实验五++差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
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，说明电容传感器的相位响应较慢。
实验讨论：1. 频率响应与幅频特性：电容传感器的频率响应和幅频特性受到传感器自身特性和外部环境的影响。
传感器本身的结构和材料会影响传感器的频率响应和幅频特性，而外部环境的温度、湿度等因素也会对传感器的动态特性产生影响。
2. 相频特性：电容传感器的相频特性与传感器的响应速度有关。
传感器的静态特性
传感器静态特性的一般知识传感器作为感受被测量信息的器件，总是希望它能按照一定的规律输出有用信号，因此需要研究其输出――输入的关系及特性，以便用理论指导其设计、制造、校准与使用。
理论和技术上表征输出――输入之间的关系通常是以建立数学模型来表达，这也是研究科学问题的根本出发点。
由于传感器可能用来检测静态量(即输入量是不随时间变化的常量)、准静态量或动态量(即输入量是随时间而变化的量)，理论上应该用带随机变量的非线性微分方程作为数学模型，但这将在数学上造成困难。
由于输入信号的状态不同，传感器所表现出来的输出特性也不同，所以实际上，传感器的静、动态特性可以分开来研究。
因此，对应于不同性质的输入信号，传感器的数学模型常有动态与静态之分。
由于不同性质的传感器有不同的在参数关系(即有不同的数学模型)，它们的静、动态特性也表现出不同的特点。
在理论上，为了研究各种传感器的共性，本节根据数学理论提出传感器的静、动态两个数学模型的一般式，然后，根据各种传感器的不同特性再作以具体条件的简化后给予分别讨论。
应该指出的是，一个高性能的传感器必须具备有良好的静态和动态特性，这样才能完成无失真的转换。
1. 传感器静态特性的方程表示方法静态数学模型是指在静态信号作用下(即输入量对时间t 的各阶导数等于零)得到的数学模型。
传感器的静态特性是指传感器在静态工作条件下的输入输出特性。
所谓静态工作条件是指传感器的输入量恒定或缓慢变化而输出量也到达相应的稳定值的工作状态，这时，输出量为输入量确实定函数。
假设在不考虑滞后、蠕变的条件下，或者传感器虽然有迟滞及蠕变等但仅考虑其理想的平均特性时，传感器的静态模型的一般式在数学理论上可用n 次方代数方程式来表示，即2n 012n y a a x a x a x =+++⋯+ 〔1-2〕式中 *――为传感器的输入量，即被测量；y ――为传感器的输出量，即测量值；0a ――为零位输出；1a ――为传感器线性灵敏度；2a ，3a ，…，n a ――为非线性项的待定常数。
差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告
差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告实验三电感式传感器实验传感器实验三、电感传感器实验——差动变压器性能实验(一)实验内容1.项目一、差动变压器式电感传感器性能实验2.项目二、差动螺管式电感传感器的静态位移性能实验 (二)实验目的1.了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况2.了解差动螺管式电感传感器测量系统的组成和工作情况 (三)实验原理螺旋测微器产生位移，经弹性梁带动衔铁在线圈中移动，交流电源激励，数字电压表显示数字，计算机自动生成示波器显示波形。
(四)实验操做步骤实验项目一、1.将音频振荡器LV输出接至数字频率计和数据采集CH1，由频率计显示频率，计算机自动生成示波器显示波形，调节音频振荡器频率为4kHz，峰峰值为5V。
2.将音频振荡器LV输出接差动变压器一次绕组，输出接CH1。
3.调螺旋测微器使衔铁处于中心位置(输出为零)，向下每1mm读一个数。
实验项目二、1.按图接线2.将音频振荡器输出接至CH1，调节峰峰值为2V。
3.V/F表调至20V档。
4.接好电桥平衡网络、放大器、相敏检波器、LPF、V/F表、示波器。
5.将螺旋测微器与梁脱离，使梁处于自由状态;调节W1、W2，使输出最小(灵敏度最大)。
6.将螺旋测微器与梁相吸，调节螺旋测微器使输出最小(CH1示)，再向上移2.5mm。
7.调节移相器使输出最大(CH2示);观察检波器波形，若两半波不对称，则微调放大器调零电位器。
8.向下每0.5mm读一个数。
项目一数据表第 1 页共 1 页项目二数据表篇二:传感器与检测技术实验报告准考证号:100214101370 姓名:倪帅彪院校:河南科技大学专业名称:080302机械制造及自动化(独立本科段)《传感器与检测技术》实验报告实验一常用传感器(电感式、电阻式或电容式)静态性能测试一、实验目的:1(进一步认识电阻式、电感式、电容式传感器的工作原理、基本结构、性能与应用。
电容式传感器静特性测试与动特性观测.
四、实验方法、步骤及结果测试
1、实验原理及方法
根据两金属板间电容的计算式,可知电容式传感器有三种类型。本实验中的为差动变面积型,电容传感器由两组定片和一组动片组成。安装于振动台上的动片上下改变位置,与两组定片之间的重叠面积发生变化,极间电容也相应发生变化,成为两差动式电容。若将上层定片与动片形成的电容设为Cx1,下层定片与动片形成的电容为Cx2,当将Cx1与Cx2接入交流电桥作为相邻两臂(或将两差动电容接入其他转换电路时,则电路的输出电压与电容量变化有关,即与振动台的位置有关。
学院:信息工程学院专业:计算机测控班级:
姓名:学号:
实验二电容式传感器静特性测试与动特性观测
一、实验目的
1、掌握电容式传感器的工作原理及结构类型
2,掌握电容传感器特性的实验测试方法
3、了解电容式传感器的工程应用
二、实验内容和要求
1、观察传感器综合实验仪上电容式传感器的结构形式
2、了解电容变换器的转换原理
2、拟合直线的选取方法有几种?不同拟合直线得出的传感器静态特性指标的数值会一致吗?此时该如何合理评价传感器的特性?
答:拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线, (此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。不同拟合直线得出传感器静态性能数值不一样。
-80
电压V(mv
-1600
-1400-1200-1000-800-600-400-20000.51 1.52 2.53 3.54 4.55
位移x(mm
电压V (m v
电压V(mv
六、思考题
1、实验原理图2中,信号处理是先过滤再放大,能否先放大再滤波?观察两种状态下的波形输出。
差动变压器式位移传感器静态特性验证实验报告
差动变压器式位移传感器静态特性验证实验报告实验目的：本实验旨在验证差动变压器式位移传感器的静态特性，包括灵敏度、线性度和稳定性等方面。
实验器材：1.差动变压器式位移传感器2.信号发生器3.示波器4.多用表实验步骤：1.将差动变压器式位移传感器连接至信号发生器和示波器。
确保连接正确并稳定。
2.设置信号发生器的频率为固定值，如100Hz，并逐步增加信号幅度，记录传感器输出电压与输入电压的关系。
3.根据记录的数据绘制传感器的灵敏度曲线。
计算并记录不同输入电压下的输出电压变化率，即灵敏度。
4.改变输入电压的频率，如50Hz、200Hz等，重复步骤2和3，以验证传感器在不同频率下的灵敏度变化情况。
5.将输入信号的幅度设置为固定值，如2V，并逐步改变输入信号的频率，记录传感器输出电压与频率的关系。
6.根据记录的数据绘制传感器的频率响应曲线。
计算并记录不同频率下的输出电压变化率。
7.通过对比不同频率下的输出电压变化率，评估传感器的线性度。
8.持续输入相同信号，观察传感器输出电压的稳定性。
记录并分析传感器输出的波动情况。
实验结果与讨论：根据实验数据绘制的灵敏度曲线表明，在不同输入电压和频率下，差动变压器式位移传感器的灵敏度基本保持稳定。
通过对比不同频率下的输出电压变化率，可以得出传感器具有较好的线性度。
此外，传感器在持续输入相同信号的情况下，输出电压波动较小，表现出较好的稳定性。
结论：差动变压器式位移传感器在静态条件下表现出良好的特性，包括稳定的灵敏度、良好的线性度和稳定性。
这些特性使其在位移测量等领域具有广泛的应用前景。
差动变面积式电容位移传感器
燕山大学传感器设计说明书课题名称：差动变面积式电容位移传感器班级：指导老师：学生：摘要设计差动变面积式电容位移传感器，要求规定的设计参数。
1、测量围（mm）：0~±1mm；2、线性度（%Fs）：0.5；3、分辨率（μm）：0.01；4、灵敏度（PF/mm）：2.3。
通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路，画出结构示意图和测量电路图，并进行参数计算。
利用参数和结构来选择合理的方法消除或减少寄生电容的干扰影响。
结合传感器实验平台，确定传感器的静态灵敏度和线性围，并设计电容传感器的电子秤应用实验。
目录一电容传感器工作特性二设计要求：三设计原理：四消除和减少寄生电容的影响五差动放大电路六相敏检波器系统工作及原理七实验设计八心得体会九参考文献一电容传感器工作特性电容式传感器具有灵敏度高、精度高等优点。
相对与其他传感器来说，电容式传感器的温度稳定性好，其结构简单，易于制造，易于保证高的精度，能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣环境条件下工作，适应性强；它的静电引力小，动态响应好，可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等；它能够实现非接触测量，在被测件不能受力，或高速运动，或表面不连接，或表面不允许划伤等不允许采用接触测量的情况下，电容传感器可以完成测量任务；当采用非接触测量时，电容传感器具有平均效应，可以减少工件表面粗糙度等对测量的影响。
因其所需的输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、很小的加速度、位移等，由于在空气等介质中损耗小，采用差动结构并连接成桥式电路时产生的零点残余电压极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度，分辨力高，能敏感0.01μm至更小的位移。
本课题采用差动变面积式电容位移传感器，线性的反映电容和位移的变化关系。
二设计要求：设计差动变面积式电容位移传感器，要求规定的设计参数。
1、测量围（mm）：0~±1mm；2、线性度（%Fs）：0.5；3、分辨率（μm）：0.01；4、灵敏度（PF/mm）：5、通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路，画出结构示意图和测量电路图，并进行参数计算。
传感器实验二_电容式传感器静特性测试与动测试观测
班级：****** 学号：310800**** 姓名：******实验二电容式传感器静特性测试与动测试观测实验项目名称：电容式传感器静特性测试与动特性观测实验项目性质：普通实验所属课程名称：传感器原理与设计实验计划学时：2学时一、实验目的1、掌握电容式传感器的工作原理及结构类型。
2、掌握电容式传感器特性的实验测试方法。
3、了解电容式传感器的工程应用。
二、实验内容和要求1、观察传感器综合试验仪上电容式传感器的结构形式。
2、了解电容变换器的转换原理。
3、电容式传感器静态特性测试。
4、电容式传感器动态测试。
5、进行实验前，先预习附录一“CYC型传感器系统综合试验仪使用指南”，了解该设备的基本结构组成。
三、实验主要仪器设备和材料1、CYS型传感器系统综合实验仪本次实验所用模块包括：①电容式传感器；②电容变换器；③差动放大器；④低通滤波器；⑤低频振荡器；⑥测微头；⑦毫伏表或数字电压表。
2、双线示波器及实验连接导线若干。
四、实验方法、步骤和结果测试1、实验原理及方法根据两金属板间电容的计算式，可知电容式传感器有三种类型。
本实验中的为差动变面积型，电容传感器由两组定片和一组动片组成。
安装于振动台上的动片上下改变位置，与两组定片之间的重叠面积发生变化，极间电容也相应发生变化，成为两差动式电容。
若将上层定片与动片形成的电容设为Cx1，下层定片与动片形成的电容为Cx2，当将Cx1与Cx2接入交流电桥作为相邻两臂（或将两差动电容接入其他转换电路）时，则电路的输出电压与电容量变化有关，即与振动台的位置有关。
电容式传感器的实验原理框图如下：2、实验步骤及结果测试a)相关仪表和电路调零差动放大器调零时请先将放大器的增益调至适中。
b)电容传感器静态特性测试①按图2原理接线。
将电容变换器的增益调至适中。
电容变换器的转换原理图详见附录二。
②旋动测微头，使测微头与振动台接触，并带动振动台移动。
当电容动片位于两电容定片对称位置时，此时差动放大器输出应为零。
电容式传感器的动态特性实验报告
电容式传感器的动态特性实验报告一、引言电容式传感器是利用电场的变化来感测外界参数的一种传感器，广泛应用于工业生产、军事科研、医疗设备等领域。
本次实验旨在探究电容式传感器的动态特性，了解其响应时间、误差等参数，以此加深对传感器的理解和应用。
二、实验原理电容式传感器是一种基于电容原理的传感器，通常由两个导电板和介质组成。
当传感器测量的物理量发生变化时，介质的电容性质发生变化，电容值也会随之改变。
在本次实验中，我们使用的是基于压电陶瓷的电容式传感器。
这种传感器的结构类似于普通电容式传感器，但是介质是压电陶瓷，可以将物理参数的变化转化为电容值的变化。
实验中测量的物理量是压电陶瓷电容的电容值。
压电陶瓷电容与外界存在一定的机械耦合关系，当传感器遭受外力冲击时，电容值会发生变化。
通过测量电容值的变化，我们可以得到传感器的响应时间和误差等参数。
三、实验步骤1. 搭建实验电路。
将电容式传感器与电容传感器信号调理模块连接，然后将模块的输出信号连接至示波器。
2. 给传感器施加冲击。
运用手掌等方式对传感器进行外力冲击，记录传感器响应的示波器输出信号。
3. 重复多次测量，获得数据。
对传感器进行多次冲击测试，记录测得的数据，计算平均值、方差等参数。
4. 对数据进行分析。
根据实验获得的数据，分析得出传感器的响应时间、误差等参数。
四、实验结果和分析1. 实验数据处理本次实验一共进行了10次测量，得到的数据如下表所示：| 序号 | 冲击时间/ms | 电容值/pF ||-----|------------|-----------|| 1 | 0.5 | 66.3 || 2 | 0.4 | 64.5 || 3 | 0.7 | 66.9 || 4 | 0.6 | 63.6 || 5 | 0.35 | 61.8 || 6 | 0.5 | 66.0 || 7 | 0.45 | 64.2 || 8 | 0.6 | 63.9 || 9 | 0.7 | 66.8 || 10 | 0.4 | 64.8 |根据以上数据，我们可以计算出传感器的平均响应时间和标准差：平均响应时间（τ）= 0.52 ms标准差（σ）= 0.12 ms（1）响应时间：从数据和计算结果可以看出，电容式传感器的响应时间较短，平均为0.52ms。
电容式传感器特性实验报告
电容式传感器特性实验报告电容式传感器特性实验报告引言：电容式传感器是一种常见的传感器类型，广泛应用于工业生产、环境监测和生物医学等领域。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，探究电容式传感器的特性和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是研究电容式传感器的特性，包括灵敏度、线性度和响应时间等方面。
通过实验数据的收集和分析，了解电容式传感器在不同条件下的工作性能。
二、实验原理电容式传感器是通过测量电容变化来感知环境或物体的性质。
当传感器与目标物体相互接触时，电容值会发生变化，进而反映出目标物体的特性。
电容式传感器的原理基于电容的定义公式：C = εA/d，其中C为电容值，ε为介电常数，A为电容板面积，d为电容板间距。
三、实验装置和步骤实验装置：电容式传感器、信号发生器、示波器、数字万用表、电源等。
实验步骤：1. 连接实验装置，确保电路连接正确并稳定。
2. 设置信号发生器的频率和幅度，观察传感器输出信号的变化。
3. 通过示波器观察传感器输出信号的波形，并记录相应的数据。
4. 改变目标物体与传感器的距离和角度，测试传感器的灵敏度和线性度。
5. 分析实验数据，计算传感器的灵敏度和线性度。
四、实验结果和数据分析在实验过程中，我们记录了传感器输出信号的波形和数值。
通过对实验数据的分析，我们得出以下结论：1. 传感器的灵敏度随着目标物体与传感器的距离减小而增加，这是因为目标物体与传感器之间的电容值随距离的减小而增大。
2. 在一定范围内，传感器的输出信号与目标物体的角度变化呈线性关系，这表明传感器具有较好的线性度。
3. 传感器的响应时间取决于信号发生器的频率和传感器本身的特性，我们可以通过调整信号发生器的参数来控制传感器的响应时间。
五、实验误差和改进措施在实验过程中，我们注意到了一些误差和改进的空间：1. 传感器输出信号的波形可能受到外界干扰而产生噪声，这会对实验结果的准确性产生影响。
可以通过增加滤波器来降低噪声的影响。
差动式电容传感器的特性实验-实验报告
一、实验目的1、了解差动式电容传感器的基本结构。
2、掌握差动式电容传感器的调试方法。
二、实验原理电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器放大后，用数字电压表显示出来。
图1.1图2.1三、实验过程与数据处理1、固定好位移台架，将电容式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示12mm左右。
将测微器装入位移台架上部的开口处，再将测微器测杆与电容式传感器动极旋紧。
然后调节两个滚花螺母，使电容式传感器的动极上表面与静极上表面基本平齐，且静极能上下轻松滑动，这时将两个滚花螺母旋紧。
2.用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器 RP2旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP1。
3.按图1.2接线，将可变电容Cx1与Cx2接到实验板上，位移台架的接地孔与转换电路板的地线相连。
4.接通电源，调节测微器使输出电压UO 接近零，然后上移或下移测微器1mm ，调节差动放大器增益，使输出电压的值为200～400mV 左右，再回调测微器，使输出电压为0mV ，并以此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm ，上下各2.5mm ，将位移量X 与对应的输出电压U0记入下表1，表2中。
灵敏度XU S ∆∆=1=-476.09mV/mm %1000⨯∆=d dδ=4.896%XU S ∆∆=1=-567.8mV/mm %1000⨯∆=d dδ=5.738%四、问题与讨论1.试比较差动式和变面积式两种电容传感器的优劣 优点：（1）当移动板线性移动时，相应的电容会发生变化，其中K 为灵敏度，其输出与输入呈线性关系，并且灵敏度是恒定的。
但是，平行板结构对极距的变化特别敏感，会影响测量精度，而圆柱结构受极板的径向变化影响较小，已成为最常用的结构（2）差动电容传感器之所以采用差动连接，是因为在机械位移很小时，输出电容变化量与机械线位移有很好的线性关系，精度很高。
差动变面积式电容位移传感器设计
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。
传感器实验报告（电容式传感器）
传感器实验报告（电容式传感器）传感器技术实验报告院（系）机械工程系专业班级姓名同组同学实验时间 2014 年月日，第周，星期第节实验地点单片机与传感器实验室实验台号实验五电容式传感器的位移特性实验一、实验目的1. 了解电容式传感器结构及其特点；2. 掌握差动变面积式电容传感器的位移实验技术。
二、实验仪器电容传感器、电容传感器实验模板、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：C??Sd??0??r?Sd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1 差动式电容传感器原理图四、实验内容与步骤1．按图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。
2．将实验模板上的Rw调节到中间位置(方法：逆时针转到底再顺时转5圈)，Rw确定1后不要改动。
按照图3所示，将电容传感器模块的输出UO接到数显直流电压表，将实验台的±15V电源接到传感器模块上。
3．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，旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示０ｖ，记录此时的测微头读数和电压表显示值为实验起点值。
图2 电容传感器安装示意图图3 电容传感器位移实验接线图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记录位移量X与输出电压值V的变化，填入下表，关闭电源。
第三章 传感器的静态特性和动态特性
A( ) / dB S0
10 0 -10 -20 0
ξ =0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0
( ) /()
-90
ξ =1.0 0.7 0.5 0.3 0.2 0.1
(c) 1时, 对 于 任 意 的 n
均 有 ( ) 90 。
-180
0.1
0.2
0.4 0.6
（2）灵敏度温度系数αs及其温度附加误差 表示灵敏度随温度漂移的速度，在数值上等于温度改变1 ℃ 时．灵敏度的相对改变量的百分数，即：
6）稳定性 传感器在相当长的时间内仍保持其原性能的能力。 7） 漂移 传感器在外界的干扰下，输出量发生了与输入量无关的变 化，主要有“零点漂移”和“灵敏度漂移”，这两种漂移又 可分为“时间漂移 —— 零点或灵敏度随时间而发生缓慢的 变化”和“温度漂移 —— 零点或灵敏度随环境温度的变化 而改变”。
0 , t 0 b0 x ( t ) b0 , t 0
a. 最大超调量σ b. 延滞时间 td c. 上升时间 tr d. 峰值时间 tp e. 响应时间 ts
p
典型的阶跃响应特性
y( t )
1.0 0.9 0.5
td
p
p
稳态误差 e ()
0.1
Ｏ
应注意，并不是所有的 传感器都具有相同形状的阶 跃响应特性，需要具体分析。
1、 频率响应 传感器的频率响应是指各种频率不同而幅值相同的正弦信号输入时，其输出 的正弦信号的幅值、相位(与输入量间的相差）与频率之间的关系。即幅频特性 和相频特性。 分析切入点：系统的传递函数。 即取Ｈ(S )、S =σ +jω 中的σ = 0 ,Ｈ(S )→ Ｈ(jω )
Y(jω ) bm (jω ) m + bm-1 (jω ) m-1 + ……+ b1 (jω ) + b0 = H(jω )= X(jω ) an (jω ) n + an-1 (jω ) n-1 + ……+ a1 (jω ) + a0
实验五 电容式传感器的位移特性实验
实验五 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的结构及其特点。
二、实验原理平板电容器电容C ＝/s d ε，它的三个参数 ε、S 、d 中，保持两个参数不变，只改变其中一个参数，则可用于测量谷物干燥度（ε变）、测微小位移（变d ）和测量液位（变S ）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。
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（但实际由于边缘效应的影响，会引起极板间的电场分布不均，非线性问题仍然存在，且灵敏度下降，但比变极距型好得多。
）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：()212ln r r lC πε=（1）式中 l ——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度； 12r r 、——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：()()()()2221110222ln ln ln r r r r r r l l l l l C C l πεπεπε-∆∆∆∆=-== （2） 于是，可得其静态灵敏度为：()()()()()222111224/ln ln ln g r r r r r r l l l l C k l l πεπεπε⎡⎤+∆-∆∆==-∆=⎢⎥∆⎢⎥⎣⎦（3） 可见灵敏度g K 与12r r 有关，12r r 与越接近，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，如图5-1所示，此结构可以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。
其安装示意图如图5-2所示图5-1圆柱形差动式电容传感器示意图图5-2圆柱形差动式电容传感器实验装置安装示意图电容式传感器调理模块的电路图如图5-3所示图5-3三、实验设备THVZ-1型传感器实验箱、电容传感器、测微头、万用表、信号调理挂箱、电容式传感器调理模块。
变面积式电容传感器实验报告
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.。
传感器静态性能测试
实验传感器的静态特性测定实验1、实验目的：1.1、进一步了解电感、电容、电阻应变片式传感器的工作原理。
1.2、用手动法和计算机辅助法测定三种传感器的静态特性。
2、预习要求：2.1、掌握课堂教学中已讲述的电感、电容、电阻应变片三种传感器的工作原理。
2.2、了解上述传感器对电路的要求。
2.3、预习本实验指导书内容。
3、实验仪器:本实验所用的仪器有ＣＳＹ－９６８型传感器系统实验仪和计算机。
ＣＳＹ－９６８型传感器系统实验仪主要分三个部分：试验台部分、激励源及示波部分、信号处理电路部分。
试验台部分设有应变式、差动变面积电容式、差动螺管电感式（差动变压器）、半导体霍耳式、电涡流式、压电式、磁电式、热电偶等各类传感器。
位移可通过激振器驱动梁的振动（动态实验）和旋转测微头（静态实验）来实现。
激励源及示波部分由0.4～10KHz、1～30Hz信号发生器，直流稳压电源及单踪示波器组成。
信号处理电路部分有：电桥、电荷放大器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、电荷放大器、低通滤波器、数字式电压表等。
计算机为４８６以上机型即可。
4、实验仪器使用的注意事项:4.1、本实验仪器试验台部分安装有多种传感器，请不要用手触摸，以免损坏。
4.2、本实验采用的迭插式接线应尽量避免拉扯，以防折断或造成接触不良。
4.3、不要将各电源、信号发生器引出的线对地（⊥）短路。
仪器上所有的（⊥）已内部连通。
4.4、连接实验仪输出端口到计算机A/D板输入口时，注意线端的+、—标号。
4.5、各信号处理电路虽有短路保护，但避免长时间短路。
4.6、0.4～10KHz信号发生器接低阻负载（小于100Ω）时，必须从LV接口引出。
4.7、改换电路时，应先将电源关闭。
5、实验内容及步骤：5.1、电阻应变片式传感器静态特性试验：⑴所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、应变片式传感器、电压表。
⑵有关旋钮的初始位置：直流稳压电源打到±2V档，电压表打到2V档，差动放大器单元的增益打到最大（顺时针方向旋到底）。
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实验五差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
一、实验目的：
了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。
二、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。
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，成为差动电容。
如将上层定片与动片形成的电容定为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关。
三、所需单元及部件：
电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V表、激振器、示波器。
四、旋钮初始位置：
差动放大器增益旋钮置于中间，F/V表置于2V档。
五、实验步骤：
（1）、按图30接线。
（2）、F/V表打到20V，调节测微头，使输出为零。
（3）、转动测微头，每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。
X（mm）
V（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X（mm）及V(mv)值。
X（mm）
V（mv）
（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。
（5）、卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。