实验一__电容式传感器的位移特性实验 2

实验三十一 电容式传感器的位移特性实验

一、实 验 目 的

了解电容式传感器结构及其特点。

二、实 验 原 理

利用平板电容CSd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、S、d中三个参数中，保持两个参数不变，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（变d）和测量液位（变S）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，导致非线性问题仍然存在，且灵敏度下降，但比变极距型好得多。）成为实际中最为常用的结构，其中线位移单组式的电容器C在忽略边缘效应时为：

C2l （1） rln(2)r1式中l——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；r2、r1——外圆筒内半径和内圆柱外半径。当两圆筒相对移动l时，电容变化量C为 C2l2(ll)2llC0 （2） rrrlln(2)ln(2)ln(2)r1r1r1于是，可得其静态灵敏度为：

C2(ll)2(ll)4 kg （3） lrrrlln(2)ln(2)ln(2)r1r1r1r可见灵敏度与2有关，r2与r1越接近，灵敏度越高，虽然内外极简原始覆盖长度l与灵敏度无关，但

r1不可太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。 本实验为变面积式电容传感器，采用差动式圆柱形结构，因此可以很好的消除极距变化对测量精度的影响，并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。

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、数显单元、直流稳压源。

四、实 验 步 骤

1、将电容式传感器装于电容传感器实验模板上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中。

2、将电容传感器实验模板的输出端Vo1与数显单元Vi相连（插入主控箱Vi孔）Rw调节到中间位置。 3、接入±15V电源，旋动测微头改变电容传感器动极板的位置，每隔0.2mm，记下位移X与输出电压值，填入表1。

表1电容传感器位移与输出电压值 X(mm) V(mv) 五、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、思 考 题

1、 简述什么是传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不得影响。 2、 电容式传感器和电感式传感器相比，有哪些优缺点？ 七、实验报告要求：

1、 整理实验数据，根据所得实验数据做出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法做出拟合直线，计算该

传感器得非线性误差。

2、 根据实验结果，分析引起这些非线性得原因，并说明怎样提高传感器得线性度。 图1电容传感器位移实验接线