電容式傳感器測(cè)位移

1、 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：題目： 電容式傳感器測(cè)位移電容式傳感器測(cè)位移 專專 業(yè)：業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器測(cè)控技術(shù)與儀器 班班 級(jí)：級(jí)： 1212120212121202 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 201220120214201220120214 目目 錄錄一. 電容式傳感器1.1 電容式傳感器工作原理.21.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型.31.3 電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn).4二. 電容式傳感器測(cè)位移特性2.1 設(shè)計(jì)原理圖.52.2 流程圖.5 2.3 測(cè)試方法 .53. 數(shù)據(jù)及分析數(shù)據(jù)及分析 .6四.課程設(shè)計(jì)心得.7 一電容式傳感器1.1 電容式傳感器的工作原理兩塊極板之間的間隙變

2、化，或是表面積變化，將使電容量改變，根據(jù)這一原理制成的傳感器稱為電容式傳感器。電容式傳感器是以各種類型的電容器為傳感元件，將被測(cè)物理量裝換成電容量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。電容式傳感器的輸出是電容的變化量，利用電容 C= A/d 關(guān)系通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路可以選擇 ,A,d 中三個(gè)參數(shù)中，保持兩個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測(cè)干燥度（ 變）,測(cè)位移（d 變）和測(cè)液位（A 變）等多種電容式傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用傳感器為兩組靜態(tài)級(jí)片和一組動(dòng)級(jí)片組成兩個(gè)平板式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)（兩個(gè)平板是變面積電容變化量只C=C1-C2）的電容位移傳感器（具體平板式變面積電容式傳感器原理參閱教課書），差動(dòng)時(shí)一般優(yōu)于

3、單組（單邊）式的傳感器。它的靈敏度高，線性范圍寬，穩(wěn)定性高。電容量和兩個(gè)極板的間隙、表面積之間的關(guān)系可用下式表示C=/d =/dbSr0bS式中， C : 電容 （微微法）； : 極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，空氣的 = 1； : 兩個(gè)極板相互覆蓋的面積 (cm) ；bS d : 兩個(gè)極板間的距離 (cm) ； : 相對(duì)介電常數(shù) ；r : 真空介電常數(shù) ；= 0.088542*10 F/cm 。0012 由式可見(jiàn)，在 3 個(gè)參數(shù)中，只要改變其中一個(gè)參數(shù)，即可使電容C 發(fā)生變化。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，就可把另一個(gè)參數(shù)的單一變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化，即可以把 3 個(gè)參數(shù)中的任意一個(gè)的變化轉(zhuǎn)換成電容 C

4、的變化。這就是電容式傳感器的基本工作原理。1.21.2 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類型 根據(jù)工作原理，在實(shí)際應(yīng)用中，電容式傳感器一般可分如下3 種類型： 可以改變兩極板間的距離 d ； 可以移動(dòng)極板，以改變極板間相覆蓋的面積 S ； 可以改變極板間的介質(zhì)，以便介電常數(shù) 發(fā)生變化。這 3 類常見(jiàn)的電容式傳感器的主要結(jié)構(gòu)形式分為改變極板覆蓋面、改變極板間距離和改變介質(zhì) 3 組，每組又依運(yùn)動(dòng)件的平移（直線運(yùn)動(dòng)）或角位移（旋轉(zhuǎn)）分類。對(duì)于 1、2 組，每類又依電容器的形狀分成平面形或圓筒形。電容式傳感器的組成可有單片單組、差接組和多片單組等組合方式。 1.31.3 電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及

5、一些特殊問(wèn)題電容式傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及一些特殊問(wèn)題優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 動(dòng)作能量低（極板間靜電吸引力約幾個(gè) 10 C），動(dòng)作響應(yīng)快5（固有頻率高,載波頻率高），本身發(fā)熱影響?。ㄓ谜婵眨諝饣蚱渌麣怏w作絕緣介質(zhì)時(shí)），靈敏度高，誤差小，能在惡劣的環(huán)境下工作（如在高溫，低溫及強(qiáng)輻射等各種環(huán)境下）。因此，該傳感器近幾年來(lái)得到了較快的發(fā)展，逐漸廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化儀表中。缺點(diǎn)缺點(diǎn)（1)其輸出特性式非線性的。對(duì)于改變極板距離的電容傳感器。電容量和極板間距離是非線性關(guān)系，雖然用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)可以使其得到改善，但是由于存在泄漏電腦和不可避免的不一致性，也不可能完全消除特性的非線性。 （2）泄漏電容的影響，傳感器的電容量及其變化

6、一般小于電容量，泄漏電容量式由支持構(gòu)建及連接電纜所引起。這些泄漏電容不僅降低了轉(zhuǎn)換效率，還將引起誤差。但是，利用電纜屏蔽層的點(diǎn)位跟蹤與電纜相連接的可動(dòng)極板的點(diǎn)位，或?qū)⑿盘?hào)處理的電子線路安裝在非常靠近的地方，皆可消除泄漏電容的影響。 由于上述特點(diǎn)，目前電容式傳感器通過(guò)改變 d 和 s，在對(duì)位移（直線和轉(zhuǎn)角），壓力，振動(dòng)等的檢測(cè)方面獲得一定的應(yīng)用。例如，利用改變介電常數(shù) 的方法可以檢測(cè)密閉容器中的液位，不到點(diǎn)松散物質(zhì)的料位，非導(dǎo)電材料的厚度，非金屬材料涂層等。二二電容式傳感器測(cè)位移特性2.12.1 電容變換器原理圖電容變換器原理圖2.22.2.電容式位移傳感器設(shè)計(jì)原理方塊圖： 2.32.3 測(cè)試方

7、法測(cè)試方法1、將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳喜词疽饨泳€(實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鼋又鳈C(jī)箱電壓表的)。2、將模板上的 Rw 調(diào)節(jié)到中間位置(逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳圈)。3、將主機(jī)箱上的電壓表量程開(kāi)關(guān)打到檔，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示 ，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭(同一個(gè)方向)5 圈，記錄此時(shí)的測(cè)微頭讀數(shù)和電壓表顯示值為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值。以后，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭 1 圈即=.位移讀取電壓表讀數(shù)(這樣轉(zhuǎn) 10 圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù))，將數(shù)據(jù)填入表 1 并作出實(shí)驗(yàn)曲線(這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的回差)。4、 根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度 S 和非線性誤差 。機(jī)械

8、位移電容傳感器電容變換器 放大器電壓表三.數(shù)據(jù)及分析：X7.5 8.08.59.09.510.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5V0.5 0.59 0.68 0.77 0.86 0.95 1.04 1.12 1.22 1.30 1.40X：（毫米） V：（伏）v00.20.40.60.811.21.41.6x7.588.599.51010.51111.512v數(shù)據(jù)分析： 利用最小二乘法擬合直線：Y=0.18X-0.85，可以看出電壓與位移成線性關(guān)系1.X=7.0 時(shí)， Y=0.41, Y*=0.40, Y=-0.012.X=9.0 時(shí)， Y=0.77, Y*=0.77, Y=

9、03.X=10.0 時(shí)，Y=0.95, Y*=0.96, Y=0.014.X=12.5 時(shí)，Y=1.40, Y*=1.42, Y=0.025.X=13.0 時(shí)，Y=1.51, Y*=1.50, Y=-0.011=|Y/YM/|=|-0.01/1.4|=0.714%2=03=|Y/YM/|=0.714%4=|Y/YM/|=1.428%5=|Y/YM/|=0.714%Y：擬合直線計(jì)算值Y*：擬合直線實(shí)際值Y：誤差 ：儀表誤差四課程設(shè)計(jì)心得四課程設(shè)計(jì)心得完成課題的選定后，隨之而來(lái)的問(wèn)題卻遠(yuǎn)比我們想想的要困難的多。作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，分工就顯得尤為重要，完成了初步的工作后，來(lái)到了實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備調(diào)試，但第一次調(diào)試的結(jié)果就不是很理想，于是我們反復(fù)的分析和修改，還對(duì)電路模塊進(jìn)行了修改，經(jīng)過(guò)一次次的嘗試之后我們把問(wèn)題慢慢的解決了，然后我們就針對(duì)這部分模塊進(jìn)行了深入思索和修改,才能完成這次的課程設(shè)計(jì)!在做本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中。印象最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)資料了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，查閱這方面的設(shè)計(jì)資料是十分必要的。我們一切都要有據(jù)可依，有理可尋，不切實(shí)際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無(wú)法升級(jí)為設(shè)計(jì)。最后，要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對(duì)所用傳感器的結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該傳感器內(nèi)有哪些資源，要有一個(gè)清晰的思想和一個(gè)完整的設(shè)計(jì)流程圖；另外，這次課程設(shè)計(jì)讓我感到了團(tuán)隊(duì)合作的重