1、电容式传感器实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。其结构如图所示：二、基本原理：利用电容 CAd 和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择 、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，则可以有测谷物干燥度（ 变） 、测位移（d 变）和测量液位（A 变）等多种电容传感器。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，如下图所示：它是有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=2ln(Rr)。图中C1、C2 是差动连接，当图中的圆柱产生X 位移时，电容量的变化量为C=C1C2=2 2Xln(R
2、 r)，式中 2、ln(R r)为常数，说明C 与位移X 成正比，配上配套测量电路就能测量位移。图 1-1 电容式传感器结构三、需用器件与单元：主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。四、实验步骤：1、测微头的使用和安装参阅实验九。按图 1-2 将电容传感器装于电容传感器实验模板上并按图示意接线(实验模板的输出接主机箱电压表的)。图 1-2 电容传感器位移实验安装、接线图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传圈)。3、将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到 2档，合上主机箱电源开关，旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示 0 ，再转动测微头(
3、同一个方向)5 圈，记录此时的测微头读数和电压表显示值为实验起点值。以后，反方向每转动测微头 1 圈即X=0.5位移读取电压表读数(这样转 10圈读取相应的电压表读数)，将数据填入表 1-1 并作出 XV 实验曲线(这样单行程位移方向做实验可以消除测微头的回差)。五、实验数据处理1、将测得的实验数据填入表 1-1 如下所示：表 1-1 电容传感器位移与输出电压值X(mm) 13.26013.76014.26014.76015.26015.76016.26016.76017.26017.760V(mv)-0.433-0.339-0.247-0.153-0.0610.028 0.118 0.205
4、 0.289 0.3712、根据表 1-1 实验数据用 excel 做出 X-Y 曲线并求得曲线的函数表达式如图 1-3 所示：X-Y 曲线的函数表达式为 V=0.1793X-2.8035.图 1-3 X-V 实验曲线3、 根据表 1-1 数据计算电容传感器的系统灵敏度 S 和非线性误差 。由表 1-1 数据及所绘制的 X-V 曲线可得电容传感器的系统灵敏度即曲线的斜率：S=V/X=0.1793mv/mm由所得 X-Y 函数表达式及所测的实验数据用 excel 计算出各点误差如表 1-2 所示，可得输出 V 的最大误差 V=0.009868mv.表 1-2 电容传感器位移与输出电压值及各点误差
5、值X(mm) 13.260 13.760 14.260 14.760 15.260 V(mv) -0.433 -0.339 -0.247 -0.153 -0.061 V(mv) -0.425982 -0.336332 -0.246682 -0.157032 -0.067382 V(mv) 0.007000 0.002668 0.000318 0.004032 0.006382 X(mm) 15.760 16.260 16.760 17.260 17.760 V(mv) 0.028 0.118 0.205 0.289 0.371 V(mv) 0.022268 0.111918 0.201568 0.291218 0.380868 V(mv) 0.005732 0.006082 0.003432 0.002218 0.009868 非线性误差 =最大误差 V/满量程输出 =(0.009868mv/2000mv)FSy100%=0.00049%.
