实验三 电容式传感器的位移特性实验.docx

实验三 电容式传感器的位移特性实验实验三 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C=S/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、S、d中三个参数中，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测微小位移和测量液位等多种电容传感器。变面积型电容传感器中，平板结构对极距特别敏感，测量精度受到影响，而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，且理论上具有很好的线性关系，成为实际中最常用的结构，其中线位移单组 式的电容量C在忽略边缘效应时为： C=2pel rln(2r1)式中 l 外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度； r1、r2 外圆筒内半径和内圆柱外半径。 当两圆筒相对移动l时，电容变化量C为： DC=2pe(l-Dl)2peDl2pelDl -=C0lln(r2r1)ln(r2r1)ln(r2r1)于是，可得其静态灵敏度为： DCé2pe(l+Dl)2pe(l-Dl)ù4pe kg=ê-/Dl=úr2Dlln(r2r1)ûln(r2r1)êúëln(r1)可见灵敏度与r2r1，有关，r1与r2越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度l与灵敏度无关，但l不可太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。 本实验为变面积式电容传感器，采用差动式圆柱形结构，因此可以很好的消除极距变化对测量精度的影响，并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。 三、需用器件与单元 传感器实验模块、电容传感器、测微头、传感器调理电路挂箱 四、实验步骤 1将电容式传感器装于传感器实验模块的黑色支架上，将差动电容传感器引线插头插入传感器调理电路中“电容式传感器实验”单元的“传感器接口”中。 2Rw调节到大概中间位置，将“电容传感器实验”单元的输出端Uo接入智能直流电压表。 3打开“传感器调理电路”实验挂箱电源开关POWER2。 4旋转测微头，改变电容传感器动极板的位置，每隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表10-1。 表10-1 电容传感器位移与输出电压值 X(mm) V(mV) 5根据表10-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。 五、实验注意事项 1传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2做实验时，不要用手或其它物体接触传感器，否则将会使线性变差。 六、思考题 1简述什么是电容式传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不利影响。 2电容式传感器和电感式传感器相比，有哪些优缺点？ 图10-1 电容传感器位移实验接线图 七、实验报告要求 1整理实验数据，根据所得的实验数据做出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法做出拟合直线，计算该传感器的非线性误差。 2根据实验结果，分析引起这些非线性的原因，并说明怎样提高传感器的线性度。