实验四 电容式传感器的位移特性实验
实验一(电容式传感器的位移特性实验)
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=εA/d和相应的结构及测量电路，在ε、A、d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。利用电容传感器的动态响应特性和可以非接触测量等特点，可进行动态位移测量。
电容传感器具有结构简单、灵敏度高、分辨力高（可达0.01mm甚至更高）、动态响应好、可进行非接触测量等特点，它可以测量线位移、角位移，高频振动振幅，与电感式比较，电感式是接触测量，只能测低频振幅，电容传感器在测量压力、差压、液位、料位成分含量（如油、粮食中的水份）、非金属涂层、油膜厚度等方面均有应用。目前半导体电容式压力传感器已在国内外研制成功，正在走向工业化应用。
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2-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
图2-1 电容传感器安装示意图
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2-2。
图2-2 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V i相接(插入主控箱V i孔)，R w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
0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表2-1。
X(mm)
V(mv)
5、根据表2-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。
电容传感器的位移特性实验
电容传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解电容传感器结构及特点。
二、实验内容
掌握电容传感器的基本应用。
三、实验仪器
传感器检测技术综合实验台、电容传感器实验模块、电容传感器、振动源实验模块、示波器、导线。
四、实验原理
1、电容传感器是以各种类型的电容为传感元件，将被测物理量转换成电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的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d。三个参数中，保持二个参数不变，只改变其中一个参数，则可以有测干燥度（ε变）、测位移（d变）和测液位（A变）等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱形，虽然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18-1所示：它是由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Δx位移时，电容量的变化量为ΔC=C1-C2=ε2π2Δx/ln(R/r)，式中ε2π、ln(R/r)为常数，说明Δc与Δx位移成正比，再配上配套的测量电路就能测量位移。
图18-1 实验电容传感器结构
五、实验注意事项
1、严禁将信号源输出对地短接。
2、实验过程中不要带电拔插导线。
3、严禁电源对地短路。
六、实验步骤
1、按图18-4示意图接线：电容传感器实验模块电源单元接主台体上的±15V电源；将脉冲调制单元的Fout与电容测量放大单元的Fin相接；将电容传感器安装在电容传感器实验模
位移传感器实验报告
位移传感器实验报告
位移传感器实验报告
引言：
位移传感器是一种能够测量物体位移的装置。它在工业自动化、机器人技术、
医疗设备等领域有着广泛的应用。本实验旨在通过对位移传感器的实验研究，
探索其工作原理和性能特点。
一、实验目的
本实验的目的是研究位移传感器的工作原理和性能特点，了解其在实际应用中
的优缺点，为后续的工程设计和应用提供参考。
二、实验装置和方法
实验所用的位移传感器是一种电容式位移传感器，其工作原理是通过测量电容
的变化来实现对位移的测量。实验装置包括位移传感器、信号调理电路、数据
采集系统等。
在实验过程中，首先将位移传感器固定在待测物体上，然后通过调整传感器的
位置和角度，使其与被测物体保持良好的接触。接下来，将信号调理电路与传
感器连接，并将其输出与数据采集系统相连。最后，通过改变被测物体的位移，观察位移传感器的输出信号变化，并记录相应的数据。
三、实验结果与分析
在实验过程中，我们通过改变被测物体的位移，观察位移传感器的输出信号变化，并记录了相应的数据。实验结果显示，位移传感器的输出信号随着被测物
体位移的增加而线性增加，且具有较高的精度和稳定性。
进一步分析发现，位移传感器的灵敏度与传感器的工作原理和结构有关。电容
式位移传感器通过测量电容的变化来实现对位移的测量，其灵敏度受到电容变化量的影响。因此，在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的位移传感器，以确保测量结果的准确性和可靠性。
此外，位移传感器还具有一定的温度特性。在实验过程中，我们发现位移传感器的输出信号受到环境温度的影响。当环境温度发生变化时，位移传感器的输出信号也会发生相应的变化。因此，在实际应用中，我们需要对位移传感器进行温度补偿，以提高测量的精度和稳定性。
7 电容式传感器位移特性实验
二、圆柱形差动结构的电容式传感器
设圆筒的半径为r1，圆柱的半径为r2，圆柱的 长为x，则电容： 2πεx 2 c c x ln r1 r2 lnr1 r2
本实验电容器由两个圆来自百度文库和一个圆柱组成的。
2 2x C1、C2差动连接时 c ln r1 r2
C ∝x，配上测量电路，建立U∝ x，就能测量位移。 电容传感器的电容值非常微小，必须借助于测量电路， 将其转换成电压、电流、频率信号等电量来表示电容值的 大小。
反方向每转动测微头1圈(△x=0.5mm) 读1次电压表读 数，记录10组数据)，将数据填入表1并作出Ｖ—x曲线。 表1 电容传感器位置与输出电压值 X(mm) V(mV) 4、计算电容式传感器的系统灵敏度S和非线性误差δ。
U 系统灵敏度：K x
vmax 非线性误差： Vmax
电容式传感器的位移特性实验
实验目的
了解电容式传感器的结构及其特点。 了解电容式传感器测位移的原理
非电量 敏感元件
电参数 转换电路
电压或电流
实验原理
一、电容式传感器 1、定义 以电容为敏感原件，将机械位移量转换为电容量 变化的传感器称为电容式传感器。 2、分类 利用电容C=εs/d，通常将电容式传感器分为变 面积型、变介质型和变间隙型三种。 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，因而 成为实际中最常用的电容式传感器。
06电容式传感器的位移特性实验
中南大学
仪器与自动检测实验报告
冶金科学与工程院系冶金专业 10级试验班级姓名陈晓晨学号02 同组者席昭等
实验日期 2013 年 4 月 08 日指导教师
实验名称：电容式传感器的位移特性实验
一、实验目的：
了解电容传感器的结构及特点
二、实验仪器：
电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源
三、实验原理：
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：
式中，S为极板面积，d为极板间距离，真空介电常数，介质相对介电常数，由此
可以看出当被测物理量使或发生变化时，电容量随之发生改变，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质电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图11-1两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下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。
图11-1
四、实验内容与步骤
1．按图11-2将电容传感器安装在电容传感器模块上，将传感器引线插入实验模块插座中。
电容传感器动态特性实验报告
电容传感器动态特性实验报告
电容传感器动态特性实验报告
引言：
电容传感器是一种常见的传感器，广泛应用于工业自动化、仪器仪表、医疗设
备等领域。了解电容传感器的动态特性对于优化传感器的工作性能和提高测量
精度具有重要意义。本实验旨在通过实际操作和数据分析，研究电容传感器的
动态特性。
实验装置：
本次实验所使用的电容传感器为平行板电容传感器。实验装置包括电容传感器、信号发生器、示波器、数据采集卡等设备。
实验步骤：
1. 连接电路：将信号发生器的输出端与电容传感器的输入端相连，将示波器的
输入端与电容传感器的输出端相连，使用数据采集卡将示波器的输出信号记录
下来。
2. 设置信号参数：通过信号发生器设置不同的频率和幅值，以模拟实际工作环
境下的电容传感器。
3. 数据采集：使用数据采集卡记录示波器输出信号的振幅和相位差。
4. 数据分析：根据采集到的数据，分析电容传感器的动态特性，包括频率响应、幅频特性、相频特性等。
实验结果与分析：
1. 频率响应：通过改变信号发生器的频率，记录示波器输出信号的振幅变化。
实验结果显示，电容传感器的输出信号随着频率的增加而逐渐减小，说明电容
传感器在高频率下的灵敏度较低。
2. 幅频特性：保持信号发生器的频率不变，改变信号发生器的幅值，记录示波
器输出信号的振幅变化。实验结果显示，电容传感器的输出信号随着信号幅值
的增加而线性增加，但当信号幅值达到一定值后，电容传感器的输出信号增加
速度变慢，出现饱和现象。
3. 相频特性：通过改变信号发生器的频率，记录示波器输出信号的相位差变化。实验结果显示，电容传感器的输出信号相位差随着频率的增加而逐渐增大，说
传感器与检测技术实验
《传感器与检测技术》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，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：
△R/R=K/ε
式中△R/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态的变化。电桥的作用是将应变电阻变化转换成电压的比例变化，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：U O1=ε/4。
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（主控台上电压表）、±1 5V电源、±4 V电源、万用表。
四、实验步骤：
1、检查应变传感器的安装
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R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，各应变片初始阻值R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝初始阻值为50Ω左右。
2、差动放大器的调零
图1 -1应变式传感器安装示意图
首先将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针到底（即此时放大器增益最大。然后将差动放大器的正、负输入端相连并与地短接，输出端与主控台上的电压表输入端Vi相连。检查无误后从主控台上接入模块电源±15V以及地线。合上主控台电源开关，调节实验模块上的调零电位器Rw4，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。（注意：Rw4的位置一旦确定，一般不作改变，一直到做完实验为止）
电容式传感器测位移.
三.数据及分析：
x
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
v
0.5
0.59
0.68
0.77
0.86
0.95
1.04
1.12
1.22
1.30
1.40
x：（毫米）v：（伏）
数据分析：
利用最小二乘法拟合直线：y=0.18x-0.85，可以看出电压与位移成线性关系
本实验采用传感器为两组静态级片和一组动级片组成两个平板式变面积差动结构（两个平板是变面积电容变化量只△C=△C1-△C2）的电容位移传感器（具体平板式变面积电容式传感器原理参阅教课书），差动时一般优于单组（单边）式的传感器。它的灵敏度高，线性范围宽，稳定性高。
电容量和两个极板的间隙、表面积之间的关系可用下式表示
C=Ɛ /d = /d
式中，
C :电容（微微法）；
Ɛ:极板间介质的介电常数，空气的Ɛ= 1；
:两个极板相互覆盖的面积(cm²)；
d :两个极板间的距离(cm²)；
:相对介电常数；
:真空介电常数； = 0.088542*10 F/cm。
由式可见，在3个参数中，只要改变其中一个参数，即可使电容C发生变化。如果保持其中两个参数不变，就可把另一个参数的单一变化转换成电容量的变化，即可以把3个参数中的任意一个的变化转换成电容C的变化。这就是电容式传感器的基本工作原理。
传感器与检测技术-第4章 电容式传感器
电容式传感器
目录
4.1 电容式传感器的工作原理和类型
第 4 4.2 电容式传感器的测量转换电路 章 4.3 电容式传感器的应用
4.4 实训 电容式传感器特性测试
4.1 电容式传感器的工作原理和类型
电容式传感器
电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种传 感器。它具有结构简单、体积小、分辨率高、可非接触式 测量等特点，广泛应用于压力、压差、位移、振动、液位 等参数的测量。随着电子技术及计算机技术的发展，电容 式传感器所存在的易受干扰和易受分布电容影响等缺点不 断得以克服，进一步促进了电容式传感器的广泛应用。
利用后面的转换电路（如电桥等）可以检出两电容的差值，该差值是单个电 容传感器电容变化量的两倍。
采用差动工作方式，电容传感器的灵敏度提高了一倍，非线性得到了很大的 改善，某些因素（如环境温度变化、电源电压波动等）对测量精度的影响也 得到了一定的补偿。
变极距型电容传感器的优点
可实现动态非接触测量 动态响应特性好 灵敏度和精度极高（可达nm级） 适应于较小位移（1 nm~1 μm）的精度测量 但传感器存在原理上的非线性误差 线路杂散电容（如电缆电容、分布电容等）的影响显著， 为改善这些问题而需配合使用的电子电路比较复杂。
性比例关系。
4.脉冲宽度调制电路
脉冲宽度调制电路（PWM）是利用传感器的电容充放电使电路输出脉冲的占空 比随电容式传感器的电容量变化而变化，再通过低通滤波器得到对应于被测量 变化的直流信号。
电容式传感器测位移特性实验
电容式传感器测位移特性实验
电容式传感器是一种常用的位移传感器，采用电容式将小的位移量变化，转变成模拟
电压来发送，以实现检测和测量的目的，其具有快速响应、高精度和反应稳定的特点，被
广泛应用到航空、航天、工业控制仪表等领域。本实验将通过实验设备进行测量电容式传
感器的位移特性，以更加深入的了解电容式传感器的工作特性。
实验装置是一台专业的电容测试仪，此外还配有一个线性位移模拟器、一个电容式传
感器、一些实验电缆和接口线等辅助设备。实验可分为三个步骤：绘制拟合曲线前的实验
前准备工作、将电容式传感器的位移信号变为模拟电压的转换过程以及拟合测得的曲线。
1、实验前准备工作：首先，将位移模拟器接线连接到实验装置；随后，将电容式传
感器接入实验装置，并将电容传感器安装在位移模拟器上；最后，调节电容测试仪偏置电路，矫正偏置电压，以设定有效位移信号范围。
2、将电容式传感器的位移信号变为模拟电压的转换过程：在实验中，将位移模拟器
的调置电位从最小值（0mm）调至最大值（50mm），从而控制位移模拟器产生不同的位移量。每次顺序调节时，实验装置将其位移量所产生的信号作为输入，经过转换后将电容式
传感器的位移信号变成一定失真程度的模拟电压信号，从而可进行数据获取。
3、拟合测得的曲线：由于电容式传感器的反应特性的确定，在本实验中选择了一种
标准的二次曲线进行拟合，以便更好地了解其工作原理。在拟合曲线以及拟合曲线的过程中，采用的是软件的拟合算法，计算出最佳的参数并绘制拟合曲线。
实验结果表明，本次实验证明了电容式传感器位移特性测试实验使用电容式传感器和
电容式传感器的位移特性实验
电容式传感器的位移特性实验
电容式位移传感器实验是一种重要的引导应用考核技术，它要求用户在复杂的实验环
境中结合理论知识和实际操作，使用电容式位移传感器来测量和检验其变化。电容式位移
传感器具有灵敏度高、稳定性好、良好的鲁棒性等优点，在工业控制领域中得到广泛应用。
实验 content
一、研究内容
1、电容式位移传感器介绍：介绍电容式位移传感器的原理工作原理、接线结构以及
精度要求等。
2、等效电路仿真：使用电路仿真软件，仿真输入电压的变化对电容式位移传感器的
影响。
3、实验素材：利用工业电容式位移传感器，测量传感器的位移特性，探查其非线性
特性以及如何改善精度。
4、仪器设备：利用函数发生器、数字万用表、模拟量信号示波器等常用仪器设备，
分别检测典型电容器位移传感器的精度。
5、结论性评价：评价：分析电容式位移传感器的特性，对它的优缺点进行总结，指
出如何提高其精度，进一步建立相关的计算模型。
二、实验原理
1、电容式位移传感器由两个电容构成，其原理是由于特定环境改变时，电容之间的
介质改变，会在电容上形成电容电势差而发生变化，从而使电容式位移传感器的内部电路
受到影响，最终通过电容变化改变其输出电压。
2、实验中利用函数发生器产生跨越输入电压，观察输出电压的变化，研究电容式位
移传感器的补偿特性和灵敏度。
3、设置正反向斜率的步进电压，控制正反向补偿电压间隔，观察其非线性特性，探
究其实际特性。
4、模拟量信号示波器给出电容式位移传感器的不同输出电压，观察实际精度，辅助
分析结果。
三、实验结果
1、经过仿真计算，确定电容式位移传感器补偿特性曲线，补偿范围较大，灵敏度及
电容式传感器的位移特性实验报告资料
电容式传感器的位移特性实验报告资料
一、实验内容：
1、使用电容式传感器进行位移测量；
2、采用锁相放大器，对位移测量进行信号检测，输出交流（AC）信号幅度和相位；
3、掌握电容式传感器的阻抗和信号特性。
二、实验原理：
1、电容式传感器：是将测量物体与一个接地电极分离，形成一个独立的电容二极管。当测量物体发生位移时，该二极管电容Cc变化，即Cc=f（d），d是测量位移。在保持传
感器静态工作点C0不变的情况下，当Cc发生变化时，不受测物位移的干扰。因此，电容
式传感器可以实现高精度、无接触、无磨损位移测量。
2、锁相放大器：是一种适用于相位、频率、振幅等参数检测的精密电子测量仪器。
它可以对微弱的交流信号检测并输出信号幅度和相位。
三、实验器材：
2、锁相放大器；
3、信号调理器；
4、多路开关；
5、示波器。
四、实验过程：
1、在传感器静态工作点时，接触传感器，调整微调电容，使电压稳定在一个固定
值；
2、调整开关，将传感器所测量的位移信号输入信号调理器内，进行信号调理，可以
得到一个幅度为1V、频率为10kHz左右、带有微弱噪声的交流信号；
3、将调理后的信号连接至锁相放大器的输入端，将锁相放大器的参考输入端连接至
信号调理器输出端，调节锁相放大器的参考信号相位，使锁相放大器输出的交流信号幅度
和参考信号相位一致；
4、通过示波器连接至锁相放大器输出端，调节示波器测量参数，可以得到锁相放大
器输出信号的AC幅度和相位值；
5、通过多路开关改变传感器输入的位移值，重复以上步骤，得到传感器的位移特性曲线。
五、实验结果：
在不同的测量点进行测量，在锁相放大器中得到具有不同幅度和相位的AC信号，通过信号处理以及调制，最终得到有关电容式传感器位移特性曲线，从中发现电容性传感器在不同测量点上具有不同的灵敏度，以及对于位移值的反应截然不同，这也是电容式传感器的特点，需要在实际应用中进行合理的选择和设计。
4实验指南(YL2100)
目录
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 (1)
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验 (3)
实验三金属箔式应变片——全桥性能实验 (4)
实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较 (5)
实验五金属箔式应变片的温度影响实验 (6)
实验六直流全桥的应用——电子秤实验 (6)
实验七移相器实验 (7)
实验八相敏检波器实验 (9)
实验九交流全桥的应用——振动测量实验 (10)
实验十压阻式压力传感器的压力测量实验 (13)
实验十一扩散硅压阻式压力传感器差压测量* (14)
实验十二差动变压器的性能实验 (15)
实验十三激励频率对差动变压器特性的影响实验 (16)
实验十四差动变压器零点残余电压补偿实验 (18)
实验十五差动变压器的应用——振动测量实验 (19)
实验十六电容式传感器的位移特性实验 (21)
实验十七电容传感器动态特性实验 (22)
实验十八直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 (23)
实验十九交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 (25)
实验二十霍尔测速实验* (26)
实验二十一磁电式传感器测速实验 (27)
实验二十二压电式传感器测量振动实验 (28)
实验二十三电涡流传感器位移特性实验 (29)
实验二十四被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验 (30)
实验二十五被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 (31)
实验二十六电涡流传感器测量振动实验 (31)
实验二十七电涡流传感器的应用——电子秤实验 (33)
实验二十八电涡流传感器测转速实验* (34)
实验二十九光纤传感器的位移特性实验 (34)
电容式传感器的位移特性实验报告
������=1
������=1
������=1
������=1
因为
������ ∑ ������������������������ − ∑ ������������ ∑ ������������ k = ������ ∑ ������������2 − （ ∑ ������������ ）2
∑ ������������2 ∑ ������������ − ∑ ������������ ∑ ������������������������ b = ������ ∑ ������������2 − （ ∑ ������������ ）2
区域做数据分析。
2、理论拟合直线与非线性误差
截取输入量x ∈ (6,23.5)mm区域，得到表 2
X/mm U+/mv U-/mv X/mm U+/mv U-/mv X/mm U+/mv U-/mv
6 -533 -524
12 -372 -366
18 -149 -147
6.5 -522 -517 12.5 -356 -351 18.5 -127 -125
xi
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
yi -353.1 -335.5 -317.9 -300.2 -282.6 -265.0 -247.4 -229.7 -212.1 -194.5 -176.9 -159.2
电容式位移传感器.ppt
当被测参数变化使得式（3-1）中的S,δ或ε发生 变化时, 电容量C也随之变化。如果保持其中两个参 数不变, 而仅改变其中一个参数, 就可把该参数的变 化转换为电容量的变化, 通过测量电路就可转换为 电量输出。
2.
以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变 化的传感器称为电容式传感器。
电容式传感器
电容的相对变化量为：
C C0 0
10
0
（33）
当/01时，
C C 0 0 1 0 0 2 0 3 .. ...（ .3 4 ）
略去高次项，得：
C C 0 0
电容式位移传感器
一、 电容式传感器的工作原理及特性
1.基本工作原理
平行极板电容器的电容量为：
CS0rS
（ 31 ）
S ——极板的遮盖面积，单位为m2；
ε ——极板间介质的介电系数； δ ——两平行极板间的距离，单位为m； ε 0 ——真空的介电常数，ε 0 =8.854×10-12 F/m； ε r ——极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，ε r ≈1。
图10 调频测量电路原理框图
图 10 中调频振荡器的振荡频率为
f
1
1
2(LC) 2
(3 - 19)
式中: L——振荡回路的电感;
C——振荡回路的总电容，C=C1+C2+C0±ΔC。 其中, C1为振荡回路固有电容; C2为传感器引线分布电容; C0±ΔC为传感器的电容。
机械工程《传感器与检测技术》测试技术实验指导书
机械工程《传感器与检测技术》测试技术实验指导书
机械工程测试技术实验指导书
——传感器与检测技术
罗烈雷编
机械工程系
机械工程测试技术实验指导书
——传感器与检测技术
一、测试技术实验的地位和作用
《传感器与检测技术》课程，在高等理工科院校机械类各专业的教学打算中，是一门重要的专业基础课，而实验课是完成本课程教学的重要环节。其要紧任务是通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容的明白得，把握常用传感器的工作原理和使用方法，提高学生的动手能力和学习爱好。其目的是使学生把握非电量检测的差不多方法和选用传感器的原则，培养学生独立处理问题和解决问题的能力。
二、应达到的实验能力标准
1、通过应变式传感器实验，把握理论课上所讲授的应变片的工作原理，并验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
2、通过差动变压器静态位移性能测试和差动变压器零点残余电压的补偿电路设计，把握理论课上所讲授的差动变压器的工作原理和零点残余电压的补偿措施。
3、通过电涡流式传感器的静态标定和被测体材料对电涡流式传感器特性的阻碍实验，把握理论课上所讲授的电涡流式传感器的原理及工作性能，验证不同性质被测体材料对电涡流式传感器性能的阻碍。
4、通过差动面积式电容传感器的静态及动态特性测试，了解差动面积式电容传感器的工作原理及其特性。
5、通过磁电感应式传感器的性能和霍尔式传感器直流静态位移特性的测试方法，把握磁电感应式传感器的工作原理及其性能和霍尔式传感器的工作原理及其特能。
6、通过压电式传感器的动态响应和引线电容对电压放大器与电荷放大器的阻碍实验，把握压电式传感器的原理、结构及应用和验证引线电容对电压放大器的阻碍，了解电荷放大器的原理和使用方法。
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实验四 电容式传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解电容传感器的结构及特点，电容传感器的位移测量原理。 二、实验仪器
电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源、绝缘护套 三、实验原理
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： d
S
d
S
C r ⋅⋅=
=
εεε0 （4-1）
式中，S 为极板面积，d 为极板间距离，ε0真空介电常数，εr 介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使S 、d 或εr 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质电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图4-1两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下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。
图4-1 差动电容传感器原理图
四、实验内容与步骤
1．按图4-2将电容传感器安装在传感器固定架上，将传感器引线插入电容传感器实验模块插座中。
图4-2 电容传感器安装示意图
2．将电容传感器模块的输出U O 接到数显直流电压表。
3．将实验台上±15V 电源接到传感器模块上。检查接线无误后，开启实验台电源，用
电压表2V档测量“电容传感器模块”的输出，将电容传感器调至中间位置，调节Rw，使得数显直流电压表显示为0（2V档）。（Rw确定后不要改动）
4．旋动测微头推进电容传感器的共享极板（下极板），每隔0.2mm记下位移量X与输出电压值V的变化，填入下表4-1。
五、实验报告
1．根据表4-1的数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。