变面积式差动电容传感器

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。

变面积式电容传感器实验报告实验报告：变面积式电容传感器实验目的：本实验旨在探究变面积式电容传感器的工作原理和应用特点，并通过实验验证其灵敏度和可靠性。

实验器材：1. 变面积式电容传感器2. 信号调理电路3. 示波器4. 多用途实验平台5. 连接线等实验步骤：1. 连接器材：将变面积式电容传感器、信号调理电路和示波器依次通过连接线连接到多用途实验平台。

2. 预实验设置：将实验平台设置为适当的电源电压和信号采样参数。

3. 采集基准数据：在未施加外力的情况下，采集变面积式电容传感器的基准电容值。

记录并保存这个数值，用作后续实验的参考。

4. 施加外力：通过使用外力（例如手指按压、物体靠近等），施加变化的压力或距离作用在传感器上。

5. 实时监测和记录：使用示波器实时监测传感器输出的电容信号，并记录下压力或距离变化对应的电容数值。

6. 分析和比较：比较施加不同压力或距离变化时的电容数值，分析其变化幅度和趋势。

7. 实验验证：根据实验结果，验证变面积式电容传感器是否灵敏、稳定和可靠。

实验结果和讨论：根据实验数据分析，我们可以得出以下结论：1. 变面积式电容传感器对外力变化具有很好的灵敏度，能够较准确地感知和测量外力的变化。

2. 在变面积式电容传感器的工作范围内，其输出电容与外力的变化呈线性关系或非线性关系。

3. 与其他传感器相比，变面积式电容传感器具有较好的稳定性和可靠性，适用于多种应用场景。

结论：通过本实验，我们深入了解了变面积式电容传感器的工作原理和特点。

实验结果表明，它是一种灵敏、稳定和可靠的传感器，在物理力学、机械测量、触控屏幕等领域具有广泛的应用前景。

通过进一步优化设计和应用，这种传感器有望在更多领域发挥重要作用。

参考文献：[1] 张三, 李四. 变面积式电容传感器原理及应用研究[J]. 物理与电子工程, 20XX, (X):XX-XX.。

变面积式电容传感器的工作原理1. 电容传感器的基本概念电容传感器，这个名字听起来高大上，其实它的工作原理简单得很，就像人跟人之间的默契。

你知道吗？电容传感器的工作就跟我们小时候玩的游戏有点像——“你来我往”。

它是通过电容的变化来感知周围的环境变化，尤其是物体的接近或者移动。

电容是电路中储存电能的一种方式，就像我们储存美好记忆一样。

这个传感器的基本原理就是利用电场的变化来检测物体，真是个聪明的家伙！2. 变面积式电容的特点2.1 变面积的意义说到变面积式电容，首先得知道它和普通电容的区别。

普通的电容就像一个固定的储蓄罐，永远不变，而变面积式电容就像一块弹性十足的海绵，可以随着环境的变化而改变形状，嘿，这可厉害了！它的电容值会随着两个导体板之间的面积变化而变化。

想象一下，如果你把两个手掌合在一起，然后慢慢地拉开，表面积增大了，电容值自然就会增加，反之亦然。

这种巧妙的设计让它能敏感地捕捉到微小的变化。

2.2 工作原理的揭秘接下来，我们来深入探讨一下它是如何工作的。

当一个物体靠近传感器时，电场就会受到干扰。

就好比你走近朋友，朋友的感应会变得更灵敏。

电容值的变化就像那种惊喜的小惊鸣，传感器会迅速把这个变化转化为电信号。

电信号再通过电路的处理，就能被转化成有用的信息，简直是“神奇之手”啊！3. 应用领域的广泛性3.1 生活中的电容传感器变面积式电容传感器在生活中应用得可谓是无处不在，就像“土生土长”的好朋友。

在手机、平板电脑的触控屏幕里，它帮助我们实现轻触、滑动的操作；在洗衣机、微波炉等家电中，它能感知人们的使用习惯，自动调整工作模式，简直是“智者”的代表！可以说，没有它，现代生活可能会少了不少乐趣。

3.2 工业领域的应用不仅如此，它在工业领域的应用也让人刮目相看。

在自动化生产线上，变面积式电容传感器能精准地检测物体的存在与否，帮助机器准确地完成任务。

比如说，在汽车制造中，它可以帮助检测汽车零部件的组装状态，确保每一个环节都稳稳当当，毫不马虎！这不就是现代科技的魅力吗？4. 未来发展的趋势展望未来，变面积式电容传感器的应用潜力还很大。

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。

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（）。

变面积式电容传感器简介变面积式电容传感器是一种常见的电容传感器类型，它利用电容的变化来检测目标物体的接近或触摸。

相比于其他类型的传感器，变面积式电容传感器具有较高的灵敏度和精确度，广泛应用于自动化控制系统、智能设备、机器人技术等领域。

原理变面积式电容传感器由两个导电板组成，分别被称为感应电极和测量电极。

感应电极通常是一个大面积的导电板，而测量电极则是一个小面积的导电板。

当目标物体接近或触摸传感器时，它会改变感应电极和测量电极之间的电容值。

根据电容的定义，电容值与感应电极和测量电极之间的距离成反比。

当目标物体靠近传感器时，感应电极和测量电极之间的距离减小，导致电容值增加。

反之，当目标物体远离传感器时，感应电极和测量电极之间的距离增加，导致电容值减小。

结构变面积式电容传感器通常由以下几个部分组成：1.感应电极：感应电极是一个大面积的导电板，它负责产生一个强电场以感应目标物体附近的电容变化。

2.测量电极：测量电极是一个小面积的导电板，它负责测量感应电极和目标物体之间的电容值。

3.信号处理电路：信号处理电路用于将测量电极获得的电信号转换为数字信号，以便传输和处理。

4.外壳：外壳用于保护电容传感器的内部结构，同时提供固定和安装的功能。

工作原理变面积式电容传感器的工作原理可以分为以下几个步骤：1.传感器发送一个高频信号到感应电极上，形成一个强电场。

2.当目标物体接近或触摸传感器时，它会改变感应电极和测量电极之间的电容值。

3.测量电极测量电容值，并将其转换为电信号。

4.信号处理电路将电信号转换为数字信号，进行进一步的处理或输出。

应用领域变面积式电容传感器广泛应用于以下领域：1.自动化控制系统：变面积式电容传感器可用于检测物体的位置、接近和触摸，实现自动化控制系统的功能。

2.智能设备：变面积式电容传感器可用于智能手机、平板电脑、智能手表等设备中的触摸屏和按键。

3.机器人技术：变面积式电容传感器可用于机器人的碰撞检测、接近检测和手势识别等功能。

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。