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电容式传感器实验
1 实验目的
了解电容式传感器原理及位移测量的原理；
2 实验仪器
电容传感器实验模块
示波器：DS5062CE
微机电源：WD990型，±12V
万用表：VC9804A型
电源连接电缆
螺旋测微仪
3 实验原理
差动式同轴变面积电容的两组电容片Cx1与Cx2作为双T电桥的两臂，当电容量发生变化时，桥路输出电压发生变化。
原理图如图1所示。
图1 电容式传感器工作原理
4 实验步骤
实验步骤如下：
（1）用电源电缆连接电源和电容传感器实验模块（插孔在后侧板），其中电缆的橙蓝线为+12V，白蓝线为-12V，隔离皮（金色）为地，切记勿接错！
（2）观察电容传感器结构：传感器由一个动极与两个定级组成，按图1接好实验线路，增益适当。
（3）打开微机电源，用测微仪带动传感器动极位移至两组定极中间，调整调零电位器，此时模块电路输出为零。
（4）前后位移动极，每次0.5mm，直至动静极完全重合为止，记录数据，作出电压-位移曲线。
5实验结果
6.实验总结
6.1电容式传感器的工作原理将被测量转化为电容量的变化。
传感器图像如下：
圆筒形电容器的电容为:C=2πεx
ln(D
d
)。
输入输出成线性关系，但灵敏度低。
6.2有实验数据可得，呈线性关系，中心位置为12.35mm，与12.5mm 相差的原因如下：
（1）电路存在延迟效应，测量数据有误差，取平均减小误差。
（2）没有机械调零，导致零位存在电压。
（3）测量外界电磁的干扰。
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+C2C. C1+C2/C1-C2D. ΔC1/C1+ΔC2/C23、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法正确的是（）。
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（）。
差动式电容传感器的工作原理差动式电容传感器是由一对对接在一起形成可变电容的极结构组成的，它可以测量物体的距离、位置和尺寸等。
电容传感器的工作原理是：由二极结组成的可变电容电容两端都连接电阻网络，当目标物体进入电容腔内时，电容因电磁耦合发生变化，通过电子元件的变化造成输出电流的变化，从而判断外界物体的距离，大小等特征。
由于差动式电容传感器可以精确测量物体的距离和尺寸，因此，它们经常用于机器人应用，如内部机器检测、位移控制以及坐标定位等，以及用在检测仪器中，如压力开关、流量仪等。
差动式电容传感器具有较大的响应速度，低电耗，精确宽带等性能，而且它们的分辨率和频率响应高、快，具有很好的耐压性和抗干扰性能，即使环境温度变化很大，它的工作也很稳定。
虽然差动式电容传感器具有许多优点，但它也存在一些缺点，比如非线性性能差，对湿度和绝缘材料的敏感性强，对大温度变化的精度较差，以及它的安装结构要求较高等缺点。
总之，差动式电容传感器是一种新型的高效灵敏传感器，它可以精确测量物体的距离、位置和尺寸，经常用于机器人应用、检测和定位，但也存在一些缺点，比如非线性性能差，对湿度和绝缘材料的敏感性强，对大温度变化的精度较差，以及它的安装结构要求较高等缺点。
传感器实验报告实验一金属箔式应变片单臂电桥实验数据处理线性拟合V=5.767*x-0.422 灵敏度为5.767思考题：（1） 本实验电路对直流稳压电源有何要求，对放大器有何要求。
直流稳压源输出应稳定，且不超过负载的额定值。
放大器应对差模信号有较好放大作用，无零漂或零漂小可忽略。
（2）将应变片换成横向补偿片后，又会产生怎样的数据，并根据其结构说明原因。
灵敏度将大幅度降低，线性性也将变差，电压随位移的变化将变得十分小。
因为横向补偿片原本是横向粘贴在悬梁臂上的，用于补偿应变片测量的横向效应。
在悬梁臂形变的时候，横向补偿片仅仅横向部分发生形变，而应变片敏感栅往往很粗而且有效长度短，因此阻值变化小。
实验二金属箔式应变片双臂电桥（半桥）实验数据处理V=11.95*x+0.778灵敏度为11.95思考题：（1）根据应变片受力情况变化，对实验结果作出解释。
在梁上下表面受力方向相反的应变片相当于将形变放大两倍，，因此，ΔV/ΔX大约是实验一中的两倍。
（2）将受力方向相反的两片应变片换成同方向应变片后，情况又会怎样。
同方向的两片应变片相互抵消，输出为零。
（3）比较单臂，半桥两种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥的灵敏度约是单臂的两倍。
实验三金属箔式应变片四臂电桥(全桥)的静态位移性能V=24.15*x+1.4灵敏度问24.15思考题：（1）如果不考虑应变片的受力方向，结果又会怎样。
对臂应变片的受力方向应接成相同，邻臂应变片的受力方向相反，否则相互抵消没有输出（2）比较单臂，半桥，全桥各种接法的灵敏度。
在相同形变量下，半桥灵敏度约是单臂的两倍，全桥灵敏度越是半桥的两倍，即约为全桥的四倍。
实验四金属箔式应变片四臂电桥（全桥）振动时的幅频性能实验数据处理思考题：（1）在实验过程中，观察示波器读出频率与频率表示值是否一致，据此，根据应变片的幅频特性可作何应用。
不一致。
可以根据这个原理反向测出梁的震动频率，利用应变片读出峰值，在找到对应的频率值即可。
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+C2C. C1+C2/C1-C2D. ΔC1/C1+ΔC2/C23、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法正确的是（）。
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（）。
、单项选择题1、2、3、4、5、6、7、8、9、第6 章电容式传感器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C. 减小一倍）。
B. 增大一倍D. 增大两倍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-C2C. C 1+C2/C1-C2B. C 1-C2/C1+C2D. ΔC1/C 1+ΔC2/C2当变隙式电容传感器的两极板极间的初始距离A．灵敏度K0 增加C．非线性误差增加）。
d0 增加时，将引起传感器的（．灵敏度K0 不变．非线性误差减小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．非线性误差不变用电容式传感器测量固体或液体物位时，A．变间隙式C．变介电常数式电容式传感器通常用来测量（A．交流电流 B ．电场强度电容式传感器可以测量（A．压力 B ．加速度电容式传感器等效电路不包括（A. 串联电阻C. 并联损耗电阻B.D.）。
应该选用（B．变面积式D ．空气介质变间隙式）。
谐振回路）。
）。
C．重量D．位移）。
C．电场强度 D ．交流电压不等位电阻关于差动脉冲宽度调制电路的说法正确的是（）。
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、列不属于电容式传感器测量电路的是（A．调频测量电路．运算放大器电路C．脉冲宽度调制电路．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 ． 1B ．2C ． 3D ． 0、多项选择题1、极距变化型电容式传感器，其灵敏度与极距（）。
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。
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+C2C. C1+C2/C1-C2D. ΔC1/C1+ΔC2/C23、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（）。
差动变面积式电容传感器性能测试
一、实验目的：
1、了解差动变面积式电容传感器的原理；
2、了解差动变面积式电容传感器的特性。
二、实验内容：
1、差动变面积式电容传感器的静态特性；
2、差动变面积式电容传感器的动态特性。
（一）差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
实验单元及附件：
电容传感器电压放大器低通滤波器F/V表激振器示波器。
实验原理：
电容式传感器有多种形式，本仪器中差动变面积式。
传感器由两组定片和一组动片组成。
如将上层定片与动片形成的电容为Cx1,下层定片与动片形成的电容定为Cx2,当将Cx1 和Cx2 接入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对应关系。
实验步骤：
（1）按图6接线。
图6
（2）F/V表打到20V，在整个行程范围内调节测微头，观察电压表输出变化是否正常（应当连续变化，且基本对称），如不正常，请指导教师调整传感器结构。
（3）转动测微头从最上端（电容动片与上静片复盖面积最大处）开始测量，每间隔0.1mm，记下一组数据（位置及电压），直至电容动片与下静片复盖面积最大为止。
注意测
量过程中记录电压为零的准确位置X0= mm，作为零位。
位置：测微器读数，位移：各点位置减去零位X0
(4)计算系统灵敏度S：S=△V/△X（式中△V为电压变化，△X为相应的梁端位移变化），并作出V-X关系曲线。
差动变面积式电容位移传感器设计燕山大学课程设计说明书题目:差动变面积式电容位移传感器设计学院(系):电气工程学院年级专业:学号:学生姓名:指导教师:提交日期: 2012年1月6日燕山大学《传感器原理与设计》任务书院(系):电气工程学院基层教学单位:仪器科学与工程系0901030学号学生姓名张晓丽专业(班级) 09精仪1班20002设计具有长线补偿能力的直流放大器的称重传感器设计题目设 1. 测量范围:-1mm,+1mm计 2. 线性度(,Fs):0.5 技3. 分辨率(μm):0.01 术参 4. 灵敏度(P,,,,):2.3数1.理论设计方案及论证2.传感器结构设计、理论分析、参数计算设3.测量电路设计、分析、参数计算计 4.寄生电容的干扰及消除5.绘出传感器的结构示意图和测量电路要6.结合传感器试验平台，确定传感器的静态的灵敏度和线性范围。
求7.结合试验平台，设计电容传感器的电子秤应用试验8.提交课程设计说明书工第一周:周1~周2:收集消化资料及拟定设计方案作周3~周5:敏感元件、传感元件设计、转换电路设计计第二周:周1~周3:设计结果实验验证与演示。
划周4~周5:撰写设计说明书，答辩。
参 1.唐文彦《传感器》(第4版)机械工程出版社 2007年考 2.李科杰《新编传感器技术手册》国防工业出版社 2002年资 3.其他:传感器原理、接口电路、设计手册类参考书料指导教基层教学单位主任签字师签字摘要差动式电容传感器灵敏度高、非线性误差小，同时还能减小静电引力给测量带来的影响，并能有效的改善高温等环境影响造成的误差，因而在许多测量场合中被广泛应用。
把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
本设计采用变压器电桥测试电路将电容变化转化为电压变化，电容式传感器的电容值十分微小，必须借助信号调理电路，将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输出。
变面积式电容传感器特点
变面积式电容传感器是一种常见的电容传感器类型，它根据电场的变化来检测目标物体的位置、形状或材料特性。
它具有以下几个特点：
1. 高灵敏度：变面积式电容传感器可以实现非常高的灵敏度，能够检测微小的电容变化。
这使得它在精密测量和控制应用中非常有用。
2. 宽频率响应：这种传感器具有宽频率响应范围，能够在低频和高频范围内工作。
因此，它适用于各种应用场景，不受频率限制。
3. 高稳定性：变面积式电容传感器的设计使其具有较高的稳定性，能够长时间保持精确的测量结果。
这使得它在需要长期稳定性和可靠性的应用中表现出色。
4. 小尺寸和紧凑设计：由于其设计的特殊性质，变面积式电容传感器通常具有小尺寸和紧凑的外形。
这使得它在空间受限的应用中非常方便，可以被集成到各种设备和系统中。
5. 适应性强：这种传感器可以适应不同的环境和工作条件。
无论是在高温、低温还是恶劣的工作环境下，它都能够正常工作并提供可靠的测量结果。
总之，变面积式电容传感器以其高灵敏度、宽频率响应、高稳定性、小尺寸和适应性强等特点，成为许多领域中重要的测量和控制工具。
它在工业自动化、医疗设备、家电等领域得到广泛应用。
变面积型电容式传感器定义嘿，朋友！您知道什么是变面积型电容式传感器不？这玩意儿听起来挺专业，其实啊，理解起来并不难。
咱先来说说电容，您就把它想象成一个能装电的小罐子。
这罐子装电的能力大小，就叫电容。
而变面积型电容式传感器呢，就是靠着电容这个小罐子的面积变化来工作的。
比如说，咱有两块平行的金属板，中间隔了一层绝缘的东西，这就构成了一个简单的电容。
当这两块金属板相对的面积发生改变的时候，就像您手里的钱包，一会儿张开大口能多装钱，一会儿又合上只能装一点点，电容的大小也就跟着变啦。
您想想看，要是这两块金属板像扇子一样能开合，面积一会儿大一会儿小，那电容不就跟着一会儿大一会儿小了嘛！这变面积型电容式传感器就是这么巧妙地捕捉到这个面积变化，然后把它变成电信号告诉咱们。
就好比您去市场买菜，摊主的秤能根据菜的重量变化显示出不同的数值，这变面积型电容式传感器就像是一个超级灵敏的“电秤”，能精准地感知面积的变化。
再比如说，在一些自动化的生产线上，它能检测零件的位置和移动，零件的位置一变，对应的电容面积就变了，传感器马上就能察觉，然后控制机器做出相应的动作。
这是不是很神奇？您可能会问啦，这东西到底有啥用呢？用处可大着呢！在测量位移、角度、液位这些方面，它可都是高手。
比如说测量液位，随着液位的高低变化，传感器的有效面积跟着变，就能准确告诉咱们液位的情况。
您看，这变面积型电容式传感器虽然名字有点复杂，但其实原理并不难懂，就像我们生活中的很多小窍门一样，一旦搞明白了，就能发挥大作用。
总之，变面积型电容式传感器就是通过巧妙利用电容面积的变化来为我们服务的好帮手，在很多领域都有着不可或缺的重要地位。
