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傳 感 器 技 術 實 驗 報 告
院（系） 機械工程系 專業 班級 姓 名 同組同學 實驗時間 2014 年 月 日，第 周，星期 第 節 實驗地點 單片機與傳感器實驗室 實驗臺號
實驗五 電容式傳感器的位移特性實驗
一、實驗目的
1. 了解電容式傳感器結構及其特點；
2. 掌握差動變面積式電容傳感器的位移實驗技術。 二、實驗儀器
電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭、數顯直流電壓表、直流穩壓電源、絕緣護套
三、實驗原理
電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器，它實質上是具有一個可變參數的電容器。利用平板電容器原理： d
S
d
S
C r =
=
εεε0
式中，S 為極板面積，d 為極板間距離，ε0真空介電常數，εr 介質相對介電常數，由此可以看出當被測物理量使S 、d 或εr 發生變化時，電容量C 隨之發生改變，如果保持其中兩個參數不變而僅改變另一參數，就可以將該參數的變化單值地轉換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質電常數的變介電常數式。這里采用變面積式，如圖1兩只平板電容器共享一個下極板，當下極板隨被測物體移動時，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個極板用導線引出，形成差動電容輸出。
圖1 差動式電容傳感器原理圖
四、實驗內容與步驟
1．按圖2將電容傳感器安裝在傳感器固定架上，將傳感器引線插入電容傳感器實驗模塊插座中。
2．將實驗模板上的Rw 調節到中間位置(方法：逆時針轉到底再順時轉5圈)，Rw 確定
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電容傳感器實驗報告
傳感器技術實驗報告 院機械工程系專業班級姓名同組同學實驗時間XX年月日，第周，星期第節實驗地點單片機與傳感器實驗室實驗臺號 實驗五電容式傳感器的位移特性實驗 一、實驗目的 1.了解電容式傳感器結構及其特點； 2.掌握差動變面積式電容傳感器的位移實驗技術。二、實驗儀器 電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭、數顯直流電壓表、直流穩壓電源、絕緣護套 三、實驗原理 電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器，它實質上是具有一個可變參數的電容器。利用平板電容器原理：C? ?S d ? ?0r?S d 式中，S為極板面積，d為極板間距離，ε0真空介電常數，εr介質相對介電常數，由此可以看出當被測物理量使S、d或εr發生變化時，電容量C隨之發生改變，如果保持其中兩個參數不變而僅改變另一參數，就可以將該參數的變化單值地轉換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質電常數的變介電常數式。這里采用變面積式，如圖1兩只平板電容器共享一個下極板，當下極板隨被測物體移動時，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個極板用導線引出，形成差動電容輸出。 圖1差動式電容傳感器原理圖 四、實驗內容與步驟 1．按圖2將電容傳感器安裝在傳感器固定架上，將傳感器引線插入電容傳感器實驗模塊插座中。 2．將實驗模板上的Rw調節到中間位置(方法：逆時針轉到底再順時轉5圈)，Rw 確定 后不要改動。按照圖3所示，將電容傳感器模塊的輸出UO接到數顯直流電壓表，將實驗臺的±15V電源接到傳感器模塊上。 3．檢查接線無誤后，開啟實驗臺電源，用電壓表2V檔測量“電容傳感器模塊”的輸出，旋轉測微頭改變電容傳感器的動極板位置使電壓表顯示０ｖ，記錄此時的測微頭讀數和電壓表顯示值為實驗起點值。 圖2電容傳感器安裝示意圖圖3電容傳感器位移實驗接線圖 4．旋動測微頭，推進電容傳感器的共享極板，每隔記錄位移量X與輸出電壓值V的變化，填入下表，關閉電源。 五、注意事項 1.傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。 2.做實驗時，不要接觸傳感器，否則將會使線性變差。六、實驗報告 根據表1計算系統靈敏度S＝ΔV/ΔX。 七、思考題 電容傳感器可以分為哪幾種類型？本實驗采用的是那種類型？答： 傳感器實驗報告 自動化1204班蔡華軒UXX吳昊UXX 實驗七： 一、實驗目的：了解電容式傳感器結構及其特點。 二、基本原理：利用平板電容C=εA/d和其它結構的關系式通過相應的結構和測量電路可以選擇ε、A、d中三個參數中，保持二個參數不變，而只改變其中一個參數，則可以有測谷物干燥度(ε變)測微小位移(變d)和測量液位(變A)等多種電容傳感器。 三、需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器(轉載于:寫論文網:電容傳感器實驗報告)實驗模板、測微頭、相敏檢波、濾波模板、數顯單元、直流穩壓源。 四、實驗步驟： 1、按圖6-4安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上。 2、將電容傳感器連線插入電容傳感器實驗模板，實驗線路見圖7-1。圖7-1電容傳感器位移實驗接線圖 3、將電容傳感器實驗模板的輸出端V01與數顯表單元Vi相接(插入主控箱Vi孔)，Rw調節到中間位置。 4、接入±15V電源，旋動測微頭推進電容傳感器動極板位置，每間隔 圖 五、思考題： 試設計利用ε的變化測谷物濕度的傳感器原理及結構，并敘述一下在此設計中應考慮哪些因素？ 答：原理：通過濕度對介電常數的影響從而影響電容的大小通過電壓表現出來，建立起電壓變化與濕度的關系從而起到濕度傳感器的作用；結構：與電容傳感器的結構答大體相同不同之處在于電容面板的面積應適當增大使測量靈敏度更好；設計時應考慮的因素還應包括測量誤差，溫度對測量的影響等 六：實驗數據處理 由excle處理后得圖線可知：系統靈敏度S=非線性誤差δf=/353=% 實驗八直流激勵時霍爾式傳感器位移特性實驗 一、實驗目的：了解霍爾式傳感器原理與應用。 二、基本原理：霍爾式傳感器是一種磁敏傳感器，基于霍爾效應原理工作。 它將被測量的磁場變化轉換成電動勢輸出。 根據霍爾效應，霍爾電勢UH=KHIB，當霍爾元件處在梯度磁場中 運動時，它就可以進行位移測量。圖8-1霍爾效應原理 三、需用器件與單元：霍爾傳感器實驗模板、霍爾傳感器、直流源±4V、± 15Ｖ、測微頭、數顯單元。 四、實驗步驟： 1、將霍爾傳感器按圖8-2安裝。霍爾傳感器與實驗模板的
電容式傳感器特性實驗報告
成績： 吉林大學 儀器科學與電氣工程學院《傳感器實驗及課程設計》 本科實驗報告 實驗項目：應變片單臂特性實驗 學生姓名：楊娜 學號： E-mail：@ 實驗地點：地質宮 XX年月日 一、實驗目的 了解電阻應變片的工作原理與應用并掌握應變片測量電路 二、實驗所用儀器設備 機頭中的應變梁的應變片、測微頭；顯示面板中的F/V表、±2V~±10V步進可調直流穩壓電源；調理電路面板中傳感器輸出單元中的箔式應變片、調理電路單元中的電橋、差動放大器、4?位數顯萬用表。 三、實驗原理 電阻應變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應變片來組成。一種利用電阻材料的應變效應將工程結構件的內部變形轉換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過一定的機械裝置將被測量轉化成彈性元件的變形，然后由電阻應變片將彈性元件的變形轉換成電阻的變化，再通過測量電路將電阻的變化轉換成電壓或電流變化信號輸出。為了將電阻應變式傳感器的電阻變化轉換成電壓或電流信號，在應用中一般采用電橋電路作為其測量電路。電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號最小、線性、穩定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時的輸出是單臂時的四倍，性能最好。單臂特性實驗基本電路如圖1—2所示。 Uo＝U①－U③ ?。健?R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R5)－R7／(R7＋R6)〕E ＝｛〔－R7〕／〔〕｝E設R1＝R5＝R6＝R7，且△R1／R1＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε，K為靈敏度系數。則Uo≈(1／4)(△R1／R1)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE 箔式應變片單臂電橋實驗原理圖如下： 圖中R5、R6、R7為350Ω固定電阻，R1為應變片；RW1和R8組成電橋調平衡網絡，E為供橋電源±4V。橋路輸出電壓Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE。差動放大器輸出為Vo。 四、實驗步驟 1.差動放大器調零：按圖1—8示意接線，將主機箱上的電壓表量程切換開關切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主、副電源開關；將差動放大器的增益電位器按順時針輕輕轉到底，再逆向回旋一點點，調節差動放大器的調零電位器RW4，使電壓表顯示為零，差動放大器的零點調節完成，關閉主電源。 應變片單臂電橋特性實驗 將±2V~±10V步進可調直流穩壓電源切換到4V檔，將主板上傳感器輸出單元中的箔式應變片與電橋單元中R1、R2、R3組成電橋電路。電橋的一對角接±4V直流電源，另一對角作為電橋的輸出接差動放大器的兩個輸入端。將W1電位器、r電阻直流調節平衡網絡接入電橋中。如圖1—9示意圖接線。 圖1—9應變片單臂電橋特性實驗接線示意圖 檢查無誤后合上主電源開關，當機頭上應變梁自由端的測微頭離開自由端時調節電橋的直流調節平衡網絡W1電位器，使電壓表顯示為0或接近0。 在測微頭吸合梁的自由端前調節測微頭的微分筒，使測微頭的讀數為10mm左右；再松開測微頭支架軸套的緊固螺釘，調節測微頭支架高度，使梁吸合后進一步調節支架高度，同時觀察電壓表顯示絕對值盡量為最小時擰緊緊固螺釘以固定支架高度。仔細微調測微頭的微分筒，使電壓表顯示值為0，這時的測微頭刻度線位置作為梁位移的相對0位位移點。首先確定某個方向位移，以后每調節測微頭的微分筒一周產生位移，根據表1位移數據依次增加并讀取相應的電壓值填入表1中；然后反方向調節測微頭的微分筒使電壓表顯示0V，再根據表1位移數據依次反方向增加并讀取相應的電壓值填入表1-1中。 注：調節測微頭要仔細，微分筒每轉一周△X=，如果調節過量再回調，則產生回程差。表1—1 五、實驗結果及分析 根據表1-1數據畫出實驗曲線，并計算靈敏度S=△V/△X和非線性誤差δ， ?m/yFS?100%式中?m為輸出值與擬合直線的最大偏差。yFS為滿量程輸出平均 值，此處為相對總位移量。 由圖可以得出，靈敏度S=/mm 非線性誤差δ=-/×100%=%分析：應變片的單臂特性是近似線性的。 六、實驗新得 調節測微頭時要仔細，不可調節過量再回調，否則產生回程差。 實驗一：常用傳感器 靜態性能測試 一、實驗目的：了解電容式傳感器結構及其特點。其結構如圖所示： 二、基本原理：利用電容C＝εA／d和其它結構的關系式通過相應的結構和測量電路可以選擇ε、A、d中三個參數中，保持二個參數不變，而只改變其中一個參數，則可以有測谷物干燥度、測位移和測量液位等多種電容傳感器。本實驗采用的傳感器為圓筒式變面積差動結構的電容式位移傳感器，如下圖所示：它是有二個圓筒和一個圓柱組成的。
電容式傳感器的動態特性實驗報告
北京XXX大學 實驗報告 課程名稱：實驗二差動變面積式電容傳 感器的靜態及動態特性 學院：自動化專業：班級：學號：姓名：成績： XX年12月10日 一、任務與目的 了解差動變面積式電容傳感器的原理及其特性。 二、實驗儀器 所需單元及部件：電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、Ｆ／V表 有關旋鈕的初始位置：電壓放大器增益旋鈕置于中間，Ｆ／V表置于Ｖ表２Ｖ檔，測微頭調整為10mm，使電容器動片處在電容極板的中間位置。測微頭主尺;副尺(),副尺轉動一圈是,副尺上一共有50個格，每格表示。 三、原理 電容式傳感器有多種形式，本儀器中差動變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當安裝于震動臺上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發生變化，極間電容也發生相應變化，成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定為Cx1，下層定片與動片形成的電容為Cx2，當將Cx1和Cx2接入橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關，即與振動臺的位移有關。 四、內容與步驟 按圖2接線。 信號轉換過程：電容－>電壓－>電壓放大－>直流電壓－>數字顯示 圖2 F／V表打到20V，調節電容變換器增益，使輸出為零。 轉動測微頭,每次，記下此 時測微頭的讀數及電壓表的讀數，直至電容動片與上靜片復蓋面積最大為止。 計算系統靈敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ，并作出Ｖ－Ｘ關系曲線。 五、數據處理 轉動測微頭,每次，記下測微頭的讀數及電壓表的讀數： 計算系統靈敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ，并作出Ｖ－Ｘ關系曲線。 圖標如下，發現整條線性度都比較好，故選擇所有數據區域進行計算 計算系統靈敏度Ｓ=V/mm 六、結論 實驗中可以發現當差動電容的動片位置上下移動時，與兩組靜片之間的重疊面積發生改變，從而引起極間電容發生改變使電路輸出變化，實現傳感功能，通過實驗加深了對差動變面積式電容傳感器的工作原理的理解，并且通過測得的實驗數據進行分析整理，計算得到系統靈敏度為Ｓ=V/mm 廣東技術師范學院實驗報告 學院：自動化專業：自動化姓名：實驗地點：學號： 實驗日期：班級：08自動化組 別： 成 績： 組員：指導教師簽名： 實驗九項目名稱：電容式傳感器的位移特性實驗 一、實驗目的 了解電容式傳感器結構及其特點。 二、基本原理 利用平板電容C＝?s/d和其它結構的關系式通過相應的結構和測量電路可以選擇?、S、d中三個參數中，保持兩個參數不變，而只改變其中一個參數，則可以有測谷物干燥度測微小位移和測量液位等多種電容傳感器。變面積型電容傳感器中，平板結構對極距特別敏感，測量精度受到影響，而圓柱形結構受極板徑向變化的影響很小，且理論上具有很好的線性關系，成為實際中最 常用的結構，其中線位移單組式的電容量C在忽略邊緣效應時為：C?2l r 式中l——外圓筒與內圓柱覆蓋部分的長度；r2、r1——外圓筒內半徑和內圓柱外半徑。 當兩圓筒相對移動?l時，電容變化量?C為： ln21?C? 2?ll?2?l2l?l ?C0r2r2r2 lln1ln1ln1于是，可得其靜態靈敏度為： ?C?2?ll?2?ll4 kg/?lr2r2r2 ?llnlnln111 可見靈敏度與r21，有關，r2與r1越接近，靈敏度越高，雖然內外極筒原始覆蓋長度l與靈敏度無關，但l不可太小，否則邊緣效應將影響到傳感器的線性。 本實驗為變面積式電容傳感器，采用差動式圓柱形結構，因此可以很好的消除極距變化對測量精度的影響，并且可以減小非線性誤差和增加傳感器的靈敏度。 三、需用器件與單元 電容傳感器、傳感器實驗箱、傳感器調理電路掛件、測微頭、直流穩壓源。智能直流電壓表 四、實驗步驟 1．將電容式傳感器裝于傳感器實驗箱的黑色支架上，將傳感器引線插頭插入傳感器調理電路中電容式傳感器實驗單元的插孔中。 2．Rw調節到大概中間位置，將“電容傳感器實驗”單元的輸出端Uo接入直流電壓表。 3．把?15V直流穩壓電源接入“傳感器調理電路”實驗掛箱，檢查無誤后，開啟實驗臺面板上的直流穩壓電源開關； 4．旋轉測微頭，改變電容傳感器動極板的位置，每隔記下位移X與輸出電壓值，填入表10-1。 表10-1電容傳感器位移與輸出電壓值 5．根據表10-1數據計算電容傳感器的系統靈敏度S和非線性誤差?f。答：靈敏度S=22/=110非線性誤差?f=9/240*100%=% 五、實驗注意事項 1．傳感器要輕拿輕放，絕
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