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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（）。
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（）。
差动变面积式电容传感器的静态及动态特性【实验目的】了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性【实验仪器】电容式传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、JK-19型直流恒压电源、JK-20型频率振荡器、九孔实验板接口平台、万用表、示波器【实验原理】由C = S0/d得，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类，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。
当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，称为差动电容。
如将上层定片与动片形成的电容定为C l，下层定片与动片形成的电容定为C2，当将C l和C2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关。
【实验步骤】旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，万用表置于2 V档。
1．将电容式动片固定在振动盘上，调整好动片与静片的位置，不能相互接触。
2．按图22-1接线。
把电容的增益拧至合适位置，万用表20 V档。
调节测微头，使输出为零，并读出其刻度值。
3．转动测微头，每次0.3 mm，记下此时测微头的读数及万用表的读数，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大为止。
X()mmU(mV)退回测微头至初始位置，并开始以相反方向旋动，同上法，记下)(mVUmm(X及)值。
4．计算系统灵敏度S。
X=（式中U∆为电压变化，X∆U/S∆∆为相应的两端位移变化），并作出XU关系曲线。
~5．卸下测微头，断开万用表，接通激振器，用示波器观察输出波形。
改变激振频率，测量3种波形的电压、频率和周期。
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。
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。
