实验三 电容式传感器实验

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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=ε2pｘ／ln(R／r)。图中C1、C2是差

2、动连接，当图中的圆柱产生∆X位移时，电容量的变化量为∆C=C1－C2=ε2p2∆X／ln(R／r)，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。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ＶＯ１接主机箱电压表的Ｖｉｎ)。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(

3、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=0.5ｍｍ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)。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

4、输出电压值X(mm)13.26013.76014.26014.76015.26015.76016.26016.76017.26017.760V(mv)-0.433-0.339-0.247-0.153-0.0610.0280.1180.2050.2890.3712、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1-3X-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δ。由表1-1数据及所绘制

5、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=ΔV/ΔX=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ΔV=0.009868mv.表1-2电容传感器位移与输出电压值及各点误差值X(mm)13.26013.76014.26014.76015.260V(mv)-0.433-0.339-0.247-0.153-0.061V'(mv)-0.425982-0.336332-0.246682-0.157032-0.067382ΔV(m

6、v)0.0070000.0026680.0003180.0040320.006382X(mm)15.76016.26016.76017.26017.760V(mv)0.0280.1180.2050.2890.371V'(mv)0.0222680.1119180.2015680.2912180.380868ΔV(mv)0.0057320.0060820.0034320.0022180.009868非线性误差δ=最大误差ΔV/满量程输出=(0.009868mv/2000mv)×100%=0.00049%.