电容式传感器的位移特性实验报告

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1、实验四电容式传感器的位移特性实验一、实验原理：利用平板电容C＝εS/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、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。）成为实际中最常用的结构，其中线位移单组式的电容量C在忽略边缘效应时为：2πεdC=ln(

2、r2/r1)式中r2为外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；r1为外圆筒内半径和内圆柱外半径。当两圆筒相对移动Δl时，电容变化量ΔC为：2πεd2πε(?−∆?)2πε∆?∆?∆C=−==?0ln(r2/r1)ln(r2/r1)ln(r2/r1)?于是，可得其静态灵敏度为：∆?2πε(?+∆?)2πε(?−∆?)4πε??==[−]/∆?=∆?ln(r2/r1)ln(r2/r1)ln(r2/r1)可见灵敏度与r2/r1有关，r2、r1越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度l与灵敏度无关，但l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

3、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。二、实验数据：将电容传感器实验模板的输出端Vo与数显单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），然后调节Rw到中间位置，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0.5mm记下位移X与输出电压值，如表1所示。表1实验数据—传感器输出电压与位移X/mm00.511.522.533.544.555.5U/mv-510-511-513-514-517-522-526-530-536-540-538-540X/mm66.577.588.599.51010.51111.5U/mv-533-522-510-497-483-

4、470-458-445-432-418-403-388X/mm1212.51313.51414.51515.51616.51717.5正行程U/mv-372-356-339-322-304-286-269-251-231-211-192-171X/mm1818.51919.52020.52121.52222.52323.5U/mv-149-127-106-85-64-43-25-315355264X/mm2424.52525.52626.52727.52828.52929.5U/mv768488898580777473737374X/mm29.52928.52827.52726.52625.5

5、2524.524U/mv747373717274798589898577X/mm23.52322.52221.52120.52019.51918.518U/mv66523517-1-21-40-61-82-104-125-147X/mm17.51716.51615.51514.51413.51312.512反行程U/mv-168-188-208-226-245-264-283-300-318-334-351-366X/mm11.51110.5109.598.587.576.56U/mv-381-396-411-425-438-452-466-478-491-505-517-524X/mm5.5

6、54.543.532.521.510.50U/mv-530-532-534-531-526-520-515-507-502-496-489-485三、数据处理：1、输入—输出特性曲线由表1电容传感器的输出电压值与输入位移量可画出该传感器的输入输出特性曲线，如图1所示。图1电容传感器特性曲线位移X/mm01.534.567.5910.51213.51516.51819.52122.52425.52728.52001000-100U/mv-200-300输出电压-400-500-600正行程反行程由图1可看到该特性曲线不完全是一条直线，因此截取该传感器的中间线性区域做数据分析。2、理论拟合直线与非

7、线性误差截取输入量x∈(6,23.5)mm区域，得到表2表2传感器线性输出区域X/mm66.577.588.599.51010.51111.5U+/mv-533-522-510-497-483-470-458-445-432-418-403-388U-/mv-524-517-505-491-478-466-452-438-425-411-396-381X/mm1212.51313.51414.51