自動化傳感器實驗報告九 電容式傳感器的位移特性實驗

1、廣東技術師范學院實驗報告學院：自動化專業(yè):自動化班級：08自動化成 績:姓名：學號:組別：組員：實驗地點：實驗日期：指導教師簽名：預習情況正常操作情況正?？记谇闆r正常數(shù)據(jù)處理情況正常實驗九一項目名稱：電容式傳感器的位移特性實驗一、實驗目的了解電容式傳感器結構及其特點。二、基本原理利用平板電容C= 8 S/d和其它結構的關系式通過相應的結構和測量電路可以選擇、S、d中三個參數(shù)中，保持兩個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（變）測微小位移（變d）和測量液位（變S）等多種電容傳感器。變面積型電容傳感器中，平板結構對極距特別敏感，測量精度受到影響，而圓柱形結構受極板徑向變化的影響很小

2、，且理論上具有很好的線性關系，（但實際由于邊緣效應的影響，會引起極板間的電場分八2兀 lC=Er1布不均，導致非線性問題仍然存在，且靈敏度下降，但比變極距型好得多。）成為實際中最常用的結構，其中線位移單組式的電容量 C在忽略邊緣效應時為:（1）式中l(wèi)外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分的長度;r2、r外圓筒內(nèi)半徑和內(nèi)圓柱外半徑。當兩圓筒相對移動Al時，電容變化量AC為：2兀812兀8 （l - A l）2兀8A lmt=Er1r1A C = HYPERLINK l bookmark5 o Current Document ln (2一r r于是，可得其靜態(tài)靈敏度為：2兀8 (l + A l) 2兀8 (l

3、- A l) -inVT-iztTTL，ririln,4兀8/ A l -(In (r2r1(2)(3)可見靈敏度與/，有關，與越接近，靈敏度越高，雖然內(nèi)外極筒原始覆蓋長度l與 靈敏度無關，但/不可太小，否則邊緣效應將影響到傳感器的線性。本實驗為變面積式電容傳感器，采用差動式圓柱形結構，因此可以很好的消除極距變化對測量精度的影響，并且可以減小非線性誤差和增加傳感器的靈敏度。三、需用器件與單元電容傳感器、傳感器實驗箱（一）、傳感器調(diào)理電路掛件、測微頭、直流穩(wěn)壓源。智能 直流電壓表（或虛擬儀表中直流電壓表）四、實驗步驟將電容式傳感器裝于傳感器實驗箱（一）的黑色支架上，將傳感器引線插頭插入傳 感器調(diào)

4、理電路中電容式傳感器實驗單元的插孔中。Rw調(diào)節(jié)到大概中間位置（Rw為10圈電位器），將“電容傳感器實驗”單元的輸出 端Uo接入直流電壓表。把士 15V直流穩(wěn)壓電源接入“傳感器調(diào)理電路”實驗掛箱，檢查無誤后，開啟實驗 臺面板上的直流穩(wěn)壓電源開關；旋轉(zhuǎn)測微頭，改變電容傳感器動極板的位置，每隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值， 填入表10-1。表10-1電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0V(mv)22426686108133157180205235根據(jù)表10-1數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差5f。答：靈敏度 S=22/0.2

5、=110 （mv/mm） 非線性誤差5 =9/240*100%=3.75%五、 實驗注意事項f傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。做實驗時，不要用手或其它物體接觸傳感器，否則將會使線性變差。六、思考題簡述什么是電容式傳感器的邊緣效應，它會對傳感器的性能帶來哪些不利影響。 答：電容式傳感器的電容極板之間存在靜電場，使邊緣處的電場分布不均勻，造成電容的 邊緣效應，這相當于在傳感器的電容里并聯(lián)了一個附加電容，這就叫做邊緣效應。影響：會引起極板間的電場分布不均，導致非線性問題仍然存在，且靈敏度下降。電容式傳感器和電感式傳感器相比，有哪些優(yōu)缺點？答：電容傳感器的優(yōu)點是輸出與輸入成線性關系，靈敏度高；但由于

6、邊緣效應會造成非線性誤差，而且量程小。+ 12Vo圖10-1電容傳感器位移實驗接線圖七、實驗報告要求1.整理實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)所得的實驗數(shù)據(jù)做出傳感器的特性曲線，并利用最小二乘法做答：非線性誤差 f=9/240*100%=3.75%2.根據(jù)實驗結果，分析引起這些非線性的原因，并說明怎樣提高傳感器的線性度。 答：由于邊緣效應的影響，會引起極板間的電場分布不均，導致非線性問題仍然存在。 采用差動式圓柱形結構，可以減小非線性誤差。廣東技術師范學院預習報告學院：自動化專業(yè):自動化班級：08自動化成 績:姓名：學號:組別：組員：實驗地點：實驗日期：指導教師簽名：預習情況正常操作情況正?？记谇闆r正常數(shù)據(jù)處理情

7、況正常實驗九一項目名稱：電容式傳感器的位移特性實驗一、實驗目的了解電容式傳感器結構及其特點。二、基本原理利用平板電容C= 8 S/d和其它結構的關系式通過相應的結構和測量電路可以選擇、S、d中三個參數(shù)中，保持兩個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物干燥度(8變)測微小位移(變d)和測量液位(變S)等多種電容傳感器。變面積型電容傳感器八2兀 lC=Qr1中，平板結構對極距特別敏感，測量精度受到影響，而圓柱形結構受極板徑向變化的影響很小，且理論上具有很好的線性關系，(但實際由于邊緣效應的影響，會引起極板間的電場分布不均，導致非線性問題仍然存在，且靈敏度下降，但比變極距型好得多。)成為實際

8、中最常用的結構，其中線位移單組式的電容量 C在忽略邊緣效應時為:(1)式中l(wèi)外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分的長度;r2、r外圓筒內(nèi)半徑和內(nèi)圓柱外半徑。 當兩圓筒相對移動Al時，電容變化量AC為：2兀812兀8 (l - A l)2兀8A lmtrr=Er1r1A C = HYPERLINK l bookmark11 o Current Document ln (2一11于是，可得其靜態(tài)靈敏度為：2兀8 (l + A l) 2兀8 (l - A l)tn11(2)InIn，4兀8/ A l -ln (21(3)可見靈敏度與/，有關，與二越接近，靈敏度越高，雖然內(nèi)外極筒原始覆蓋長度l與 靈敏度無關，但/不

9、可太小，否則邊緣效應將影響到傳感器的線性。本實驗為變面積式電容傳感器，采用差動式圓柱形結構，因此可以很好的消除極距變化對測量精度的影響，并且可以減小非線性誤差和增加傳感器的靈敏度。三、需用器件與單元電容傳感器、傳感器實驗箱（一）、傳感器調(diào)理電路掛件、測微頭、直流穩(wěn)壓源。智能 直流電壓表（或虛擬儀表中直流電壓表）四、實驗步驟將電容式傳感器裝于傳感器實驗箱（一）的黑色支架上，將傳感器引線插頭插入傳 感器調(diào)理電路中電容式傳感器實驗單元的插孔中。Rw調(diào)節(jié)到大概中間位置（Rw為10圈電位器），將“電容傳感器實驗”單元的輸出 端Uo接入直流電壓表。把15V直流穩(wěn)壓電源接入“傳感器調(diào)理電路”實驗掛箱，檢查無誤后，開啟實驗 臺面板上的直流穩(wěn)壓電源開關；旋轉(zhuǎn)測微頭，改變電容傳感器動極板的位置，每隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值，五、實驗注意事項傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。做實驗時，不要用手或其它物體接觸傳感器，否則將會使線性變差。六、思考題簡述什么是電容式傳感器的邊緣效應，它會對傳感器的性能帶來哪些不利影響。 答：電容式傳感器的電容極板之間存在靜電場，使邊緣處的電場分布不均勻，造成電容的邊緣效應，這相當于在