实验二,电容式传感器

实验二差动电容传感器应用

一、实验目的：

1、了解电容式传感器的结构及其特点。

2、了解电容式传感器的动态性能及测量原理与方法。

二、实验原理：

利用平板电容C=εA/d的关系,在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，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，

图2-1 电容传感器位移实验接线图

将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。②变d的电容式压力传感器。③变A的电容式位移传感器。本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。

利用电容式传感器动态响应好，灵敏度高等特点，可进行动态位移测量。

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、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。低通滤波模板、数显单元、双线示波器，振动台（2000型）或振动测量控制仪（9000型）。

四、实验步骤：

1、按图2-2将电容传感器装于电容传感器实验模板上。

图2-2 差动变压器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2-1。

3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，

Rw调节到中间位置。

4、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm 记下输出电压值(V)，填入表4-1。将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。

表2-1电容式传感器位移与输出电压的关系

5、根据表2-1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。

6、按图2-3安装传感器，并按图2-1接线。实验模板输出端V01接低通滤波器输入端、低通滤波器输出端Ｖ。接示波器一个通道（示波器Ｘ轴为20ms/div、Y轴示输出大小而变）。调节传感器连接支架高度，使Ｖ01输出在零点附近。

图2-3 电容传感器振动测量安装示意图

7、将低频信号接入振动源，振动频率选6～12Hz之间，幅度旋钮置最小。

8、将±15V电源接到实验模板上，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动幅度适中，注意观察示波器上显示的波形。

9、保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，从示波器上读出传感器实验模板输出电压Ｖ01峰－峰值。

10、作出幅频特性曲线，考虑一下这条曲线是传感器的特性还是振动梁的特性?

五、思考题：

1、试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？

2、为了进一步提高电容传器的灵敏度，本实验用的传感器可作何改进？

如何设计成容栅式传感器？

3、本实验采用的是差动变面积式电容传感器，根据下面提供的电容传感器尺

寸，计算在移动0.5mm时的电容变化量(△c)。传感器外圆筒半径R=8mm，内圆筒

半径r=7.25mm，当活动杆处于中间位置时，外圆与内圆覆盖部分长度L=16mm。