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

块的电容测量放大单元上，即将传感器引线插头插入实验模板的插座中，电容传感器黄色和红色引线分别接电容模块J1和J2，蓝色引线接插孔GND；将电容测量放大单元的Vout与GND 接主台体上的电压表的“+”和“-”极，将电压表选择置于“20V”档。

图18-4 电容传感器的接线示意图

2、打开主台体电源开关和电容传感器实验模块的电源开关，用示波器观察Fout的波形，调节脉冲调制单元的电位器W1，使其输出频率为500KHz的方波，再将电容测量单元的电位器RW1调节到中间位置，旋动测微头推进电容传感器移动至极板中间位置，使电压数显表显示为最小值。

3、旋动测微头，每间隔0.5mm记下位移X与输出电压值，填入表8：

表8

5、实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。