电容测量的精度是位移传感器设计中的一个重要目标。

实验三十七 位移传感器实验实验目的1. 了解电容式传感器结构及其特点。

2. 了解霍尔效应及其霍尔位移传感器工作原理。

实验原理关于传感器的初步介绍请参见“应变片传感器”的相关内容。

位移传感器的功能在于把机械位移量转换成电信号。

根据不同的物理现象（或物理过程），可以设计不同类型的位移传感器。

本实验首先研究电容位移传感器，在研究与拓展部分再讨论霍尔位移传感器。

1. 电容式传感器基本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：0r SS C ddεεε==（1）式中，S 为极板面积，d 为极板间距离， 为真空介电常数， 为介质相对介电常数。

可以看出：当被测物理量使S 、d 或 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电常数的变介电常数式。

本实验采用变面积式电容传感器。

变面积式电容传感器中，平板结构对极距特别敏感且边缘效应明显，测量精度容易受到影响，而圆柱形结构受极板间径向变化的影响很小，边缘效应很小，且理论上具有更好的线性关系（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），因而成为实际工作中最常用的结构，如图1所示。

两只圆柱形电容器C 1、C 2共享一个内圆柱极板，当内极板随被测物体移动时，两只电容器C 1、C 2内外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；通过处理电路将差动电容的变化转换成电压变化，进行测量，就可以计算内极板的移动距离。

根据圆柱形电容器计算公式，线位移单组式的电容量C 在忽略边缘效应时为：212ln(/)l C r r πε=（2） 式中l ——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；r 2、r 1——外圆筒内半径和内圆柱外半径。

传感器测试实验报告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UH＝KHIB，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UHk_，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XX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0.2mm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作出V-_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。

电容位移传感器原理电容位移传感器是一种常用的测量设备，它通过测量电容的变化来实现对物体位移的监测。

电容位移传感器的原理基于电容的变化与物体位移之间的关系，下面将详细介绍其工作原理。

首先，电容位移传感器由两个电极组成，它们之间形成一个电容。

当物体发生位移时，两个电极之间的距离会发生变化，从而导致电容的变化。

这种电容与位移之间的关系可以用以下公式表示：C = εA/d。

其中，C表示电容，ε表示介电常数，A表示电极面积，d表示电极之间的距离。

由此可见，电容与电极之间的距离成反比，即当距离增大时，电容减小；距离减小时，电容增大。

其次，电容位移传感器通过测量电容的变化来实现对物体位移的监测。

当物体发生位移时，电容的变化会导致传感器输出信号的变化。

传感器通常会将电容变化转换为电压或电流信号输出，然后通过信号处理电路进行放大、滤波和转换，最终得到与位移大小成正比的输出信号。

此外，电容位移传感器的工作原理还涉及到温度补偿和线性化处理。

由于介电常数与温度有关，温度的变化会影响电容的测量精度。

因此，传感器通常会采用温度补偿技术来消除温度对测量的影响。

另外，由于电容与位移之间的关系不一定是线性的，传感器还需要进行线性化处理，以确保输出信号与位移之间的关系是线性的。

综上所述，电容位移传感器的原理是通过测量电容的变化来实现对物体位移的监测。

它利用电容与位移之间的关系，通过信号处理电路将电容变化转换为与位移大小成正比的输出信号。

同时，为了提高测量精度，传感器还需要进行温度补偿和线性化处理。

电容位移传感器在工业自动化、机器人、汽车电子等领域有着广泛的应用，具有测量精度高、响应速度快、结构简单等优点，是一种性能优良的位移测量设备。

简要说明电容式位移传感器的工作原理一、引言电容式位移传感器是一种常见的非接触式位移测量传感器，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车工业、医疗设备等领域。

本文将详细介绍电容式位移传感器的工作原理。

二、电容式位移传感器的基本结构电容式位移传感器由两个平行板组成，其中一个固定不动，另一个可以沿着垂直方向运动。

当被测物体发生位移时，可动平板也会随之运动，并改变两个平行板之间的距离。

这个距离变化会导致两个平行板之间的电容值发生变化。

三、电容式位移传感器的工作原理1. 电容量与距离的关系在理解电容式位移传感器的工作原理之前，先来了解一下电容量与距离之间的关系。

在真空中，两个平行板之间的电容量可以用以下公式表示：C = εA/d其中，C表示电容量；ε表示真空介质常数；A表示两个平行板面积；d表示两个平行板之间的距离。

根据这个公式可知，在其他条件不变时，两个平行板之间的距离越小，电容量就越大；反之亦然。

2. 电容式位移传感器的工作原理电容式位移传感器的工作原理基于上述公式，即通过改变两个平行板之间的距离来改变电容量。

当被测物体发生位移时，可动平板也会随之运动，并改变两个平行板之间的距离。

这个距离变化会导致两个平行板之间的电容值发生变化。

具体地说，当两个平行板之间没有被测物体时，它们之间的距离为d1，对应的电容值为C1。

当被测物体发生位移后，可动平板也会随之运动并靠近固定平板，此时它们之间的距离为d2（d2 < d1），对应的电容值为C2（C2 > C1）。

因此，通过测量电容值的变化可以得到被测物体发生位移的大小。

四、电容式位移传感器的优缺点1. 优点(1) 非接触式测量：与接触式传感器相比，不会对被测物体造成损伤或干扰。

(2) 高精度：由于其基本结构简单，可以实现高精度的位移测量。

(3) 宽测量范围：可根据需要进行设计和制造，适用于不同的测量范围。

2. 缺点(1) 受环境影响：电容式位移传感器的精度和稳定性受到环境因素的影响，如温度、湿度、电磁干扰等。

一、实验目的1、了解差动式电容传感器的基本结构。

2、掌握差动式电容传感器的调试方法。

二、实验原理电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器放大后，用数字电压表显示出来。

图1.1图2.1三、实验过程与数据处理1、固定好位移台架，将电容式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示12mm左右。

将测微器装入位移台架上部的开口处，再将测微器测杆与电容式传感器动极旋紧。

然后调节两个滚花螺母，使电容式传感器的动极上表面与静极上表面基本平齐，且静极能上下轻松滑动，这时将两个滚花螺母旋紧。

2.用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器 RP2旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP1。

3.按图1.2接线，将可变电容Cx1与Cx2接到实验板上，位移台架的接地孔与转换电路板的地线相连。

4.接通电源，调节测微器使输出电压UO 接近零，然后上移或下移测微器1mm ，调节差动放大器增益，使输出电压的值为200～400mV 左右，再回调测微器，使输出电压为0mV ，并以此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm ，上下各2.5mm ，将位移量X 与对应的输出电压U0记入下表1，表2中。

灵敏度XU S ∆∆=1=-476.09mV/mm %1000⨯∆=d dδ=4.896%XU S ∆∆=1=-567.8mV/mm %1000⨯∆=d dδ=5.738%四、问题与讨论1.试比较差动式和变面积式两种电容传感器的优劣 优点：（1）当移动板线性移动时，相应的电容会发生变化，其中K 为灵敏度，其输出与输入呈线性关系，并且灵敏度是恒定的。

但是，平行板结构对极距的变化特别敏感，会影响测量精度，而圆柱结构受极板的径向变化影响较小，已成为最常用的结构（2）差动电容传感器之所以采用差动连接，是因为在机械位移很小时，输出电容变化量与机械线位移有很好的线性关系，精度很高。