电容式传感器的位移实验.doc

实验一电容式传感器的位移实验实验目的:学会电容式传感器地初步使用,了解电容式传感器结构及其特点,对该传感器有一感性认识。二、基本原理:利用电容C=εA/d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,则可以有测谷物干燥度(ε变)、测微小位移(d变)和测量液位(A变)等多种电容传感器。变面积型电容传感器中,平板结构对极距特别敏感,测量精度受到影响,而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小,且理论上具有很好的线性关系,(但实际由于边缘效应的影响,会引起极板间的电场分布不均,导致非线性的问题依然存在,且灵敏度下降,但比变极距性好得多。)成为实际中常用的结构。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。其中线位移单组式的电容量C在忽略边缘效应时为:式中:X——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度;R、r——外圆筒内半径和内圆柱外半径;图中C1、C2是差动连接,当图中的圆柱产生∆X位移时,电容量的变化量为式中ε2p、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。于是,可得其静态灵敏度为:可见灵敏度与有关,与越接近,灵敏度越高,虽然内外机筒原始覆盖长度X与灵敏度无关,但X不可太小,否则边缘效应将影响到传感器的线性。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VO1接主机箱电压表的Vin)。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3圈)。3、将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到2v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0v,再转动测微头(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=(这样转10圈读取相应的电压表读数),将数据填入表1并作出X—V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)。4、根据表1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δ。实验完毕,关闭电源。图1电容传感器位移实验安装、接线图表1电容传感器位移与输出电压值X(mm)(mv)-----(mm)(mv)--------(mm)(mv)----、实验注意事项1、传感器要轻拿轻放,绝不可掉到地上。2、做实验时,不要接触传感器,否则将会使线性变差。六、实验记录与处理如表一所示表1电容传感器位移与输出电压值X(mm)(mv)--